劉雨沛,張慶費(fèi),楊 意,戴興安,吳海萍

(1.中南林業(yè)科技大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004;2.上海辰山植物園，上海 201600;3.上海市浦東新區(qū)道路運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展中心，上海 200120;4.杭州鴻雁電器有限公司，浙江 杭州 310013)

1 引言

密度是表征植物群落數(shù)量特征的重要指標(biāo)，更是影響群落結(jié)構(gòu)的最直接因子，關(guān)系到綠地植物群落的健康、穩(wěn)定及可持續(xù)性[1]，對(duì)森林群落的生長(zhǎng)發(fā)育起著關(guān)鍵性的制約作用[2]，影響著群落的數(shù)量特征和群落質(zhì)量。林冠結(jié)構(gòu)決定了群落能量流動(dòng)過程和強(qiáng)度，林蔭空間是城市綠化的重要構(gòu)成部分，能有效調(diào)節(jié)林下空間的微氣候，對(duì)林下植被的生長(zhǎng)影響重大[3]。而群落密度決定著群落林冠結(jié)構(gòu)[4，5]，很大程度上影響著整個(gè)植物群落的生長(zhǎng)發(fā)育情況。

密度調(diào)控對(duì)城市人工林的生長(zhǎng)和空間布局產(chǎn)生著積極的影響[6]，合理的密度保證了人工林群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和發(fā)育空間充足性，以確保人工林生物多樣性得到改善，促進(jìn)人工林的自然發(fā)育過程。因此，對(duì)群落密度的研究一直是城市植物群落結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)，密度對(duì)群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及影響程度等諸多問題受到廣泛關(guān)注。

隨著人們對(duì)城市生存空間環(huán)境質(zhì)量的日益關(guān)注和重視,城市綠地系統(tǒng)的維持與改善,是提升城市綠化系統(tǒng)質(zhì)量的重大課題[7]。長(zhǎng)期以來(lái)，城市綠地追求快速成型的綠化效果，初植密度過大現(xiàn)象明顯，影響植物群落的健康生長(zhǎng)[8]，初植密度過大影響群落持續(xù)發(fā)育的現(xiàn)象一直是城市綠地建設(shè)過程中突出的問題[9，10]。因此，選擇上海市浦東新區(qū)道路綠帶香樟林為研究對(duì)象，調(diào)查不同密度香樟林的群落結(jié)構(gòu)，分析群落密度對(duì)胸徑、樹高、冠幅、枝下高、生長(zhǎng)勢(shì)等影響特征，探討密度對(duì)香樟植株生長(zhǎng)與群落發(fā)育的影響以及和香樟林結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，為道路綠帶香樟林適宜栽植密度選擇和調(diào)整優(yōu)化提供依據(jù)。

2 研究方法

2.1 植物群落調(diào)查方法

選取上海市浦東新區(qū)道路綠帶寬度在20 m以上的環(huán)東二大道、環(huán)南一大道、環(huán)南二大道、龍東大道、遠(yuǎn)東大道、迎賓大道、羅山路、楊高南路、楊高北路等快速干道，選擇營(yíng)造10年以上、香樟林寬度在10 m以上、生長(zhǎng)正常的香樟純林，設(shè)立24個(gè)10 m×20 m的代表性樣地，調(diào)查道路在開展植物群落學(xué)調(diào)查，記錄所有香樟的胸徑、樹高、枝下高、冠幅以及樹木健康狀況，參考Citygreen的標(biāo)準(zhǔn)建立分級(jí)測(cè)定指標(biāo)，綜合植株生長(zhǎng)勢(shì)狀況，對(duì)植株的健康狀況綜合評(píng)價(jià)[11]。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 群落密度

群落密度(株/hm2)=10000×N/S

(1)

式(1)中，N為某樹種株數(shù)；S為樣方面積(m2)。

2.2.2 相關(guān)性分析

本文所有調(diào)查數(shù)據(jù)均應(yīng)用Excel和SPSS22.0軟件，對(duì)不同密度的香樟林與測(cè)樹因子如胸徑、冠幅、高度和枝下高之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析和回歸擬合分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 香樟林群落結(jié)構(gòu)

通過對(duì)24個(gè)香樟林樣地植物生長(zhǎng)因子的統(tǒng)計(jì)，調(diào)查的香樟林均為香樟為單一優(yōu)勢(shì)種，林下多栽植灌木或草本植被，主要林下植物包括八角金盤、蚊母、十大功勞、闊葉十大功勞、金絲桃、夾竹桃、海桐、鳳尾蘭、鳶尾等常見園林植物，群落生長(zhǎng)因子調(diào)查數(shù)據(jù)如表1所示。香樟密度分布范圍為0.04～0.53株/m2；胸徑分布范圍為7.32～23.53 cm；樹高分布范圍為4.63～13.00 m；調(diào)查的香樟林密度、胸徑、樹高等群落因子呈現(xiàn)一定的分化現(xiàn)象。

