兰州滨河公园自生植物物种组成及多样性分析

Species composition and diversity analysis of autophytes in Lanzhou riverside parks

摘要

调查研究兰州4处滨河公园自生植物的物种组成和多样性特征，为低成本、低养护和野趣自然的园林景观规划提供参考。在黄河兰州主城区段自西向东选取银滩湿地公园、马滩湿地公园、马拉松主题公园、雁滩公园，通过网格系统取样法共设置344个样方，调查研究滨河公园自生植物物种组成和分布特征。结果表明，4处滨河公园共有44科118属163种；在物种来源中，乡土物种79种（48.46%）、国内外来物种53种（32.51%）、国外外来物种14种（8.58%）、入侵植物有17种（10.42%）；4处滨河公园间α多样性存在显著差异（P<0.05）；银滩湿地公园、马滩湿地公园、马拉松主题公园、雁滩公园的多样性指数H'分别为4.76、4.36、4.064、3.99；均匀度指数J'分别为0.53、0.586、0.56、0.54；丰富度指数R'分别为30.68、29.47、22.80、20.27；平均多度分别为55.43、44.82、50.16、39.40。兰州滨河公园自生植物资源较为丰富，在未来的城市园林绿地建设中可合理规划，提高自生植物的应用比例，并根据不同环境营造具有地域特色的自生植物景观。

Abstract

To investigate and study the species composition and diversity characteristics of autophytes in four riverside parks in Lanzhou， so as to provide a reference for low⁃cost， low⁃maintenance and wild natural landscape planning， a total of 344 quadrats were selected from west to east in the main urban section of Lanzhou of the Yellow River to investigate the species composition and distribution characteristics of authigenic plants in the riverside parks. The results showed that： there were 163 species in 118 genera and 44 families， 79 native species （48.46%）， 67 alien species （41.10%） and 17 invasive species （10.42%） in the four riverside parks； there were significant differences in α diversity among the four riverside parks （P<0.05）； the Shannon⁃Wiener diversity indices of Yintan Wetland Park， Matan Wetland Park， Marathon Theme Park and Yantan Park were 4.76， 4.36， 4.064 and 3.99， respectively； the Pielou evenness indices were 0.53， 0.586， 0.56 and 0.54， the Patrick richness indices were 30.68， 29.47， 22.80 and 20.27， and the average abundances were 55.43， 44.82， 50.16 and 39.40， respectively. Lanzhou riverside parks are rich in autophytes， and the future construction of urban gardens and green spaces can be reasonably planned， the proportion of autophytes can be increased， and the landscape of autophytes with regional characteristics can be created according to different environments.

Graphical abstract

关键词

自生植物 / 物种组成 / 多样性特征 / 滨河公园 / 兰州市

Key words

autophyte / species composition / diversity characteristic / riverside park / Lanzhou City

0 引 言

自生植物是指被称为“野生植物”或“杂草”，依靠自然定居生长，不需要人工栽培就能自然生长繁衍的植物群体^［1］。自生植物在提升园林景观物种多样性和构建低成本、低维护和构建近自然景观等方面有巨大的应用潜力^［2，3］。城市滨河公园景观建设中常采用一刀切的方式清除自生植物，使得植物景观大多是以人工栽培植物和大面积草坪为主导。滨河景观带建设多以公园景观为主，不仅需要高成本建设和养护管理，还降低了植物物种多样性，造成景观地域特色缺失和景观同质化等问题^［4~6］。近年来，随着以自然为主体，以生态为核心的园林景观发展趋势，越来越多的自生植物出现在近自然景观中。自生植物具有生长适应性强、低维护、低成本和易管理等优点^［7，8］。这类植物群体为解决生物多样性下降、景观同质化等一系列问题带来新的契机^［9］。自生植物在生态功能和园林景观中的应用近年来已得到国内外众多学者的研究验证，在提升城市环境质量和维护生态系统稳定等方面发挥着不可替代的作用。目前，国内学者对自生植物进行调查研究的场地主要为河流生态廊道、公园绿地和校园绿地，主要研究物种组成及多样性特征，少数侧重于资源开发与利用、自生植物的分布格局、对城市化梯度的适应以及生境适应性等方面^［7~11］。

