何友軍，李際平，顏立紅，趙春燕，向光鋒

（1.湖南省森林植物園，湖南 長(zhǎng)沙 410116；2.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

長(zhǎng)沙市自然林景觀基底特征與結(jié)構(gòu)研究

何友軍1，李際平2，顏立紅1，趙春燕2，向光鋒1

（1.湖南省森林植物園，湖南 長(zhǎng)沙 410116；2.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

為了構(gòu)建長(zhǎng)沙美麗的自然景觀，以岳麓山和湖南省森林植物園為研究對(duì)象，研究長(zhǎng)沙市自然林景觀的基底特征與水平垂直結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明：長(zhǎng)沙自然林景觀中植物種類豐富，調(diào)查區(qū)域內(nèi)植物種類達(dá)60多種，且喬木與灌木植物種類遠(yuǎn)多于草本植物種類；喬木層出現(xiàn)頻度較大物種為馬尾松、香樟、樟樹、山礬、楓香和欒樹，灌木層出現(xiàn)頻度較大物種為構(gòu)骨和毛萼烏口樹，草本層出現(xiàn)頻度較大物種為蕨、青苔和竹葉草；喬木層頻度大的物種密度較大，草本層頻度大的物種其蓋度較大；長(zhǎng)沙自然林景觀存現(xiàn)比較明顯的垂直結(jié)構(gòu)，植物園喬木∶灌木∶草本物種比例為19∶18∶8，岳麓山喬木∶灌木∶草本物種比例為13∶12∶5，不同高度的喬木層樹木構(gòu)成林分垂直層。研究結(jié)果為城市森林的人工群落樹種選擇與配置、城市森林空間配置與優(yōu)化提供理論依據(jù)，也為美麗長(zhǎng)沙的森林景觀設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

岳麓山；湖南省森林植物園；水平結(jié)構(gòu)；垂直結(jié)構(gòu)；森林景觀

隨著城市化水平的迅速提高，環(huán)境問題越來越突出，城市森林的地位與作用、保護(hù)與經(jīng)營(yíng)受到專家和學(xué)者的重視[1]。城市自然林為城市森林的重要組成部分，岳麓山和湖南省森林植物園作為長(zhǎng)沙市的“綠肺”[2-5]，以其優(yōu)美的風(fēng)景資源和優(yōu)越的環(huán)境資源吸引著人們休閑和游憩，也構(gòu)成長(zhǎng)沙市最主要的自然林景觀。

從景觀尺度研究城市森林，目前主要集中在對(duì)森林景觀格局[6]、森林景觀動(dòng)態(tài)變化[7-8]、森林景觀結(jié)構(gòu)與功能[9-10]以及森林景觀生態(tài)過程模擬和決策[11]研究。但是，隨著生活水平的提高，城市森林的功能不僅僅在于改善生態(tài)環(huán)境、維護(hù)生物多樣性等，森林的文化、游憩等功能在城市建設(shè)與規(guī)劃中顯得越來越重要[12]。構(gòu)建“美麗城鎮(zhèn)”，改善城市生態(tài)環(huán)境，提升和優(yōu)化城市森林的文化、游憩服務(wù)功能，為城市居民提供良好的游憩場(chǎng)所。本研究以長(zhǎng)沙市自然林景觀為研究對(duì)象，深入分析長(zhǎng)沙城市自然林景觀的植物群落基本特征，研究城市自然林的物種結(jié)構(gòu)、群落水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)，可為城市森林的人工群落樹種選擇與配置、城市森林空間配置與優(yōu)化提供理論依據(jù)，也為美麗長(zhǎng)沙的森林景觀設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)沙屬典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候：年均氣溫17.2 ℃，年平均相對(duì)濕度80%，年均降水量為1 422 mm。研究區(qū)選擇在岳麓山和湖南省森林植物園，岳麓山位于 112°44′～ 112°48′E，28°20′～28°27′N，主峰海拔為300.8 m，土壤類型為紅壤、山地黃紅壤，地處中亞熱帶常綠闊葉林地帶，植被以天然群落為主。湖南省森林植物園位于113°02′～ 113°03′E，28°06′～ 28°07′N，植物種類達(dá)2 200多種，植被主要由人工次生林構(gòu)成。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與樣地調(diào)查法

