張菲,李玉靈

(1河北省塞罕壩機械林場，河北 圍場068466；2河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河北 保定 071000)

森林是自然界的重要組成部分，被人們稱為“地球之肺”[1]。同時，森林景觀也是自然風(fēng)景的重要組成部分，是不同森林生態(tài)系統(tǒng)類型在一定地域內(nèi)的聚合[2]。近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的審美情趣也逐步提升，因而對森林景觀美學(xué)功能的需求也不斷提高，這不僅是因為它有美麗的風(fēng)景，還因為生態(tài)景觀林一般都位于偏遠的深山之中，林內(nèi)空氣清新，負氧離子含量高，良好的環(huán)境十分有利于人們身體健康[3]。但過去幾年，大多數(shù)林場在森林經(jīng)營過程中都以培育用材林為主，而對于生態(tài)景觀林的研究，特別是景觀的空間結(jié)構(gòu)與美學(xué)評價對生態(tài)景觀林影響研究并不多[4]。景觀空間結(jié)構(gòu)對景觀功能起載體作用，對生態(tài)景觀林的景觀質(zhì)量具有重要影響。游客是決定景觀質(zhì)量高低的主體。一般夏季森林內(nèi)顏色以綠色為主色彩，顏色較單一，此時空間結(jié)構(gòu)對人們的吸引力高于顏色，所以夏季林內(nèi)顏色對森林景觀質(zhì)量的影響較空間結(jié)構(gòu)對景觀質(zhì)量的影響偏低，重點在于林內(nèi)空間結(jié)構(gòu)。因此，提升森林景觀質(zhì)量就需要改善林內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)，例如：提高林下整齊度、修剪枝下高、改善林內(nèi)透視距離與垂直結(jié)構(gòu)層次，從而改善林內(nèi)環(huán)境，提高對游客的吸引力。

美景度評判法(Scenic beauty estimation method，SBE法)，由評價者的審美尺度和景觀本身特征這2個方面來決定其評價結(jié)果[5]。目前，應(yīng)用 SBE 法進行評價研究的景觀森林主要是環(huán)城林帶、風(fēng)景游憩林、森林公園等景觀的林內(nèi)景觀[6-8]。SBE法的優(yōu)點是操作較為簡單，可以降低評判者個體差異產(chǎn)生的影響，大小樣本均可應(yīng)用[9]。它的主要思想是將景觀與審美的關(guān)系理解為刺激與反應(yīng)的關(guān)系[10]。王彥蘇等運用SBE法對重慶市中央公園植物進行評價分析，最終找到最佳的植物景觀[9]。史尚睿、鄭宇、沈雯等也運用過此類手段來評價森林景觀質(zhì)量[11-13]。由于方法具備心理物理學(xué)深厚的理論基礎(chǔ)支撐，得到眾多學(xué)者的關(guān)注和認可[14]。

塞罕壩機械林場同時也是塞罕壩國家森林公園，是國家AAAA級旅游區(qū)。一到夏季游客眾多，為了提高該地區(qū)生態(tài)景觀林質(zhì)量，通過研究人們對林內(nèi)垂直結(jié)構(gòu)、透視距離、林下整齊度、樹干形態(tài)與枝下高等指標(biāo)偏好程度，以便為打造更美好的生態(tài)景觀林提供科學(xué)指導(dǎo)，讓生態(tài)景觀林不僅具有生態(tài)效益，也兼具景觀效益，滿足人們對美好生態(tài)環(huán)境的追求。同時研究林內(nèi)垂直結(jié)構(gòu)、透視距離、林下整齊度、樹干形態(tài)與枝下高和美景度值的關(guān)系，對林場的轉(zhuǎn)型和森林景觀旅游事業(yè)均有促進作用。

