基于模式识别的城市野生草本植物功能多样性影响机制

As cities continue to sprawl, connection between human and nature will mainly occur in the cities at the future. As an important part of urban nature, wild herb species would become more and more important for urban biodiversity, ecosystem health and ecological civilization. However, recently researches on the mechanisms of urban wild herbs still remain to be further studied. As a result, wide range of species loss occurred due to lack of knowledge on how to protect and use urban wild herbs. Chongqing in China is selected as a case study. Based on multi-source data, pattern recognition and the "Human Ecosystem Framework", we would explore into the factor patterns and multi-scale effect mechanisms of the functional diversity of urban wild herbs which are influenced by both environment factors and human activities, from four spatial scales, including sample, patch, function district and city region. We would innovatively combine the index of functional diversity with species diversity and species composition to solve the problem that it is difficult to connect species indexes with the function oriented artificial factors. In addition, pattern recognition methods would be introduced into the analyses of factors, to mitigate the difficulty to do systematic analyses with the over abundant and complex factors in urban ecosystem. Results from this project will make suggestions for the research, planning, designing, management and maintenance of urban plants and provide important reference for the protection of urban plants and the sustainable development of cities.

随着城市化不断发展，未来人类与大自然的接触将主要发生在城市里。作为城市自然的重要组成部分，城市野生草本植物对城市生物多样性、生态系统健康与生态文明必将起到越来越重要的作用。但因其影响机制还有待深入研究，对其进行保护和利用缺乏科学依据，造成其物种资源大量流失。本项目以重庆市为案例，基于“人类生态系统框架”和模式识别,采用多源数据，从样方、斑块、功能小区和城市区四个空间尺度，揭示城市野生草本植物功能多样性受环境条件与人类活动综合影响下的影响因子模式及多尺度影响机制。并创新性地采用功能多样性特征与物种多样性和种类结构指标相结合，解决物种指标难与功能导向的人造影响因素相关联的问题；将模式识别法引入影响因子的分析中，有助于解决城市生态系统中影响因子过多、关系过于复杂，难以系统开展分析的问题。研究结果对城市植物的研究、规划、设计、管理和养护提出建议，为城市植物的保护与城市可持续发展提供重要参考。

随着城市化不断发展，未来人类与大自然的接触将主要发生在城市里。作为城市自然的重要组成部分，城市野生草本植物对城市生物多样性、生态系统健康与生态文明必将起到越来越重要的作用。本研究根据城市植物实际情况，采用重庆市及深圳市的多源数据，通过TWINSPAN、PCA分析、RDA排序、因子分析、层次聚类等方法分析了城市植物的环境条件、景观要素、人类活动痕迹的主要模式，并结合不同的群落模式分析了城市野生草本植物、乔灌植物的功能丰富度FDp、Rao二次熵指数、功能均匀度指数FEve等功能多样性指标的特点及分布规律。并对比分析了城市草本植物与乔灌植物功能多样性的差异性。结合环境条件及人类活动模式，筛选重要的影响因子指标，分析不同尺度的因子间的关系，并通过相关性分析、DCA分析、RDA分析、蒙特卡罗置换检验、envfit函数检验、偏冗余分析(pRDA)、等级分解等方法，分析了城市植物（包括城市野生草本植物、灌木植物和乔木植物）功能多样性各指标的主要影响途径及具体贡献量。重庆市主城建成区主要绿地植物多样性模式的7个主要因子的方差贡献率为78.259％。深圳市区草本植物功能丰富度指数FDp与道路类型、排水设施存在显著负相关，相关系数分别为-0.087和-0.089；草本功能均匀度指数FEve同道路类型呈显著正相关，相关系数0.084；草本Rao二次熵指数与道路类型存在显著负相关，相关系数-0.108。景观要素对草本功能多样性指数变化的解释量为15.71%。蒙特卡罗置换检验结果接受此解释量。检验各因子的显著性，发现设施类型对草本功能多样性指数变化有显著影响。道路因子组（a）的影响最大，单独解释量为5.77%，其次是水体因子组（c），单独贡献量5.31%。道路铺装和设施类型对草本植物功能丰富度指数FDp的影响较大，设施类型对草本植物功能均匀度指数FEve和草本Rao二次熵指数的影响较大。本研究为保护城市植物，包括野生草本植物的研究、规划、设计、管理和养护提出建议，为城市植物的保护与城市可持续发展提供重要参考。