杨 霞， 谷永丽, 臧德奎

(1.云南艺术学院设计学院，云南昆明 650500;2.山东农业大学林学院，山东泰安 271018)



城市绿地植物物种多样性评价体系的构建

杨 霞1， 谷永丽1, 臧德奎2*

(1.云南艺术学院设计学院，云南昆明 650500;2.山东农业大学林学院，山东泰安 271018)

城市生物多样性评价越来越受到国际社会重视，但现有评价指标和体系都是针对自然生态系统的，缺乏城市绿地生物多样性评价的指标和体系。文章针对城市植物物种多样性特点，首次引入物种饱和度指数、品种丰富度指数等指标，细化物种丰富度指数、物种相对丰度指数等指标，拟通过指标权重研究，以基于6个一级指标和若干二级指标的植物物种多样性指数(PSDI)为标准进行城市绿地生物多样性评价，为城市生物多样性规划提供理论指导。

生物多样性；城市绿地；评价体系；物种饱和度指数；品种丰富度指数；植物物种多样性指数

生物多样性(Biodiversity)是地球上所有植物、动物和微生物与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和，是人类赖以生存和经济社会可持续发展的基础，是生态安全的保障。当今世界面临的人口、粮食、资源、环境、能源五大危机，无一不与生物多样性存在着直接或间接关系。但是，作为人类生存基础的生物多样性受到越来越严重威胁[1-4 ]。1992年在联合国环境与发展会议上通过的《生物多样性公约》(Convention on Biological Diversity)，为保护生物多样性、持续利用自然资源提供了一个综合而全面的法律框架。由于生境丧失、不合理利用与过度开发、外来物种入侵以及气候变化等原因，我国生物多样性丧失的问题变得十分突出，一些特有动植物和重要经济动植物的原有分布生境迅速萎缩。据《中国物种红色名录》[5]估计，我国裸子植物受威胁的比例为69.91%，近危的比例为21.23%，被子植物受威胁比例以及近危的比例则分别为86.63%和7.22%。因此，加强我国生物多样性的保护和管理显得十分紧迫。

相对于自然生态系统的生物多样性保护而言，随着城市人口的不断膨胀，城市生物多样性(Urban Biodiversity)问题更为紧迫。2001年5月，国务院发布的《关于加强城市绿化建设的通知》提出“要加强城市绿地系统生物多样性的研究，特别要加强区域性物种保护与开发的研究”；2002年11月，建设部发布了《关于加强城市生物多样性保护工作的通知》，要求加强生物多样性的研究，积极开展生物资源(特别是乡土物种和濒危物种)和生态系统调查、生态环境及物种变化的监测。2010年9月，为落实《生物多样性公约》的相关规定，进一步加强生物多样性保护工作，我国制定了“中国生物多样性保护战略与行动计划”(2011-2030年)(环发[2010]106号)，确定了未来20年生物多样性保护的10个优先领域及30个优先行动，其中涉及城市生物多样性，如城乡建设领域生物多样性保护与利用规划和示范工程、城市园林中迁地保护的生物物种资源调查与编目等，并将“开展生物多样性综合评估”作为行动计划的重要内容。

1 生物多样性评价体系的研究现状

1.1 生物多样性评价指标研究开展生物多样性评价是衡量生态系统是否健康的重要步骤，是认识生物多样性的现状与动态变化过程的有效途径。1943年英国统计与遗传学家Fisher首先提出“物种多样性”一词，此后，广泛开展了有关生物多样性的研究，并从定性研究逐步转向定量研究，出现了多种度量群落物种多样性的指标，如多种丰富度指数(Patrick指数、Margalef指数等)、多样性指数(Simpson指数、Shannon-Weiner指数等)、均匀度指数等[6-11]。这些指数多数以概率论和信息论为基础，用来度量群落中的物种数、总个体数和物种分布均匀性。

