陳星澄 宋 磊 趙 慶 許東先 章 馳 錢萬惠 唐洪輝

（廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東省林業(yè)科學研究院，廣東 廣州 510520）

以往關于臺風對森林群落的影響研究較為單一，主要集中在兩方面：一方面是臺風對森林群落中樹木個體的影響研究，如不同樹種的受害類型和毀壞程度等[13-14]、臺風對城市森林群落破壞的損失預測模型研究等[15]、城市森林樹木抗風性研究[16-18]；另一方面則為臺風對森林群落結構的影響，如臺風對城市森林樹種組成和密度的影響[19]、臺風對改變森林樹種多樣性演替軌跡的影響研究等[20]。然而，上述研究均未闡明臺風多發(fā)區(qū)的樹木胸徑、樹高、冠幅等群落結構特征指標，這恰是基于精準優(yōu)化城市森林群落結構配置策略所亟需的。

基于以上問題，本文通過調查廣州市、佛山市和珠海市等3 個粵港澳大灣區(qū)典型城市的森林群落樣地，分析在臺風影響下不同城市區(qū)位的森林樹木胸徑、樹高、冠幅等群落結構因子的變化，以期為構建抗臺風力強的粵港澳大灣區(qū)城市森林提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

粵港澳大灣區(qū)由香港、澳門兩個特別行政區(qū)和廣東省廣州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、東莞市、中山市、江門市、肇慶市9 個珠江三角洲城市組成，總面積5.6 萬km2，是中國開放程度最高、經(jīng)濟活力最強的區(qū)域之一，與美國紐約灣區(qū)、舊金山灣區(qū)、日本東京灣區(qū)并稱為世界四大灣區(qū)，在國家發(fā)展大局中具有重要戰(zhàn)略地位。

表1 近10 年來影響粵港澳大灣區(qū)城市強臺風Tab.1 Strong typhoons landed in the GBA during nearly 10 year

粵港澳大灣區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風氣候，雨熱充沛，干濕分明，2019 年年均氣溫為23.5℃，年均降水量2 164.1 mm[21]?；浉郯拇鬄硡^(qū)常年受臺風影響，其中近10 a 年間直接登陸或間接影響的強臺風就有8 次（中心附近風力為14～15 級）[22]，上述8 次強臺風登陸時的臺風中心距離上述3 個城市的距離均小于300 km（表1）。本研究在廣州市、佛山市和珠海市按照不同區(qū)位選取了3 個城市森林群落作為研究區(qū)，分別在城市核心區(qū)（Core urban area, CUA）選擇了廣州市發(fā)展公園（23°11′ N，113°30′ E）、佛山市千燈湖公園（23°02′ N，113°08′ E）、珠海市梅華城市公園（23°17′ N，113°32′ E）；在城市次核心區(qū)（Semi urban area, SUA）選擇廣州市華南農(nóng)業(yè)大學（23°16′ N，113°35′ E）、佛山市文華公園（23°00′N，113°07′ E）、北京理工大學珠海學院（23°22′N，113°33′ E）；在城市近郊區(qū)（Urban fringe area,UFA）選擇廣州市火爐山（23°19′ N，113°39′ E）、佛山市平洲公園（23°04′ N，113°21′ E）、珠海市尖峰山公園（23°18′ N，113°31′ E）作為研究點。

1.2 研究方法

1.2.1 研究區(qū)抽樣和類型劃分 采用隨機抽樣研究方法，綜合考慮調查時間和經(jīng)濟成本，參照周紅敏等人[23]的研究成果，每個群落設置樣方大小為30 m×30 m，每1 萬m2抽取4 個樣方以滿足抽樣的合理性和可行性， 共調查186 個樣方，調查時間為2017 年9 月—2019 年10 月期間。所有樣方在滿足隨機選取的前提下，均互不相鄰，同時水面、建筑、草地占比面積小于1/3。樣方進行每木檢尺，記錄胸徑DBH ≥ 5.0 cm 的樹種名稱、胸徑、樹高、冠幅、活枝下高、健康狀況等指標。

