北京園林綠地常見群落結(jié)構(gòu)及其與綠量的相關(guān)性分析

郭 芮，秦 仲，李 揚(yáng)，李湛東*(1.北京林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，北京 10008； 2.城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實(shí)驗(yàn)室，北京 10008；.北京市林業(yè)種子苗木管理總站，北京 10008)

北京園林綠地常見群落結(jié)構(gòu)及其與綠量的相關(guān)性分析

郭 芮1,2，秦 仲1,2，李 揚(yáng)3，李湛東1,2*
(1.北京林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，北京 100083； 2.城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境北京實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.北京市林業(yè)種子苗木管理總站，北京 100083)

為找出群落結(jié)構(gòu)與綠量之間的聯(lián)系，探求提高園林綠地群落綠量的途徑，選取北京市10個(gè)公園綠地共324個(gè)植物群落進(jìn)行調(diào)查，于2015年夏季測(cè)量群落綠量。從喬木層和灌木層及針闊葉組成情況對(duì)群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，將群落結(jié)構(gòu)與綠量進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明：在北京市公園綠地群落中，以喬木層為針闊葉混交、灌木層為闊葉樹種的結(jié)構(gòu)類型最為常見，占調(diào)查樣本總數(shù)的58.33%。這類群落的針闊葉植物數(shù)量比集中分布在1∶9～1∶3，針闊葉植物蓋度比集中分布在1∶5～1∶1.6。該類群落的綠量與針葉喬木蓋度、闊葉喬木蓋度之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。通過計(jì)算得出了這類群落綠量的多元回歸方程：y=1.448x1+0.629x2+0.446x3+1.400,x1為針葉喬木蓋度，x2為闊葉喬木蓋度，x3為闊葉灌木蓋度。

群落結(jié)構(gòu)； 綠量； 植物群落； 園林綠地； 北京市

近年來，我國(guó)的城市環(huán)境日益惡化，霧霾沙塵天氣時(shí)有發(fā)生，城市環(huán)境質(zhì)量受到廣泛關(guān)注。城市生態(tài)環(huán)境的破壞已成為影響城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，阻礙城市居民生活質(zhì)量進(jìn)一步提高的潛在因素。如何在有限的綠地空間中創(chuàng)造更大的生態(tài)效益，已成為改善城市生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵課題。

植物發(fā)揮生態(tài)作用、調(diào)節(jié)周圍小氣候的主要功能載體是綠葉。群落是綠地的基本組成單位，針葉和闊葉樹的組成情況對(duì)群落結(jié)構(gòu)具有重要影響[1]。不同的群落結(jié)構(gòu)與配置方式綠量大小也會(huì)不同，這會(huì)直接影響到群落的生態(tài)效益[2-4]。綠量是連接園林設(shè)計(jì)與園林生態(tài)結(jié)構(gòu)的紐帶，探求群落結(jié)構(gòu)與綠量之間的關(guān)系可以對(duì)園林的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供新的指導(dǎo)規(guī)范。

美國(guó)、加拿大等外國(guó)學(xué)者及國(guó)內(nèi)學(xué)者在遙感尺度對(duì)森林綠量的影響因素及影響規(guī)律方面提供了研究思路和方法，他們將森林群落視為一個(gè)整體，利用遙感光譜等方法由單位面積的綠量推算整個(gè)區(qū)域的森林綠量及林冠開闊度等[5-8]。也有國(guó)內(nèi)學(xué)者利用遙感方法對(duì)城市綠量進(jìn)行測(cè)算，并總結(jié)了不同綠地類型單位面積的三維綠量值[9-11]。然而這種方法并不適用于對(duì)城市園林群落的綠量測(cè)算，園林群落尺度較小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，要測(cè)算綠量必須考慮到其群落結(jié)構(gòu)的差異。也有學(xué)者對(duì)單株綠量進(jìn)行了研究，構(gòu)建了單株植物綠量與其胸徑、冠高、冠幅等的回歸方程[12-14]。這些研究將綠地中的單株參數(shù)與綠量的關(guān)系作為研究重點(diǎn)，對(duì)群落結(jié)構(gòu)和綠量之間的相關(guān)性研究較少。在群落層面，有學(xué)者對(duì)城市公園進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，植物群落綠量與群落優(yōu)勢(shì)種平均胸徑具有極顯著相關(guān)性，與優(yōu)勢(shì)種平均高度、平均冠幅有顯著相關(guān)性[15-16]。群落結(jié)構(gòu)所包含的植株數(shù)量、喬灌木數(shù)量比、蓋度比等參數(shù)是影響園林群落綠量的重要因子，它們對(duì)綠量的貢獻(xiàn)各有不同，應(yīng)對(duì)其做進(jìn)一步的研究[17]。本研究通過調(diào)查選出北京園林綠地中最常見的群落結(jié)構(gòu)類型，探求該類型群落針闊葉數(shù)量比和蓋度比這2個(gè)指標(biāo)與綠量之間的關(guān)系，以期找出提高綠地群落綠量的有效方法，為提高北京市公園綠地生態(tài)效益，優(yōu)化植物配植模式提供新的參考。

