朱俐娜 彭祚登

(北京林業(yè)大學(xué)省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

近年來(lái)，世界各國(guó)非常重視森林在城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的重要地位[1]，俄羅斯、法國(guó)、芬蘭和瑞典等一些國(guó)家通過(guò)建設(shè)大面積的郊野公園發(fā)展城市林業(yè)，取得了有益的經(jīng)驗(yàn)。伴隨著北京城市森林的發(fā)展，位于城市建設(shè)區(qū)、近郊區(qū)以外的郊野公園成為北京城市森林的重要組成部分。截止2011年底，北京市共有81個(gè)郊野公園，占地面積達(dá) 5 406.9 hm2。郊野公園中植物群落的景觀質(zhì)量如何，將直接影響到城市森林功能效益的發(fā)揮。

灰色關(guān)聯(lián)分析法(grey relational analysis method)是灰色理論中的一種分析方法，根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來(lái)判斷因素間的聯(lián)系是否緊密，曲線幾何形狀越接近，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大，反之就越小[2]?；疑P(guān)聯(lián)度順序不僅可以用來(lái)描述因素間關(guān)系的強(qiáng)弱、大小和次序[3]，還可以用來(lái)對(duì)綜合指標(biāo)體系所描述的總體的優(yōu)劣程度作出評(píng)判[4]。由于灰色關(guān)聯(lián)分析法可以對(duì)系統(tǒng)要素進(jìn)行全面、客觀的評(píng)價(jià)[5]，且可操作性強(qiáng)，目前已廣泛應(yīng)用于食品[6]、水利[7]、農(nóng)業(yè)[8]等領(lǐng)域。眾多學(xué)者均對(duì)森林景觀質(zhì)量進(jìn)行了研究，但都沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行明確的定義?？紤]到影響景觀質(zhì)量的因素是多形態(tài)、多成分、多層次的，而并非僅僅由美學(xué)指標(biāo)決定，所以本項(xiàng)研究試圖從森林結(jié)構(gòu)、健康程度和美學(xué)價(jià)值三大要素進(jìn)行景觀質(zhì)量的評(píng)價(jià)。

針對(duì)郊野公園的研究多集中于生態(tài)效益的評(píng)估[9]和綠地結(jié)構(gòu)的景觀美景度(scenic beauty estimation，SBE)[10]，但還沒(méi)有學(xué)者利用灰色關(guān)聯(lián)分析法評(píng)價(jià)植物群落的景觀質(zhì)量。鑒于此，本項(xiàng)研究?jī)斣囃ㄟ^(guò)對(duì)北京市幾個(gè)典型郊野公園植物群落的調(diào)查，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法評(píng)價(jià)其景觀質(zhì)量，以期為北京市郊野公園的造林規(guī)劃提供參考數(shù)據(jù)。

1 研究方法

本項(xiàng)研究所調(diào)查的郊野公園包括東升八家郊野公園、將府公園、金田公園、杜仲公園、京城槐園。東升八家郊野公園占地面積101.5 hm2，種植喬、灌木百余個(gè)品種；將府公園占地面積56.0 hm2，屬北京市綠化隔離地區(qū)公園環(huán)項(xiàng)目之一；金田公園占地面積66.7 hm2，以自然、野趣為特色；杜仲公園占地面積59.9 hm2，園內(nèi)以杜仲(Eucommiaulmoides)為主；京城槐園占地面積73.2 hm2，園內(nèi)以國(guó)槐(Sophorajaponica)和刺槐(Robiniapseudoacacia)為主。

1.1 樣地設(shè)置和調(diào)查方法

以郊野公園中出現(xiàn)頻率較高的植物群落為研究對(duì)象，根據(jù)代表性原則，選擇出16塊樣地，每塊樣地設(shè)置20 m×20 m樣方1個(gè)，共16個(gè)樣方。調(diào)查每株喬木種名、胸徑、樹(shù)高、枝下高、冠幅、生長(zhǎng)勢(shì)，并記錄樣方的林分類型、林冠線、通視距離、枯樹(shù)倒木和枯落物等情況；在每個(gè)樣方的四個(gè)角和中心設(shè)置5個(gè)1 m×1 m小樣方，調(diào)查草本種名、株數(shù)、蓋度、高度。植物群落的物種組成見(jiàn)表1。

