童明坤,王迪海,洪森先,陳 婕,穆 佳,王 定

(西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院,陜西楊凌 712100)

喬灌草型綠地是一種常見的城市休閑綠地,由于美景度和可及度高而受到人們的青睞。它的典型配置方式為:喬木呈疏林狀種植,其下配置叢狀、塊狀或綠籬狀灌木,在空閑地鋪設(shè)草坪。它具有復(fù)層冠層結(jié)構(gòu)和高密度的根系分布,群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜。城市綠地系統(tǒng)的功能不僅依賴于綠地面積的數(shù)量,而且依賴于植物個體、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀等在不同尺度上結(jié)構(gòu)的合理性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)功能,只有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)保持完整有序才能保證系統(tǒng)功能的完整性和連續(xù)性。因此,開展喬灌草型綠地植物群落空間結(jié)構(gòu)研究,探索綠地植物群落空間結(jié)構(gòu)特征,對城市園林綠化建設(shè)有著重要的理論與實踐意義。

前人對城市綠地空間結(jié)構(gòu)的研究,主要是針對公園、風(fēng)景名勝區(qū)、道路等大型公共場所的綠地形狀、綠地群落垂直結(jié)構(gòu)等特征對綠地生態(tài)效益(包括滯塵、降溫、增濕、釋氧、固碳等)的影響[1-4]。本文嘗試以楊凌地區(qū)典型喬灌草型綠地植物群落為研究對象,通過調(diào)查和測算住宅區(qū)綠地的水平結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)和樹種組成結(jié)構(gòu)指標(biāo),來比較和揭示楊凌區(qū)綠地植物群落的空間結(jié)構(gòu)特征,為城市園林綠地建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況

楊凌位于陜西省關(guān)中腹地,地勢北高南低,呈三層臺階結(jié)構(gòu),最高海拔 530.1 m,最低海拔403.2 m。年平均氣溫12.9℃,日照2 196 h,年平均降水量660mm,屬大陸性暖溫帶季風(fēng)氣候。本次調(diào)查地點設(shè)在西北農(nóng)林科技大學(xué)南北校區(qū)、水保所和教稼園等綠地面積較大的地段。

2 研究方法

2.1 調(diào)查樣地的選擇

根據(jù)綠地面積和植物分布的特點,采用典型樣方法進行調(diào)查,選取面積適當(dāng)、樹種適度,能反應(yīng)主要綠地類型結(jié)構(gòu)特點的樣方。根據(jù)實際情況,西農(nóng)北校區(qū)-小樹林北面(R)、小樹林南面(P)、三號樓西面(N)、西區(qū)食堂以東(O),西農(nóng)南校區(qū)—國際交流中心東(Q)、二號樓前(D)、銀杏路北(H)、教稼園-西北亭東南(W)、西北亭北(M)水保所人工降雨大廳東側(cè)(K)樣地面積分別設(shè)置成 18.9 m×20.9m、19.4m ×20 m、26.1 m×15 m、19.4m ×20m、15.4m ×22.6m、21.3m×18 m、14.2m ×22.3m、16.8m ×21.1m、23.9 m×9.3 m、20 m×17.5 m。在樣地內(nèi)進行每木(喬木、灌木)調(diào)查,記錄樣地喬灌木的株樹、樹種總數(shù)、樹高、冠幅、枝下高、參照樹的總株樹等內(nèi)容,并計算各樣地的密度、間距、覆蓋度、喬灌草比例、林層比、樹種豐富度等,進行比較分析。

2.2 水平結(jié)構(gòu)度量的主要指標(biāo)

密度D=N/S

式中N喬灌木株數(shù);S為樣方面積。它表示喬灌木株數(shù)與樣方面積的比例。

式中r為第i單株到其最近相鄰單株的距離;N為每公頃株數(shù);n為樣地林木株數(shù)。它是反映間距的指標(biāo),即相鄰最近樹單株距離的平均值與隨機分布下期望的平均距離之比。若R=1,則林木為隨機分布;R＜1,則林木為聚集分布;R趨近于0,表明樹木之間的距離越來越密集[5]。

