生境片断化对城市残存森林木本植物物种丰富度的影响

来源:用户上传      作者:梁红 达良俊 宋坤 周春玲 高志文 王凯

　　关键词：残存森林斑块;生境片断化;物种丰富度
　　0引言
　　生境片断化是指各种自然因素或人为因素导致大面积连续分布的生境变成空间上相对隔离的小生境的现象[1]，会对生存于其中的物种带来一系列的影响，如种群的大小和灭绝速率、扩散和迁入、种群遗传和变异、种群存活力等[2-3].生境片断化和破碎化程度的日益加剧正在引发全球范围内生态系统破坏和生物多样性丧失[4].城市化进程中自然植被受到硬质景观的切割，形成斑块状分布的残存自然植被，受到生境片断化的影响[5-6].
　　经典的岛屿生物地理学认为，在生态学时间尺度上，岛屿的物种丰富度主要取决于物种的迁入速率和灭绝速率;岛屿面积及其与大陆的距离决定了迁入和灭绝速率[7]，亦称“大陆-岛屿模型”.有学者提出了岛屿生物地理学理论也有其局限性[8-9]，如忽略了物种个体大小和数量、气候、人为干扰等决定岛屿物种多样性及群落结构的重要因素的影响[2，8，10].和海洋岛屿相比，陆地破碎化、片断化生境和其周边基底景观属性及土地利用方式多样，对物种的丰富度影响更大[11-12].Forman[13]指出，应该考虑生境异质性、干扰、林内生境大小、缀块年龄和基底异质性等因子对物种丰富度的影响.
　　对都市片断化生境中的物种而言，其迁入和灭绝不再仅受自然环境的影响，同时也受人为活动的影响[2，14-15].各类人为活动破坏了生境稳定性，形成了强度各异的物理损伤，对物种的灭绝起到了加速作用;而偏好的管理措施又有利于某些物种的生存，降低了灭绝速率.此外，都市中片断化生境并不似海岛间的完全“隔离”，其相互间的隔离程度受到周边都市环境的影响[16].如果片断化斑块间以硬质下垫面为主、高度城市化，则隔离程度较高，不利于种子的传播;反之，片断化斑块间以人工绿地或农田为主，则隔离程度低，对部分物种的传播影响不大.
　　目前，岛屿生物地理学理论在城市中的应用多以动物，如鸟类、蜜蜂、蝴蝶、节肢动物、哺乳动物等为研究对象[17-18]，以城市森林作为岛屿生物地理学研究对象的还较少，且多在郊区展开[19-20]，以高度城市化的中心城区为研究对象的更为少见.因而，本文以青岛城市片断化森林植被为研究对象，以经典的岛屿生物地理学理论为基础，增加人为干扰强度和斑块隔离度两个因子，构建城市片断化森林岛屿程度评价体系，提出岛屿化综合指数，并分析其与物种丰富度的关系，探究都市残存森林植被生物多样性对生境片断化的响应.
　　1研究地区与研究方法
　　1.1 研究区概况
　　青岛属海滨丘陵城市，地势东高西低，南北两侧隆起，中间低陷;市区地形主要由崂山山脉及崂山余脉的东北―西南走向的十几个丘陵组成的丘陵群构成[21].这些丘陵边界清楚、彼此独立、大小不一，周边被城市化区域，如道路、商业区、居民区等包围，呈岛屿状分布，是青岛城市内残存自然植被主要的分布区，可视为钢筋混凝土“森林”中的“岛屿”，是开展城市岛屿生物地理学研究的绝好对象.
　　崂山山系自新生代胶辽古大陆分离之后，一直处于相当稳定的状态，加上温暖湿润的气候条件，使得一些古老的类群得到保存，是山东植物种类最丰富的区域之一[22].同时，崂山位于青岛市区内，南北没有高山相阻，对青岛市区内各片断化森林斑块植被的物种多样性，具有重要的辐射作用，是青岛典型的乡土植物资源的“种库”.因而，经典的“大陆-岛屿”生物地理学模型适于描述崂山植被与都市残存丘陵植被的关系.
　　1.2 研究方法
　　本研究基于岛屿大陆模型理论，其中，岛屿指的是浮山、太平山、北岭山等13个片断化的残存森林斑块，海拔为60～384m，植被类型属于垂直带基带植被，自然顶级植被都是暖温带落叶阔叶林区.崂山植物种类极为丰富，共有木本植物90科204属461种，其中乡土木本植物66科136属302种，分别占山东省原生木本植物科、属、种的93.0%、83.9%和80.7%.因此，本研究假设只存在一个“大陆”，即崂山，它能够为“岛屿”源源不断地提供繁殖体雨[10，23]，并且认为在这个大陆上“大陆种群”不会灭绝，所有“岛屿”迁移个体都只来自“大陆种群”，不考虑岛屿之间的迁移.
　　青岛片断化的残存森林斑块与崂山的位置分布图以及基本属性表详见图1和表1.
　　1.2.1植物区系调查
　　本研究应用样线调查法，在不同坡向、地形和植被类型的地段上设置2条以上的样线，并于2019―2020年连续两年在春夏秋冬4个季节对上述13个片断化森林斑块的木本植物进行了区系调查，最大限度地保证植物种类调查的详尽.此外，调查中剔除农田、经济林等强人为管理下的植被类型.
　　1.2.2土地利用分析
　　获取基准分辨率为25m的植物生长旺盛月份的SPOT5卫星彩色遥感图像作为数据源，以青岛市地形图为基准，在ENVI软件中，对影像多光谱波段进行几何校正，精度控制在0.5像元.按照青岛城市范围进行图像的裁剪.不透水表面、水体、绿色植被及裸土的组合是城市生态系统中最基本的组分[24].因此，本研究将土地利用类型划分成水体、绿地、裸地和建设用地（即不透水表面，包括住宅用地、交通运输用地和商服用地等）4类，利用ENVI软件的监督分类进行计算机自动提取.利用随机样本及GoogleEarth高清影像及实地调查相结合的方法对分类结果进行精度检验，计算分类精度和Kappa系数.达到精度要求的分类结果转入ArcGIS并进行矢量化.根据青岛城市范围，以2km×2km为网格单位，建立fishnet网格，并用转面命令，将网格线转为网格面.将网格面与矢量化后的分类图进行相交叠加，导出叠加图的属性表，计算各网格内不透水率[25].不透水率是指单位面积内不透水面所占地表面积的比例[26].本研究中，各网格的不透水率为网格内的不透水地面的总面积除以4类土地利用类型总面积.同时，测量各森林斑块的面积，并测量片断化森林斑块的中心点与崂山中心点的距离.

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