北京市居住區(qū)林木健康評價

黃帥帥,曹哲源,邱爾發(fā),牛少鋒,邢立捷

中國林業(yè)科學研究院林業(yè)研究所國家林業(yè)和草原局城市森林研究中心, 北京 100091

城市樹木健康主要是指樹木良好的生長狀態(tài),反映樹木的活力和生產(chǎn)力狀況[1]。居住區(qū)林木一方面可以提供賞心悅目的植物景觀,促進小區(qū)居民身心健康[2],另一方面在改善小氣候、凈化空氣、美化環(huán)境、遮陽隔聲、滯塵殺菌等方面具有無可替代的功能[3,4]。然而,居住區(qū)林木的不健康狀況,不僅影響景觀和生態(tài)功能的發(fā)揮,還會威脅小區(qū)居民的人身、財產(chǎn)安全。由于居住區(qū)林木受環(huán)境和人為活動干擾比較大,除樹木本身遭受著病蟲害、真菌等生物因素的影響外,惡劣的生長環(huán)境[5-6]等對樹木生長造成的危害也不容忽視。因此,及時、準確的評估居住區(qū)樹木的健康,制定科學經(jīng)營措施,保障林木生態(tài)和景觀功能的正常發(fā)揮已成為城市森林建設(shè)者關(guān)注的焦點。

森林健康評價研究起步較早,從評價尺度[7-9]、評價方法[10-12]、評價對象[13-14]研究看,已比較成熟,然而城市樹木健康評價研究還處于探索階段。樹木不健康癥狀一般會從樹冠、樹干和根區(qū)部位體現(xiàn)出來,據(jù)此Richard等利用葉片黃化、葉枯萎和樹勢衰弱等指標以病蟲害與生長狀況相結(jié)合的方法建立評價體系來確定樹木的健康狀況[15]。國內(nèi)部分學者依據(jù)樹木養(yǎng)護標準量化樹木健康等級[16-18]來評價城市樹木健康狀況。然而影響樹木健康生長的原因是多方面的[19],除了林木本身生長因子外,環(huán)境因子等潛在影響因子也是重要的,因此,僅針對樹木自身生長指標建立的評價體系,是不全面的。隨著科技的發(fā)展,一些先進的技術(shù)手段如X射線或伽馬射線衰減技術(shù)[20]、皮羅釘無損檢測技術(shù)[21]、應(yīng)力波診斷法[22]等被應(yīng)用于城市樹木健康評估,大大提高了評價結(jié)果的準確度。如Qin等利用聲學激光技術(shù)和聲波層析成像技術(shù)檢測樹干近表面缺陷的有效深度可達樹皮下15mm[23]。但這些先進方法所需技術(shù)要求過高,且多用于古樹或干材質(zhì)量的評估,不適用于城市樹木健康評價。翁殊斐等利用層次分析法建立了園林樹木健康評價體系[24],但層次分析法賦權(quán)人為主觀性過高,易使評價結(jié)果出現(xiàn)偏差。

從當前城市林木健康評價研究看,研究對象主要集中在城市公園[25-28]樹木、城郊片林[29,30]、行道樹[31,32]以及古樹名木[33,34]的健康評價上,而對居住小區(qū)林木健康評價方面的研究很少報道；研究內(nèi)容多傾向于林木結(jié)構(gòu)特征分析,而對林木健康評價的重視度不夠；評價指標僅考慮林木本身生長狀況,忽視環(huán)境因子等潛在因子的影響；評價方法適用性不強,主觀性過高。基于此,論文基于北京市居住區(qū)林木健康狀況的實地調(diào)查及影響因子分析,結(jié)合林木本身生長因子和影響健康的潛在環(huán)境因子等指標,建立林木評價模型,評估不同來源、不同區(qū)域、不同時期居住小區(qū)林木的健康狀態(tài),探索影響居住區(qū)林木健康的重要因素,為北京市居住區(qū)林木健康精準經(jīng)營提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

北京市位于115.7°—117.4°E、39.4°—41.6°N之間,屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候區(qū)。年平均氣溫12.3℃,年降水量400—600mm,年平均日照數(shù)2000—2800h,全年無霜期180—200d,氣候四季分明,夏季高溫多雨,冬季寒冷干燥,春秋短促。地形西北高,東南低；西部屬太行山脈,北部和東北部屬燕山山脈。土壤類型主要為褐土,共分為9個土類,20個亞類,64個屬,山地伴有棕壤、草甸土,平原伴有潮土。地帶性植被主要是暖溫帶落葉闊葉林,間有溫帶針葉林。

