京津冀城市群内重要交通廊道沿线的物种多样性分析

来源:用户上传      作者:穆晓红 李明明 张恒庆

　　摘要 交通廊道是连接城市的重要纽带，是促进城市群发展、经济发展和信息交流的重要通道。京津冀城市群作为我国继长三角、珠三角之后的第三大城市群，城市群内交通路网发展迅速;道路交通廊道的建设导致物种的生境发生变化，对沿线的群落造成影响，甚至破坏了生态系统的完整性与连通性，阻碍了物种的交流、迁移与扩散。通过对京津冀城市群内G95高速张家口-承德段、G4高速石家庄-邯郸段、G103国道北京-天津段及沿海公路秦皇岛-天津段4条重要交通廊道沿线的物种实地调查，发现物种76科171属230种，采用多样性分析方法，分析了道路交通廊道沿线物种多样性的影响因素。结果表明，城市群内交通廊道沿线的物种相似性随着样点间生境的差异而降低;京津冀城市群内交通廊道沿线的物种相似性随着样点间距离的增加而降低;交通廊道沿线各样点的人为干扰因素是导致物种相似性低的重要因子。
　　关键词 京津冀城市群;功能区;重要交通廊道;多样性;相似性
　　Abstract The traffic corridor is an important link connecting several cities， and also an important channel to promote the development of urban agglomeration， economic development and information exchange. The BeijingTianjinHebei urban agglomeration is the third largest urban agglomeration which is following by the Yangtze River Delta and the Pearl River Delta in China. The transportation network of urban agglomeration develops rapidly. The construction of road traffic corridors has led to change in the habitats of species， affecting communities around the urban agglomeration， and even destroyed ecosystem integrity and ecosystem connectivity， also it hindered the exchange， migration， and spread of species. In this paper， through field surveys of species along the four important traffic corridors in the ZhangjiakouChengde Section of the G95 highway， ShijiazhuangHandan Section of the G4 highway， BeijingTianjin Section of the G103 national highway， and the QinhuangdaoTianjin Section of the coastal highway， we found 76 families， 171 genera and 230 species. Though the diversity analysis methods，we analyzed the influencing factors of species diversity along road traffic corridors. The results showed species similarity along traffic corridors in urban agglomerations reduced by the habitat differences between sites;along the transportation in the BeijingTianjinHebei urban agglomeration， species similarity decreased by the distance between the two samples increased;human disturbance was the important factor that causes low species similarity at points along the traffic corridor.
