城市化背景下杂草对城市生境异质化的响应及其适应对策

城市杂草是城市植被三大组分之一，对城市生物多样性的维持与保育至关重要。由于杂草对异质化生境的高敏感性、强可塑性及适应对策多样性，可快速响应形成高度异质化生境的城市化，因此，是研究城市化过程对城市植被影响及其响应的绝好对象。本研究以高度城市化的上海为例，通过对设定的"城区-城郊-郊县"城乡梯度不同土地利用类型中杂草群落进行调查，划分群落类型，确定生态种组，阐明城市化背景下杂草多样性分布格局及其成因；通过对异质化生境具有指示意义的典型杂草种类生物学性状及以其为优势种的群落生物量进行观测，揭示杂草对城市生境异质化的适应对策，探讨杂草群落生产力水平与城市特殊生境条件的关系。该研究与城市残存自然植被和人工栽培植被的研究相结合，对于完善城市植被体系的综合研究，丰富城市生态学理论，指导城市生物多样性管理与保育具有重要的理论及现实意义。

本项目以高度城市化的上海为例，开展城市化背景下杂草多样性分布格局及其成因研究，以揭示杂草对城市生境异质化的响应及适应对策；为了进一步验证确认本研究成果的普适性，将研究对象进一步扩展至同一气候带的杭州以及温带城市哈尔滨，开展了相应的比对验证研究。研究发现上海杂草群落可划分为3个生活型类型、22个生长型类型和152个群落类型；杂草物种共226种，隶属42科146属，并发现卤地菊和日本莠竹2种新分布物种；分别从城市环境的自然因素（成陆与生境）和人为干扰因素（城乡梯度）角度出发，结合物种的生物学、生态学特性，分析了杂草群落分布特征及其与生境的关系，确定了杂草群落的分布类型，并划出了三组城市杂草生态种组，阐明了杂草群落的多样性格局并联系生境因子揭示了其形成原因。研究还发现，受光照条件影响，远郊的杂草群落生物量大于郊区和中心城区，而城乡梯度上群落地下-地上生物量未有显著变化；杂草叶片总氮与土壤总氮呈现显著负相关，种群生物量与叶片总氮显著正相关，种群生物量与土壤总氮呈显著负相关；此外，城乡梯度上种群水平地上-地下生物量比无显著差异。杭州主城区杂草物种共258种；林缘和林内下百部种群的性状差异显著，且相对光强在其生长过程中起着重要作用；不同功能区土壤有机碳、硝氮、氨氮和全氮含量以及植物体中有机碳与全氮含量均存在差异；西溪湿地土壤各层元素与植物各器官元素之间均呈正相关关系，水体和土壤以及水体和植物之间营养元素的关系多为负相关。以哈尔滨为对象的温带城市杂草研究发现，杂草群落可划分为128个群落类型；杂草物种175种，隶属39科128属，划分为20 个分布区类型，并且以温带性为主；冬季一年生杂草比例低。此外，通过对比历史资料，分析哈尔滨杂草区系特征半世纪动态变化发现，杂草物种的大量消失主要源于生境的消失，而新出现的物种主要为观赏类及食用类物种，且外来种比例较高。本项目研究成果与城市残存自然植被和人工栽培植被的研究相结合，完善了城市植被体系的综合研究，丰富了城市生态学理论，并对城市生物多样性管理与保育提供了重要指导作用。