覆蓋度C=Sl/S

式中Sl為某一樹種覆蓋面積,S為樣方面積。它是林木樹冠的垂直投影面積的比例。

式中n為相鄰樹木的株數(shù),Sij的取值定義是:如果參照樹i與相鄰數(shù)木j不屬于同一層,那么Sij的取值就是1;如果參照樹 i與相鄰樹木j屬于同一層,那么Sij的取值就是0。它是參照樹i與n株最近相鄰樹木中與參照樹屬于不同林層的林木所占比例。即根據(jù)楊凌區(qū)綠地的實際情況,結(jié)合前人研究方法,按照參照樹高＜3m、3～6m、6～9m等三個水平劃分林層,比較參照樹與相鄰樹木所在林層的異同。

式中N為參照樹的總株數(shù);Si為第i株參照樹的林層比。其中,參照樹的選擇方法是:以每株樹木(i)為對象,根據(jù)該對象與標(biāo)準地4條邊的最近距離d。以及與周圍樹木間的距離D y取n=4株最近相鄰木;當(dāng)n株最近相鄰木與該對象的距離D y均小于或等于該對象與標(biāo)準地4條邊的最近距離do+0.3,即Dy＜do+0.3時,則該樹木將作為考察對象,稱為參照樹,否則不予考察。

2.3 樹種組成結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)

式中S表示樹種數(shù),N表示個體總數(shù)。樹種豐富度采用M argalef指數(shù)(R),用以反映綠地中綠化樹種的豐富度。

式中Pi=n/N為第i個樹種的個體樹種,i=1,2,3,…S;N為個體總數(shù)。H值越大,樹種多樣性越高。樹種多樣性采用Shannon-W iener指數(shù)(H),主要反映綠地樹種類型的豐富程度,是豐富度合格樹種均勻程度的綜合反映。計算公式為:

式中 H為Shannon-W iener指數(shù),S為物種數(shù)。樹種均勻度采用Piclon指數(shù)(J),用以反映綠地樹種中各種個體數(shù)量比例的均勻程度,其值越大,樹種均勻度越高。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠地水平結(jié)構(gòu)

采用密度、間距、覆蓋度3個指標(biāo)進行綠地水平結(jié)構(gòu)的比較分析。

3.1.1 樣地群落密度 調(diào)查結(jié)果顯示(圖1),10個樣地的群落密度在130～971株/hm2。大小順序為:R＞M＞H=Q＞W(wǎng)＞P＞N＞O＞G＞D,喬木高大、冠幅較大且灌木較多。

3.1.2 間距 韓軼等報道,R值在0.2～0.5時,綠地觀賞效果相對較好,聚集分布(R＜1)比均勻分布(R＞1)、隨機分布(=1)的景觀效果好,所以群落的平面結(jié)構(gòu)應(yīng)以聚集分布為主,均勻分布為輔,減少隨機分布[6]。通過對調(diào)查樣地聚集指數(shù)R的計算。

結(jié)果表明(圖2),10個樣地的R值為3.040 0～13.200 0,R值全部大于1,10個樣地群落全為均勻分布。其中,10個樣地的R值大小順序是:D＞N＞R＞H＞P＞Q＞W(wǎng)＞K＞M＞O。

3.1.3 覆蓋度 根據(jù)調(diào)查計算(圖3),10個樣地的喬木層覆蓋度為0.093 8～1.000,大小順序是:K＞N＞H＞Q＞O＞M＞R＞P＞W(wǎng)＞D。其中,K、N、H和Q樣地的覆蓋度分別是1.000、0.989 1、0.666 0和0.534 1,都大于0.5。而覆蓋度在0.5以上的群落稍顯雜亂,景觀效果普遍較差。所以O(shè)、M、R、P、W 和D 樣地比 K、N、H 和Q 樣地的景觀效果要好一些。

圖1 10個樣地群落密度的比較

圖2 10個樣地聚集指數(shù)的比較

圖3 10個樣地喬灌木覆蓋度的比較

3.2 綠地垂直結(jié)構(gòu)