1.2.2 徑級、高度級和冠面積等級的劃分 根據(jù)統(tǒng)計學原理，樣方喬木的徑級（DBH）、高度級（H）和冠面積等級（CD）均采用上限排外法劃分[24]，當5 cm ≤DBH ＜10 cm 時為第1 徑級，每5 cm 為1個遞增單位，10 cm ≤DBH ＜40 cm 時，每10 cm為1 個遞增單位；40 cm ≤DBH ＜100 cm 時，每20 cm 為1 個遞增單位；DBH ≥100 cm 以上時，為1 個徑級；其中，5 cm ≤DBH ＜20 cm 為小徑級，20 cm ≤DBH ＜40 cm 為 中 徑 級，DBH ≥40 cm為大徑級。高度級的劃分方法：當3 m ≤H ＜5 m為第1 高度級，5 m ≤H ＜7 m 為第2 高度級，每2 m 為1 個遞增單位，11 m ≤H ＜20 m 時，每3 m 為1 個遞增單位；H ≥20 m 以上時，每4 m為1 個遞增單位；其中，3 m ≤H ＜7 m 為低層，7 m ≤H ＜11 m 為中層，H ≥11 m 為高層。冠面積等級的劃分方法：當0 m2≤CD ＜4 m2時為第1 等級，4 m2≤CD ＜16 m2為第2 等級，16 m2≤CD ＜36 m2為 第3 等 級，36 m2≤CD ＜64 m2為第4 等 級，64 m2≤CD ＜100 m2為 第5 等 級，100 m2≤CD ＜144 m2為第6 等級，144 m2≤CD＜196 m2為第7 等級，CD ≥196 m2以上時，為第8 等級；其中，0 m2≤CD ＜16 m2為小冠面積喬木，16 m2≤CD ＜64 m2為中冠面積喬木，CD ≥64 m2為大冠面積喬木。

1.3 指標計算方法

1.3.1 重要值分析 用以下公式計算確定研究區(qū)的優(yōu)勢樹種。

1.3.3 樹高和胸徑關系 樹高和胸徑的關系可以反映隨著年齡的增長，喬木樹高的變化情況，以及人為干預對森林群落發(fā)展的影響[25]。本研究針對樹木的胸徑—樹高生長曲線進行擬合，探討應對臺風影響下樹木胸徑和樹高之間的關系。

2.對黑名單的處罰。黑名單與歐盟國家之間的交易和資金往來將面臨歐盟更為嚴格的反洗錢審查。歐盟可能對這些交易征收懲罰性預提所得稅。

1.3.4 統(tǒng)計方法 研究借助R（Version 3.4.4）的ggplot2 包進行數(shù)據(jù)分析并繪制相關圖標，其中對于樹高和胸徑關系的擬合采用局部加權多項式（loess 曲線）模型。

2 結果與分析

2.1 群落組成結構

根據(jù)186 個樣方的調查數(shù)據(jù)，對3 個城市群落的樹木種數(shù)、種植密度、優(yōu)勢樹種占比進行分析，結果見表2。廣州市和佛山市的城市森林群落隨著由核心區(qū)向近郊區(qū)過渡，其樹木種數(shù)和種植密度逐漸變大，而優(yōu)勢樹種（重要值≥0.05 的樹種）重要值總和逐漸變??；珠海市則相反，城市森林群落隨著由核心區(qū)向近郊區(qū)過渡，其樹木種數(shù)逐漸變少，而優(yōu)勢樹種（重要值≥0.05 的樹種）重要值總和逐漸變大。

表2 廣州、佛山和珠海市城市森林群落組成結構分析Tab.2 Analysis on the composition and structure of tree species in urban forest community of Guangzhou, Foshan and Zhuhai

圖1 廣州、佛山和珠海市城市森林群落徑級結構特征Fig. 1 Diameter class of urban forests in Guangzhou, Foshan and Zhuhai