从20世纪90年代起，国际上开始逐步重视生物多样性评价指标研究。Reid等[12]于1993年提出了一套由20多个指标组成的生物多样性评价体系，旨在建立地方、国家、区域和全球水平生物多样性现状评价框架，帮助规划者建立优先保护领域以指导生物多样性保护决策；Bosch等[13]1997年提出的评价体系包含了65个指标；Undp[14]则提出了包含33个指标的评价体系。于2004年召开的《生物多样性公约》第7次缔约方大会确定了8个生物多样性评价指标，以评价2010年目标的实施进展[15-16]；2005年1月，欧洲环境局启动了“整合欧洲2010年生物多样性指标(SEBI2010)”的泛欧洲合作项目，旨在国家、泛欧洲、全球水平上尽量建立一致的生物多样性指标，评价2010年目标的实施进展[17]。

我国从20世纪90年代开始研究生物多样性评价指标。1994年，钱迎倩[3]论述了生物多样性的测度指标；其后，史作民等[18]就区域生态系统多样性提出了6项评价原则和一套包括多样性、特有性、代表性、稀有性、稳定性、自然性、保护价值、可接近度、人类干扰、自然灾害和保护现状等指标的分层次评价指标体系；张峥等[19]提出了以多样性、代表性、自然性、稳定性和人类威胁等指标组成的湿地生态评价指标体系；曾志新等[20]基于遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性3个层次，从多样性、稀有性、濒危性、稳定性、干扰性等方面初步提出了一套评估生物多样性的评价标准。环境保护部于2007年启动了全国性的生物多样性评价试点工作，采用野生维管束植物丰富度、野生高等动物丰富度、生态系统类型多样性、物种特有性、受威胁物种丰富度、外来物种入侵度6个指标对各省域的生物多样性进行评价[21]。此外，丁晖等[22]在总结前人研究基础上，针对大尺度下生物多样性评估建立了评价体系和方法，并以四川和云南为案例，进行了示范评估。

1.2 城市生物多样性评价研究现有的生物多样性评价体系都是针对自然生态系统，而且大多数是基于国家或省区范围而采用的。对于城市环境而言，生物多样性评价研究一直处于滞后状态，目前尚无适宜的评价指标与标准。我国关于城市生物多样性的研究，多数为生物多样性保护的一般性论述[23-25]，或者完全采用自然生态系统的评价指标和方法对城市群落的生物多样性进行评价，或者针对城市环境的景观多样性进行探讨[26-31]，不能真正反映城市生物多样性，尤其是最为关键的物种多样性的实际。因此，虽然城市生物多样性调查和保护在我国部分地区也取得一些经验，但仍很不完善。由新加坡提出的“新加坡城市生物多样性指数”是首个用以衡量城市、国家级别以下区域或地方政府在保护生物多样性方面所做努力的工具。该指数分为3大类指标：城市本土生物多样性、所提供的相关生态系统服务、相关城市治理及管理，具体衡量标准23项，包括自然地区占城市面积的比例、休闲及教育服务、淡水服务以及生态多样性等项目。不过，该指标主要用于评估管理层对生物多样性保护所做的努力，从城市生物多样性科学评价的角度，并不适宜，而且过于宏观。

与自然生态系统不同的是，城市生态环境更为脆弱，城区扩展、城市建设和旧城改造都不可避免地带来城市环境和景观的重大变迁。人类在城市建设过程中，一方面破坏了动植物栖息的自然生境，建造了许多新的特化生境，另一方面摒弃了大量原有的乡土物种，而引进了许多外来物种[32-33]，这必然导致城市生物多样性的严重丧失。城市环境中，外来物种入侵或大量外来物种、栽培品种的应用，完全不同于自然生态系统。因此，城市生物多样性的评价方法和评价指标与自然生态系统必然不同。