表1 香樟林分密度與其數(shù)量特征的關(guān)系

3.2 香樟群落密度與胸徑的關(guān)系

將香樟群落密度與胸徑進(jìn)行相關(guān)分析(圖1)，結(jié)果表明香樟群落密度越大胸徑越小，且密度與胸徑呈負(fù)顯著相關(guān)關(guān)系(P=0.017)。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，考慮到每個(gè)等級(jí)的香樟群落個(gè)數(shù)，將香樟林的密度按等級(jí)分為以下7個(gè)等級(jí)，密度級(jí)從0～400株/m2到2400～6000株/m2，平均胸徑從18.61 cm下降到7.32 cm。計(jì)算結(jié)果表明，平均胸徑隨著密度級(jí)的增大而逐漸下降。將兩者回歸擬合，呈對(duì)數(shù)關(guān)系，y= -5.3824ln(x) + 18.286，R2=0.9024。群落密度過大會(huì)對(duì)香樟植株胸徑的正常生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，造成主干偏小。

圖1 香樟群落密度與胸徑的關(guān)系

3.3 香樟群落密度與冠幅關(guān)系

將香樟群落密度與冠幅進(jìn)行相關(guān)分析(圖2)，結(jié)果表明群落密度越大，香樟冠幅越小，且兩者呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P=0.008)。

由圖2可以看出，香樟群落隨著密度級(jí)的增大，平均冠幅呈下降趨勢(shì)。密度級(jí)從0～400株/hm2到2400～6000株/hm2，平均冠幅從5.32 m2下降到2.16 m2。將兩者回歸擬合，呈對(duì)數(shù)關(guān)系，y=-1.2828ln(x)+5.1134，R2=0.8672。群落密度過大，會(huì)影響香樟冠幅的正常生長(zhǎng)，導(dǎo)致整體冠幅偏小，群落外貌較差。

圖2 香樟群落密度與冠幅的關(guān)系

3.4 香樟群落密度與高度的關(guān)系

香樟群落密度與高度的關(guān)系如圖3所示，兩者之間呈二次多項(xiàng)式關(guān)系，y=0.2893x2-2.8666x+13.69，R2=0.7906。香樟群落的平均高度隨著密度的增大呈現(xiàn)先下降后增長(zhǎng)趨勢(shì)，但變化不太明顯。

香樟樹冠大，枝葉濃密，密度較小時(shí)，有利于植株良好生長(zhǎng)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，也有利于樹高生長(zhǎng)。壯，而密度大于一定程度(如2100株/hm2)時(shí)，生長(zhǎng)空間受限，為了爭(zhēng)取更好的生長(zhǎng)空間和光照條件，造成植株趨于豎向生長(zhǎng)，促進(jìn)樹高生長(zhǎng)，出現(xiàn)高度隨密度增加而增高的現(xiàn)象，當(dāng)然，密度過大時(shí)(如5000株/hm2)，群落植物生長(zhǎng)不良，樹高下降。

圖3 香樟群落密度與樹高的關(guān)系

3.5 香樟群落密度與枝下高的關(guān)系

將香樟密度與枝下高進(jìn)行相關(guān)分析(圖4)，香樟群落的枝下高隨著密度越大而越高，兩者呈正相關(guān)關(guān)系，但不顯著(P=0.092)。

由圖4可以看出，隨著密度級(jí)的增大，香樟群落平均枝下高呈增大趨勢(shì)。將兩者回歸擬合，呈二次多項(xiàng)式關(guān)系，y=-0.0072x2+0.189x+ 2.1681，R2=0.8915。密度級(jí)從0～400株/hm2到2400～6000株/hm2，平均枝下高從2.39 m上升到3.2 m。香樟枝葉茂密，茂密冠幅常常造成下層枝葉缺乏充分光照，密度過大容易造成下層枯枝或不能正常生長(zhǎng)，導(dǎo)致自然整枝現(xiàn)象。

圖4 香樟群落密度與枝下高的關(guān)系

3.6 香樟群落密度與生長(zhǎng)勢(shì)的關(guān)系

從圖5可見，香樟群落密度為800株/hm2時(shí)，植物生長(zhǎng)勢(shì)等級(jí)大都集中于生長(zhǎng)勢(shì)良好的3級(jí)和生長(zhǎng)勢(shì)旺盛的4級(jí)；密度為1200株/hm2時(shí)，生長(zhǎng)勢(shì)較好的2級(jí)和生長(zhǎng)勢(shì)旺盛的4級(jí)比例增加；密度為2000株/hm2時(shí)，植物生長(zhǎng)勢(shì)大都集中于生長(zhǎng)勢(shì)3級(jí)和4級(jí)；密度為2400株/hm2時(shí)，瀕臨死亡的0級(jí)植株占9.09%，生長(zhǎng)勢(shì)衰弱的1級(jí)占10.39%，4級(jí)只占7.79%；由于密度的增加，0級(jí)瀕死植株從無(wú)上升到9.09%。因此，群落密度過密直接導(dǎo)致香樟植株生長(zhǎng)勢(shì)下降，健康狀況變差，群落密度在1200～2000株/hm2時(shí)，植物生長(zhǎng)勢(shì)較好。

圖5 香樟群落密度與生長(zhǎng)勢(shì)

