蘇州穹窿山植物群落特征及其體感舒適度*

李婷芳 王利芬 劉 婷 高海青

1 蘇州大學(xué)金螳螂建筑學(xué)院 蘇州 215000

2 蘇州大學(xué)-蘇州園科生態(tài)建設(shè)集團(tuán)建筑與城市環(huán)境協(xié)同創(chuàng)新中心 蘇州 215000

目前對(duì)于森林植物群落特征和體感舒適度的研究備受學(xué)者關(guān)注[1-2],張峰等[3]通過對(duì)山西歷山自然保護(hù)區(qū)的植物多樣性的研究,得出海拔與物種多樣性的關(guān)系為正相關(guān)等結(jié)論。陳曉熹[4]對(duì)廣東青云山自然保護(hù)區(qū)的森林植物群落進(jìn)行了研究,調(diào)查共有木本植物216種,群落類型5個(gè)。烏日吉夫[5]將招虎山森林植物群落分為6種類型并計(jì)算其物種多樣性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)共有61種喬木、116種灌木,6種群落的物種多樣性均不相同。姜宗香[6]研究了重慶市主城區(qū)公園綠地的群落結(jié)構(gòu)、類型等與人體舒適度之間的關(guān)系,得出植物群落主要通過降低環(huán)境溫度影響人體舒適度。周俊靈[7]從群落基本特征、林內(nèi)景觀評(píng)價(jià)、人體舒適度、空氣顆粒物濃度等方面研究了福州國家森林公園夏季風(fēng)景林,結(jié)果表明,風(fēng)景林的林型不同,對(duì)人體舒適度的影響也不同,夏季風(fēng)景林的人體舒適度與溫度關(guān)系密切。陳澤良[2]通過研究得出廈門城郊森林公園內(nèi)胸徑大的林分對(duì)風(fēng)速有顯著的降低作用,平均胸徑、平均樹高與空氣顆粒物濃度成負(fù)相關(guān)但不顯著。

穹窿山有 “蘇州第一山”的美稱,穹窿山的植物是蘇州野生植物的重要組成部分。近年來,學(xué)者對(duì)穹窿山的自然資源[8]、植物資源[9]、植物群落組成與群落演替[10]進(jìn)行了廣泛研究,但對(duì)于穹窿山植物群落特征與體感舒適度的調(diào)查研究較少。因此本文對(duì)穹窿山內(nèi)的紫楠林、櫟類林、松林、毛竹林這4類主要植物群落的特征進(jìn)行調(diào)查,并綜合評(píng)價(jià)不同植物群落的體感舒適度,以期為提升森林的保健功能和園林綠化植物配置提供理論依據(jù)。

1 研究地概況

穹窿山位于江蘇省蘇州市西郊,是蘇州西部丘陵的一部分。地貌屬于剝蝕、侵蝕的低山丘陵,山勢渾圓,坡度多為20°～25°。土壤以黃棕壤為主,偏酸性,pH5.0～5.5。年平均溫度15.9℃,7～8月溫度最高,均溫28.3℃,1月最低,均溫2.9℃～3.4℃;年平均降水量約1110mm,常年盛行東南風(fēng);無霜期為245d,短期寒害較常發(fā)生,年平均相對(duì)濕度為80%。穹窿山地屬北亞熱帶南緣,地帶性植被為常綠、落葉闊葉林,是繼江西廬山、安徽黃山、天目山以北出現(xiàn)的罕見的以木荷、紫楠為建群種的典型常綠落葉闊葉混交林種[8]。目前的植被是遭受破壞后恢復(fù)的次生植被,主要包括森林、灌叢兩類,森林包括常綠落葉闊葉混交林 (紫楠林)、落葉闊葉混交林 (櫟類林)、針葉林 (松林)及竹林 (毛竹林),其中紫楠林所在的茅蓬塢是蘇州唯一殘存的天然次生林[10]。