1 研究區(qū)概括

塞罕壩機械林場位于河北省最北部，冀蒙交界地(E 116°51′ ～ 117°39′，N 41°02′ ～ 42°36′)，毗鄰北京、天津、內(nèi)蒙，地處內(nèi)蒙古高原南緣和壩上山地，地勢分為壩上和壩下2部分，海拔在1 010 m～1 939.9 m。面積9.33萬hm2，森林覆蓋率82%，是國家AAAA級旅游區(qū)。塞罕壩機械林場極端最低氣溫-43.3 ℃，最高氣溫33.4 ℃，年均氣溫為-1.3 ℃，可長達7個月年均積雪，年均無霜期64 d，年均降水量460 mm，年均大風(fēng)日數(shù)53 d，是寒溫性大陸季風(fēng)氣候。灰色森林土棕壤土、沼澤土是其主要土壤類型。因其處于森林-草原交錯帶，有多種植被類型。針葉樹種主要有落葉松(Larixgmelinii)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolica)、華北油松(Pinustabuliformis)、云杉(Piceaasperate)，闊葉樹主要為白樺(Betulaplatyphylla)、山楊(Populusdavidiana)等；林內(nèi)灌木主要為稠李(Padusracemosa)、山丁子(Malusbaccata)等。

2 研究方法

2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

2020年7-8月進行樣方的設(shè)置與調(diào)查，在河北省塞罕壩機械林場總場三鄉(xiāng)林場生態(tài)美化技術(shù)示范林踏查和對比分析后，確定選擇小塔拉腰子、塞罕塔下、盤坡道2號、石柱子溝4地，樣地面積統(tǒng)一為 20 m×30 m，形狀為長方形，按定量、完備、詳盡的原則構(gòu)建林內(nèi)景觀指標(biāo)體系。共調(diào)查7個指標(biāo)，包括平均樹高、第一活枝高、喬木優(yōu)勢樹種、垂直結(jié)構(gòu)、透視距離、林下整齊度和枝下高與株高。樣地基本情況，如表1所示。

表1 樣地基本概況Table 1 Basic overview of sample sites

2.2 林內(nèi)景觀因子調(diào)查

在樣地調(diào)查后，進行樣地拍攝。為了將森林景觀的美學(xué)特性真實地反映出來，在進行景觀評價時使結(jié)果更具科學(xué)性，各類景觀之間更有可比性，以100 m×100 m為確定樣方位置，并對林內(nèi)景觀進行拍照。所有樣地在9:00-15:00時間段內(nèi)進行拍攝，并且盡量選擇在天氣能見度高的時候，晴天即可。此外，拍攝過程中避免其他非林分因子出現(xiàn)而影響評價結(jié)果，如人、野生動物、儀器設(shè)備、道路等。拍攝時，鏡頭應(yīng)和眼睛位置同高，保持直立狀態(tài)，如在山坡，坡面應(yīng)和鏡頭方向保持平行。樣地不同，在對每塊樣地進行拍攝時選擇同一相機，同一焦距進行橫向拍攝。從光照條件一致的角度出發(fā)，選擇4張能代表該類景觀的照片進行比較。

2.3 林內(nèi)空間指標(biāo)評價

對林內(nèi)垂直結(jié)構(gòu)、林下整齊度、透視距離、枝下高與株高比值4個指標(biāo)進行評價。將0分以上出現(xiàn)頻數(shù)進行求和，統(tǒng)計頻數(shù)，計算頻率。計算公式如下：

(1)

式中：i為指標(biāo)，f為頻率，cf為累計頻率。

2.4 獲取美景度值

美景度評價法(SBE法)的景觀評分方式采用問卷調(diào)查的方式，評價者對選定的景觀照片進行線上問卷打分。選擇“ 喜好度”作為衡量指標(biāo)，分為7個評分標(biāo)準(zhǔn)，定義7分值為：極不喜歡、很不喜歡、不喜歡、一般、喜歡、很喜歡、極喜歡,分別對應(yīng)：-3,-2,-1,0,1, 2,3。對處理的照片進行評價打分，見表2。

表2 美景度評價反應(yīng)表得分值Table 2 Scoring values of the beauty evaluation response table