　　Key words BeijingTianjinHebei urban agglomeration;Function area;Important traffic corridors;Diversity;Similarity
　　隨着交通现代化的进程和城市经济的发展，我国交通越来越发达快捷，交通网络化逐渐形成。在《京津冀协同发展规划纲要》中指出，京津冀城市群是“以首都为核心的世界级城市群、区域整体协同发展改革引领区、全国创新驱动经济增长新引擎、生态修复环境改善示范区”[1]，是新时期党中央、国务院提出的重大战略，是推进国家治理体系和治理能力现代化的重要举措[2]，已经成为继长三角、珠三角之后，第3个最具活力的区域[3]。京津冀一体化作为国家重点战略推进方向，交通一体化是实现京津冀互联互通的基础，也是城市间物质与信息传递的纽带。
　　目前道路生态建设方面的研究以道路建设期间环境影响评价为主，包括生态质量评价、生态防护技术等[4-6];有关公路沿线植被景观生态学方面的研究相对薄弱，对沿线植被的生态系统调查研究更加欠缺，在极大程度上制约了生态建设的发展[7-8]。已有的研究多是针对局部区域内的某条道路进行城市间主要交通道路两侧的生态环境及物种多样性研究，如针对青藏铁路[9-10]、吉林长白山区[11]、辽宁滨海公路[12]、湖南岩溶地区[13]、广西资源县高速公路区段[14]等区域道路两侧不同宽度范围内的植物进行了不同程度的多样性调查研究，从而对道路两侧植物多样性受公路干扰的影响进行比较分析;而有关京津冀城市群内道路交通沿线植被生态学方面的研究目前相对薄弱。基于此，笔者主要针对京津冀城市群内道路两侧的植物物种种类及物种相似性进行了实地调查及分析，以期为提升京津冀城市群交通廊道沿线的生物多样性奠定基础。 　　1 研究区域概况
　　京津冀城市群包括北京市、天津市及河北省11个地级市（图1）[15]。京津冀城市群地处蒙古高原、太行山、华北平原和渤海湾交汇处，是环渤海地区发展的核心区域。京津冀城市群的生态环境是极具特色的，西北部生态涵养区主要包括河北西部和北部山地，北京西部和北部山地，位于太行山东缘山地和燕山山地，海拔多为500～1 000 m，河北西北部、东北部高原，海拔为1 200～1 500 m;中部核心功能区和南部功能拓展区主要分布在华北平原的北部，海拔为50 m左右;东部滨海发展区分布在渤海滨海平原，海拔为0～10 m。区域交通一体化是经济一体化的基础，是京津冀协同发展的骨髓系统和先行领域[16]，需要建设衔接紧密、安全高效和快速便捷的综合交通网络。截至2018年年底，京津冀轨道交通和公路交通线总长度达225 667.5 km，路网密度远超全国平均水平，成为京津冀与外部联系、连通的纽带[17]。
　　在京津冀城市群的大背景下，基于土壤、地貌、气候、水分、人为干扰等条件的不同，结合京津冀协同发展规划，根据功能区的不同将城市群分为西北部生态涵养区、中部核心功能区、东部滨海发展区、南部功能拓展区4个功能区域。该研究以各功能区内的主要交通廊道为研究对象，分别选取一条主要交通廊道为调查对象，道路分布情况及典型代表样点见表1。
　　2 研究方法
　　2.1 调查方法
　　调查时间主要在2018年9月和2019年8月。此次京津冀地区交通廊道沿线的物种调查采用样方法，调查对象包括高速道路沿线及国道沿线植物种类，调查内容包括植物种类、物种个体数量、株高、冠幅、胸径等。样方设置采用五点取样法，样方的设立要具有代表性、随机性、整体性及可行性。每个功能区内选取一条主要交通廊道，每条廊道上选取3个以上样点。乔木样方面积为30 m×30 m，灌木样方面积为5 m×5 m，草本样方面积为1 m×1 m。样方内物种当场进行鉴别，不能当场鉴别的带回实验室，参考《中国常见植物野外识别手册（北京册）》[18]、《北京植物志》[19]和《河北植物志》[20]等或邀请2名以上植物分类专家进行鉴别。