黄河不仅是兰州的母亲河，更是城市生态的命脉，优越的湿地环境孕育了丰富的植物资源。兰州滨河绿地连接了城市陆地生态系统和河流生态系统，起到独特的生态作用^［12］。兰州滨河绿地主要从湿地典型植物群落物种多样性角度做相关性研究，但关于滨河公园自生植物的物种组成与多样性分析的研究较少。通过对兰州段湿地典型植物群落物种多样性的研究，认为土壤质量、水文水质、草根层的厚度及人为和自然干扰是导致物种多样性差异的主要因素^［13］。通过对兰州城市湿地多样性的研究发现，不同生境间的植物物种的丰富度指数、均匀度指数和多样性指数的变化趋势均不一致^［14］。

本研究通过实地调查和网格系统取样法探究兰州不同滨河公园自生植物的物种组成、多样性特征，分析多样性差异和影响多样性的因素，为兰州滨河绿地物种多样性的提升和黄河之滨的生态修复提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

兰州市（35°34′~37°07′N、102°36′~104°34′E）位于甘肃省中部，黄河兰州段地处黄河上游，黄河自西向东穿流而过，是唯一黄河穿城而过的省会城市，属于中温带典型大陆性气候，市中心海拔1 530 m，全年平均日照2 446 h，平均气温9.3 ℃，无霜期180 d，全年平均降水量仅为316 mm，年蒸发量达1 486 mm。

2023年3月-4月在兰州滨河公园实地调查，分析各公园中微生境的类型、人为管理与干扰程度。公园的位置和规模，选取了位于安宁区的银滩湿地公园、七里河区的马滩湿地公园、城关区的马拉松主题公园和雁滩公园作为滨河绿地的研究基址。在人为管理与干扰程度上，雁滩公园最强，马拉松主题公园与马滩湿地公园次之，银滩湿地公园最低。在公园位置和规模上，银滩湿地公园将黄河水引入全园，参与全园造景；马拉松主题公园内未引入黄河水，但全园沿黄河沿岸设置开放式驳岸；马滩湿地公园依黄河而建，因高于黄河岸，高度差为3~5 m，所以设置围栏将公园沿黄河沿岸围合；雁滩公园与黄河之间相隔1.2 km，园内引入黄河水。因4个公园人为管理与干扰程度存在差异，且与黄河水域的联系各不相同，所以具有较强的代表性。

1.2 样点及样方的设置

研究者于2023年4月—8月开展植物样方调查，共调查5次。通过网格系统取样法进行取样，首先运用BIGEMAP沿着黄河流向的正南正北方向设置网格对公园区域进行布点，去掉落在黄河水面、公园内水体面和硬质铺装上的网格点，部分样点依据实际情况进行微调^［8］。根据BIGEMAP所显示的各网格交点的坐标点，利用GPS仪进行定位，从而确定每个调研样点的实际位置。最终设置横向为30 m纵向为30 m（30 m×30 m）的网格对公园区域进行布点。以样点为中心设置10 m×10 m的木本样方，记录自生乔灌木及木质藤本种类、数量、株高等；在木本样方中心及4个角点处布置1 m×1 m的正方形草本小样方，记录自生草本的种类株数、高度、盖度。若母株为建成前保留植物，则该植株也记录为自生；样点周边10 m范围内无同种栽培植物的自生乡土植物认定为自生；对非乡土植物或样点周边10 m范围内无同种栽培植物的植物，根据其生长状况、发生位置、繁殖特性等判断其为自生^［9］。共记录木本样方46个，草本样方298个，作为自生植物数据分析的调查依据。