在研究區(qū)域內(nèi)，選取典型森林景觀，在岳麓山圍繞山體設(shè)置6個(gè)20 m×30 m樣地，編號(hào)T1～T6。在植物園，馬尾松次生林和樟樹次生林內(nèi)各設(shè)置3個(gè)20 m×30 m樣地，編號(hào)T7～T12。樣地設(shè)置見圖1。每個(gè)樣地以西南角為起點(diǎn)，測(cè)量其經(jīng)緯度，用羅盤儀圍測(cè)樣地邊界，用皮尺量斜距，按坡度改算為水平距。要求閉合差不大于1/200，樣地間保留至少20 m的緩沖區(qū)。對(duì)樣地內(nèi)胸徑大于2.0 cm的林木每木檢尺，調(diào)查樣地內(nèi)每株林木的樹種類型、胸徑和樹高等測(cè)樹因子。

圖1 樣地設(shè)置Fig.1 Sample plots setting

2.2 城鎮(zhèn)森林景觀水平結(jié)構(gòu)參數(shù)

群落水平結(jié)構(gòu)是指水平空間上個(gè)體多度分布、蓋度、優(yōu)勢(shì)度，即群落的配置狀況或水平格局[13]。多度是對(duì)物種個(gè)體數(shù)目多少的一種估測(cè)指標(biāo)。采用Drude的七級(jí)制多度：Soe，極多，植物地上部分郁閉；Cop3，數(shù)量很多；Cop2， 數(shù)量多；Cop1，數(shù)量尚多；Sp，數(shù)量不多而分散；Sol，數(shù)量很少而稀疏；Un，個(gè)別或單株。蓋度指植物地上部分植投影的面積占地面的比例[14]。頻度是指群落中某物種出現(xiàn)的樣方數(shù)占全部調(diào)查樣方數(shù)的百分率，反映某物種或某種群個(gè)體在群落中分布的均勻程度[15]，顯示個(gè)體與不同空間部分的關(guān)系。

2.3 城鎮(zhèn)森林景觀垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)

平均胸徑（D）：采用林木胸高斷面積加權(quán)平均直徑。

式中：di為第i株林木的斷面積和胸徑；N為林木總株數(shù)。

平均樹高（H）：采用林木加權(quán)平均高的測(cè)算方法，依各徑級(jí)林木的算術(shù)平均高與其對(duì)應(yīng)徑級(jí)林木胸高斷面積的加權(quán)平均數(shù)。

2.4 城鎮(zhèn)森林景觀物種多樣性參數(shù)

樹種豐富度以樹種種類加以描述。采用Shannon-Wiener指數(shù)描述物種多樣性：

式中：k為物種總數(shù)；pi=Ni/N；Ni為第i個(gè)物種的物種數(shù)目；N為群落中所有種的物種總數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 長(zhǎng)沙市自然林景觀植物種類與群落水平結(jié)構(gòu)

群落結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，一般包括喬木層、灌木層和草本層。本研究對(duì)喬木通過平均樹高分析垂直結(jié)構(gòu)，對(duì)灌木和草本通過頻度、蓋度和多度分析水平結(jié)構(gòu)。

在植物園，調(diào)查樣地內(nèi)灌木層共18種植物，草本層共8種植物，灌木層植物種類明顯多于草本層，因?yàn)檎{(diào)查樣地屬于次生林，喬灌層郁閉度比較大。但每種植物出現(xiàn)的頻度不相同，在灌木層，每個(gè)樣地都出現(xiàn)的只有構(gòu)骨Ilex cornuta，有10種植物出現(xiàn)的頻度低于50%。在草本層，每個(gè)樣地出現(xiàn)的植物種類較少，但蕨、青苔和淡竹葉Lophatherum gracile在所有樣地出現(xiàn)。

在岳麓山，調(diào)查樣地內(nèi)灌木層共24種植物，草本層共10種植物。灌木層和草本層出現(xiàn)的植物種類均多于植物園樣地，且灌木層植物種類多于草本層。除了白花苦燈籠Tarenna mollissima在所有樣地出現(xiàn)外，山礬Symplocos sumuntia在5個(gè)樣地出現(xiàn)，其余22種植物出現(xiàn)的頻度并不高，這與樣地內(nèi)喬木的分布、地形等因素有關(guān)系。

在植物園和岳麓山，森林景觀灌木層中均出現(xiàn)的植物有黃檀Dalbergia hupeana、檵木Loropetalum chinense、 苦 櫧Castanopsis sclerophylla、烏桕Sapium sebiferum和菝葜Smilax china共5種，大部分的植物只在一個(gè)區(qū)域出現(xiàn)。因?yàn)橹参飯@和岳麓山調(diào)查區(qū)域均屬于次生林，人為干預(yù)較小，其干擾主要為游客通行導(dǎo)致，灌木層中有較大一部分為喬木天然更新的幼苗，植物園和岳麓山的灌木層物種大多不相同。

