鄭紹偉,李 雋,黎燕瓊，慕長龍**，陳俊華，周大松，謝天資，李宇奇，羅奕爽

(1.四川省林業(yè)科學研究院，四川 成都 610081； 2.峨邊彝族自治縣林業(yè)局，四川 峨邊 614300)

利用形態(tài)因子建立城市森林主要喬木樹種三維綠量預測模型*

鄭紹偉1,李 雋2,黎燕瓊1，慕長龍1**，陳俊華1，周大松1，謝天資1，李宇奇1，羅奕爽1

(1.四川省林業(yè)科學研究院，四川 成都 610081； 2.峨邊彝族自治縣林業(yè)局，四川 峨邊 614300)

本文結合衛(wèi)星圖片，通過抽樣調查法，調查獲取成都市中心城區(qū)主要城市綠化樹種的物種及其樹高、胸徑和冠幅等形態(tài)指標，并通過回歸模型建立形態(tài)指標與三維綠量的回歸模型。結果表明：1)成都市中心城區(qū)城市森林主要綠化樹種的樹高、胸徑和冠幅等形態(tài)指標的數(shù)量結構總體呈正態(tài)分布格局，并以樹高5 m～15 m、胸徑10 cm～30 cm、冠幅3 m～9 m上的綠化樹種數(shù)量最多，分別達到49.41%～95.61%,53.77%～89.04%和64.36%～64.04%,表明成都市城市森林主要綠化樹種具有徑階結構穩(wěn)定性。2)樹種的單株三維綠量與其樹高、胸徑和冠幅均呈極顯著性正相關(P<0.01)，并以冠幅與單株三維綠量的相關系數(shù)最大，分布在0.801～0.909；3)根據主要綠化樹總的株高、冠幅和胸徑的逐步回歸建立回歸模型，分別建立的以冠幅為自變量和冠幅與樹高共同為自變量的兩種模型，其模型R2值均在0.70以上。

喬木；形態(tài)指標；三維綠量；模型

隨著城市化進程的不斷加快，城市環(huán)境問題日益突出，城市森林在凈化和美化城市化環(huán)境、調節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保護生物多樣性等方面的重要作用日益凸顯[1～2]。三維綠量(living vegetation volume，簡稱“綠量”，又稱“三維綠色生物量”、“綠化三維量”等，LVV)，指所有生長中植物莖葉所占據的空間體積,作為城市綠化指標體系的第一立體指標，被越來越多的人所關注[3～4]。

喬木是城市森林生態(tài)體系構建的主體，喬木三維綠量是城市三維綠量的基本構建單元，是城市森林生態(tài)功能研究和環(huán)境效益評價的基本前提，也是城市生態(tài)系統(tǒng)研究的重要內容之一[5]。近年來不少研究學者對三維綠量展開了大量的研究，但是主要集中在北京[6]、上海[7]、沈陽[8]、南京等城市。在研究過程中，他們根據實地調查結果，得到部分植物的樹高、冠副等生長指標與綠量相關關系模型[9～10]。然而城市森林樹種多樣、結構多變、類型復雜，加之種植不規(guī)則、人工修剪與植物自然生長相結合的特點，受不同城市氣候、光照等多因素種影響了樹種冠幅、冠高等生長指標，不僅造成不同樹種單株綠量的差異，還導致同一樹種在不同城市的差異。本文以成都市中心城區(qū)主要綠化喬木樹種為重點，通過實地調查結果，建立樹種的三維綠量回歸預測模型，為下一步準確評估成都市城市森林建設成效，指導城市森林建設提供理論依據。

1 研究區(qū)概況

成都市總面積12 390 km2，建成區(qū)面積604 km2。根據《2016年成都市常住人口數(shù)量統(tǒng)計》顯示，全市常住人口1 442.8萬人，其中主城區(qū)常住人口達529.54萬人；全市人口密度為1 159人·km-2，主城區(qū)人口密度在各圈層中最大，為11 388人·km-2；第二生活圈為1 338人·km-2第三生活圈為528人·km-2。成都市屬于亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，多年年平均氣溫為16.2℃，年總降水量為918.2 mm，主要集中在7月～8月。