表1 植物群落的植物組成

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選是評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，查閱相關(guān)文獻(xiàn)[10-19]，采用理論分析法和專家咨詢法相結(jié)合[20]，篩選出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中，林分類型等定性指標(biāo)值是由調(diào)查人員在現(xiàn)場(chǎng)打分得出；定量指標(biāo)值是通過(guò)計(jì)算得出[21]。植物群落的景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 景觀質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 灰色關(guān)聯(lián)分析

依據(jù)灰色系統(tǒng)理論將16個(gè)參評(píng)植物群落看成一個(gè)灰色系統(tǒng)，而每個(gè)參評(píng)植物群落則是該系統(tǒng)中的一個(gè)因素。根據(jù)參評(píng)的16個(gè)植物群落的各評(píng)價(jià)指標(biāo)中最優(yōu)的指標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)理想數(shù)列。由于原始數(shù)據(jù)中各個(gè)因子的物理意義不同，不便于比較，所以需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，本項(xiàng)研究采用初值化法[22]。

基于無(wú)量綱化的數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算各參評(píng)植物群落與理想植物群落間的關(guān)聯(lián)系數(shù)[23]，公式如下：

(1)

式中：ξi(k)為x0數(shù)列(理想植被群落)與xi數(shù)列(參評(píng)植被群落)在第k個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)；|x0(k)-xi(k)|為x0數(shù)列與xi數(shù)列在第k個(gè)指標(biāo)的絕對(duì)差值；minimink|x0(k)-xi(k)|為x0數(shù)列與xi數(shù)列在第k個(gè)指標(biāo)的最小絕對(duì)差值，即為二級(jí)最小差；maximaxk|x0(k)-xi(k)|為x0數(shù)列與xi數(shù)列在第k個(gè)指標(biāo)的最大絕對(duì)差值，即為二級(jí)最大差；ρ為分辨系數(shù)，大小為[0，1]，ρ越小，分辨率越高，一般取0.5。

根據(jù)得到的關(guān)聯(lián)系數(shù)可以確定參評(píng)植物群落與理想植物群落間的關(guān)聯(lián)度[23]，有等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度，若各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性同等則用前者，反之則用后者。公式如下：

(2)

(3)

式中：γ與γ′分別為等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；ξi(k)為第i個(gè)數(shù)列與理想數(shù)列在第k個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)；Wk為第k個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，應(yīng)用因分析權(quán)數(shù)法確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

本項(xiàng)研究選用方差最大正交旋轉(zhuǎn)法，得到特征根≥1的共性因子有4個(gè)，累計(jì)貢獻(xiàn)率為88.8%，取各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的共性估計(jì)值作為權(quán)重分值，再將得分進(jìn)行歸一化處理，即可得到因子分析權(quán)重系數(shù)[24-25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

由表2中的權(quán)重值可知，采用因子分析權(quán)數(shù)法求得21項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，總體變幅為0.018 4～0.084 6。因子分析權(quán)數(shù)法是由每個(gè)指標(biāo)計(jì)算共性因子的累積貢獻(xiàn)率來(lái)定權(quán)的，累積貢獻(xiàn)率越大，說(shuō)明該項(xiàng)指標(biāo)對(duì)共性因子的作用最大，故所定權(quán)數(shù)也越大。在所選擇的21項(xiàng)指標(biāo)中，色彩豐富度指標(biāo)的權(quán)重最大，其次是林分類型、林分密度和觀花觀果指標(biāo)，草本蓋度和草本高度指標(biāo)對(duì)景觀質(zhì)量影響最小。