　　2.2 多样性测度方法
　　结合京津冀区域内交通廊道沿线生物物种的状况，对道路沿线的样点进行相似性比较，主要采用张镱锂[21]修正的Jaccard相似性系数和基于二元属性数据的Cody指数[22]来反映区域内物种变化。各植被样方间的物种相似度可以用于确定样方间的相互关系和沿环境梯度变化的物种替代规律，也可反映各样方间物种组成的差异性[8，23]。相似性等级一般划分为6级：Ⅰ级，完全不相似，CJ为0;Ⅱ级，极不相似，CJ为0.01～0.25;Ⅲ级，轻度相似，CJ为0.26～0.50;Ⅳ级，中度相似，CJ为0.51～0.75;Ⅴ级，极相似，CJ为0.76～0.99;Ⅵ级，完全相似，CJ为1[24-27]。
　　2.2.1 Jaccard相似性系数。
　　用于比较两个样地之间的相似性与差异性。Jaccard系数值越大，物种相似度越高。
　　2.2.2 Cody指数。
　　Cody指数通过对新增和失去的物种数目进行比较，从而获得直观的物种更替概念，并清楚地表明多样性含义。
　　由于人为因素，各地区内的乔木均为人为种植，因此此次物种相似性的计算不包含乔木层植物。由于乔木的实生幼苗是乔木次生植物，所以可将实生幼苗看作灌木计算。综上，此次只针对京津冀城市群内重要交通廊道沿线的灌草层物种相似性进行计算。
　　3 结果与分析
　　通过对京津冀城市群内重要交通廊道沿线物种的实地踏勘调研，结果统计到京津冀地区重要交通廊道沿线共有植物76科171属230种。根据调研结果，对不同功能区内的道路沿线物种相似性进行比较分析。
　　3.1 城市群内各功能区间道路沿线物种多样性比较分析
　　根据四个功能分区间的多样性比较结果（图2），相似性大小依次为中部核心功能区与南部功能拓展区、西北部生态涵养区与中部核心功能区、东部滨海发展区与南部功能拓展区、中部核心功能区与东部滨海发展区、西北部生态涵养区与南部功能拓展区、西北部生态涵养区与东部滨海发展区，以西北部生态涵养区与东部滨海发展区之间的相似性最低。各功能区间两两比较，仅西北涵养区与东部沿海区的相似性系数为0.227 6，物种更替值为56种，属极不相似等级，其他各功能区之间均为轻度相似。
　　分析其中原因可能与功能区的生境有关，根据郝然等[28]对京津冀地区气候类型的划分，京津冀区域内按照温度带划分为中温带和暖温带2个气候带。西北部生态涵养区的土壤、气候、水分、人为干扰等不同于其他功能区，受到的影响较小;随着生境因素的影响增加，西北部生态涵养区与其他功能区间的物种相似性降低。由数据分析结果可知，生境变化对区域物种相似性的影响较大。
　　3.2 西北部生态涵养区内道路沿线物种多样性比较分析
　　西北部生态涵养区是京津冀城市群内重要的生态功能区、生态防护区域、水源涵养区，生态基底良好，包括土壤质地良好，地质地貌条件优越，气候适宜，水分充足，人为干扰较低，具备了植物生长的良好条件。该区选取G95高速，调查结果发现，道路上各调研点的物种数量均维持在20种以上，对道路沿线的物种相似性进行比较分析，样点间的多样性指数趋势见图3。
　　从空间位置上分析可以看出，样点1～样点5在同一纬度上由西到东依次排列，样点间相似度逐渐降低，且距离最远的样点间的相似性最低，样点间物种更替值增加。随着距离的增加相似性系數逐渐降低，平均每千米降低0.000 6，物种更替值增加，每千米物种更替0.044 8种。西北部生态涵养区内的高速沿线各植被样点间物种相似性呈现规律变化，各植被样方以相邻的样点间物种的相似性系数最高，随着两样点间距离增加，样点间相似性系数逐渐降低;各样点间物种更替值与相似性系数变化整体上呈现相反趋势。 　　3.3 中部核心功能区内道路沿线物种多样性比较分析
　　中部核心功能区是京津冀城市群的核心区域，是连接京津冀的中枢地段。该区选取了G103国道上的样点6～样点9，道路沿线样点间的多样性指数趋势见图4。