2 研究方法

2.1 居住區(qū)選擇與類型劃分

按照空間均衡原則,設(shè)置以天安門為中心,以南北中軸線和東西長安街為基礎(chǔ)的 “米”字型樣帶[35],選取六環(huán)內(nèi)85個城市居住區(qū)作為研究對象。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,從不同住房來源、區(qū)域、時期劃分居住區(qū)類型(表1)。具體劃分類型為：機關(guān)單位福利分房的附屬居住區(qū)劃為福利房,政府參與建設(shè)住房的回遷安置房和經(jīng)濟適用房劃為保障房,市場自由買賣住房的劃為商品房；按照北京市市政環(huán)路結(jié)構(gòu)將居住區(qū)劃分為5個區(qū)域；根據(jù)居住區(qū)入住的時間,結(jié)合北京市房地產(chǎn)發(fā)展情況[36,37],將居住區(qū)劃分為5個時期。

表1 居住區(qū)分類概況

2.2 樣地調(diào)查

根據(jù)居住區(qū)綠化設(shè)計規(guī)范[38],將居住區(qū)林木綠地劃為游園綠地、宅旁綠地和道路綠地。于2017年7月—9月采用抽樣調(diào)查法進行樣地調(diào)查。根據(jù)居住區(qū)綠地面積建設(shè)標準,并結(jié)合居住區(qū)綠地現(xiàn)狀,確定游園綠地樣方面積20m×20m,宅旁綠地樣方面積20m×10m,道路綠地面積50m×2m,每類綠地類型設(shè)置2個典型樣方,若條件不允許,則根據(jù)實際情況調(diào)整樣方數(shù)量。

對樣方內(nèi)所有喬木每木檢尺。記錄胸徑、樹高、冠幅等定量指標；定性指標如樹勢、偏冠度、病蟲害程度、枯枝比例、地表覆蓋程度等參考Boone[39],翁殊斐[24],汪瑛[40]的分級標準。本研究共調(diào)查北京市城市居住區(qū)85個,樣方467個,喬木4967株。

2.3 評價方法

2.3.1篩選評價指標

2.3.2建立林木健康評價模型

將篩選出的14個指標原始數(shù)據(jù)導入SPSS20.0進行標準化處理以及KMO和Bartlett球度檢驗確定是否可進行主成分分析；計算各指標變量之間的相關(guān)矩陣以及特征根和方差貢獻率；得到初始載荷矩陣,利用各主成分的負荷因子除以對應(yīng)主成分的特征根的開方求出該主成分的特征向量,也即是各主成分與14個指標間的系數(shù)向量,將得到的系數(shù)向量與標準化后的原始數(shù)據(jù)相乘可求出求出各主成分的表達式；然后以各主成分的方差貢獻率為權(quán)重得到綜合主成分表達式,最后將14個指標的系數(shù)向量加權(quán)匯總后即為各指標的權(quán)重,經(jīng)歸一化處理后得到各原始指標的權(quán)重值。

2.3.3林木健康等級的劃分

按照最大隸屬度原則,根據(jù)居住區(qū)林木健康得分計算隸屬于各等級的隸屬度,最終得出林木健康等級。健康得分位于相鄰健康等級的閾值區(qū)間,按照各個等級對應(yīng)的健康閾值計算隸屬度。隸屬度[42]：Yi=(Fi+1-F)/(Fi+1-Fi),Yi+1={F-Fi+1)/(Fi+1-Fi),Yi為隸屬于第i級的隸屬度,Yi+1為隸屬于第i+1級的隸屬度,F為居住區(qū)林木個體的健康得分,Fi為第i級健康程度對應(yīng)的閾值,Fi+1為第i+1級健康程度對應(yīng)的閾值。

表3 居住區(qū)林木個體健康程度及相應(yīng)閾值

2.3.4林木健康指數(shù)

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2010和SPSS20.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。利用單因素方差分析法(One-way ANOVA)和鄧肯多重比較法(DunCan test)判斷居住區(qū)林木健康特征和健康狀況在不同來源、區(qū)域、時期類型居住區(qū)間的顯著性差異。

