热带沿海城市地区非正式绿地的植物多样性价值：物种、功能和系统发育多样性的实证研究

文章来源

作者单位：海南大学热带农林学院，海南大学生态学院，不列颠哥伦比亚大学林学院

出版期刊：Science of The Total Environment

影响因子：IF₂₀₂₃=8.2

中科院分区（2023）：1区

出版时间：2024.10.17

DOI：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.176741

研究背景

城市生物多样性对于确保城市生态安全、维护城市生态平衡和改善城市地区整体生态环境至关重要。然而，快速城市化导致自然栖息地的碎片化和丧失，使得提升城市生物多样性面临巨大挑战。与备受关注的正式绿地（如公园、生态廊道等）相比，非正式的绿地以其人为管理最少和植被的自发生长为特点，为植物多样性的维持和发展提供了独特机遇，同时为城市生态安全与平衡作出了重要贡献。

研究区域

江东新区（东经110°22′–110°38′，北纬19°53′–20°4′）位于中国海南省海口市东海岸，面积为298平方公里。该区域西临南渡河，北临东海岸线，东接东寨港国家自然保护区，南临农田。作为兼具热带与沿海特征且正处于快速城市化进程中的地区，江东新区是研究非正式绿地对城市生态系统的贡献及其在维持生态平衡中的作用的理想区域。

图1. 研究区域和样地分布。

研究方法

在正式抽样前，通过初步调查确定了研究区域内IGS的主要类型。采用空间平衡抽样（SBS）方法，在研究区域布设220个样地。在2021年至2022年期间对海口市江东新区进行了深入的植被调查，根据初步调查确定的6种IGS类型，在每个样地设置样方，并在其周围的FGS中建立对照样方，最终收集了213个有效站点的数据，共617个样地（图1）。标准样方尺寸为2×2m（可根据实际情况调整），调查并记录样方中所有草本植物物种。此外，研究还记录了六个物理环境变量，包括郁闭度、不透水表面比例、相对湿度、踩踏强度以及每个样方距市中心的距离。通过物种信息统计、植物多样性计算以及使用函数模型，比较非正式绿地和正式绿地之间的植物组成和多样性指数的差异，并探讨环境因素对非正式和正式绿地之间物种多样性的影响。

图2. 非正式绿地影像。

研究结论

草本植物的物种组成

本研究共记录草本植物54科179属235种，其中菊科（36种）和禾本科（31种）最为丰富。一年生植物占主导地位（48.94%），其次为多年生植物（39.57%）。58.72%的植物为短生型，41.38%为高大型。61.70%的植物依赖非辅助传播，18.30%依赖风或水传播。地下无性繁殖占20.43%。物候期以3~6月为主（59.30%）。果实类型以不开裂（53.19%）和开裂（34.89%）为主，显著高于肉质果实（8.09%）和无果实类型（3.93 %）（图3）。

图3. 非正式绿地中草本植物的性状组成。

非正式和正式绿地之间的物种比较

α多样性分析表明，非正式绿地（IGS）的植物多样性显著高于正式绿地（FGS），具体表现为物种丰富度（P < 0.001）和香农指数（P < 0.001）更高。IGS包含更多本地物种和自发物种，而外来物种数量与FGS无显著差异。功能多样性方面，IGS的功能丰富度指数显著高于FGS（P < 0.001），但功能均匀度和离散度无显著差异。系统发育多样性分析显示，IGS的系统发育多样性指数（P < 0.001）和净亲缘指数（P < 0.05）显著高于FGS，且净亲缘指数大于0，表明IGS存在系统发育聚集结构（图4）。

图4. 非正式和正式绿地之间的物种、功能和系统发育多样性的比较。

β多样性分析表明（图5），正式绿地（FGS）和非正式绿地（IGS）在物种组成上存在显著差异。栽培物种在FGS和IGS之间的相似性最高（Jaccard指数=0.89，Bray-Curtis指数=0.81），表明两者管理物种高度重叠；而本地物种相似性较低（Jaccard指数=0.61），说明IGS在本地物种中保持了较高的物种更替。自发物种的相似性中等（Bray-Curtis指数=0.47），反映了环境条件和管理实践的影响。

进一步分析显示（图6），FGS内部的物种相似性较高（Jaccard指数=0.62-0.77，Bray-Curtis指数=0.45-0.63），而FGS与IGS之间的相似性差异较大（Jaccard指数=0.56-0.86），其中GRA-GAP和LAN-WAT对的相似性较高（>0.8），PLA-STR和WOO-BRO对的相似性较低（<0.6）。IGS内部的物种相似性差异显著（Jaccard指数=0.44-0.81，Bray-Curtis指数=0.31-0.68），其中LOT和STR之间的相似性最低。这些结果表明，FGS内部的物种组成相对一致，而IGS内部的物种更替更为显著。

图5. 基于物种来源和生长模式，使用Bray-Curtis和Jaccard指数对正式和非正式绿色空间之间物种周转进行Beta多样性比较。（注：NAL：本地物种；EXO：外来物种；SPO：自发种；CUL：栽培物种）

图6. 基于绿色空间类型的Jaccard和Bray-Curtis指数对正式和非正式绿色空间之间物种更替的beta多样性比较。（注：WOO：林地；PLA：种植园；LAN：景观绿地；GRA：草原；BRO：棕地；GAP：间隙；LOT：小块土地；MIC：微型站点；STR：街道边缘；WAT：水边）

环境因素对非正式绿地草本植物分布的影响

非正式绿地（IGS）中草本植物的丰富度和丰度与环境因子的回归分析表明（表1），相对湿度与物种丰度显著正相关，而草本丰富度与城市距离呈显著负相关，表明靠近城市区域有利于物种多样性，可能与人类活动创造的有利条件有关。踩踏强度与丰富度显著正相关，而相对湿度和人工清除与丰富度显著负相关。

IGS类型对丰富度和丰度有显著影响（图7）， STR的物种丰富度最高（8.77），WAT最低（6.36）；WAT的丰度最高（3.31），MIC最低（0.82）。MIC的丰富度和丰度显著低于其他IGS类型，表明其生境条件较为限制。总体而言，STR和WAT支持较高的物种丰度，而MIC的物种多样性显著较低。

表1 IGS中草本植物分布的回归分析

注：CC（郁闭度）、IS（不透水表面）、RH（相对湿度）、TI（践踏强度）、AR（人工去除）、CITY（距市中心距离）。

图7. IGS类型与非正式绿地物种丰富度和丰度之间的关系。

本研究揭示了海口市江东新区非正式绿地（IGS）的重要生态作用。通过将IGS与FGS进行比较，发现IGS具有更高的物种和功能丰富度，但系统发育多样性方面差异不显著。IGS 具有较少的管理和自然特性，支持了更丰富的本地物种和多样化的植物群落。相比之下，FGS由于标准化管理，表现出更高的物种组成均匀性。研究结果强调了在热带沿海城市保护IGS对提升生物多样性和生态韧性的重要性。未来的城市规划应注重整合和保护IGS，同时提升FGS的生态质量，以促进可持续城市生态系统发展。