2.2 徑級結構

圖1 展示了3 個城市不同區(qū)位的城市森林群落徑級結構，結果表明：廣州市和佛山市的城市核心區(qū)森林群落徑級呈現(xiàn)出類似“正態(tài)分布”的格局，群落構成均以中徑級喬木（20 cm ≤ DBH＜40 cm）為主（廣州市60.50%，佛山市63.64%）；隨著向城市近郊區(qū)過渡，城市森林群落的群落構成逐漸趨向于以小徑級喬木（5 cm ≤DBH＜20 cm）為主的“正偏態(tài)分布”格局（廣州市次核心區(qū)56.44%，近郊區(qū)58.06%；佛山市次核心區(qū)46.30%，近郊區(qū)45.20%），逐步趨向于天然森林群落較為穩(wěn)定的徑級“反J 型”結構（reverse J type）[26-27]。不同于廣州市和佛山市，珠海市的城市森林群落徑級結構呈現(xiàn)出“前大后小”分布格局，3 個區(qū)位的城市森林群落均為以小徑級喬木為主的“正偏態(tài)分布”格局（核心區(qū)68.40%，次核心區(qū)54.75%，近郊區(qū)92.95%）。

森林群落樹種的徑級分布決定群落狀態(tài)，當徑級分布呈反“J”型時，徑級主要分布在較低級別，森林群落更新旺盛；當徑級結構分布呈現(xiàn)“兩頭少，中間多”的正態(tài)分布時，表明此時的森林群落還處于相對穩(wěn)定階段；當徑級結構分布呈“前小后大”的“J 型”分布時，表明此時的森林群落已呈現(xiàn)衰退趨勢[28-30]，不利于抵御臺風襲擊。在3 個城市中，僅佛山市和廣州市的核心區(qū)徑級結構呈現(xiàn)“正態(tài)分布”，處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，同時隨著向城市次核心區(qū)、近郊區(qū)過渡，其徑級結構逐漸呈現(xiàn)反“J”型分布。而作為臺風影響最大的珠海市（尤以尖峰山公園受害最重），3 個區(qū)位的城市森林徑級結構均受到較大的自然和人為干擾。在臺風的強烈作用下，大量大徑級樹木被損壞，通過人為的生態(tài)修復，配置了大量的小徑級樹木，并占據(jù)了絕對優(yōu)勢，使徑級結構呈現(xiàn)出反“J”型分布。

2.3 高度級結構

針對3 個城市不同區(qū)位的城市森林高度級分布來看（圖2）：廣州市的城市核心區(qū)森林群落構成以高層喬木（H ≥ 11 cm）為主（57.69%）；佛山市的城市核心區(qū)森林群落構成以中層喬木（7 m ≤H＜ 11 m）為主（47.44%）；隨著向城市近郊區(qū)過渡，廣州市的城市森林群落構成逐漸趨向于以低層喬木（3 m ≤H＜ 7 m）為主（廣州市次核心區(qū)33.65%，近郊區(qū)65.82%）；佛山市的城市森林群落構成仍以中層喬木為主（次核心區(qū)46.30%，近郊區(qū)45.20%）。不同于廣州市和佛山市，珠海市的城市森林群落構成均以低層喬木為主（核心區(qū)66.30%，次核心區(qū)61.54%，近郊區(qū)89.44%）。

圖2 廣州、佛山和珠海市城市森林高度級結構特征Fig. 2 Height class of urban forests in Guangzhou, Foshan and Zhuhai

圖3 廣州、佛山和珠海市城市森林冠面積等級結構特征Fig. 3 Crown class of urban forests in Guangzhou, Foshan and Zhuhai

在3 個城市中，佛山市和廣州市的城市森林高度級結構呈現(xiàn)隨著核心區(qū)、次核心區(qū)、近郊區(qū)的過渡，逐漸轉向低層樹木占優(yōu)勢。而作為臺風影響最大的珠海市，3 個區(qū)位的城市森林高度級結構均受到較大的自然和人為干擾，均以低層樹木為主。在臺風的強烈作用下，一方面大量高層樹木發(fā)生倒伏、折干等，降低了樹木的高度，另一方面通過人為的生態(tài)修復，配置了大量的低層樹木，并占據(jù)了絕對優(yōu)勢，使高度級結構呈現(xiàn)出以低層樹木占優(yōu)勢的現(xiàn)象。