3 結(jié)果與分析

3.1 居住區(qū)林木健康特征分析

3.1.1不同區(qū)域居住區(qū)林木健康特征比較

不同區(qū)域居住區(qū)林木健康指標均呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)(表4)。居住區(qū)林木枝葉病害、枝葉蟲害、樹干機械損傷、生長空間指標在二環(huán)內(nèi)表現(xiàn)顯著最優(yōu),干形、樹干傾斜度、枯枝比例、樹洞指標在三—四環(huán)表現(xiàn)顯著最優(yōu),樹勢、冠形、偏冠度、光污染程度、地表覆蓋情況、栽植截干指標在四—五環(huán)表現(xiàn)顯著最優(yōu)。

表4 不同區(qū)域居住區(qū)林木評價指標比較

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差；同行不同小寫字母代表不同類型居住區(qū)間差異顯著(P<0.05)； C1樹勢Tree vigor; C2冠形Crown profile; C3偏冠度Deflection canopy; C4干形Stem form; C5樹干傾斜度Trunk lean; C6枝葉病害Diseases of branch and leaf; C7枝葉蟲害Pests of branch and leaf; C8枯枝比例Proportion of dead twigs; C9樹干機械損傷Mechanical trunk damage; C10樹洞Cavity; C11生長空間Growth space; C12光污染程度Light pollution; C13地表覆蓋情況Surface coverage; C14栽植截干Cutting off crown and planting

居住區(qū)林木樹勢、偏冠度、光污染程度、地表覆蓋情況、栽植截干指標在二環(huán)內(nèi)表現(xiàn)顯著最差,冠形、樹干傾斜度、生長空間指標在二—三環(huán)表現(xiàn)顯著最差,枝葉病害、枯枝比例指標在四—五環(huán)表現(xiàn)顯著最差,干形、枝葉蟲害、樹干機械損傷、樹洞指標在五—六環(huán)表現(xiàn)顯著最差。

從14個健康指標之間比較看,林木樹勢、樹干傾斜度、光污染程度、地表覆蓋情況、栽植截干指標各區(qū)域居住區(qū)表現(xiàn)均較差。

3.1.2不同時期居住區(qū)林木健康特征比較

不同時期居住區(qū)林木健康指標(樹干機械損傷除外)具有顯著性差異(P<0.05)。枝葉病害、枝葉蟲害、栽植截干指標在1956—1990年居住區(qū)表現(xiàn)顯著最優(yōu),樹洞指標在1991—1997年居住區(qū)表現(xiàn)顯著最優(yōu),樹勢、樹干傾斜度指標在1998—2002年居住區(qū)表現(xiàn)顯著最優(yōu),林木冠形、偏冠度、干形、枯枝比例、生長空間、光污染程度、地表覆蓋情況指標在2009—2013年居住區(qū)表現(xiàn)顯著優(yōu)于其他時期。

偏冠度、枯枝比例、光污染程度、地表覆蓋情況指標在1956—1990年居住區(qū)表現(xiàn)顯著差于其他時期。樹勢、冠形、干形、樹干傾斜度、指標在1991—1997年居住區(qū)表現(xiàn)顯著較差,枝葉蟲害、生長空間指標在1998—2002年居住區(qū)表現(xiàn)顯著較差,林木樹洞指標在2003—2008年居住區(qū)顯著較低,枝葉病害、栽植截干指標在2009—2013年居住區(qū)表現(xiàn)顯著較差。

從14個健康指標看,枝葉病害和栽植截干指標隨時期變化越來越差,而偏冠度、地表覆蓋情況表現(xiàn)則越來越好；各時期居住區(qū)林木樹勢、冠形、樹干傾斜度、光污染程度、地表覆蓋情況指標表現(xiàn)普遍較差。

表5 不同時期居住區(qū)林木評價指標比較

3.1.3不同來源居住區(qū)林木健康特征比較

不同來源居住區(qū)林木樹勢、冠形、偏冠度、樹干傾斜度指標差異不顯著(P>0.05),其他指標均呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。林木干形、枝葉病害、枝葉蟲害、枯枝比例、樹干機械損傷、樹洞、生長空間、地表覆蓋情況、栽植截干指標在保障房表現(xiàn)顯著最差,福利房光污染程度指標顯著較低。

枝葉病害、枝葉蟲害、枯枝比例、樹干機械損傷、樹洞、生長空間、栽植截干指標在福利房表現(xiàn)顯著優(yōu)于其他來源,干形、地表覆蓋情況指標在商品房表現(xiàn)顯著最佳。