1 材料和方法

1.1 研究地概況

北京位于東經(jīng)115.7°～117.4°、北緯39.4°～41.6°，為典型的北溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫11.8 ℃，年平均降水量為638.8 mm。北京市總面積為16 410.54 km2，其中五環(huán)以內(nèi)面積為652.2 km2[18]。根據(jù)北京市園林綠化局資料，截至2008年底，全市共有180個(gè)注冊(cè)公園，其中城六區(qū)的注冊(cè)公園共105個(gè)，城六區(qū)公園綠地面積共55 657 400 m2。其公園綠地類型多樣，包括歷史名園、郊野公園、游樂公園、植物園等。

1.2 調(diào)查內(nèi)容

為了使調(diào)查具有普遍性，選取了北京市內(nèi)10個(gè)公園進(jìn)行群落調(diào)查。這些公園主要包括北京植物園、奧林匹克森林公園、中山公園、皇城根遺址公園、菖蒲河公園、東單公園、海淀公園、紫竹院、玉淵潭公園、北海公園。

本研究以群落木本層為主，共計(jì)調(diào)查324個(gè)植物群落(表1)。在調(diào)研公園選取生長(zhǎng)狀況良好、相對(duì)穩(wěn)定、具有不同針葉闊葉比的植物群落，設(shè)置10 m×10 m的群落樣方。這些群落主要分布在2級(jí)園路周圍，均為人工群落，具有較好的景觀特性。

表1 北京市10個(gè)公園綠地植物群落調(diào)查統(tǒng)計(jì)

調(diào)查中對(duì)群落的樹種組成進(jìn)行記錄，調(diào)查內(nèi)容主要包括：植物名稱、葉型(針葉、闊葉)、生活型(喬木、灌木)、單株情況(樹高、胸徑、冠幅等)、不同樹種類型的蓋度和數(shù)量等。本研究將群落的葉面積指數(shù)等同于群落綠量的概念，在調(diào)查的基礎(chǔ)上，用CI-110冠層分析儀測(cè)量后期選定群落的木本層綠量值，每個(gè)群落重復(fù)3次。試驗(yàn)時(shí)間為2015年6—8月，即群落一年中綠量最大時(shí)進(jìn)行研究。

1.3 分析方法

對(duì)所調(diào)查群落按喬木層、灌木層以及針葉樹、闊葉樹進(jìn)行分類，選出應(yīng)用數(shù)量最多的群落類型。定義灌木為株高3.5 m以下，叢生且無明顯主干的木本植物；喬木為樹高3.5 m以上，由根部發(fā)生獨(dú)立的主干，樹干和樹冠有明顯區(qū)分的木本植物。測(cè)量群落中的針葉樹蓋度和闊葉樹蓋度，計(jì)算不同群落樣方中的針闊數(shù)量比(針葉樹株數(shù)/闊葉樹株數(shù))和針闊蓋度比(針葉樹總蓋度/闊葉樹總蓋度)，統(tǒng)計(jì)其比例范圍，找出常用的配植比例區(qū)間。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel和SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物群落類型統(tǒng)計(jì)與分析