在植物園和岳麓山草本層物種一共8～10種，在調(diào)查區(qū)域森林景觀灌木層中均出現(xiàn)植物有狗脊蕨Woodwardia japonica、其它蕨Pteridiaceae、青苔Bryophyta和淡竹葉Lophatherum gracile共4種，其中蕨出現(xiàn)在所有的調(diào)查樣地。

植物園灌木層蓋度較低，為4%～8%，構(gòu)骨等7種植物在樣地出現(xiàn)的個(gè)體較少，但出現(xiàn)的頻度較大。出現(xiàn)個(gè)體較多為菝葜和楓香Liquidambar formosana，但出現(xiàn)的頻度較低。

植物園草本層蓋度差異較大，為29%～72%，其中淡竹葉不僅個(gè)體出現(xiàn)數(shù)目較多，小樣方內(nèi)29～43株淡竹葉，且樣方內(nèi)出現(xiàn)的頻度較大，所有樣方內(nèi)均出現(xiàn)淡竹葉。栽培種蔥蘭Zephyranthes grandiflora個(gè)體出現(xiàn)的數(shù)目較多，但樣方內(nèi)出現(xiàn)的頻度較小，僅在1個(gè)樣方內(nèi)出現(xiàn)。

岳麓山灌木層蓋度較高，為35%～49%，冷水花屬Pile、栲樹Castanopsis fargesii和赤楠Syzygium buxifolium在樣地出現(xiàn)的個(gè)體較多，但出現(xiàn)的頻度較低，僅在1～2個(gè)樣地內(nèi)出現(xiàn)。白花苦燈籠在所有樣地均出現(xiàn)，且出現(xiàn)的個(gè)體數(shù)目較多，小樣方內(nèi)19～23株。

岳麓山草本層蓋度非常小，為1%～3%，但淡竹葉和藎草Arthraxon hispidus個(gè)體出現(xiàn)的數(shù)目較大，在樣地出現(xiàn)的頻度較小，僅出現(xiàn)在1個(gè)樣地。

表2 長(zhǎng)沙市自然林景觀的植物多度與蓋度Table 2 Plant abundance and coverage of natural forest landscape in Changsha city

3.2 長(zhǎng)沙市自然林景觀垂直結(jié)構(gòu)

植物園的自然林景觀以馬尾松次生林和闊葉次生林為主，岳麓山自然林景觀以闊葉次生林為主，經(jīng)營(yíng)活動(dòng)或人為干預(yù)比較少。喬木、灌木和草本三層結(jié)構(gòu)明顯，植物園的物種數(shù)量比岳麓山少，在喬木層和草本層尤其明顯。在調(diào)查樣地內(nèi)，植物園總的物種數(shù)量為45，岳麓山物種數(shù)量達(dá)到61。喬木、灌木和草本三層進(jìn)行比較，植物園和岳麓山喬木層的物種數(shù)量多于灌木層，草本層物種數(shù)量最少。由于研究區(qū)域林分的郁閉度比較大，達(dá)到0.70～0.95，林下光照較少，草本植物較少。

圖2 植物園和岳麓山物種豐富度對(duì)比Fig.2 Comparison of species richness in botanical garden and Yuelu mountain

長(zhǎng)沙自然林景觀喬木、灌木和草本層次結(jié)構(gòu)明顯。不同高度的喬木層樹木構(gòu)成林分垂直層，在植物園調(diào)查區(qū)域內(nèi)，平均樹高最大的為香樟，達(dá)到18.1 m，平均樹高最小的為鵝掌楸，達(dá)到6.3 m，株數(shù)密度最大的馬尾松平均樹高也達(dá)到10.5 m。在喬木層形成5～20 m垂直分布結(jié)構(gòu)。在岳麓山調(diào)查區(qū)域內(nèi)，平均樹高最大的為馬尾松，平均樹高最小的為大青。