2.4 冠面積等級結構

針對3 個城市不同區(qū)位的城市森林冠面積等級分布來看（圖3）：廣州市和佛山市的城市核心區(qū)森林群落均以中冠面積喬木（16 m2≤CD＜ 64 m2）為主（廣州市53.41%，佛山市64.94%）；隨著向城市近郊區(qū)過渡，廣州市的森林群落構成逐漸趨向于以小冠面積喬木（0 m2＜ CD＜ 16 m2）為主（次核心區(qū)54.16%，近郊區(qū)58.57%），佛山市的城市森林群落構成仍以中冠面積喬木為主（次核心區(qū)53.95%，近郊區(qū)46.12%）。不同于廣州市和佛山市，珠海市的城市森林群落構成均以小冠面積喬木為主（核心區(qū)63.49%，次核心區(qū)58.70%，近郊區(qū)96.12%）。

在3 個城市中，佛山市和廣州市的城市森林冠面積等級結構呈現(xiàn)隨著核心區(qū)、次核心區(qū)、近郊區(qū)的過渡，逐漸轉向小冠面積等級占優(yōu)勢。珠海市3 個區(qū)位的城市森林冠面積等級結構均受到較大的自然和人為干擾，在臺風的強烈作用下，一方面冠層較大的樹木由于枝繁葉茂，在臺風影響下，受風力較大，容易倒伏、折干、斷枝等，另一方面通過生態(tài)修復，配置了大量的小冠幅、樹冠舒展疏透的樹木，如黃花風鈴木（重要值為0.22），使冠面積等級結構呈現(xiàn)出以小冠層樹木占優(yōu)勢的現(xiàn)象。

2.5 樹高和胸徑關系

針對城市森林徑－高關系分析（圖4）：廣州市城市森林表現(xiàn)出更明顯的高生長趨勢；在胸徑5～40 cm（中、小徑級）的區(qū)間內，廣州市城市森林高層喬木（H ≥11 m）的平均樹高為13.4 m，平均胸徑為28.0 cm；佛山市城市森林高層喬木樹高為12.0 m，平均胸徑為29.8 cm；珠海市城市森林高層喬木的平均樹高為11.6 m，平均胸徑為32.0 cm。珠海市城市森林的徑－高關系與廣州市和佛山市不同，其平均胸徑比廣州市和佛山市高，但平均高度卻比廣州市和佛山市小，有利于城市森林更好的抵御臺風。

針對城市森林徑－高關系數(shù)量分布密度上看：珠海市城市森林的樹木分布集中區(qū)均在DBH＜ 40 cm 和H ＜ 7 m 的范圍內，屬于中、小徑級和低層喬木的范疇；而廣州市城市和佛山市的城市森林樹木分布集中區(qū)位于DBH＜ 40 cm 和H ＞7 m 的范圍，屬于中、小徑級和中、高層喬木的范疇。3 個城市相比，珠海市的城市森林徑-高關系的集中分布區(qū)處在低層喬木的范圍，這種分布形式在一定程度上能減輕臺風對城市森林的破壞。珠海市城市森林的徑－高關系的分布形式與高度級結構特征形成呼應，進一步表明了珠海市城市森林配置符合臺風多發(fā)地區(qū)的現(xiàn)實特點。

圖4 廣州、佛山和珠海市城市森林樹高和胸徑關系Fig. 4 Height and diameter relationship of urban forests in Guangzhou, Foshan and Zhuhai

在城市森林群落中，由胸徑和樹高的關系變化（圖4）表明，距臺風登陸點的距離是城市森林群落結構的重要調控因子，距離越遠，其組成城市森林群落樹木的平均胸徑越小，而樹高則越大，反之亦然。