從14個指標之間比較看,各來源居住區(qū)林木樹勢、冠形、樹干傾斜度、光污染程度、地表覆蓋情況指標表現(xiàn)普遍較差。

表6 不同來源居住區(qū)林木評價指標比較

3.2 居住區(qū)林木健康評價分析

3.2.1不同區(qū)域居住區(qū)林木健康比較

不同區(qū)域居住區(qū)林木健康等級均呈右偏正態(tài)分布,亞健康狀態(tài)林木比例均較大,瀕死等級林木均較小,且二環(huán)內(nèi)和四—五環(huán)居住區(qū)未出現(xiàn)瀕死等級林木。從不同健康等級看,瀕死等級林木在五—六環(huán)比例最大；不健康和中等健康等級林木在二—三環(huán)比例最大,三—四環(huán)最小,亞健康等級分布則與之相反；健康等級林木在四—五環(huán)比例遠大于二—三環(huán)。

圖1 不同區(qū)域居住區(qū)林木個體健康等級分布Fig.1 Health class distribution of residential areas trees between different districts

不同環(huán)路居住區(qū)林木健康指數(shù)無顯著性差異(P>0.05),大小表現(xiàn)為：三—四環(huán)=四—五環(huán)>五—六環(huán)>二環(huán)內(nèi)=二—三環(huán)。健康指數(shù)范圍是0.60—0.80,且五—六環(huán)出現(xiàn)最小健康指數(shù),三—四環(huán)出現(xiàn)最大健康指數(shù)。

3.2.2不同時期居住區(qū)林木健康比較

不同時期居住區(qū)林木健康等級均呈右偏正態(tài)分布規(guī)律,亞健康狀態(tài)林木比例最大,瀕死等級林木比例最小,且2003—2008年和2009—2013年居住區(qū)無瀕死等級林木。不同時期居住區(qū)各健康等級林木比例具有明顯差異,瀕死等級林木在1991—1997年比例最大；不健康和中等健康等級林木在1956—1990年比例最大,在2009—2013年比例最小,而亞健康等級林木恰與之相反；健康等級林木在2003—2008年比例最大,在1991—1997年比例最小。

表7 不同區(qū)域居住區(qū)林木健康指數(shù)

表中健康指數(shù)為平均值±標準差；不同小寫字母代表不同類型居住區(qū)間差異顯著(P<0.05)

圖2 不同時期居住區(qū)林木個體健康等級分布Fig.2 Health class distribution of residential areas trees between different periods

進一步分析居住區(qū)林木健康指數(shù)發(fā)現(xiàn),各時期間存在顯著性差異(P<0.05),大小順序是：2009—2013年>2003—2008年=1998—2002年=1991—1997年>1956—1990年,表現(xiàn)為老舊小區(qū)林木健康表現(xiàn)最差。從健康指數(shù)極值來看,1998—2002年居住區(qū)出現(xiàn)最小林木健康指數(shù),2009—2013年居住區(qū)中出現(xiàn)最大林木健康指數(shù)。

表8 不同時期居住區(qū)林木健康指數(shù)

3.2.3不同來源居住區(qū)林木健康比較

不同來源居住區(qū)林木健康等級均呈右偏正態(tài)分布特點,亞健康等級林木比例最大,瀕死等級林木比例最小,保障房未出現(xiàn)瀕死等級林木。從不同健康等級變化特點看,瀕死等級林木在福利房比例最大；不健康等級林木在保障房比例最大,商品房中比例最?。恢械冉】档燃壛帜驹诒Ｕ戏勘壤畲?福利房中比例最小,亞健康和健康等級分布特點與之相反。

不同來源居住區(qū)林木健康指數(shù)無明顯差異(P>0.05),大小表現(xiàn)為：福利房>商品房>保障房。從林木健康指數(shù)閾值看,保障房出現(xiàn)最小林木健康指數(shù),商品房出現(xiàn)最大林木健康指數(shù)。

表9 不同來源居住區(qū)林木健康指數(shù)

4 討論

4.1 不同類型居住區(qū)林木健康差異原因

研究發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域居住區(qū)所有指標差異均達到顯著水平(P<0.05),二環(huán)內(nèi)和二—三環(huán)居住區(qū)樹勢、偏冠度、光污染程度、地表覆蓋情況、栽植截干指標表現(xiàn)顯著較差,林木受大面積硬化鋪裝以及夜晚照明的影響,其林木樹勢減弱,健康指數(shù)較低；三—四環(huán)和四—五環(huán)居住區(qū)由于城市綠化越來越受重視,林木得到一定的健康生長；而五—六環(huán)區(qū)域居住區(qū)林木綠化年限相對較短,新栽植林木多,苗木本身不健康,抵抗病蟲害的能力弱,健康狀態(tài)相對較差；因此居住區(qū)林木健康狀態(tài)由內(nèi)環(huán)區(qū)域至外環(huán)區(qū)域呈現(xiàn)先變好后變差的趨勢,具體表現(xiàn)為：三—四環(huán)=四—五環(huán)>五—六環(huán)>二環(huán)內(nèi)=二—三環(huán)。