1.3 数据处理

不同公园间a多样性选择Patrick丰富度指数（R'）、Shannon⁃Wiener多样性指数（H'）、Patrick均匀度指数（J'）、平均多度，对物种丰富度、物种多样性、均匀度、平均多度4个测定指标进行相关性分析^［13］。

频度：F=n/N\times \mathrm{100}

式中，n为某一物种在调查中出现的样方数量和；N为全体样方的总数量。

各物种重要值：\mathrm{I}\mathrm{V}=\mathrm{100}\times (Pr+Hr+Fr)/\mathrm{3}

采用重要值（important value，IV）作为评价各物种优势程度的指标，其中Pr为各物种相对优势度、Hr为各物种相对高度和Fr为各物种相对频度。

各物种相对优势度Pr：

Pr=\frac{P(\mathrm{某个}\mathrm{种的}\mathrm{优势}\mathrm{度})}{\sum p(\mathrm{全部}\mathrm{种的}\mathrm{总优}\mathrm{势度})}

各物种相对高度Hr：

Hr=\frac{H(\mathrm{某个}\mathrm{种的}\mathrm{高度})}{\sum H(\mathrm{全部}\mathrm{种的}\mathrm{高度})}

各物种相对频度 Fr：

Fr=\frac{F(\mathrm{某个}\mathrm{种的}\mathrm{频度})}{\sum F(\mathrm{全部}\mathrm{种的}\mathrm{总频}\mathrm{度})}

Shannon⁃Wiener多样性指数：

\mathit{H}\mathit{\text{'}}=-{\sum }_{i=\mathrm{1}}^s\left(P_i\mathrm{l}\mathrm{n}{P}_i\right)

式中，S为物种数；P_i 为物种i的简化优势度比例。

Patrick丰富度指数：Ｒ=Ｓ= 所在样方的物种数

Pielou 均匀度指数：

J\text{'}=\mathrm{1}-{\sum }_{i=\mathrm{1}}^s{\left(N_i/N\right)}^{\mathrm{2}}/(\mathrm{1}-\frac{\mathrm{1}}{s})

式中，S为物种数；N_i表示物种i的个体总数；N表示全部种的个体总数。

Average abundance平均多度：\overline{A}=A_i/N_i

式中，A_i为物种i的总多度；N_i为物种i出现的样方数。

样方数据的整理在Excel 2019和R 4.0.5中进行^［15］，差异显著性检验运用SPSS27.0采用单因素方差（one⁃way ANOVA）ducan检验和Kruskal⁃Wallis检验^［16］，统计图表使用Origin和GraphPad Prism绘制。以《中国植物志》^［17］《甘肃植物志》^［18］为依据鉴定自生植物科属种的分类，《中国植被》^{［19，20］}为依据判断自生植物生活型；《中国外来入侵植物志》^［21］和中国外来入侵物种信息系统（http：//www.iplant.cn/ias）等方式确定物种来源。自生乡土物种为自然生长于兰州地区的物种，外来物种指由人类有意或无意引进的兰州范围以外的物种，可分为国外外来物种和国内外来物种，通过《中国外来植物数据集》^［22］或相关参考文献来鉴定。

2 结果与分析

2.1 科属种的构成与丰富度

本研究调查4处滨河公园供记录自生植物44科118属163种，其中乔木13种，灌木8种，藤本 4种，草本141种（附录）。在科属构成上，物种数最丰富的前10科分别是菊科（Compositae）39种、禾本科（Gramineae）20种、豆科（Fabaceae）12种、苋科（Amaranthaceae）8种、蔷薇科（Rosaceae）7种、十字花科（Brassicaceae）6种、茄科（Solanaceae）6种、杨柳科（Salicaceae）4种、车前科（Plantaginaceae）4种、蓼科（Polygonaceae）3种。4处公园中各科种的占比均不同；物种频度大于10%的有5科，分别是菊科、豆科、车前科、旋花科（Convolvulaceae）、堇菜科（Violaceae），种数占比34.5%；优势科位于前三的是禾本科、十字花科、菊科，其中禾本科物种重要值综合最高（23.22%），其次是豆科（21.43%）和菊科（21.26%）（图1）。

