嵩山风景名胜区内乡村植物群落配置模式研究

王 献,梁朋惠,杨振江,高士勤,张俊丽

(河南农业大学风景园林与艺术学院,河南 郑州 450002)

在城镇化快速发展的背景下,乡村景观在改造过程中过度模仿城市景观设计手法,出现了“千村一面”的景观现状[1~2]。乡村往往有着较良好的自然山水景观,受人为干扰强度较低,植被种类丰富多样[3]。乡村植被具有较强的自然属性,是当地气候环境长期自然选择的结果,具有最大的适应性和稳定性[4]。因此,了解当地的植物种类和群落结构,模拟自然植物群落,适当引入适生的外来植物,营造具有当地特色的植物群落,是改善乡村景观同质化问题的有效途径[5]。

近几年,学者分析自然植物群落用以引导城市园林绿地建设、湿地景观建设以及在野生植物资源景观评价等方面已开展了相关研究[6~10],而针对自然植物群落引导乡村景观研究尚不多。嵩山风景名胜区内乡村分布较广,自然环境良好,植被群落类型丰富。该研究以构建具有当地特色的人工植物群落为目的,对嵩山风景名胜区内的乡村进行自然植物群落调查与分析,提炼人工群落配置模式,为营造嵩山风景区周边的乡村植物景观提供参考,也为其他地区的乡村植物景观设计提供思路。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

嵩山风景名胜区位于河南省登封市境内,由太室山与少室山组成的风景名胜以及位于告成镇的观星台景区两部分组成,总面积为1 494 km2。北温带季风气候,一年中 7月最热,平均气温27.3℃,1月最冷,平均气温0.2℃,四季分明。嵩山风景名胜区内村庄分布广泛,数量为21个,多分布于海拔600 m以下的山地下部和丘陵地区[11]。采用典型调查法选取6个自然环境良好,植物群落丰富的乡村为研究对象,分别为:王河村、雷家沟村、三王庄村、范家门村、北高庄村、杨家门村,对其进行植物群落调查分析。

1.2 研究内容与方法

1.2.1 群落调查

2021年6 月,在对6个村庄进行全面调查的基础上,以典型样方法从每个村庄选取2个面积为400 m2(20 m×20 m)的样地进行调查,共计12个植物群落样地。记录每个样地的坡向、坡度、郁闭度(郁闭度=被树冠覆盖的样点数╱样点总数)等,获得生境原貌。调查样方的乔木层(H≥3 m),记录种名、数量、胸径、高度、冠幅等;在样地内机械取样4个面积为25 m2(5 m×5 m)的小样方,对灌木层(H<3 m)记录种名、高度、冠幅等,对草本层和藤本,记录种名、面积等,获得样地基本信息[12]。

1.2.2 群落分析

根据调查数据,计算各样方乔、灌和草各层物种的相对重要值(Important Value,IV),分析群落的建群种、优势种以及伴生种;计算群落的多样性指数,其中包括物种丰富度指数(S)、Shannon-Winener指数(H)、Simpson指数(D)以及 Pielou均匀度指数(Jh),分析群落的多样性[13];计算乔灌草3层植物的高度比、盖度比和树种比,分析群落的景观结构;分析群落季相特征,为人工群落配置提供参考。

计算公式为:

式中:S为物种总数,Pi=ni/N,N为所有物种的个体数之和,ni为第i个物种的个体数;

1.2.3 人工配置模式提炼

通过1.2.2的数据分析,提炼人工群落配置模式,根据运用场景的特点与功能需求,将人工植物群落运用于乡村绿地。

2 结果与分析

2.1 样方简况与植物组成

所选样方均为自然环境良好,自然植被丰富的村庄荒地或自然坡地,坡度 5°~10°或 15°~30°,郁闭度0.60~0.85。调查结果显示,共有木本植物43种,隶属25科37属;草本植物 49种,隶属 21科 42属;藤本植物 10种,隶属9科10属。其中,乡土植物99种,外来植物11种[14]。

2.2 物种重要值与多样性

以样方为基本单位,乔木作为划分植物群落的主要依据,通过各乔木在群落中的相对重要值,将所调查样地划分为4种植物群落:刺槐—君迁子群落、青杨—榆树—朴树群落、侧柏—荆条群落、楝—胡桃—栾群落,各群落选取物种丰富度高的样地进行分析。