統(tǒng)計(jì)10個(gè)公園的324個(gè)群落樣方，將群落結(jié)構(gòu)劃分為12種類型(表2)。由表2可以看出，以喬木層為針闊葉混交、灌木層為闊葉樹種的類型最多，即類型k，共189個(gè)樣本，占58.33%。在北京公園綠地群落中，該類型具有一定的代表性，所占比例較高的原因是其具有良好的景觀效果，生物多樣性較高，生態(tài)效益較好。

表2 植物群落結(jié)構(gòu)分類統(tǒng)計(jì)

2.2 植物群落針闊數(shù)量比、針闊蓋度比分析

在前期調(diào)查的基礎(chǔ)上，選出符合k種結(jié)構(gòu)類型的111個(gè)群落進(jìn)行綠量測(cè)定并分析。計(jì)算每個(gè)群落的針闊數(shù)量比和針闊蓋度比，并統(tǒng)計(jì)不同比例區(qū)間出現(xiàn)的樣本頻次。調(diào)查過程中可以明顯地判斷，除極少數(shù)情況外，群落中針葉樹的數(shù)量遠(yuǎn)小于闊葉樹數(shù)量。為方便統(tǒng)計(jì)，將比值為1.0以下的按0.2為每個(gè)區(qū)間段的分隔單位，比值為1.0～3.0的按0.5為每個(gè)區(qū)間段的分隔單位，比值大于3.0的為單獨(dú)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)。其分布情況見圖1和圖2。

由圖1可以看出，群落樣本的針闊數(shù)量比有67%分布在0～0.4(比例為1∶9～1∶3)，為大多數(shù)。針闊數(shù)量比在1.0以下的占91%，說明群落中仍是闊葉樹種占大多數(shù)。由圖2可以看出，針闊蓋度比主要分布在0.2～0.6(比例為1∶5～1∶1.6)，占總樣本數(shù)的53%。數(shù)量比和蓋度比均存在一定的集中區(qū)段，說明該類型群落在配植和種植時(shí)對(duì)針闊葉配植比例有一定的考慮，群落物種豐富度較高，群落景觀的季節(jié)性變化較好。

圖1 植物群落針闊數(shù)量比分布

圖2 植物群落針闊蓋度比分布

在所研究的群落中，喬木層樹種相對(duì)豐富，為群落的主體景觀。喬木層結(jié)構(gòu)的差異會(huì)對(duì)群落整體的生態(tài)效益和景觀效果產(chǎn)生較大影響。采用相同方法對(duì)喬木層針闊葉比例結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其分布情況見圖3和圖4。

圖3 植物群落喬木層針闊數(shù)量比分布

由圖3可以看出，喬木層的針闊數(shù)量比在不同梯度的分布都較為均勻。出現(xiàn)頻次最高的比例范圍為0.2～0.4，占17%；比例0.6～1.0的占30%；比例在0.2以下的明顯減少。喬木層針闊數(shù)量比在1.0以下的占58%。說明喬木層針闊葉數(shù)量比值較為分散，闊葉樹種稍多。針闊蓋度比出現(xiàn)頻次集中在0.2～0.6(比例為1∶5～3∶5)的范圍，占40%(圖4)。喬木層闊葉樹蓋度較大，可以提供較好的遮陰作用。

圖4 植物群落喬木層針闊蓋度比分布

2.3 植物群落結(jié)構(gòu)與綠量的關(guān)系

2.3.1 針闊數(shù)量與綠量的關(guān)系 對(duì)于k類型群落，將每個(gè)群落測(cè)得的3次綠量值取平均數(shù)，記為該群落的綠量值。調(diào)查樣本的綠量值范圍為1.276～2.778，平均值為1.971。用SPSS軟件對(duì)群落綠量和群落中植物總數(shù)量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者無顯著聯(lián)系。將綠量分別與針葉喬木數(shù)量、闊葉喬木數(shù)量、闊葉灌木數(shù)量做相關(guān)性分析。結(jié)果(表3)顯示，針闊葉數(shù)量與綠量均不相關(guān)，原因是在單位面積內(nèi)，植株數(shù)量越多則個(gè)體越小，統(tǒng)計(jì)結(jié)果也驗(yàn)證了數(shù)量與單株平均蓋度之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。單純地增加數(shù)量與綠量的增加并沒有明顯聯(lián)系。且在樣方范圍內(nèi)，某一類型(針葉樹、闊葉樹)數(shù)量的增加也會(huì)導(dǎo)致其他類型數(shù)量的減少。