3 討論與結論

在3 個城市中，珠海市作為受臺風影響最大的城市，除了核心區(qū)外，樹種豐富度均小于等于其他城市，而優(yōu)勢樹種重要值總和大于其他城市。由于2017 年天鴿臺風在珠海市金灣區(qū)和斗門區(qū)正面登陸，位于近郊區(qū)的尖峰山公園受到強臺風影響最大，抗風性較差的樹種均受到損害，臺風過后立即選擇少數(shù)抗風能力較強的樹種進行人工生態(tài)修復，如根系發(fā)達的樟樹、秋楓、白蘭，屬于小喬木且樹冠較為通透的宮粉紫荊和黃花風鈴木，使其總體樹種豐富度低，優(yōu)勢樹種較為集中。這種人工生態(tài)修復的措施對抵御臺風，降低臺風對城市森林的破壞起到了一定的作用。2018 年山竹臺風襲擊時，其對尖峰山公園研究區(qū)的破壞程度不到2017 年天鴿臺風的十分之一，達到了較好的抵御臺風效果。

眾多研究表明，樹木會改變原有的生長趨勢以應對城市臺風多發(fā)的情況。相關學者曾開展過2003 年襲擊弗吉尼亞州的最大、最具破壞性的伊莎貝爾颶風對城市森林影響的研究，發(fā)現(xiàn)胸徑大小是影響樹木損壞的重要因素，DBH＜10 cm 的樹木受臺風直接損害的幾率最低，這表明在城市森林中增加一定比例的小徑級喬木能有效應對城市的臺風多發(fā)問題[31-32]。同時，Van 等人[33]研究發(fā)現(xiàn)樹木的小冠幅現(xiàn)象與臺風高發(fā)密切相關。以上結論與本研究結果相似，在3 個城市中，珠海市受到臺風影響最大，自1961 年有氣象資料以來，平均每年嚴重影響珠海市的臺風約有1 到2 個，歷史上直接登陸或擦肩而過的臺風，均給珠海市造成了嚴重影響。因此，在面對臺風高發(fā)的實際問題上，珠海市城市核心區(qū)、次核心區(qū)和近郊區(qū)均選用了以小徑級、低層和小冠層喬木作為城市森林建設的主體，以減少臺風事件中樹木損害的風險。

Ruiz 等人[34]指出在臺風影響下，樹木高度損傷與DBH 級的增加呈正相關。本研究中3 個城市森林樹木的胸徑—樹高擬合曲線表現(xiàn)出一定的差異，廣州市的城市森林與佛山市和珠海市相比表現(xiàn)出更為明顯的高生長趨勢；珠海市城市森林的徑－高關系，在中、小徑級的范圍內，平均胸徑分別比廣州市和佛山市高14.3%和7.4%，而平均樹高比廣州市和佛山市低13.4%和3.3%。在自然狀態(tài)下，樹木高度隨著DBH 的增加而增高，其受到臺風損傷的風險更大；同時，受臺風影響越大的城市，其城市森林的樹木高度將向變低的趨勢發(fā)展[35]。珠海市屬于典型濱海城市，受到臺風的危害比廣州市和佛山市更大，因此，珠海市的城市森林建設在面對臺風高發(fā)的實際問題上，應充分考慮選用抗風能力強的樹種，選擇增大樹木平均胸徑、降低平均高層樹木高度的策略，這有利于降低臺風對城市森林群落的破壞。

珠海市城市森林樹木的生長指標特征與廣州市和佛山市的城市森林相比表現(xiàn)出一定的差異。廣州市和佛山市的生長指標特征均呈現(xiàn)區(qū)位的差異：隨著區(qū)位由城市核心區(qū)向次核心區(qū)和近郊區(qū)過渡，徑級、高度級和冠面積等級趨向于更小的等級；而珠海市城市森林樹木的生長指標特征并不隨區(qū)位的變化而變化，均處在較小的等級，這是一種應對臺風災害高發(fā)、減輕城市森林損害的策略。采用增大平均胸徑、降低平均樹高的群落結構策略，有利于減輕臺風對城市森林群落帶來的損失，最大程度發(fā)揮城市森林生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。