刺槐—君迁子群落郁闭度为0.7,建群种为刺槐(RobiniapseudoacaciaL.)、君迁子(Diospyros lotusL.),相对重要值分别为18.91、15.30。乔木层伴生种为楝(MeliaazedarachL.)、青杨(PopuluscathayanaRehder)等;藤本有葎草(Humulus scandens(Lour.)Merr.)、忍冬(LonicerajaponicaThunb.)。其中,刺槐为外来蜜源树种,花可食用,故村庄自然坡地栽植或野生了许多刺槐树种,经过长期的自然演替,形成了较稳定的刺槐群落,具有一定的地域代表性;构(Broussonetiapapyrifera(L.)L'Hér.ex Vent.)为乡土植物,适应性强,易形成单优种群,不利于其他植物的生长,但其抗污染能力强,可用于大气污染严重地区栽培或作为防护林、荒山坡地绿化等(表1)。

表1 刺槐—君迁子群落分析

青杨—榆树—朴树群落郁闭度为0.75,建群种为青杨、榆树(UlmuspumilaL.)、朴树(Celtis sinensisPers.),相对重要值分别为23.87、14.67、14.05。乔木层伴生种为构、臭椿(Ailanthusaltissima(Mill.)Swingle)、山槐(Albiziakalkora(Roxb.)Prain)等;藤本有杠柳(PeriplocasepiumBunge)、马兜铃(AristolochiadebilisSiebold&Zucc.)、茜草(RubiacordifoliaL.)。 其中,青杨非乡土植物,在当地多被栽培作为经济用材;荆条(Vitexnegundovar.heterophylla(Franch.)Rehder)适应性强,是绿化荒山、保持水土的优良乡土灌木,当地人多用荆条枝干做编织材料,也是良好的蜜源植物,具有一定的当地特色(表2)。

表2 青杨—榆树—朴树群落分析

侧柏—荆条群落郁闭度为0.85,建群种为侧柏(Platycladusorientalis(L.)Franco)、荆条,相对重要值分别为64.98、50。乔木层伴生种为构、杜梨(PyrusbetulifoliaBunge);灌木层优势种为荆条,藤本有蛇葡萄(Ampelopsisglandulosa(Wall.)Momiy.)。其中,小蓬草(ErigeroncanadensisL.)为外来入侵物种,危害秋收作物、果园和茶园,是棉铃虫和棉蝽象的中间寄主;白茅为多年生顽固性杂草,危害当地农作物。侧柏在当地多为栽培树种,其适应能力强,多用于寺庙、陵墓和古迹中,因嵩山风景名胜区有寺庙、道观、嵩阳书院等历史古迹,故当地多以侧柏作为绿化荒山的树种,具有一定地域特色(表3)。

表3 侧柏—荆条群落分析

楝—胡桃—栾群落郁闭度为0.9,其中建群种为楝、胡桃(JuglansregiaL.)、栾(Koelreuteria paniculataLaxm.),相对重要值分别为 21.54、12.13、11.20。乔木层伴生种为山皂荚(Gleditsia japonicaMiq.)、 构、 山 桃 (Prunusdavidiana(Carrière)Franch.);藤本有杠柳、葎草。 其中,一年蓬为外来入侵物种,排挤本地物种,破坏了生态平衡;胡桃为外来植物,在当地广为栽培作为经济果林;葎草为多年生缠绕草本,适应能力强,危害当地农作物、妨碍人类生产活动,同时也可做水土保持植物(表4)。

表4 楝—胡桃—栾群落分析

通过对比4个群落乔灌草3层的α多样性指数可以看出(表5),乔木层中群落3的物种丰富度和均匀度都远低于其他群落,这是由于侧柏—荆条群落以侧柏作为防护林成片种植,侧柏株数占绝对优势,其他野生乔木生长空间有限,导致群落乔木层物种丰富度和均匀度较低。总体来看,群落灌木层的物种丰富度要低于乔木层和草本层,但一些灌木植物在群落中重要值较高,说明灌木层虽种类单一,但在群落中占据较重要的位置。

