河北小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)群落結(jié)構(gòu)及景觀質(zhì)量研究*

楊思佳,李明玥,史寶勝

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與旅游學(xué)院,河北 保定071000)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們更加關(guān)注山區(qū)景觀的建設(shè)與美化,通過對小五臺(tái)山的野生植物群落景觀進(jìn)行調(diào)查研究,篩選出幾種具有河北省山區(qū)特色且群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的植物群落配置模式,以改善山區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱,景觀效果差等現(xiàn)狀,為建造具有河北省特色山區(qū)植物群落景觀并形成特色鮮明的山地風(fēng)景名勝區(qū)奠定基礎(chǔ)[1]。賈黎明、陳鑫峰、李效文等[2-5]采用美景度評價(jià)法對北京城市森林及山區(qū)風(fēng)景游憩林不同季節(jié)的景觀進(jìn)行評判,揭示影響森林景觀美學(xué)價(jià)值的主要因子,據(jù)此為森林的景觀建設(shè)及優(yōu)化實(shí)踐提供參考;蔡霞等[6]以淳安縣森林為研究對象,篩選出適應(yīng)力強(qiáng)的鄉(xiāng)土樹種,并設(shè)計(jì)24個(gè)近自然闊葉化樹種的配置模式。在此基礎(chǔ)上,本研究開展河北省小五臺(tái)山的自然保護(hù)區(qū)群落結(jié)構(gòu)及景觀質(zhì)量研究,以期為河北省山區(qū)植物景觀建設(shè)、實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益和美學(xué)價(jià)值的最大化提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

小五臺(tái)山國家級自然保護(hù)區(qū)位于河北省張家口市東南部 (114°47′-115°30′E,39°50′-40°07′N),地跨蔚縣、涿鹿縣,東與北京市門頭溝區(qū)相連,南與河北省淶水縣接壤。調(diào)研區(qū)域?yàn)樾∥迮_(tái)山區(qū)的一個(gè)分支區(qū)域,調(diào)研路線由山澗口行進(jìn)至東臺(tái),位于小五臺(tái)山東北部,海拔由1 300m至2 460m。

1.2 研究方法

1.2.1 群落結(jié)構(gòu)調(diào)查方法與內(nèi)容

2016年7-8月,于小五臺(tái)山區(qū)山澗口區(qū)選定12個(gè)植物群落樣方為研究對象,依植物垂直結(jié)構(gòu)將其分為喬灌草、灌草、草3類。植物群落設(shè)置分別為30m×30m、5m×5m、3m×3m的樣方。樣方設(shè)定后,對樣地邊界點(diǎn)用GPS進(jìn)行定位并記錄,并對樣方內(nèi)的植物進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查,包括樣地概況(坡度、坡向、海拔)、群落類型、群落中樹木種類、數(shù)量、高度等。調(diào)查主要內(nèi)容包括喬木層每木調(diào)查、灌木層和草本層取樣調(diào)查。

1.2.2 SBE的評價(jià)方法

通過實(shí)地調(diào)查 (8月和10月),對小五臺(tái)山植物景觀進(jìn)行照片和相關(guān)數(shù)據(jù)采集,確定影響植物景觀的評價(jià)因子,并通過美景度評價(jià)法 (SBE法)對植物景觀美景度進(jìn)行評價(jià),通過進(jìn)行美景度與景觀因子的相關(guān)性分析,分析影響其美景度的主要構(gòu)景要素,篩選出景觀價(jià)值較高的植物群落。進(jìn)而進(jìn)行生態(tài)因子評價(jià),為植物群落的篩選奠定基礎(chǔ)。綜合生態(tài)效應(yīng),分析群落特色,結(jié)合數(shù)據(jù)分析,提煉出植物群落配置模式5套,為模擬自然植物景觀提供應(yīng)用單元?？偨Y(jié)出小五臺(tái)山區(qū)景觀的問題與不足,并提出改進(jìn)意見。

1.2.3 SBE值問卷評判人員選取

本研究選取的評價(jià)人員為園林專業(yè)與風(fēng)景園林專業(yè)的103名學(xué)生。

1.2.4 植物群落美景度評價(jià)方法

植物群落景觀照片的拍攝與群落樣方的調(diào)查同時(shí)展開,參考國內(nèi)研究中常用的拍照方法[7],每個(gè)群落樣方從8個(gè)角度進(jìn)行取景。照片選取的原則是可以全面反映樣地景觀面貌[8-10]。

美景度評判標(biāo)準(zhǔn)采用-3-3的七分制,評分越高,表示景色越美,反之較差。評價(jià)結(jié)果的計(jì)算是根據(jù)不同參與者對幻燈片的評價(jià)值得到的SBE值[11-13]。計(jì)算過程用Excel軟件處理[5]。