采用喬灌草比例和林層比2個指標(biāo)進行綠地垂直結(jié)構(gòu)比較分析。

根據(jù)北京市園林科學(xué)研究所古潤澤等研究指出:北京市綠地中喬灌草合理種植比例約是1∶6∶20∶29,也就是說在29 m2的綠地上應(yīng)設(shè)計1株喬木、6株灌木、20 m2草坪[7]。本次調(diào)查結(jié)果表明(表1),10個樣地中除了D、P、M、E樣地以外,其余6個樣地中,喬木數(shù)量都大于灌木數(shù)量,灌木數(shù)量明顯偏低。但草坪面積較大,其覆蓋超過地面的80%。10個樣地的林層比由大到小的順序是N=O＞H＞W(wǎng)=M＞K＞R＞D=P＞Q,說明10個樣地的群落錯落有致的效果依次降低。

表1 5個樣地垂直結(jié)構(gòu)指標(biāo)的比較

3.3 綠地樹種組成

在進行樹種組成結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較分析時,采用指數(shù) R、H、J和 M,按照整個樣地、樣地喬木層和樣地灌木層3個水平分別計算。

3.3.1 樹種豐富度指數(shù)R 計算得出10個樣地的R值為0.985 4～3.402 9,大小順序是:K＞H＞N＞Q＞W(wǎng)＞R=O＞P＞D＞M(圖4)。由此得出,K樣地的樹種豐富度最好,H和N樣地次之,D和M樣地較低。

3.3.2 樹種多樣性指數(shù)H 計算得出10個樣地的H值為1.054 9～2.231 6,大小順序是:K＞H＞N＞Q＞W(wǎng) ＞R=O＞P＞M＞D(圖5)。因此,K樣地的樹種多樣性最高,H和 N樣地的次之,M和D樣地的較低。

圖4 樹種豐富度

3.3.3 樹種均勻度指數(shù)J 計算得出10個樣地的J值為0.693 1～0.968 8,大小順序是:H＞N＞D＞Q＞W(wǎng) ＞K＞R=O＞M＞P(圖6)。整體上,H和N樣地的均勻度較好;D和Q的均勻度次之,M和P的均勻度較差。

3.3.4 樹種單調(diào)度指數(shù) M 計算得出10個樣地的M值為0.125 0～0.413 6,大小順序是:H＜K＜N＜Q＜W＜R=O＜N＜M ＜P(圖7)。整體上,H樣地的樹種單調(diào)最低,說明此物種個體配置最好,其次是K和N樣地稍高,P樣地的單調(diào)度最高,也就是物種個體配置最差。

圖5 樹種多樣性

圖6 樹種均勻度

圖7 樹種單調(diào)度

4 結(jié)論與討論

根據(jù)報道,群落密度保持在300～1 500株/hm2較為合理;密度＜300株/hm2,群落過于疏松,無法形成基本的群落結(jié)構(gòu),也不能發(fā)揮其應(yīng)有的生態(tài)功能;密度大于＞1 500株/hm2,群落繁亂且植株大多矮小,空間堵塞感較強,給人極大的心理壓力[8]。

本次調(diào)查結(jié)果表明,水平結(jié)構(gòu)上,10個樣地的植株密度較為合理,但是O、G、D樣地的稍小一些,顯得單調(diào)空曠;從間距上看,10個樣地都是均勻分布,此種結(jié)構(gòu)不太合理。今后城市規(guī)劃應(yīng)以聚集分布為主,均勻分布為輔,減少隨機分布,從而獲得較好的景觀效果;從覆蓋度上看,喬木覆蓋度Q和M樣地的景觀效果要好于W、K、N和H樣地,后三者的群落稍顯雜亂,應(yīng)注意及時修剪;灌木N、K 樣地比Q、M 樣地好,結(jié)構(gòu)合理。

垂直結(jié)構(gòu)上,10個樣地的灌木數(shù)量明顯偏低,調(diào)節(jié)好喬灌草比例適當(dāng)增加灌木數(shù)量,加強草坪的美化效果;N、O、H、W、M、K、R、D、P 和 Q 的林層比表明,10個樣地的群落錯落有致的效果依次降低。其中,D、P、Q樣地的喬灌草型空間結(jié)構(gòu)不夠合理,應(yīng)注重喬灌草的搭配比例。