選擇73名林學(xué)與生態(tài)學(xué)相關(guān)專業(yè)的本科生與研究生進行評價。相關(guān)研究表明不同群體或文化背景的評判者之間的審美態(tài)度方面均具有一致性，總體上為正態(tài)分布[15-16]。

應(yīng)用所得數(shù)據(jù)對美景度值進行標(biāo)準(zhǔn)化，具體處理方式為：按評分值的大小順序統(tǒng)計各等級的頻率f,計算累積頻率cf,將累積頻率除以評判者總?cè)藬?shù)得累積概率CP,根據(jù)累積概率查正態(tài)分布單側(cè)分位數(shù)值z,計算z的平均值。其公式為：

(2)

SBEi=(MZi-BMMZ)×100

(3)

式中：MZi為照片i的平均Z值,m為評分值的等級數(shù),CPik為評判者給予照片i的評分值為k或高于k的頻率，f(CPik) 為累積正態(tài)函數(shù)分布頻率(查找正態(tài)分布單側(cè)分位數(shù)值) ,SBEi為照片i的美景度值,BMMZ為隨機選取的對照景觀的Z值。

2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

應(yīng)用軟件SPSS 21.0進行數(shù)據(jù)的處理與分析，對空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)進行差異性分析，Excel繪制柱狀圖。對美景度值進行標(biāo)準(zhǔn)化計算，找出影響林分美景度的指標(biāo)，進行相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 林分結(jié)構(gòu)因子間的比較

林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較，見表3。

表3 各指標(biāo)零分及其以上頻數(shù)結(jié)果Table 3 Frequency results of each index with zero score and above

由表3可知，(1)垂直結(jié)構(gòu)是影響景觀質(zhì)量的重要指標(biāo)，垂直結(jié)構(gòu)主要是由喬木、灌木與草本組成。喬灌草的生活型具有明顯層次對比，將植物搭配在一起后，有很強的秩序性，層次清晰，景觀視覺質(zhì)量較高。對4個樣地的垂直結(jié)構(gòu)指標(biāo)進行問卷調(diào)查、統(tǒng)計計算、對比分析各樣地喜歡的人數(shù)，喜歡塞罕塔下林內(nèi)垂直結(jié)構(gòu)的人數(shù)與其他3塊樣地有明顯差異(P<0.05)，小塔拉腰子與石柱子溝樣地差異性并不顯著(P>0.05)，但與盤坡道2號樣地有顯著差異(P<0.05)。通過本地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，盤坡道2號和石柱子溝樣地植物生活型為喬、灌型，草本植物幾乎不可見，林分垂直結(jié)構(gòu)呈喬、灌結(jié)構(gòu)，塞罕塔下樣地與小塔拉腰子樣地植物生活型為喬、灌、草型，呈喬、灌、草垂直結(jié)構(gòu)。塞罕塔林內(nèi)垂直結(jié)構(gòu)完整，喬、灌、草結(jié)構(gòu)層次清晰，帶給游客結(jié)構(gòu)整齊的觀感。因此，喜好塞罕塔林內(nèi)垂直結(jié)構(gòu)的人比較多。

(2)林下整齊度主要受灌木、草本與林內(nèi)枯枝的影響，對林分整體景觀評價產(chǎn)生影響。人們往往對較為整齊林內(nèi)景觀和整齊的枝條美景度感到心情愉悅；而對雜亂的枝條有較低的景觀喜好度，美景度最低。此外，草本與灌木參差不齊，通常給人們的視覺感受是“雜亂”“荒涼”，從而會降低人們對林內(nèi)景觀的喜好程度。統(tǒng)計各樣地林下整齊度評分高于0的累計人數(shù)，對比評價者對4塊林地林下整齊度的喜好程度，塞罕塔、小塔拉腰子、石柱子溝、盤坡道2號4塊樣地均有顯著差異(P<0.05)，喜好塞罕塔樣地林內(nèi)整齊度的人數(shù)最多。盤坡道2號林下整齊度差，草本與灌木雜亂；石柱子溝樣地灌木聚集分布，草本高度較為統(tǒng)一；而小塔拉腰子與塞罕塔樣地林下灌木隨機分布，草本高度統(tǒng)一，林分整齊度較高。結(jié)果表明，人們對4塊樣地的整齊度的接受程度不一，對塞罕塔下的林內(nèi)整齊度接受程度較高。因為該地為景點，林下植被修剪周期短，其他3塊樣地在道路兩旁，植被的修剪周期長。