　　由图4可知，G103国道两侧的样点6与样点7的相似性系数最高，为0.366 7，两样点间的物种更替值呈现最低值，为9.5种，根据物种相似性等级划分为Ⅲ级轻度相似。随着样点间距离的增加，两样点间的物种更替值逐渐增加，样点间的物种差异逐渐增加，物种相似性降低，表明该区段道路沿线的物種多样性较高。从样点7到样点8的物种相似性来看，随着距离的增加，各样点间物种相似性逐渐变小，样点间的物种更替值增加。由此可知，京津冀地区各路段植被样点间的物种相似度呈现一定的变化规律，以相邻两样点间的物种相似度为最高，物种更替值最小。
　　此外，G103国道是连接北京和天津两地的重要交通要道，是由内陆通向沿海的主要廊道，其地理环境、气候、植物生境上均有微小变化，因此样点间物种种类与相似性也会有较大的差异。这表明在京津冀城市群内，植被群落特征受局部环境影响，从而使得道路沿线的物种相似性系数逐渐发生变化。
　　3.4 南部功能拓展区道路沿线物种多样性比较分析
　　南部功能拓展区是京津冀城市群内的重要发展区域，南临河南，西傍太行山，在京津冀城市群内发挥着重要的作用。该区主要选取连接京津冀城市群内的石家庄、邢台、邯郸3个主要城市的重要交通廊道G4高速上的样点。
　　根据实地调查结果发现，G4高速在南部功能拓展区段内样点间的相似性系数为0.250 0～0.333 3，物种更替值为10～15种（图5）。根据相似性级别的定义，G4高速南段道路沿线的物种相似度属轻度相似，其中样点10与样点11的相似性系数是0.333 3，与样点12的相似性系数为0.272 7，属于中度相似;且随着样点间距离的增加，样点间相似性系数逐渐降低。此外，从样点分布来看，样点10和样点11位于高速的两侧，而样点12和样点13位于高速服务区，高速路沿线的样点10、11与样点12、13的生境与干扰程度均不同，服务区的生境受干扰程度高于道路沿线，生境和干扰程度的不同使得各样点间的物种相似性系数与物种种类存在差异。由G4高速沿线区段内样点间物种相似性系数比较可知，各样点间物种相似性系数均较低，表征了G4高速公路沿线的物种有较大的差异性。
　　3.5 东部滨海发展区道路沿线物种多样性比较分析
　　在京津冀城市群区域内，沿海区域是不同于其他3个区域的特殊区域，受海洋性气候的影响，呈现半湿润气候。根据京津冀地区主要土壤类型分布，滨海区域的土壤自北向南依次有褐土、盐田、棕壤及灰色森林土4种类型。根据实地调查结果，沿海区域道路沿线的植物受人为干扰严重，绝大部分植物为人工种植，以期增加沿海通道的景观多样性，且可达到美观与防风的效果。
　　通过对东部滨海发展区沿海公路沿线各样点间物种相似性系数与物种更替值的分析可知，样点14～样点19的土壤类型变化较大，样点17与样点18间的相似性系数较其他样点间高，为0.388 9，样点间物种更替值为5.5种，属于轻度相似;其他样点间的物种相似性系数为0～0.148 1，物种更替值为9.5～15.0种，属极不相似等级（图6）。表明由于土壤类型的变化，样点内物种种类与数量随着生境的变化而变化。
　　4 结论
　　通过对京津冀城市群各功能区内重要交通廊道沿线植物物种的实地调查，交通廊道沿线的植物种类有76科171属230种。根据调查结果分析，物种相似性与样点间的距离、生境、人为干扰等因素有着密切的关系，结论如下。
　　（1）植物生境特征的变化是导致相邻样点间物种相似性发生变化的重要影响因素。通过对东部滨海发展区沿海公路沿线的物种相似性的比较发现，物种组成及样点间物种相似性普遍偏低，相似性系数等级属极不相似，土壤类型不同是导致物种组成变化的重要因素，因此生境变化对样点间的物种多样性有极大影响。
　　（2）样点间的距离对物种种类与物种相似性有较大的影响。从对京津冀城市群内西北部生态涵养区和中部核心功能区内交通廊道沿线的物种多样性比较研究发现，样点间距离越大，两点间相似性差异越显著。样点间的物种相似性随着样点间距离的变化逐渐发生变化。
　　（3）人为干扰因素同样是道路沿线样点间物种相似性的影响因素。南部功能拓展区交通廊道沿线样点间的物种相似性差异表征了人为干扰是导致样点间物种相似性高低变化的影响因素，人为干扰程度的变化直接影响到样点内物种种类的变化，从而导致样点间物种相似性降低或升高。
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