成都市生物資源豐富，擁有各類生物資源有209科、764屬、3 000多種；其中受到國家重點保護的一、二、三級珍稀植物46種，國家一級重點保護動物11種；國家二級重點保護動物47種。研究區(qū)內主要的喬木樹種有樟科的天竺桂Cinnamomumjaponicum、香樟Cinnamomumcamphora，木犀科的女貞Ligustrumlucidum，銀杏科的銀杏Ginkgobiloba，楊柳科的垂柳Salixbabylonica，桑科的黃葛榕Ficusbenguetensis、藍果樹科喜樹Camptothecaacuminata和無患子科的欒樹Koelreuteriapaniculata等。

2 研究方法

2.1 調查方法

樣地調查集中在2016年6月～9月份進行，調查了建成區(qū)內公園、河岸綠化帶、小區(qū)綠地和開放單位區(qū)綠地，其中開放單位區(qū)綠地類型主要包括學校、醫(yī)院、機關附屬事業(yè)單位、企業(yè)等類型，設置樣地137個樣地(圖1)。調查樣地按地形，不得小于400 m2，調查樣地總面積56 600 m2。對胸徑(DB,H)>3 cm的樹種，按照每木調查方法記錄各樣地內喬木的樹種、株高(H)、胸徑、冠幅(R)、枝下高、樹冠形狀、病蟲害、修剪情況等指標(參見表1)。

圖1 主要樹種的形態(tài)指標和三維綠量的不同等級數(shù)量

表1 調查數(shù)據字段描述

2.2 成都市主要綠化樹種及分析因子的選取

根據成都市城市森林建設中綠化樹種使用頻度、數(shù)量和其在成都市的生長狀況，選擇出成都市常見的天竺桂、香樟、銀杏、垂柳、女貞、黃葛榕、欒樹、桂花等8種喬木樹作為分析對象。本文研究中選擇最具代表性和觀測最簡便的胸徑、樹高、冠幅3個典型的形態(tài)因子為基礎作為研究自變量，三維綠量作為因變量，分析自變量因子和三維綠量的相關關系。

2.3 分析與建模

采用SPSS17.0中的逐步回歸，模擬建立簡單形態(tài)因子與單株綠量的估測方程，并采用相對誤差對方程進行精度檢驗。樣地內單株喬木樹種綠量計算采用表2內公式計算。數(shù)據統(tǒng)計采用excel2007，數(shù)據相關性分析和回歸分析。

相對誤差=∣(∑實際值-∑估計值)∣/∑實際值×100%

表2 喬木單株三維綠量計算公式[10]

說明：x為冠副，y為冠高

預測方程的相對誤差越小越好，一般<20%即說明該方程比較符合實際[11]。

3 結果與分析

3.1 主要綠化樹種的生長狀況

圖1是成都市建成區(qū)主要綠化喬木樹種的樹高、胸徑、冠幅等形態(tài)指標和三維綠量的數(shù)量分布圖。從圖1上可以看出，不同樹種在樹高、胸徑、冠幅和三維綠量的不同徑級數(shù)量上有較大差異。從樹高數(shù)量分布圖可以看出，桂花的樹高高度分布于10 m以下，女貞的的樹高高度分布于15 m以下，天竺桂則分布于20 m以下，欒樹則分布于5 m以上，香樟、銀杏和黃葛榕在每個樹高徑階都有分布。其中桂花的在A1(0～5 m)和A2(5 m～10 m)兩個樹高徑階的數(shù)量百分比分別為50.59%和49.41%；天竺桂、垂柳、女貞和黃葛榕的樹高分布主要在A2(5 m～10 m)，其徑階數(shù)量百分數(shù)分別為76.81%、74.73%、67.92%和49.54%；欒樹和香樟則主要分布在A3(10 m～15 m)，其徑階數(shù)量百分數(shù)分別為72.60%和41.38%。從樹種胸徑的徑階數(shù)量分布看，桂花的胸徑主要分布于30 cm以下，垂柳和女貞則分布于40 cm以下，香樟和欒樹分布于50 cm以下。按照郄光發(fā)[6]利用胸徑大小對樹種的分級標準(DB,H≥30 cm為大樹，30 cm>DB,H≥10 cm為中等樹木，DB,H<10 cm小樹)，成都市中心城區(qū)的主要綠化樹種為中等樹木，其中欒樹和垂柳的中等樹木數(shù)量最大，分別達到其物種總量的89.04%和81.32%；黃葛榕中等樹木數(shù)量比最低，也達到53.77%。從樹冠的徑階數(shù)量分布看，天竺桂、女貞、桂花、垂柳、香樟和銀杏的樹冠冠幅主要分布于C3(6 m≤R<9 m)徑階，其數(shù)量分別達到74.49%、64.15%、62.35%、58.89%、46.41%和44.74%；欒樹和黃葛榕的樹冠冠幅則主要分布于C4(9 m≤R<12 m)徑階，其數(shù)量分別達到41.10%和36.11%。從樹種的三維綠量分布看，各徑階樹種的數(shù)量隨著綠量級的升高而減少。其中天竺桂和桂花的三維綠量在D1(V<150 m3)區(qū)間數(shù)量分布最多，其數(shù)量分別達90.95%和80.00%。