2.2 參評(píng)植物群落的關(guān)聯(lián)度

采用公式(2)和(3)求得16個(gè)參評(píng)植物群落與“理想植物群落”的等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度，依據(jù)大小排序，結(jié)果見(jiàn)表3。等權(quán)關(guān)聯(lián)度與加權(quán)關(guān)聯(lián)度的排序存在一定差異，如銀杏群落在等權(quán)關(guān)聯(lián)度排序?yàn)榈?名，而在加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序中為第2名。這主要是因?yàn)樵u(píng)價(jià)體系中的各個(gè)指標(biāo)的重要性不同，如色彩豐富度的權(quán)重值為0.084 6，而草本高度的權(quán)重值僅為0.018 4。由加權(quán)關(guān)聯(lián)度的綜合排序可以看出，毛白楊+白蠟群落的綜合表現(xiàn)最好，其次為銀杏群落、毛白楊群落和刺槐群落，油松群落表現(xiàn)最差。整體而言，景觀質(zhì)量一般，各參評(píng)植物群落與“理想植物群落”的關(guān)聯(lián)度處在0.440 4～0.663 3。

表3 16個(gè)植物群落的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)體系是由多個(gè)指標(biāo)綜合決定的，而目前關(guān)于各個(gè)指標(biāo)權(quán)重的確定多集中于專家打分法，但該方法受主觀因素影響較大。有研究表明，當(dāng)指標(biāo)數(shù)目超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，專家往往會(huì)出現(xiàn)循環(huán)判斷的情況，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果受到質(zhì)疑[26]。本項(xiàng)研究通過(guò)因子分析法確定的權(quán)重系數(shù)是基于數(shù)據(jù)分析而得出的指標(biāo)之間的內(nèi)在結(jié)構(gòu)關(guān)系，不受主觀因素影響，有較好的客觀性，且得出的指標(biāo)之間的信息交叉少，可比性強(qiáng)。

在評(píng)價(jià)指標(biāo)中，色彩豐富度、林分類型、林分密度和觀花觀果4項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重排名靠前，表明其對(duì)景觀質(zhì)量影響較大；而草本蓋度和草本高度指標(biāo)的權(quán)重值排名最后，表明其對(duì)景觀質(zhì)量影響較小。此外，本研究首次將三維綠量納入景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，其在整個(gè)指標(biāo)體系中所占的權(quán)重為0.052 2，說(shuō)明其對(duì)于景觀質(zhì)量的好壞有著一定影響。所以，在開(kāi)展郊野公園的造林規(guī)劃設(shè)計(jì)工作時(shí)，可優(yōu)先考慮色彩豐富度、林分類型、林分密度和觀花觀果指標(biāo)，以保證植物群落的景觀具有較高的質(zhì)量；還應(yīng)考慮三維綠量中較大的樹(shù)種，以期為公民提供較好的遮陰游憩場(chǎng)所。

通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析法評(píng)價(jià)植物群落的景觀質(zhì)量，結(jié)果表明：毛白楊+白蠟群落、銀杏群落、毛白楊群落、刺槐群落與“理想植物群落”的關(guān)聯(lián)度最高，所以表現(xiàn)最優(yōu)；而杜仲群落、垂柳群落和油松群落的表現(xiàn)最差。為了使表現(xiàn)較差的植物群落具有較高的景觀價(jià)值、可及性和穩(wěn)定的群落結(jié)構(gòu)，本研究提出如下建議：1)合理進(jìn)行季相配置，營(yíng)造混交林，如在油松純林中適當(dāng)補(bǔ)植國(guó)槐、黃櫨等闊葉樹(shù)種，以增加景觀多樣性；2)是合理進(jìn)行撫育整形，尤其針對(duì)枝下高過(guò)低的林木；3)是及時(shí)清理林內(nèi)的枯樹(shù)倒木，以提高林分的美景度。因?yàn)榛疑P(guān)聯(lián)分析具有可靠的統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ)，且通過(guò)構(gòu)建最優(yōu)的“理想植物群落”，從參評(píng)植物群落的實(shí)際情況出發(fā)，因而排序結(jié)果客觀、合理。

本研究主要側(cè)重于植物群落的景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)，但目前城市的植物群落不僅發(fā)揮風(fēng)景游憩功能，還在生態(tài)效益、社會(huì)效益方面起著重要作用，如降溫增濕、提供負(fù)離子、殺菌等，如何將生態(tài)效益和社會(huì)效益相關(guān)指標(biāo)科學(xué)地納入景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中，是下一步研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

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