2 城市绿地植物物种多样性评价指标体系

城市生物多样性问题越来越受到国际社会的重视，我国城市化进程的快速发展使得城市生物多样性研究和保护更具紧迫性。生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性4个层次[3,34 ]。在城市绿地这一特定环境中，应更加注重小尺度下的生物多样性研究，而其中最为重要的是物种多样性。物种多样性是生物多样性在物种水平上的表现形式，有2方面的含义：①从分类学、系统学和生物地理学角度，对一定区域内物种的状况进行研究；②从生态学角度，对群落的组织水平进行研究。目前在生物多样性评价中所称的物种多样性一般指前者。而为了反映城市绿地物种多样性的现状，对群落水平的物种组成进行测度和评价也是非常重要的。

生物多样性评价指标，应当具有科学性(目的明确、定义准确，客观、真实反映生物多样性特征)、代表性(最能直接反映生物多样性本质特征)和简明性(数据容易采集、可操作性强)的特点。据此，参考前人研究生物多样性使用的评价指标，结合城市绿地的植物物种多样性特点，提出将物种丰富度指数(species richness index)、乡土物种相对丰度指数(relative richness index of native species)、物种稀有性指数(species rareness index)、外来物种入侵度指数(invasion degree index of alien species)、物种饱和度指数(species saturation index)和品种丰富度指数(cultivar richness index)等作为一级指标，并根据需要设置若干次级指标，通过评价指标的归一化处理和权重设置，采用城市绿地植物物种多样性指数(Plant Species Diversity Index, PSDI)来评估城市生物多样性。城市生态系统中最重要的植物是维管束植物，植物物种多样性评估可以主要针对维管束植物进行。

2.1 评价指标

2.1.1物种丰富度指数。物种丰富度指数指被评价区域内所有维管束植物的物种数(若存在亚种、变种和变型等种下分类等级，则以这些种下等级为分类单位)，用于表征植物种类多样性。该指标是最古老的物种多样性测度方法，可直观反映被评价区内物种多样性程度。

大尺度自然生态系统中生物多样性评价一般分为蕨类植物、裸子植物和被子植物3个次级指标。在城市绿地中，为了更准确地反映生物多样性组成，可按照科的组成计算物种丰富度指数，从而进一步细化次级指标。

2.1.2乡土物种相对丰度指数。对于自然条件不同的区域，若仅采用物种丰富度指数，多样性的可比性不强。乡土物种相对丰度指数能够反映被评价区在其所处地理区内的代表性和相对重要性。该指数指乡土植物中，各类植物占所在植物区系物种总数的比例，过去较少应用。

按照植物区系区划，物种相对丰度指数的计算应该根据城市所在的地理位置，按照植物小区进行统计。根据城市绿地特点，该指数的次级指标可分为乔木、灌木，1、2年生植物和多年生草本植物等，并可将水生植物、草坪草和攀援植物等作为特殊类型列出。

2.1.3物种稀有性指数。物种稀有性指数用于评价城市绿地(包括植物园、树木园)中应用及保存的珍稀濒危保护植物和该区域(或省)特有植物的数量，可以设置国家级保护植物、省级保护植物和特有植物等次级指标。在实际调查中，应重点对植物园和大型综合性公园进行调查。国家级保护植物应根据《中国植物红皮书》、《中国珍稀濒危植物》[35-36]及国务院颁布的《国家重点保护野生植物名录》等权威资料确定。

2.1.4外来物种入侵度指数。外来物种入侵度指数属于外来物种风险评价指标，用于表征生态系统受到外来物种干扰的程度。该指标可分为外来物种和外来入侵物种2个次级指标。外来物种(alien species)指原产地在中华人民共和国境外的物种、亚种或更低的分类群。外来入侵物种(invasive alien species)指可能或已在中华人民共和国境内建立自然种群、威胁或者破坏当地环境和生物多样性的外来物种[33]。对外来入侵物种及所有外来植物进行统计，计算其占城市植物种类总数的比例。

2.1.5物种饱和度指数。物种饱和度指数是新引入的指标，期望反映城市实际的物种多样性水平与理想状态下物种多样性水平的差距，从而为生物多样性保护与管理提供依据。物种饱和度指数指组成城市绿地植物群落的物种数量与发育良好的自然生态系统中相应群落中物种数量的比值。群落分类应按照《中国植被》的分类标准[37]，以群系为单位。