樹種組成結(jié)構(gòu)上,從整體上看,在樹種豐富度、多樣性、均勻度方面,K,H樣地的3項指數(shù)值較高,樹種豐富度、多樣性、均勻度也較好,N,Q和W樣地次之,P,M樣地則較低。在樹種單調(diào)度方面,J樣地樹種單調(diào)度指數(shù)最低,也就是說其樹種個體配置最好,其次是K和N樣地,而M和P樣地的單調(diào)度指數(shù)則較高,所以樹種單調(diào)度較大。

此次調(diào)查涉及了楊凌區(qū)典型的綠地植物群落,大致揭示了楊凌區(qū)綠地植物群落的基本情況。通過植物群落及生長狀況調(diào)查,分析群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和合理性,結(jié)合群落動態(tài)發(fā)育過程和變化特征的預(yù)測,在楊凌區(qū)綠地植物群落構(gòu)建和調(diào)整時可因地制宜,從增加物種豐富度,大力增加鄉(xiāng)土樹種的比例,優(yōu)化綠地植物群落結(jié)構(gòu)等方面對群落景觀加以優(yōu)化調(diào)整。

(1)增加樹種豐富度,調(diào)節(jié)樹種多樣性,構(gòu)建高物種多樣性的植物群落。

建群種對整個植物群落的外貌起決定性作用。目前楊凌區(qū)植物群落中的優(yōu)勢樹種出現(xiàn)頻率過高,覆蓋度過大,占的生存空間也是最寬廣的,而灌木群落中的樹種較少,沒有構(gòu)成典型的喬灌草綠地群落景觀。因此,應(yīng)加大灌木層植株群落構(gòu)建。另外,也應(yīng)增加一些景觀效果好且覆蓋度小的喬木,并適當(dāng)控制優(yōu)勢種群在整個植物群落中的比例,達到景觀功能與生態(tài)功能的協(xié)調(diào)。

將物種豐富度與均勻度結(jié)合,將多樣性的物種應(yīng)用于群落中,使群落的物種豐富度明顯增加,加上恰當(dāng)?shù)呐渲梅绞?使群落結(jié)構(gòu)單一的缺陷明顯改觀。

(2)優(yōu)化綠地植物群落結(jié)構(gòu) ,充分發(fā)揮綠地綜合效益。

多樣性和復(fù)雜性造就植物群落的穩(wěn)定性,如果配置的植物群落結(jié)構(gòu)和物種組成合理,則群落趨于穩(wěn)定。應(yīng)在水平和垂直空間上合理布局樹種,以減緩或避免競爭,構(gòu)建長效、健康的植物群落景觀。楊凌區(qū)綠地植物群落中普遍存在過密的現(xiàn)象,應(yīng)適當(dāng)抽稀和創(chuàng)造林隙來優(yōu)化調(diào)控群落結(jié)構(gòu)。在抽稀調(diào)整時,可以采用不規(guī)則抽稀方式,調(diào)整群落空間的異質(zhì)性 ,為林下植物的生長、更新創(chuàng)造良好生活環(huán)境。

各類綠地植物群落的構(gòu)建應(yīng)以創(chuàng)建近自然式植物群落為原則。細化、優(yōu)化楊凌區(qū)綠地植物群落設(shè)計,克服目前綠地植物群落構(gòu)建中單純采用“常綠喬木 +色塊色帶”模式的不足,遵循自然演替規(guī)律,借鑒潛在自然植被群落的種類組成和結(jié)構(gòu)特點,營造以喬木為骨架和木本植物為主體的喬、灌、草復(fù)層群落。優(yōu)先應(yīng)用鄉(xiāng)土植物 ,結(jié)合一些適應(yīng)楊凌區(qū)生態(tài)環(huán)境條件的馴化植物,上層配置喜陽的落葉速生先鋒樹種,下層種植演替頂極階段的耐蔭常綠樹種,建設(shè)高生物量、高多樣性、高生態(tài)效應(yīng)、少管護的近自然型、有楊凌區(qū)地域特色的植物群落,形成具自然屬性的城市新一類地標(biāo)。

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