(3)林內(nèi)透視距離是指人的視覺在林內(nèi)可達到的最遠距離，受灌木與草本的高度、喬木枝下高的影響。通常來說，灌木與草本株高較高，喬木枝下高較低，林內(nèi)透視距離較低，相反林內(nèi)透視距離則高。對比分析評價者對4個樣地之間的林下整齊度指標(biāo)喜好程度的差異性，喜歡塞罕塔下樣地透視距離的人數(shù)與其他3塊樣地有顯著差異(P<0.05)，小塔拉腰子與盤坡道2號、石柱子溝樣地差異性顯著(P<0.05)，但盤坡道2號與石柱子溝樣地?zé)o顯著差異。這是因為盤坡道2號與石柱子溝灌木生長旺盛，林內(nèi)透視距離<1倍樹高，嚴(yán)重影響人們觀賞林內(nèi)景觀。塞罕塔為落葉松純林，林內(nèi)透視距離為5～8倍樹高，人們在林內(nèi)可以觀賞到整個林分的景觀，此外，林內(nèi)景觀的可達性較高，進而增加人們對塞罕塔樣地林內(nèi)景觀的喜好程度。盤坡道2號與石柱子溝樣地林內(nèi)透視距離分別為低于1倍樹高和1倍樹高，人們對其內(nèi)景觀的接收程度較低，嚴(yán)重影響人們對林內(nèi)景觀的觀賞，此外，透視距離小，給人們帶來壓抑的視覺感受，也會影響人們的觀賞體驗。

(4)枝下高是指樹冠以下樹干的高度，枝下高一方面影響林內(nèi)透視距離，另一方面影響林內(nèi)景觀美感。枝下高過高，樹干顯露過多，給人突兀的感覺；枝下高過低，人們看不到樹干，沒有樹木的形體感，林內(nèi)美感降低。

根據(jù)4塊樣地的林分類型，計算樣地內(nèi)喬木枝下高與株高的比值，統(tǒng)計分析各樣地間的差異性。盤坡道2號樣地枝下高與樹高比值顯著低于其他3塊樣地(P<0.05)，其他3塊樣地間無顯著差異(P>0.05)。主要原因是盤坡道2號喬木為闊葉樹，其他樣地內(nèi)均有針葉樹落葉松。盤坡道2號樣地的主要樹種為白樺與楸樹，這2種樹為闊葉樹，沒有明顯樹干，自然修枝不明顯，枝下高較低，落葉松有明顯樹干，自然修枝明顯，枝下高較高。石柱子溝樣地比值最高，說明其內(nèi)活枝下高較高，冠層明顯，對垂直結(jié)構(gòu)層次有一定的凸顯作用。盤坡道2號比值最低，其內(nèi)活枝下高較低，冠層較薄，林內(nèi)垂直結(jié)構(gòu)較差。

3.2 林分美景度比較

進行美景度評價時，隨機選取塞罕塔下樣地照片做對照，得到BMMZ(標(biāo)準(zhǔn)Z值)值為1.515 95，計算4個樣地美景度值并應(yīng)用SPSS進行數(shù)據(jù)分析整理，4個樣地的平均SBE值從大到小排列順序為塞罕塔、小塔拉腰子、石柱子溝、盤坡道2號。這表明人們對塞罕塔樣地接受程度較高，小塔拉腰子次之，然后是石柱子溝，人們對盤坡道2號樣地景觀接受程度最低。用SPSS軟件分析發(fā)現(xiàn)，4個樣地間SBE值差異性均顯著。美景度價值表，見表4。