2.1.6品种丰富度指数。品种丰富度指数是新引入的指标，用于反映组成城市绿地景观的植物多样性。从严格意义上说，该指标应属于遗传多样性层次，但与自然区域不同的是，组成城市植物群落和绿地景观的很多植物是物种内的品种，而且很多情况下其原种可能并没有在城市栽培。

由于植物品种多而复杂，全面进行品种丰富度研究是不现实的。因此，可以针对城市绿地系统规划或树种规划中确定的基调和骨干植物(或树种)，统计其品种数量。二级指标的设置可以分为乔木、灌木、一二年生植物、多年生草本植物等类别。

2.2 数据处理和植物物种多样性指数计算

2.2.1评价指标的归一化处理。调查和统计获得的次级评价指标数据，需要经过归一化处理。该评价系统选择的指标类型有2种，即效益型指标和成本型指标。

归一化方法为：

其中：x、x归一化分别为归一化前和归一化后的评价指标；x最小值、x最大值分别为评价单元中该指标的最小值和最大值。

2.2.2权重设置研究。对各评价指标和次级指标的权重进行研究、赋值，用于城市物种多样性指数的计算。指标权重的设置主要有主观法(如专家调查法、层次分析法、循环评分法)和客观法(如熵值法、最小二乘法、最大方差法)2类。

由于生物多样性评价的复杂性和模糊性，据前人研究，采用精确的数学模型来求取评价因素的权重并不适宜[22]。因此，一般可以采用AHP层次分析法(Analytical Hierarchy Process)和专家调查法，如德尔菲法(Delphi Technique)等进行权重设置。

2.2.3城市绿地植物物种多样性指数(PSDI)计算。城市绿地植物物种多样性指数(PSDI)为各项评价指标归一化后的加权求和。PSDI = 物种丰富度指数 × 权重1+ 乡土物种相对丰度指数 × 权重2+ 物种稀有性指数性 × 权重3+ 外来物种入侵度指数 × 权重4+ 物种饱和度指数 × 权重5+ 品种丰富度指数 × 权重6

3 结语

中国目前正处于城市化高速发展时期，城市生物多样性保护和研究在我国更具有紧迫性和重要性。建设部《城市绿地系统规划纲要》要求进行生物(重点是植物)多样性保护与建设规划，但因缺乏生物多样性评价指标和技术体系，各城市在制定生物多样性保护规划时随意性较大，形成的规划文本大多目标不明确，可操作性差[38]。同时，在规划和建设项目的环境影响评价中也需要进行生物多样性评价。城市生物多样性评价工作是客观了解城市生物多样性现状及其变化趋势，科学开展生物多样性保护的基础工作和重要手段，对于提高城市生物多样性保护的针对性和有效性，指导城市绿地系统规划、城市生物多样性规划和环境影响评价具有重要价值。

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Study on the Plant Species Diversity Evaluation System in Urban Green Space

YANG Xia1, GU Yong-li1, ZANG De-kui2*

(1. Arts And Design College, Yunnan Arts University, Kunming, Yunnan 650500; 2. Forestry College, Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018)

In recent years, more and more attention has been paid to urban biodiversity evaluation, but the existing evaluation indicators and systems are all directed to natural ecosystem, and no ones for urban green space. In this paper, the urban plant species diversity index (PSDI), comprised of six first grade indicators and some second grade indicators, is adopted to evaluate plant diversity in urban green space. Considering the characteristics of the urban plant species diversity, two new indexes, the species saturation index and the cultivar richness index, are introduced firstly, and some other indexes such as species richness index and the species relative abundance index are detailed. The study can provide theory basis for urban biodiversity planning.

Biodiversity; Urban green space; Evaluation system; Species saturation index; Cultivar richness index; Plant species diversity index

杨霞(1981- )，女，云南丽江人，讲师，从事园林景观设计研究。*通讯作者，教授，硕士生导师，博士，从事观赏植物和园林植物造景研究。

2014-12-15

S 688

A

0517-6611(2015)04-166-03