3.2 主要綠化樹種三維綠量估算指標的篩選

由于三維綠量是一個由樹高、冠幅和冠高等多個形態(tài)影響的指標，為了在今后對樹種三維綠量研究中可以采用簡單、易測的指標進行計算和評價，本文從樹高、胸徑和冠幅3個主要形態(tài)因子入手，分析其與單株綠量的相關關系，結果(表3)表明，除了桂花的樹高與三維綠量間沒有顯著相關關系外，其它樹種的樹高、胸徑、冠幅等形態(tài)指標與單株三維綠量均呈極顯著性正相關。其中冠幅與三維綠量的相關系數(shù)最大，分布范圍在0.801～0.909；胸徑與三維綠量的相關系數(shù)次之，分布范圍在0.364～0.774；樹高與三維綠量的相關系數(shù)分布范圍在0.164～0.788。

表3 主要綠化樹種三維綠量和與生長指標相關系數(shù)

樹種樹高(X1)胸徑(X2)冠幅(X3)三維綠量天竺桂Cinnamomumjaponi-cum0.658**0.473**0.839**香樟Cinnamomumcamphora0.625**0.774**0.909**垂柳Salixbabylonica0.662**0.474**0.920**女貞Ligustrumlucidum0.707**0.640**0.801**銀杏Ginkgobiloba0.759**0.721**0.873**黃葛榕Ficusbenguetensis0.590**0.724**0.845**桂花Osmanthusfragrans0.1640.364**0.939**欒樹Koelreuteriapaniculata0.788**0.531**0.909**

**Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed).

*Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).

3.3 主要綠化樹種形態(tài)指標與三維綠量的回歸分析

從成都市主要喬木綠化樹種的樹高、胸徑和冠幅與單株三維綠量的回歸分析(表4)結果表明，冠幅是影響單株三維綠量最重要指標，增加樹高因子，并沒有對三維綠量的回歸貢獻率顯著提高。不同樹種間，以香樟、垂柳和桂花三個樹種分別利用冠幅和冠幅與樹高得到的單株三維綠量回歸模型的R2值最高，在0.8以上。從精度檢驗結果看，天竺桂、香樟等利用冠幅對單株三維綠量和利用冠幅和株高對單株三維綠量的估測模型中，相對誤差均<20%，表明這些擬合模型符合要求。

表4 主要樹種三維綠量與生長形態(tài)指標的估測模型與精度檢驗

4 結論與討論

從成都市主要綠化喬木樹種的樹高、胸徑和冠幅3個典型形態(tài)指標可以看出，成都市主要喬木樹種的水平徑級、立木層徑級的數(shù)量結構上均呈現(xiàn)出中等徑級的數(shù)量顯著性高于低等級和高等級徑級，總體呈正態(tài)分布格局；尤其香樟、女貞、桂花、黃葛榕等典型的地帶性樹種的樹高徑級從5 m到25 m以上，胸徑從5 cm到30 cm以上的各徑級上均有分布，表明了成都市城市森林建設不僅在林木水平徑級和立木層次上較為合理，形成了林木徑階結構有穩(wěn)定的城市森林，還建成了以地帶性植被為主體的城市森林生態(tài)體系。