表4 美景度評價值Table 4 Aesthetics evaluation value

由表4可知，以樣地指標(biāo)評分>0的累計人數(shù)為橫坐標(biāo)，SBE值為縱坐標(biāo)制作散點圖，在SPSS中進行曲線估計，由于美景度值存在負值，所以擬合的曲線中無法計算S模型、增長模型、指數(shù)模型、對數(shù)模型和冪模型, 僅剩下線性、二次項與對數(shù)函數(shù)。多種曲線擬合估計結(jié)果，見表5。

表5 多種曲線擬合估計結(jié)果Table 5 Multiple curve fitting estimation results

由表5可知，線性、二次項與對數(shù)函數(shù)3種曲線擬合后的R2均為二項式函數(shù)最高，垂直結(jié)構(gòu)、整齊度、透視距離、活枝下高與樹高比值的R2分別為0.975、0.999、0.529與0.974。由表中的曲線估計結(jié)果對數(shù)據(jù)進行曲線擬合，各結(jié)構(gòu)指標(biāo)與美景度之間均存在二項式函數(shù)關(guān)系，為了探究各結(jié)構(gòu)指標(biāo)與美景度值間的模型關(guān)系式，進而對數(shù)據(jù)進行曲線擬合。

各指標(biāo)與美景度的函數(shù)關(guān)系，見表6、圖1。

表6 各指標(biāo)與美景度的函數(shù)關(guān)系Table 6 The relationship between each indicator as a function of the degree of beauty

圖1 SBE值與林分空間結(jié)構(gòu)指標(biāo)散點圖Figure 1 Scatter plot of SBE values and spatial structure indicators of forest stands

由圖1可知，美景度值與評價者對垂直結(jié)構(gòu)喜好程度存在二項式函數(shù)關(guān)系，然而試驗結(jié)果中，垂直結(jié)構(gòu)零分及其以上評分頻數(shù)在35～70之間時，美景度值隨頻數(shù)的增加而增加。林下整齊度零分及其以上評分頻數(shù)在25～55之間時，美景度值隨頻數(shù)的增加而增加。林內(nèi)透視距離零分及其以上評分頻數(shù)在40之后，美景度值隨頻數(shù)的增加而增加；頻數(shù)在40之前，美景度隨頻數(shù)增加而減少。林分枝下高與株高比值和SBE值也存在二項式關(guān)系，SBE值0.5～0.6之間存在1個峰值，此時人們接受程度最高，因而枝下高與株高比值過大或過小都會影響SBE值。

塞罕塔樣地的林下整齊度、垂直結(jié)構(gòu)、透視距離的頻數(shù)最高，且其活枝下高與株高比值也在0.5～0.6之間，其美景度值最高。結(jié)果表明，人們對結(jié)構(gòu)層次明顯，植被整齊，透視距離較遠的林內(nèi)景觀喜好程度較高。

4 討論與小結(jié)

4.1 討論

林分垂直結(jié)構(gòu)在喬木、灌木和草本相互交應(yīng)時，對側(cè)柏景觀林、森林公園以及濱水植物的研究均發(fā)現(xiàn)林內(nèi)結(jié)構(gòu)層次豐富，植物生活型多樣性高，植被有秩序的搭配在一起，層次清晰，可以提高景觀質(zhì)量[17-23]。本研究結(jié)果與其一致，塞罕塔樣地生活型均為喬、灌、草型，林內(nèi)群落結(jié)構(gòu)層次分明，錯落有致，塞罕塔樣地垂直結(jié)構(gòu)零分及其以上評分頻數(shù)最高，其美景度值也最高。由此可見，林地內(nèi)垂直分層明顯，林內(nèi)景觀錯落有致，能夠提高林內(nèi)美景。大量研究表明，森林疏于管理，林下植被雜亂會給人以“荒涼”“凌亂”的感覺，使人缺乏安全感，導(dǎo)致林下層視覺接受度低，削弱評判者對景觀的喜好，導(dǎo)致景觀質(zhì)量評價低[24-27]。研究結(jié)果與之相同，林下整齊度與美景度值存在正相關(guān)的線性關(guān)系，即林下整齊度越高，林內(nèi)美景度越高。整潔的林內(nèi)環(huán)境，對游客的吸引力高。此外，其供游客游玩休憩的空間較多，人們的喜好程度高。