1.2.5 植物群落生態(tài)因子調(diào)查

2016年8、9、10月份在樣地選取晴朗無風(fēng)天氣進(jìn)行測定觀察,進(jìn)行光照強(qiáng)度、溫濕度測定、負(fù)離子測定,為光強(qiáng)效益、降溫增濕效益分析、負(fù)離子效益分析提供相關(guān)數(shù)據(jù)[14]。

(1)溫濕度測定 用L9系列智能黑匣子測定溫濕度,分別于8：00-9：00,12：00-13：00和16：00-17：00共3個(gè)時(shí)間段,用五點(diǎn)法定點(diǎn)測量,選擇高度范圍距地0m、1.00m、1.50m高度進(jìn)行試驗(yàn),取5點(diǎn)的平均值作為被測樣方的溫度及空氣相對濕度。

(2)光照強(qiáng)度測定 用光照度計(jì)測定植物群落內(nèi)的光強(qiáng),與溫濕度同時(shí)測定,在樣方內(nèi)選5個(gè)測定點(diǎn),取每個(gè)測定點(diǎn)5個(gè)瞬時(shí)讀數(shù)的平均值為觀測值,再取觀測點(diǎn)的平均值為該群落最后的光照強(qiáng)度。

(3)空氣正負(fù)離子測定 測定時(shí)間從8：00-17：00每2h測定1次。在被測樣方內(nèi)選取3個(gè)觀測點(diǎn),東南西北4個(gè)方向分別取5個(gè)瞬間讀數(shù),取最終的平均值為該群落正、負(fù)離子的觀測值。

采用日本空氣凈化協(xié)會(huì)提出的空氣離子評議系數(shù)法 (安倍系數(shù)法)對空氣質(zhì)量進(jìn)行分析,該評價(jià)方法的計(jì)算公式是單極性系數(shù)q=n+/n-,空氣離子評議系數(shù)CI=(n-/1000)×(1/q),式中,n+表示空氣正離子濃度,n-表示空氣負(fù)離子濃度。

按空氣質(zhì)量評價(jià)系數(shù)可將空氣質(zhì)量分為5個(gè)等級 (表1),CI值越小,表明空氣受到的污染越嚴(yán)重,CI值越大,表明空氣越清潔,空氣質(zhì)量越好。

表1 空氣質(zhì)量等級Tab.1 Air quality grade

2 結(jié)果與分析

2.1 群落組成和結(jié)構(gòu)分析

2.1.1 群落組成

在調(diào)查的12個(gè)植物群落樣方中,共統(tǒng)計(jì)到植物種類140種,分屬于34科96屬,其中喬木7種,灌木19種,草本114種。

樣方中,植物種類豐富的有:菊科 (Asteraceae,12屬17種),薔薇科 (Rosaceae,10屬15種),禾本科 (Gramineae,11屬14種),傘形科(Umbelliferae,8屬8種),毛茛科 (Ranunculaceae,7屬14種),百合科 (Liliaceae,6屬8種),豆科 (Leguminosae,5屬6種),共占調(diào)查總數(shù)的59%,參照 《小五臺(tái)植物志》確定這7個(gè)科均屬于小五臺(tái)山區(qū)的優(yōu)勢科。

2.1.2 結(jié)構(gòu)分析

研究中12個(gè)植物群落景觀的基本情況見表2。不同群落由海拔1 300m至海拔2 460m逐漸升高,12個(gè)群落較均勻地分布于不同海拔范圍;坡向以北坡為主,坡度均在40°以下;喬木林林分密度有差距,其中密度最大的為紅樺 (Betula albosinensis)林,2 033株/hm2,最稀疏的為落葉松 (Larix gmelinii) 林,633株/hm2。

2.2 美景度分析

經(jīng)過對評判反應(yīng)值的統(tǒng)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到各景觀類型的SBE值 (表3)。由表3可知,所調(diào)查的群落共分為3類,將群落的SBE值按照景觀類型進(jìn)行比較:喬灌草復(fù)層結(jié)構(gòu)群落景觀SBE值:落葉松林＞白樺 (Betula platyphylla)林＞紅樺林＞針闊混交林＞白杄+落葉松 (Picea meyeri+Larix gmelinii)林＞油松 (Pinus tabuliformis)林。灌木叢群落景觀SBE值:繡線菊 (Spiraea salicifolia)灌叢＞胡枝子 (Lespedeza bicolor)灌叢＞美薔薇(Rosa bella)灌叢＞虎榛子 (Ostryopsis davidiana)灌叢。亞高山草甸群落SBE值:草甸2＞草甸1。通過對比得知,評分值較高的均是季相變化豐富的植物群落。