表5 植物群落多样性指数

2.3 群落空间分布格局

由表6可以看出,乔木层平均高度在 9~11 m,灌木层平均高度在1.5~2 m。除侧柏—荆条群落外,其余3个群落乔灌的高度比接近,平均为1∶0.17。群落乔木层盖度在70%~85%,种数在9~11种;灌木层盖度在40%~70%,种数在2~6种;草本层盖度在40%~80%,种数在8~14种。由此可知,乔木层与草本层植物种数较多,盖度也较高,在群落中乔木层与草本层占据重要位置。

表6 植物群落空间结构分析

2.4 群落季相特征

刺槐—君迁子群落乔木层树种多为初夏观花、秋季观果,灌木层、草本层植物多为夏季观花,群落整体季相特征主要表现为夏季观花、秋季观果;青杨—榆树—朴树群落乔木层树种多可做庭荫树种,夏季冠大浓荫,灌木层、草本层多为夏季观花,群落整体季相特征主要表现为夏季观花、有浓荫;侧柏—荆条群落,季相特征主要表现为四季常青、夏季观花;楝—胡桃—栾群落乔木层春夏可观花,灌木层、草本层多为春夏季观花,群落整体季相特征主要表现为春可观花、观嫩叶,夏可观花。

3 人工植物群落配置模式提取与应用

3.1 人工植物群落配置模式提取

调研过程中发现,自然植物群落存在外来入侵物种和恶性杂草占据过多的生态空间问题,对当地的农作物造成一定的影响,不利于植物群落的进展演替[15],如:一年蓬、小蓬草为恶性入侵物种,葎草、白茅等为恶性杂草。一些本土植物会形成单优种群,如:构。也有一些植物具有地域代表性,能够彰显地方特色,如:侧柏、欧李、荆条、酸枣等。除此之外,自然群落中存在鸟嗜、蜜源植物,对于营造动物友好型景观具有积极作用,如:刺槐、欧李、荆条、酸枣等。

“师法自然”是配置人工植物群落的核心思想,了解与掌握自然或半自然植物群落组合规律,以此指导人工群落配置[16]。在进行人工植物群落配置时,保留自然或半自然植物群落的建群种与优势种作为骨架,剔除群落中的恶性入侵种及恶性杂草,将一般入侵种和本土植物形成的单优种群进行调控,如:将构替换成同科树种桑(Morus albaL.),增加鸟嗜、蜜源植物以及具有一定生态功能的乡土植物,适当引入观赏价值高的适生外来植物,形成具有当地特色的植物群落。按照上述方法,对4个自然或半自然植物群落进行模拟,提炼出6个人工群落配置模式(表7)。

表7 人工植物景观配置模式模式

3.1.1 模拟“刺槐—君迁子”群落,形成“刺槐+君迁子”群落、“刺槐+柿—枸杞”群落

3.1.1.1 刺槐+君迁子

保留自然群落的建群种,将优势种中的构替换成同科树种桑。自然群落中耐水湿树种占多数,可将不耐水湿的栓皮栎替换成耐水湿的树种水杉(MetasequoiaglyptostroboidesHu&W.C.Cheng),草灌层选取观赏价值高又具有一定生态效益的湿生或水生植物[17]。该群落春可观花、夏可观果、秋可观叶,观赏价值高、植物生态习性相似,可用于道路绿地和滨水绿地。

3.1.1.2 刺槐+柿—枸杞

将自然群落建群种中的君迁子替换成可食用的柿(DiospyroskakiThunb.),保留其他建群树种,将优势种中的构替换成与其同科的桑,加入栗(CastaneamollissimaBlume)、桂花(Osmanthusfragrans(Thunb.)Lour.)等具有可食用价值和观赏价值的植物。枸杞(LyciumchinenseMill.)具有食用和药用价值,在当地多为野生,当地村民有采摘枸杞的风俗,可加大枸杞在群落中的占比,加入月季花(RosachinensisJacq.)、贴梗海棠(Chaenomelesspeciosa(Sweet)Nakai)等具有观赏价值且外来适生植物。该群落春可观花、夏秋可观花观果,可食用树种较多,可用于宅旁绿地、生产绿地。

3.1.2 模拟“青杨—榆树—朴树”群落,形成“青杨+榆树—荆条”群落、“榆树+朴树—欧李”群落

3.1.2.1 青杨+榆树—荆条

保留自然群落的建群种,减少构在群落中的比例,适当加入与其同科的桑,加入彩叶树种银杏(GinkgobilobaL.),丰富群落的季相变化;加大荆条在群落灌木层中的占比,加入木芙蓉(Hibiscus mutabilisL.)、牡丹(PaeoniasuffruticosaAndrews)、月季花(DahliapinnataCav.)等具有观赏价值的植物,丰富群落多样性,增强群落的观赏价值。该模式春可赏花、夏有浓荫、秋可观叶赏果,可用于道路绿地、防护林,具有明显的季相变化。