在物种来源上，乡土物种79种（48.46%）、国内外来物种53种（32.51%），国外外来物种14种（8.58%），入侵植物有17种（10.42%），分别是小蓬草（Erigeron canadensis）、一年蓬（Erigeron annuus）、豚草（Ambrosiaartemisiifolia）、牛膝菊（Galinsoga parviflora）、婆婆针（Bidens bipinnata）、屋根草（Crepis tectorum）、鬼针草（Bidens pilosa）、羽叶鬼针草（Bidens maximowicziana）、黑麦草（Lolium perenne）、芒颖大麦草（Hordeumjubatum）、黄花草木樨（Melilotus officinalis）、白花草木樨（Melilotus albus）、长芒苋（Amaranthus palmeri）、凹头苋（Amaranthus blitum）、臭荠（Lepidium didymum）、曼陀罗（Datura stramonium）、火炬树（Rhus typhina）。4处公园中物种的组成结构和物种来源各不相同，银滩湿地公园29科67属76种；马滩湿地公园26科50属58种；马拉松主题公园26科29属61种；雁滩公园26科56属69种（见图2）。

2.2 生活型特征

兰州滨河公园自生植物生活型较为丰富，依据《中国植被》可划分为7个类型，分别是多年生草本、一、二年生草本、一年生草本、二年生草本、乔木、灌木、藤本7类。其中，草本植物最为丰富，多年生草本植物占绝对优势（76.22%），藤本植物所占比重最少（2.44%），隶属多年生草本的蕨类植物仅占0.61%。银滩湿地公园、马滩湿地公园、马拉松主题公园和雁滩公园中不同生活型植物所占比例均不相同，存在显著性差异，见图3。

在优势种方面，重要值排名前10的物种有：芦苇（Phragmites australis）占比17.26%；千屈菜（Lythrum salicaria）占比11.43%；鹅绒藤（Cynanchum chinense）占比8.04%；天蓝苜蓿（Medicago lupulina）占比7.28%；白车轴草（Trifolium repens）占比7.14%；狗尾草（Setaria viridis）占比4.32%；旋覆花（Inula japonica）占比3.98%；小蓬草占比3.64%；旱柳（Salix matsudana）占比3.01%；甘蒙柽柳（Amarix chinensis）占比2.96%。4处公园中都具有不同的优势种，且前40种优势种每个公园的占比不同，银滩湿地公园有14种（40%），马拉松主题公园有11种（27.5%），雁滩公园8种（20%），马滩湿地公园7种（17.5%）。

频度前10的物种有：田旋花（Convolvulus arvensis）占比62.43%；平车前（Plantago depressa）占比44.76%；狗尾草占比42.18%；天蓝苜蓿占比36.84%；马唐（Digitaria sanguinalis）占比22.23%；早开堇菜（Viola prionantha）占比22.06%；附地菜（Trigonotispeduncularis）占比21.43%；黎（Chenopodium album）占比21.36%；刺儿菜（Cirsium arvense var. integrifolium）占比18.48%；旋覆花占比14.36%。

2.3 各公园α多样性差异

不同滨河公园的自生植物α多样性通过单因素方差Duncan法和克鲁斯卡尔⁃沃利斯非参数检验（Kruskal⁃Wallis H），由图4所示，4处公园间存在显著性差异（P<0.05），银滩湿地公园、马滩湿地公园、马拉松主题公园和雁滩公园的多样性指数均表现为逐渐减小的趋势；丰富度指数由图5所示，与多样性指数呈相似递减趋势（P<0.05）；均匀度指数见图6（P<0.05），马滩湿地公园>马拉松主题公园>雁滩公园>银滩湿地公园；平均多度由图7所示（P<0.05），银滩湿地公园>马滩湿地公园>马拉松主题公园>雁滩公园。