李翠翠發(fā)現(xiàn)人們對不同透視距離的側(cè)柏林和油松林的喜好程度不同，油松林內(nèi)透視距離為數(shù)倍樹高時，油松林美景度值最高；側(cè)柏林以1倍樹高時的美景度值最高[1]。還有相關(guān)研究表明，林內(nèi)透視距離過高，不利于人類對森林環(huán)境的感知[4,28]。本研究與之不同，發(fā)現(xiàn)人們對透視距離大的林分喜好程度較高。因為塞罕壩機械林場多為人工林，林木排列整齊，塞罕塔與小塔拉腰子樣地的灌木隨機分布，林內(nèi)透視距離5～8倍樹高，游客能全面的觀賞林內(nèi)景觀。由此可見，研究的生態(tài)景觀林類型不同，人們對其喜好程度不同。枝下高與株高比值，因樹種有別，落葉松林活枝下高保持在0.5～0.6之間，相對美景度較高，其他研究有類似結(jié)果[1,26]。

垂直結(jié)構(gòu)、林內(nèi)透視距離、林下整齊度、枝下高與樹高比值并不是相互獨立的指標(biāo)，4個指標(biāo)間相互聯(lián)系，綜合影響人們對林內(nèi)景觀的喜好程度，例如：枝下高與樹高比值大時，樹冠大，垂直結(jié)構(gòu)不明顯，透視距離也會受到影響。但是各指標(biāo)之間的關(guān)系并不是線性關(guān)系，與人們的心理活動相關(guān)。因此，確定4項評價指標(biāo)是如何影響美景度值的這一問題有待解決。

SBE法從宏觀的景觀美感出發(fā)，因而主觀性較強，本研究通過大眾美景度評價時，只選擇了林學(xué)、生態(tài)學(xué)等專業(yè)學(xué)生，沒有考慮到旅游方面的受眾群體，還需進一步研究[24]。

4.2 結(jié)論

林內(nèi)景觀質(zhì)量評價對林場的經(jīng)營和管理有重要意義，而林分空間結(jié)構(gòu)的研究對生態(tài)景觀林景觀質(zhì)量有重要影響。以塞罕壩機械林場落葉松純林與落葉松-白樺混交林為研究對象，選取了16張最具代表性的照片，采用美景度評價(SBE)法以美景度作為景觀質(zhì)量指標(biāo)，通過探究林分空間結(jié)構(gòu)對林分夏季近景的景觀質(zhì)量影響，進而為塞罕壩生態(tài)景觀林夏季景觀經(jīng)營技術(shù)提供依據(jù)。

(1)林內(nèi)垂直結(jié)構(gòu)越完整，林下整齊度越高，人們的喜好頻數(shù)越高，美景度越高。

(2)林內(nèi)透視距離與美景度值存在明顯的二項式關(guān)系；林內(nèi)透視距離高于1倍樹高時，美景度值隨透視距離增加而增加。

(3)林分枝下高與株高比值和美景度值存在二項式關(guān)系，林分枝下高與株高比值在0.5～0.6時，美景度值存在1個峰值，此時人們接受程度最高。

人們對林內(nèi)垂直結(jié)構(gòu)、透視距離、林下整齊度、樹干形態(tài)與枝下高等指標(biāo)偏好程度為打造更美好的生態(tài)景觀林提供科學(xué)指導(dǎo)，對林場的轉(zhuǎn)型和森林景觀旅游事業(yè)有促進作用。