3.1.2.2 榆树+朴树—欧李

乔木层保留群落的建群种,将优势种中的构替换成与其同科的桑,加入山皂荚、贴梗海棠、桂花等观赏价值高、具有芬芳气味的植物;欧李(PrunushumilisBunge)在当地多为野生,其果实含钙量极高,又被称为“钙果”,在生态上又具有美化环境、治理荒山沙漠、防止水土流失等作用,是我国特有的野生经济植物,具有产业化开发的潜力[18],可加大欧李在群落中的占比,加入月季花(RosachinensisJacq.)、蜡梅(Chimonanthus praecox(L.)Link)、棣棠(Kerriajaponica(L.)DC.)等植物。该群落春可观花、夏可观果、秋可观花果闻香、冬可观花闻香,四季景观明显,观赏价值高且具有一定的地域特色,可用于乡村公共绿地、宅旁绿地。

3.1.3 模拟“侧柏—构—杜梨”群落,形成“侧柏—荆条”群落

保留群落的建群种,减少构在群落中的比例,适当加入与其同科的桑;剔除草本层中的恶性杂草白茅和外来入侵物种小蓬草,替换成与其同科的求米草和艾。群落中的荆条、酸枣为蜜源植物,桑、构、杜梨可食用且是鸟嗜植物,侧柏四季常绿且具有地域代表性。该群落可用于防护绿地、寺庙和陵墓周边。

3.1.4 模拟“楝—胡桃—栾”群落,形成“胡桃+栾—欧李”群落

保留自然群落的建群种,将优势种中的山桃、刺槐、君迁子替换成可食用且观赏价值高的桃、紫穗槐(AmorphafruticosaL.)、柿;丰富灌木层、草本层中的植物种类,将入侵植物一年蓬替换成同科的艾,藤本层中的恶性杂草葎草替换成可食用的葡萄(VitisviniferaL.)。该群落春可观嫩叶观花、夏秋可观果,可用于宅旁绿地、公共绿地。

3.2 人工植物群落应用

根据运用场景的特点与功能需求,将人工植物群落运用到乡村不同的场景中(表8)。按照功能将乡村绿地景观分为:防护绿地、宅旁绿地、道路绿地、公共休闲绿地、滨水绿地、生产绿地[19]。

表8 植物配置模式景观特征及其适用绿地类型

4 结论与讨论

本研究通过对嵩山风景名胜区内乡村自然或半自然植物群落进行分析,提炼群落中的优势种和建群种形成人工植物群落骨架,剔除群落中的恶性入侵种及恶性杂草,将一般入侵种和本土植物形成的单优种群进行调控,增加鸟嗜、蜜源植物以及具有一定生态功能的乡土植物,适当引入观赏价值高的适生外来植物。最终形成6个人工植物群落配置模式,根据运用场景的特点与功能需求,得出“刺槐+君迁子”群落可运用于乡村道路绿地、滨水绿地;“刺槐+柿—枸杞”群落可用于宅旁绿地、生产绿地;“青杨+榆树—荆条”群落可用于道路绿地、防护林;“榆+朴树—欧李”群落可用于乡村公共绿地、宅旁绿地;“侧柏—荆条”群落可用于防护绿地、寺庙和陵墓周边;“胡桃+栾—欧李”群落可用于宅旁绿地、公共绿地。

乡村往往有着较良好的自然山水景观,受人为干扰强度较低,植物种类丰富多样,具有重要的生态价值。通过深入了解当地自然植物群落结构特征,提炼自然群落的基本骨架,形成人工植物群落配置模式,将其运用到乡村不同的绿地中,有利于提升乡村植物景观、凸显地方植物景观特色。

本研究调研中发现,一些植物种类尚处于未开发状态,如:蛇莓、紫堇、欧李、酸枣等。因此,需要更多的科技工作者加入到野生植物驯化培养工作中,为风景园林设计规划工作者提供更多的乡土植物物种,推动乡土植物快速应用到当地的植物规划设计中。