表2 標(biāo)準(zhǔn)地基本情況Tab.2 Basic information of the sample plot

表3 不同植物群落的SBE值Tab.3 SBE of different plant communities

2.3 生態(tài)因子分析

對12個(gè)植物群落的空氣負(fù)氧離子等生態(tài)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 (表4)。由表4可知,隨著海拔的變化,溫度起伏不顯著,介于14.69-19.47℃之間,森林群落的溫度低于草甸及灌木叢群落,表明復(fù)層結(jié)構(gòu)群落有明顯的降溫作用。隨著海拔的降低,濕度呈現(xiàn)遞增的趨勢。隨海拔降低,光強(qiáng)為遞減趨勢,復(fù)層結(jié)構(gòu)群落的光強(qiáng)遠(yuǎn)低于灌叢及草甸群落,表明樹林的遮光效果較好;正負(fù)離子數(shù)與濕度均呈現(xiàn)出遞增的趨勢,且兩者關(guān)系較大。負(fù)離子數(shù)由910個(gè)/cm3升至1 840個(gè)/cm3,正離子數(shù)由870個(gè)/cm3升至2 520個(gè)/cm3。白杄+落葉松林、落葉松林、油松林3個(gè)針葉林群落的空氣離子評議系數(shù)均低于1.00,為B級,表明針葉林的空氣清潔程度為一般;闊葉林及灌叢林的空氣負(fù)離子評議系數(shù)均大于1.00,為A級,均達(dá)到 “最清潔”的程度,其中白樺林的評議系數(shù)最高。

將群落的空氣離子評議系數(shù)按照群落類型進(jìn)行比較,喬灌草復(fù)層結(jié)構(gòu):白樺林＞針闊混交林＞紅樺林＞落葉松林＞油松林＞白杄+落葉松林;灌木叢群落:虎榛子灌叢＞繡線菊灌叢＞美薔薇灌叢＞胡枝子灌叢;亞高山草甸群落:草甸2＞草甸1。

所調(diào)查的植物群落的空氣清潔程度均達(dá)到B級,即一般清潔程度。經(jīng)分析得出空氣清潔程度與海拔關(guān)系不大,闊葉林的空氣清潔度高于針葉林的清潔度。

表4 不同植物群落的生態(tài)指標(biāo)Tab.4 The ecological index of different plant communities

2.4 優(yōu)良配置模式

根據(jù)對小五臺(tái)山自然保護(hù)區(qū)植物群落調(diào)查、群落結(jié)構(gòu)特征分析、群落景觀美景度評價(jià)及生態(tài)效益測定分析,得出美景度與生態(tài)因子之間呈一定的正相關(guān),因?yàn)?2個(gè)群落空氣影響因子均達(dá)到一般清潔程度,差異不顯著,因此從景觀美學(xué)角度出發(fā)篩選出5種自然植物群落的配置模式[15-16],分別為紅樺林群落、白樺林群落、繡線菊群落、胡枝子群落及草甸2群落。

2.4.1 紅樺林群落配置

該群落喬木的種植密度為2 033株/hm2。灌木層的優(yōu)勢種為紅丁香 (Syringa villosa)和繡線菊,二者比例為1∶1,可在5-6月份形成景觀價(jià)值高的花灌木景觀。群落的草本層中,選用東方草莓(Fragaria orientalis)、披針葉苔草 (Carex lanceolata)作為優(yōu)勢種,砧草 (Galium boreale)、防風(fēng)(Saposhnikovia divaricata)、金蓮花 (Trollius chinensis)、黃精 (Polygonatum sibiricum)作為伴生種;其中金蓮花在春季形成的草花景觀其觀賞效果極佳,東方草莓既可以夏季觀花又可以秋季觀果。

2.4.2 白樺林群落配置

白樺既是群落的建群種,也是喬木層的優(yōu)勢種,群落的種植密度為911株/hm2。在灌木層中,美薔薇、毛榛 (Corylus mandshurica)及紅丁香作為優(yōu)勢種,三者種植比例為1∶1∶1,于夏季形成觀賞價(jià)值高的花卉灌木景觀,其中美薔薇深紅色的薔薇果在秋季會(huì)形成獨(dú)特的觀果景觀。在草本層,優(yōu)勢種選用東方草莓、披針葉苔草,寬葉苔草(Carex siderosticta)、糙蘇屬 (Phlomis)、峨?yún)?Anthriscussylvestris)植物作為伴生種。其中糙蘇是夏季草花景觀中的重要植物,東方草莓是作為既可觀花又可觀果的地被。