表3 綠量與闊葉灌木數(shù)量、闊葉喬木數(shù)量、針葉喬木數(shù)量的相關(guān)性

注：**表示相關(guān)性極顯著(P<0.01)，下同。

2.3.2 針闊蓋度與綠量的關(guān)系 將群落綠量值與該群落的針葉喬木蓋度、闊葉喬木蓋度、闊葉灌木蓋度做相關(guān)性分析(表4)，發(fā)現(xiàn)綠量與針葉喬木蓋度的相關(guān)系數(shù)為0.371，P<0.01，相關(guān)性達(dá)極顯著水平。綠量與闊葉喬木蓋度的相關(guān)系數(shù)為0.220，P<0.05，具有顯著相關(guān)性。另外，闊葉灌木蓋度對(duì)綠量的大小有一定的影響，但兩者的相關(guān)系數(shù)未達(dá)到顯著水平。

表4 綠量與闊葉灌木蓋度、闊葉喬木蓋度、針葉喬木蓋度的相關(guān)性

注：*表示相關(guān)性顯著(P<0.05)。

為了建立群落結(jié)構(gòu)數(shù)值與綠量之間的線性相關(guān)關(guān)系，對(duì)以上研究數(shù)據(jù)按一定步驟依次將自變量針葉喬木數(shù)量、闊葉喬木數(shù)量、闊葉灌木數(shù)量、針葉喬木蓋度、闊葉喬木蓋度、闊葉灌木蓋度代入回歸方程進(jìn)行檢驗(yàn)，選出對(duì)因變量綠量(記為y)影響最大的自變量，建立最優(yōu)的回歸方程。其中針葉喬木蓋度(記為x1)和闊葉喬木蓋度(記為x2)對(duì)應(yīng)的P值均小于0.01，闊葉灌木蓋度(記為x3)的P值小于0.05，說明針葉喬木蓋度、闊葉喬木蓋度和闊葉灌木蓋度的變化對(duì)回歸方程的影響顯著。最終的回歸結(jié)果見表5。

對(duì)回歸方程影響最大的變量進(jìn)行相關(guān)的偏回歸系數(shù)及t檢驗(yàn)，得出了最優(yōu)的回歸模型，y=1.448x1+0.629x2+0.446x3+1.400。其中針葉喬木蓋度的回歸系數(shù)最大，對(duì)綠量的貢獻(xiàn)比例最高，其次是闊葉喬木蓋度和闊葉灌木蓋度。針葉樹種單葉葉面積遠(yuǎn)小于闊葉樹，但其樹形較為統(tǒng)一，多為塔形或傘形，其枝干較為緊密，分枝點(diǎn)低，葉量大且葉密度高，對(duì)綠量影響較大。闊葉樹樹型開闊，且不同的闊葉樹種之間的樹型、體量、單葉葉面積和葉量差異都較大，與綠量的相關(guān)性相對(duì)較弱。闊葉灌木體量較小，樹型開闊，枝葉開闊，不同樹種間形態(tài)差異較大，加上可能存在人工修剪的情況，對(duì)綠量的貢獻(xiàn)較小。

表5 多元回歸及t檢驗(yàn)

注：因變量為群落綠量。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)通過對(duì)324個(gè)群落進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，北京公園綠地常用的群落結(jié)構(gòu)類型(木本層)為喬木層針闊葉混交、灌木層闊葉樹的配植模式。群落整體針闊數(shù)量比集中分布在0～0.4(1∶9～1∶3)的區(qū)間，蓋度比集中分布在0.2～0.6(1∶5～1∶1.6)的區(qū)間。喬木層針闊數(shù)量比分布較為分散，沒有比值相對(duì)集中的區(qū)間。