自生植物对不公园内微生境的响应存在差异，不同公园内不同生活型和不同物种来源的自生植物物种多样性存在差异，对4处不同公园内的自生植物生活型检验比较得出（见表1），乔木、草本和藤本物种数在银滩湿地公园公园最高，灌木在雁滩公园最高（P<0.05）。

3 讨 论

3.1 滨河公园自生植物的物种组成特征

本次滨河公园调查共记录到自生植物163种，来自44科118属，生活型组成较为丰富。兰州滨河公园自生植物的种数高于惠州城市公园绿地自生植物^［23］（121种）、南京城市公园自生植物^［24］（70种）、广州滨水绿地自生植物^［25］（77种）等城市城区自生植物的种数；低于杭州主城区河岸带自生植物的种数^［12］（242种）和深圳市主城区^［26］（273种）等城市自生植物的物种数。以此可表明，兰州市滨河公园中有着较为丰富的自生植物资源，黄河湿地的优越条件为自生植物的生长提供了良好的自然条件；杭州、深圳等地区是由于温暖湿润的气候环境条件、经济、人口流动为当地自生植物提供了优越的生长条件。在兰州不同滨河公园中，自生植物物种组成存在显著性差异，在常见种上，雁滩公园>马拉松主题公园>银滩湿地公园>马滩湿地公园（P<0.05）；在特有种上，银滩湿地公园>马滩湿地公园>马拉松主题公园>雁滩公园（P<0.001）；在本土物种上，银滩湿地公园>马滩湿地公园>雁滩公园>马拉松主题公园（P <0.006）；在外来物种上，银滩湿地公园>马拉松主题公园>马滩湿地公园>雁滩公园（P <0.008）；在入侵物种上，不存在显著性差异（P =0.089）。本次研究发现小蓬草、银胶菊、臭荠和牛膝菊等外来入侵物种在滨河公园中出现频度较高，且成片的生长，极大地影响本地物种生存的同时，也造成了景观的同质化，在今后的滨河绿地管理实践中应加以重视。

植物的生长与周边环境息息相关，自生植物在公园中的生长受人为干扰和自然环境的共同作用。银滩湿地公园是兰州市生物多样性最强的公园之一，是本次研究自生植物群落最丰富，自生植物物种丰富度最高的滨河公园。优越的湿地环境滋养着喜湿性和喜水性自生植物，优势种为芦苇、千屈菜、水芹（Oenanthe javanica）、钝叶酸模（Rumex obtusifolius）、小蓬草。雁滩公园与银滩湿地公园极为相似，雁滩公园养护管理较强，人为干扰对自生植物的生长和生存影响较大，但水体周围的自生植物仍具有良好的生长环境，优势种为长苞香蒲（Typhadomingensis）、灯芯草（Juncus effusus）、三棱水葱（Schoenoplectus triqueter）、欧洲千里光（Senecio vulgaris）、鹅绒藤等具有良好的造景价值和园林应用的潜力。马滩公园沿河岸边的乔木树种在其园林绿化建设过程中得以保留，形成以乔灌木为主的植物群落，优势种有刺槐（Robinia pseudoacacia）、榆树（Ulmus pumila）、旱柳、臭椿（Ailanthus altissima），良好稳定的自生植物群落，有助于自身植物的群落演替。马拉松主题公园河岸带的自生乔木、灌木和草本极为丰富，优势种为甘蒙柽柳、枸杞（Lycium chinense）、独行菜（Lepidium apetalum）、鹅绒藤、红蓼（Polygonum orientale）。自生植物在治理恢复河岸带景观及塑造近自然滨河公园景观具有巨大的应用潜力和生态价值，值得广泛地应用和深入研究。