不同時期居住區(qū)除樹干機械損傷外,其余指標均達到顯著水平(P<0.05)。不同時期林木健康指數(shù)顯著差異,隨時期的推移,林木具有健康修復功能,健康指數(shù)顯著增大。老舊小區(qū)建設(shè)面積小且不注重綠化,隨著樹齡的增長,樹木生長空間受到壓縮,枯枝比例增加,冠形效果差,樹勢不高[44]；綠化形式單一,多為喬木裸地,同時隨著居民私家車數(shù)量的增多,地面停車場的建設(shè)使得小區(qū)綠地硬化現(xiàn)象嚴重,影響著林木根系的正常呼吸和養(yǎng)分吸收,這就是1956—1990年居住區(qū)林木健康指數(shù)顯著最低的原因。

林木的養(yǎng)護管理是林木生長過程必不可少的一個環(huán)節(jié),對于樹木的健康生長具有關(guān)鍵性作用[45,46]。實地訪查發(fā)現(xiàn),保障房物業(yè)往往忽視綠化管理工作,林木受人為干擾嚴重,枝葉病蟲害、枯枝比例、樹干機械損傷、樹洞、地表覆蓋情況及截枝截干等指標相較于其他來源表現(xiàn)最差；而福利房居住區(qū)與機關(guān)單位綠化同步,其樹木養(yǎng)護水平相對較高,因此不同來源居住區(qū)林木健康狀況表現(xiàn)為：福利房>商品房>保障房,但未達到顯著性水平(P>0.05)。

4.2 居住區(qū)林木健康限制因子

研究不同類型居住區(qū)林木健康指標特征發(fā)現(xiàn),光污染程度、地表覆蓋情況、樹干傾斜度、栽植截干均小于其他指標,這說明光污染程度、地表覆蓋情況、樹干傾斜程度、栽植截干是限制居住區(qū)林木健康生長的重要因子。

有研究表明,硬鋪裝地表會減慢林木生長速度,明顯降低林木的樹高、胸徑及生物量[47]。調(diào)查發(fā)現(xiàn),22.93%林木地表為硬鋪裝或裸地,顯著拉低了居住區(qū)林木的整體健康狀況。良好的地表覆蓋可以改善土壤理化住房,提高土壤保肥、保水能力,增加土壤透氣性和透水性,有效促進樹木的健康生長[48]；而硬化和裸露地表導致土壤板結(jié)嚴重,孔隙率下降、通透性變差,有機質(zhì)下降,不利于根系正常呼吸和吸收養(yǎng)分,從而影響林木正常生長[49]。陳冰晶研究認為夜間照明影響了天安門廣場上油松長勢和成活率[50],相比于整個夜晚照明,每天18:00—24:00照光處理對植物的負面影響較小[51]。合理的修剪枯腐枝、徒長枝增加樹冠通透性,減少病蟲害的發(fā)生,而過度的修剪嚴重影響樹木健康。國外研究[52]認為抹頭修干造成林木生長不良率比不修剪的高192%,枝條死亡率高40%,病蟲害發(fā)生率高70%,極大威脅著樹木生長。因此合理控制夜間照明時間、增加有機地表覆蓋、避免過度的截枝截干以及加強林木養(yǎng)護管理是當前北京市居住區(qū)林木健康生長的保障。

5 結(jié)論

通過對北京市六環(huán)內(nèi)85個居住區(qū)林木健康狀況的分析,整體健康指數(shù)為0.72,居住區(qū)林木處于亞健康狀態(tài),健康等級比例為3.65%,亞健康(56.07%)等級比例最多,其次是中等健康(36.68%),不健康等級林木占3.50%,瀕死林木僅占0.10%。不同時期居住區(qū)林木健康差異顯著(P<0.05),而不同來源和不同區(qū)域居住區(qū)林木健康差異不顯著(P>0.05)。潛在影響因子如光污染程度、地表覆蓋情況、樹干傾斜程度、栽植截干是限制北京市居住區(qū)林木健康生長的重要因子。