本試驗(yàn)結(jié)果表明群落結(jié)構(gòu)和綠量之間存在相關(guān)性。在已知喬(針闊混交)+灌(闊葉)這一群落結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和比例后，可利用得到的綠量回歸方程y=1.448x1+0.629x2+0.446x3+1.400(x1為針葉喬木蓋度，x2為闊葉喬木蓋度，x3為闊葉灌木蓋度)，估算群落的整體綠量。而這種類型在公園綠地中出現(xiàn)的頻次有58.33%，可據(jù)此計(jì)算公園大部分區(qū)域的綠量值。在園林建設(shè)實(shí)踐中，可采用適量增大單位面積上植物蓋度的方法來提高綠量，其中增加針葉喬木蓋度對(duì)綠量的提升效果最明顯。其他類型的群落結(jié)構(gòu)是否與綠量存在相關(guān)關(guān)系，需要在以后的研究中做進(jìn)一步探討。

綠量是反映植物生態(tài)效益的關(guān)鍵參考量，很多有關(guān)綠地生態(tài)效益的研究中都將綠量作為研究指標(biāo)[19-21]。將群落結(jié)構(gòu)與綠量的關(guān)系進(jìn)行定量研究，能夠?yàn)槿郝渖鷳B(tài)效益研究提供新思路，使群落結(jié)構(gòu)、綠量和生態(tài)效益之間建立較好的相關(guān)性。綜合考慮這些因素，可以在進(jìn)行植物群落配植時(shí)更好地兼顧景觀效果和生態(tài)效益。

整體看來，北京城市公園的景觀配植以闊葉樹為主，搭配適量的針葉喬木，體現(xiàn)了群落的景觀季相變化。綜合考慮群落的生態(tài)效益和景觀特性，可適當(dāng)提高針葉樹種的比例，以提高群落綠量值。例如北京常見的綠量較大的針葉樹有油松、雪松、檜柏等[12]。灌木層應(yīng)加入一些具有良好觀賞特性的樹種，使群落更富有層次，同時(shí)增加群落的物種多樣性，增強(qiáng)群落的美景度。

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Analysis of Common Plant Community Structure and Their Correlation with Vegetation Quantity in Urban Parks of Beijing

GUO Rui1,2，QIN Zhong1,2，LI Yang3，LI Zhandong1,2*
(1.College of Landscape Architecture,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China; 2.Beijing Laboratory of Urban and Rural Ecological Environment,Beijing 100083,China；3.Forest Seed and Seedling Center of Beijing,Beijing 100083,China)

In order to find out the relationship between the plant community structure and the vegetation quantity,and explore the way to improve the green quantity of the garden green space community,324 plant communities from 10 urban parks were selected as samples in Beijing,and the vegetation quantity were measured.The plant community were classified according to the tree layer and shrub layer as well as the coniferous tree and broadleaved tree,and the correlation between the plant community structure and vegetation quantity was studied.The results showed that the most common types of the plant community structure in urban green spaces were coniferous trees,broadleaved trees and broadleaved shrubs,accounting for 58.33% of the total number of samples.In this type of plant community structure,the ratio of quantity between coniferous and broadleaved plants were concentrated in the range of 1∶9—1∶3,and the ratio of cover degree between coniferous and broadleaved plants were concentrated in the range of 1∶5—1∶1.6.The vegetation quantity were significantly positively correlated with the coniferous tree cover degree and broadleaved tree cover degree.The multiple regression equation for the vegetation quantity(y) of this plant community structure was estimated:y=1.448x1+0.629x2+0.446x3+1.400,x1was the cover degree of coniferous tree,x2was the cover degree of broadleaved tree,x3was the cover degree of broadleaved shrub.

plant community structure； vegetation quantity； plant community； urban park； Beijing

2016-01-20

北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目(D141100004014004，D141100004014002)

郭 芮(1990-)，女，河南開封人，在讀碩士研究生，研究方向：園林生態(tài)與園林植物應(yīng)用。 E-mail：gr1031@163.com

*通訊作者：李湛東(1964-)，男，河南新鄉(xiāng)人，副教授，博士，主要從事植物生態(tài)學(xué)研究。E-mail：lizhandong@126.com

TU986

A

1004-3268(2016)06-0116-05