3.2 滨河公园自生植物的多样性特征

4处公园间物种多样性存在显著性差异（P=0.001），经检测运行后将4处公园的两两比较得出，J'值均不存在显著性差异（P >0.05）。在R值上，4处公园之间均存在性差异，且差异性相同（P <0.001），银滩湿地公园为30.68±1.27，马滩湿地公园29.47±0.55，马拉松主题公园22.80±0.97，雁滩公园20.27±0.56。H'值存在显著性差异（P <0.001），银滩湿地公园与马滩湿地公园（P <0.008）、银滩湿地公园与马拉松主题公园（P <0.036）、银滩湿地公园与雁滩公园（P <0.001）、马滩湿地公园与马拉松主题公园（P <0.048）、马滩湿地公园与雁滩公园（P <0.014）、马拉松主题公园与雁滩公园（P <0.03）。4处公园多样性指数，银滩湿地公园>马滩湿地公园>马拉松主题公园>雁滩公园。同是水域贯通的生境，雁滩公园要显著低于银滩湿地公园，因雁滩公园人工养护管理最强，而轻度养护管理的银滩公园近自然式的园林环境更适合自生植物群落的构建。同样的马滩湿地公园也显著低于马拉松主题公园，开放式的自然驳岸和自然景观为自生植物提供了良好的生存环境。在平均多度上，存在显著性差异（P <0.001），银滩湿地公园与马滩湿地公园（P <0.001）、银滩湿地公园与马拉松主题公园（P =0.003）、银滩湿地公园与雁滩公园（P <0.001）、马滩湿地公园与马拉松主题公园（P =0.012 3）、马滩湿地公园与雁滩公园（P =0.277 3）、马拉松主题公园与雁滩公园（P<0.002）。

3.3 影响自生植物多样性特征的因素

物种多样性建立在自生植物能正常传播繁殖、定居与群落构建的基础上。4处滨河公园中，人工养护管理是主要的影响因素^［27］。人为因素对不同生活型自生植物的影响存在一定的差异性，自生蕨类和草本植物会被当作杂草所清除，或在草坪修剪过程被一同修剪，很难做到种子传播和繁殖；乔木、灌木很少被清除，在人工养护管理下往往具有更好的水肥条件，且本身能为鸟类、昆虫等提供栖息地和食物来源，可间接实现种子传播，形成动植物协同共生的复合系统^{［28，29］}。自生植物和栽培植优势种的广泛分布也抑制自生植物的生长。

栽培植物对自生植物物种丰富度具有抑制作用，在养护强度上，轻微养护强度的样自生植物的多样性最丰富，高养护强度样地的自生植物的多样性最低，当自生植物群落无人工干扰或轻度干扰的情况下，其物种多样性最高。

4 结 论

自生植物不仅具有一定的观赏价值并富有野趣，具有潜在的生态效益，更是植物生态系统中不可缺少的组成部分。兰州市4处滨河公园共有自生植物44科118属163种，以一、二年生自生草本植物为主。4处滨河公园Patrick指数、Shannon⁃Wiener指数、Pielou指数存在显著性差异（P<0.05），多样性指数自西向东呈现逐渐递减的趋势，H'值4.76>4.36>4.064>3.99。在生存环境方面，喜湿型自生植物更具有生存优势，开放式驳岸生境的自生植物要显著高于公园内的生境，R值30.68>29.47>22.80>20.27。一些观赏价值较高的自生植物千屈菜、三棱水葱、灯芯草、长苞香蒲、宽叶独行菜、旋覆花、红蓼、甘蒙柽柳等可作为滨河景观低成本、低维护的优良植物，在未来的城市园林绿地建设中也可合理规划应用。

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基金资助

甘肃农业大学科技创新基金——科学建设专项基金(GAU-XKJS-2018-114)

甘肃省高等学校能力提升项目(2019B-072)

甘肃省林业和草原局林草科技创新与合作项目(KJCX2021004)

国家自然科学基金项目(31360569)

2024年高校教师创新基金项目(2024B-081)