3.7 香樟群落密度與植株徑級(jí)分布關(guān)系

香樟群落密度越低，株數(shù)分布范圍越寬；反之，則較窄，分布相對(duì)較集中。密度為1000株/hm2時(shí)，徑級(jí)分布范圍為4～24 cm；密度為3000株/hm2時(shí)徑級(jí)分布范圍為4～26 cm；密度為5000株/hm2時(shí)，徑級(jí)分布范圍分別為4～10 cm。

群落密度越低，株數(shù)分布百分率峰值亦越低，且較平緩(圖6)；反之，密度高，峰值亦較高，也越陡峭，這是可能是因?yàn)閺郊?jí)分布相對(duì)較集中的緣故。密度為1000株/hm2時(shí)，峰值為17.9%；密度為3000株/hm2、5000株/hm2時(shí)，峰值分別為42.0%、38.1%。

群落密度越低，其峰值在較大徑級(jí)；反之，則在較小徑級(jí)；密度為1000株/hm2時(shí)，峰值出現(xiàn)在10 cm及16 cm；密度為3000株/hm2、5000株/hm2時(shí)，峰值分別出現(xiàn)在8 cm、6 cm。密度越低，其平均直徑越大，反之則越小。

群落密度越低，大于峰值的徑級(jí)分布較多；反之，較少，形成程度不同的左偏態(tài)分布；群落密度越低，左偏態(tài)越重，如密度為1000株/hm2、3000株/hm2時(shí)的分布圖。

圖6 香樟不同群落密度各徑級(jí)株數(shù)百分率

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

上海浦東新區(qū)道路綠帶香樟林群落調(diào)查結(jié)果表明，香樟林總體生長(zhǎng)情況正常，但也有部分綠地存在密度過大現(xiàn)象，香樟樹冠過度重疊現(xiàn)象突出。從24個(gè)香樟林樣地的分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，浦東新區(qū)道路綠帶香樟群落密度與胸徑、冠幅呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，群落密度對(duì)香樟的胸徑和冠幅的生長(zhǎng)有顯著影響，表明群落密度對(duì)香樟林景觀具有直接影響；而香樟林密度與高度關(guān)系不太顯著，隨著密度增大，香樟平均高度呈現(xiàn)先下降和后增長(zhǎng)趨勢(shì)，但密度過大，也影響香樟樹高的生長(zhǎng)。香樟密度與枝下高呈正相關(guān)關(guān)系，密度越大，香樟枝下高越高，林下自然整枝現(xiàn)象越明顯。同時(shí)，由于群落密度過密對(duì)植株胸徑、冠幅、枝下高等生長(zhǎng)因子的影響，也導(dǎo)致植株生長(zhǎng)勢(shì)不良。

4.2 建議

綠地群落是一個(gè)有序而漸進(jìn)的系統(tǒng)發(fā)育和功能完善過程[12]，城市綠地群落具有動(dòng)態(tài)演變特征，需要充分考慮植物群落的生長(zhǎng)發(fā)育空間，不僅要考慮不同物種的生物學(xué)和生態(tài)習(xí)性，合理進(jìn)行植物空間配置；還要充分考慮植物生長(zhǎng)空間的動(dòng)態(tài)變化，科學(xué)控制初植密度，避免密度過大而嚴(yán)重影響香樟群落的生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致植株生長(zhǎng)勢(shì)的下降和群落衰退。

城市綠地植物群落是典型的人為干預(yù)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)為不成熟臨時(shí)框架[13]。當(dāng)群落密度過大，影響植物群落生長(zhǎng)趨勢(shì)時(shí)，就應(yīng)該進(jìn)行人為干擾和密度調(diào)控，適時(shí)開展抽稀，在保持綠帶景觀的完整性和連續(xù)性的基礎(chǔ)上，參照香樟群落適宜密度表[14]，優(yōu)先抽稀生長(zhǎng)不良和瀕死的樹木，改善目標(biāo)樹種的生長(zhǎng)條件和生長(zhǎng)空間，以確保植株不受相鄰植株的競(jìng)爭(zhēng)影響。除了抽稀密度外，可以考慮采用微調(diào)整的過渡性改造方式，將綠地景觀效果與群落結(jié)構(gòu)調(diào)整結(jié)合考慮，確保樹冠的連續(xù)覆蓋和綠地景觀的延續(xù)性[15]。

從香樟群落與密度關(guān)系的分析可以看到，密度對(duì)綠地群落的健康與可持續(xù)發(fā)育具有重要影響。因此，在城市綠地建設(shè)過程中，要根據(jù)自然生境條件及綠地定位確定適宜的綠化密度，植物配置設(shè)計(jì)應(yīng)考慮5年、10年、20年的變化特征和景觀效果，模擬群落密度結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)行兼顧當(dāng)前與未來(lái)的多時(shí)段樹種密度設(shè)計(jì)，預(yù)估初期效果、中期效果和遠(yuǎn)期效果。結(jié)合針對(duì)性的人為管護(hù)措施，形成群落密度動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)，促進(jìn)綠地植物群落的健康、穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。