彭鎮(zhèn)華[5～6]等研究認為，從樹木所發(fā)揮的各種效益上看，大樹占據著較大的優(yōu)勢，其所形成的森林也具有更大的效益。從成都市主要綠化樹種的形態(tài)特征和單株三維綠量研究結果顯示，樹高高于20 m的數(shù)量為2.96%，胸徑大于30 cm的數(shù)量為35.57%，樹冠大于6 m的數(shù)量為12.58%；單株三維綠量大于三維量大于100 m3數(shù)量達到42%。這些大樹不僅對成都市城市生態(tài)環(huán)境改善起著重要作用，還為鳥類和小型獸類等動物提供了食物和有效的棲息地，吸引了鳳頭蜂鷹、黑喉歌鴝、藍喉太陽鳥、四川旋木雀和松鼠等動物進入城區(qū)，不僅對保護生物多樣性具有重要意義，還為城市居民近距離了解和享受城市森林文化提供了平臺。

通過樹高、胸徑和冠幅3個簡單形態(tài)因子對成都市8種常見的喬木樹種的單株三維綠量相關性分析和逐步回歸分析，研究結果表明：影響單株三維綠量的首要因子是冠幅，其次是樹高；采用單因子冠幅較采用復合因子冠幅和樹高對其單株三維綠量的回歸估測模型的R2值沒有顯著性降低，這說明可以采用單因子的冠幅對喬木樹種的單株三維綠量進行簡單預測。然而，城市綠化喬木的生長不僅受建筑、周圍管線等因素的影響，還受立地土壤、氣候、栽植密度以及管護措施等因素的影響，以成都市8個主要樹種單株三維綠量為因變量建立的估測模型是否適合其他地區(qū)還有待進一步研究。

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Establishing the Three Dimensional Green Quantity Forecast Model of Main Tree Species in Urban Forest by Using Morphological factors

ZHENG Shao-wei1LI Jun2LI Yan-qiong1MU Chang-long1CHEN Jun-hua1ZHOU Da-song1XIE Tian-zi1LI Yu-qi1LUO Yi-shuang1

(1.Sichuan Academy of Forestry,Chengdu 610081,Sichuan,China; 2.Forestry Bureau of Ebian Yi Autonomous County,Ebian 614300,China)

In this paper,the species,tree height,diameter at breast height and crown width of major urban greening tree species in the urban area of Chengdu were obtained in combination with satellite images and through sampling survey.The regressive model of morphological index and three-dimensional green quantity was established by the regression model.The results showed that The tree height,diameter at breast height and crown width of the urban greening tree species in the central urban area of Chengdu were generally distributed in a normal distribution pattern.And the number of green trees with tree height between 5 m～15 m,diameter between 10 cm～30 cm,crown width between 3 m～9 m showed the most,respectly being 49.41%～95.61%,53.77%～89.04% and 64.36%～64.04%.It showed that the main tree species of urban forest in Chengdu had diameter structure stability.There was a significant positive correlation between the three-dimensional green quantity,tree height,DBH and crown width of tree species(P<0.01).And the correlation coefficient between the crown width and the three-dimensional green quantity of the plant was the highest,being 0.801～0.909.The regression model was established according to the stepwise regression of plant height,crown width and DBH of the main greening trees.The R2 values of the two models with the crown width as the independent variable and the crown height and the tree height as the independent variables were all above 0.70.

Tree species，Morphological index，Three-dimensional，Model

10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.01.002

2016-11-21

*基金課題：國家科技支撐計劃課題“環(huán)境友好型城鎮(zhèn)景觀林構建技術研究與示范”(2015BAD07B06)。

鄭紹偉(1981-)，男，漢族，重慶江津人，高工，主要從事城市森林研究，E-mail：7790719@qq.com；

**通訊作者，慕長龍(1964-)，男，漢族，研究員，博士生導師。

S757.2

A

1003-5508(2017)01-0006-05