2.4.3 繡線菊灌叢配置

灌木層選用2種繡線菊——土莊繡線菊 (Spiraea pubescens)和三裂繡線菊 (Spiraea trilobata)作為優(yōu)勢種,于初夏形成白色花卉景觀;草本層為小苔草 (Carex parva)、大葉豬殃殃 (Galium davuricum)、細(xì)葉苔草 (Carex rigescens)、艾蒿 (Artemisia argyi)、白蓮蒿 (Artemisia sacrorum)、東方草莓、糙蘇和東亞唐松草 (Thalictrum minus var.hypoleucum),草本植物的重要值相差不大,可根據(jù)需要調(diào)整各種草本植物所占比例。8種草本花期分布于3-10月,其中東亞唐松草主要形成春季花卉景觀,糙蘇形成夏季觀花景觀,東方草莓作為地被。

2.4.4 胡枝子灌叢配置

胡枝子作為灌木層優(yōu)勢種。草本層的白蓮蒿、龍芽草 (Agrimonia pilosa)、地榆 (Sanguisorba officinalis)、老鸛草 (Geranium wilfordii)、沙參屬(Adenophora)、東亞唐松草、大油芒 (Spodiopogon sibiricus)、叉分蓼 (Polygonum divaricatum)可調(diào)整植物所占比例;其中東亞唐松草作為春季觀花植物,龍芽草、地榆、老鸛草、沙參及叉分蓼形成夏秋季花卉景觀。

2.4.5 草甸2群落配置

草甸群落中,蹄葉橐吾 (Ligularia fischeri)和東方草莓作為建群的優(yōu)勢種,峨?yún)ⅰ⒋顾肱麎A草(Elymus nutans)、紫羊茅 (Festuca rubra)、珠芽蓼(Polygonum viviparnm)、白緣蒲公英 (Taraxacum platypecidum)、卷耳屬 (Cerastium)、葛縷子 (Carum carvi)作為伴生種。其中東方草莓、紫羊茅作為地被,蹄葉橐吾、珠芽蓼、白緣蒲公英、卷耳、葛縷子是形成春夏花卉景觀的主要植物。

3 結(jié)論與討論

小五臺(tái)山植物群落的空氣清潔度均呈良好的狀態(tài),但不同植物群落的空氣質(zhì)量仍有一定差異,闊葉林的空氣質(zhì)量好于針葉林。喬灌草復(fù)層結(jié)構(gòu)群落中的空氣離子評議系數(shù)較大的群落類型有白樺林群落、針闊混交林群落和紅樺林群落;灌木叢群落評議系數(shù)較高的為虎榛子灌叢和繡線菊灌叢群落;草甸2群落的評議系數(shù)高于草甸1。針葉林群落的空氣離子評議系數(shù)均低于闊葉林群落。

不同植物群落內(nèi)負(fù)離子含量有差異,海拔和空氣濕度對空氣負(fù)離子的影響顯著。隨著海拔的降低,空氣濕度與負(fù)離子數(shù)的變化呈現(xiàn)增加趨勢。

根據(jù)不同植物群落的美景度調(diào)查和評價(jià),提煉出5種植物群落配置模式,分別為紅樺林群落、白樺林群落、繡線菊群落、胡枝子群落及草甸2群落。從美景度較高的紅樺林群落、白樺林群落及草甸等自然植物群落中發(fā)掘出可用于山地植被恢復(fù)的配置模式。仿白樺林群落的配置模式可采用喬灌草相結(jié)合的結(jié)構(gòu),喬木層可采用白樺純林,灌木層為美薔薇、毛榛、紅丁香,草本地被為披針葉苔草、東方草莓、寬葉苔草、糙蘇、峨?yún)⒌取?/p>

綜合所有指標(biāo),篩選出以景觀美學(xué)為基礎(chǔ)的自然植物群落配置模式,與張佳平等[17]、劉小冬等[18]對山地風(fēng)景林的植被進(jìn)行調(diào)查,從觀賞性、生態(tài)性及空間結(jié)構(gòu)等方面分析,篩選出骨干樹種的群落配置模式相統(tǒng)一。與張巧明等[19]為林地恢復(fù)與建設(shè)提供的科學(xué)依據(jù)相一致。這對河北省山區(qū)特色生態(tài)景觀的恢復(fù)與建設(shè)具有一定的指導(dǎo)作用,也為近自然園林的構(gòu)建提供了借鑒,應(yīng)用于實(shí)際前,還需對提煉出的植物有關(guān)溫度、土壤等環(huán)境因子的適應(yīng)性進(jìn)行研究與確定。在接下來的工作中,需對植物群落適應(yīng)性進(jìn)行進(jìn)一步的研究,真正地做到將研究應(yīng)用于實(shí)踐中,為模擬野生植物景觀提供應(yīng)用單元。