3.3 長(zhǎng)沙市自然林景觀物種多樣性

植物園調(diào)查區(qū)域內(nèi)喬木、灌木和草本層的 Shannon-Wiener指 數(shù) 分 別 為 1.107、1.804和1.162，岳麓山調(diào)查區(qū)域內(nèi)喬木、灌木和草本層的 Shannon-Wiener指 數(shù) 分 別 為 2.019、1.947和1.099，在2個(gè)研究區(qū)域均出現(xiàn)灌木層的物種多樣性指數(shù)較大，草本層物種多樣性指數(shù)較小，植物園喬木層物種多樣性較小，岳麓山喬木層物種多樣性較大。說明灌木群落較復(fù)雜，物種種類較多，物種多樣性總體呈現(xiàn)：岳麓山＞植物園，灌木層＞草本層，喬木層＞草本層。

表3 長(zhǎng)沙市自然林景觀垂直結(jié)構(gòu)Table 3 Vertical structure of natural forest landscape in Changsha city

圖3 植物園和岳麓山物種多樣性對(duì)比Fig.3 Comparison of species diversity in botanical garden and Yuelu mountain

4 結(jié) 論

(1)長(zhǎng)沙市自然林景觀物種豐富，植物園調(diào)查區(qū)域內(nèi)物種數(shù)量為45種，岳麓山物種數(shù)量達(dá)60種。其中植物園喬木物種37種，岳麓山喬木物種50種。長(zhǎng)沙市自然林景觀中群落物種出現(xiàn)的頻度不同，灌木層出現(xiàn)頻度最大的為構(gòu)骨，草本層的物種數(shù)量較少，但物種出現(xiàn)的頻度較高，尤其蕨、青苔和淡竹葉。長(zhǎng)沙市自然林景觀中灌木和草本的蓋度較低，灌木層的蓋度低于50%。

(2)長(zhǎng)沙市自然林景觀的垂直結(jié)構(gòu)比較明顯，均呈現(xiàn)明顯的喬木-灌木-草本三層結(jié)構(gòu)，其中植物園喬木∶灌木∶草本物種比例為19∶18∶8，岳麓山喬木∶灌木∶草本物種比例為13∶12∶5。不同高度的喬木層樹木構(gòu)成林分垂直層，喬木層位于6.3～18.1 m高度層，灌木層形成1.5～6 m的高度層。

構(gòu)建美麗的城市自然林景觀，不僅應(yīng)有豐富的植物種類，還應(yīng)重點(diǎn)研究不同植物種的水平結(jié)構(gòu)與垂直結(jié)構(gòu)。

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Structure analysis and basal characteristics of natural forest landscape in Changsha city

HE Youjun1, LI Jiping2, YAN Lihong1, ZHAO Chunyan2, XIANG Guangfeng1
(1. Hunan Forest Botanical Garden, Changsha 410116, Hunan, China;2. Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to study the basal characteristics of natural forest landscape in Changsha city, the horizontal structure of natural forest landscape was studied by means of studying the species of plant distribution, the distribution of plants, the coverage and frequency.The vertical structure of natural forest landscape was studied by means of tree, shrub, herb layer three and tree height. This paper takes Yuelu mountain and Hunan forest botanical garden as the research object. Research results show that Changsha natural forest landscape of plant species richness, the survey of plants in the region of more than 50 kinds of plants, Tree and shrub species are much more than that of herbaceous plants. The tree layer frequency for larger species masson pine, camphor,Symplocos, sweetgum andKoelreuteria Paniculata, The shrub layer species frequency of large bone structure and hair calyx tarenna, The occurrence frequency of large species of herbaceous layer, moss and fern leaves of grass, The species density of tree layer is larger, In the shrub layer, the species of the frequency of the species is not necessarily large, the frequency of the herb layer is large. Natural forest landscape in Changsha is now more obvious vertical structure, tree, shrub and herb layers. Arbor: shrub: herbaceous species ratio is 19:18:8 in forest botanical garden,and 13:12:5 in Yuelu mountain. Communities provide a theoretical basis for the artificial tree species selection and allocation of urban forests, forest spatial configuration and optimization, but also provide technical support for beautiful Changsha forest landscape design.

Yuelu mountain; Hunan forest botanical garden; horizontal structure; vertical structure; forest landscape

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.05.010 http: //qks.csuft.edu.cn

2015-12-29

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201404301）；湖南省林業(yè)廳項(xiàng)目（XLK201419）

何友軍，博士，教授

何友軍，李際平， 顏立紅，等.長(zhǎng)沙市自然林景觀基底特征與結(jié)構(gòu)研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017, 37(5): 55-60.

S718.54+2；P901

A

1673-923X(2017)05-0055-06

[本文編校：謝榮秀]