2 研究對(duì)象與方法

研究選取以紫楠、櫟、毛竹、松為主要樹種的4類群落為研究對(duì)象,每類群落選擇的樣方大小為10m×10m,重復(fù)3次,共計(jì)12個(gè)樣方。

2.1 調(diào)查方法

對(duì)12個(gè)樣方內(nèi)的喬木 (胸徑≥2cm)進(jìn)行調(diào)查,統(tǒng)計(jì)物種名稱、數(shù)量、樹高和胸徑等。在每個(gè)10m×10m的樣方內(nèi)設(shè)置2個(gè)2m×2m的小樣方作為灌木層和草本層樣方,并統(tǒng)計(jì)灌木和草本的物種名稱、高度和蓋度等。在每個(gè)10m×10m的樣地內(nèi)使用風(fēng)速儀 (Testo410-2,生產(chǎn)企業(yè)為德圖儀器國際貿(mào)易 (上海)有限公司)、空氣質(zhì)量檢測儀 (CEMDT-9880,生產(chǎn)企業(yè)為深圳市華盛昌科技實(shí)業(yè)股份有限公司)測量群落內(nèi)的風(fēng)速、溫度、相對(duì)濕度、空氣顆粒物數(shù)量,在距地面1.5m處進(jìn)行測量 (測量風(fēng)速在距地面2.0m處)。每個(gè)樣地內(nèi)部分別選取3個(gè)不同位置 (每兩個(gè)位置的間距≥2m)進(jìn)行測量,記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算均值。

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

1)物種重要值。重要值表示在群落中某物種優(yōu)勢度的高低[11],能夠體現(xiàn)群落中某物種的地位及作用[12]。分別計(jì)算出每一塊樣地中喬木、灌木、草本物種的重要值,計(jì)算公式為[13]:喬木樹種重要值=(相對(duì)多度+相對(duì)高度+相對(duì)優(yōu)勢度)/3;灌木樹種重要值=(相對(duì)密度+相對(duì)蓋度)/2;草本樹種重要值=(相對(duì)密度+相對(duì)蓋度)/2。其中,相對(duì)多度 (或密度)為某一種的個(gè)體數(shù)與所有種的總個(gè)體數(shù)之比;相對(duì)高度為某一種的高度之和與所有物種的總高度之比;相對(duì)蓋度為某一種的蓋度與所有種的總蓋度之比;相對(duì)優(yōu)勢度為某一種的胸高斷面積之和與所有種的總胸高斷面積之比。

2)物種多樣性。測定的物種多樣性指標(biāo)為物種豐富度指數(shù) (S)、Simpson多樣性指數(shù) (D)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù) (H)和Pielou均勻度指數(shù) (J)[14-15]:S=樣地內(nèi)的物種數(shù)量;D=1-H=-∑PilnPi;J=H/lnS。其中,Pi為樣方內(nèi)某物種的個(gè)體數(shù)與樣方中所有物種數(shù)總和之比,S為樣方內(nèi)的物種數(shù)量。

3)空氣顆粒物?？諝忸w粒物是指在空氣中懸浮的固體微粒物質(zhì)。使用空氣質(zhì)量檢測儀測量空氣中直徑分別為2.5um的顆粒物,重復(fù)3次。通過測量的數(shù)據(jù)分別得出4種群落中的PM2.5數(shù)值,并將其與一、二級(jí)濃度限值對(duì)比[16]。

4)體感舒適度等級(jí)。通過溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速這3種數(shù)據(jù)綜合評(píng)價(jià)體感舒適度等級(jí)(S)[17]:S=0.6×|T-24|+0.07×|HR-70|+0.5×|V-2|。其中,S代表綜合舒適度指數(shù),T代表溫度 (℃),HR代表相對(duì)濕度 (%),V代表距地面2.0m高處風(fēng)速 (m·s-1)。體感舒適度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)為S≤4.55表示 “很舒適”,4.55＜S≤6.95表示 “舒適”,6.95＜S≤9.00表示 “不舒適”,S＞9.00表示 “極不舒適”。

5)數(shù)據(jù)處理。用Excel2013和SPSS18.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植物群落結(jié)構(gòu)特征

植物群落的結(jié)構(gòu)特征包括群落內(nèi)植物的種類、重要值和物種多樣性。

3.1.1 不同植物群落中植物種類與重要值

在調(diào)查的紫楠林中共有10種植物的重要值大于10.00%(表1),隸屬9科10屬:喬木有4種,按重要值大小排序?yàn)樽祥?(Phoebesheareri)＞櫸樹 (Zelkovaserrata)＞栓皮櫟 (Quercusvariabilis)＞香樟 (Cinnamomumcamphora),其中紫楠的平均高度為10.01m,平均胸徑為10.32cm;灌木有4種,按重要值大小排序?yàn)槎霹N (Rhododendronsimsii)＞南天竹 (Nandinadomestica)＞箬竹(Indocalamustessellatus)＞八角金盤 (Fatsia japonica),杜鵑的平均高度為75.09cm;草本有2種,按重要值大小排序?yàn)槊c(diǎn)草 (Nanocnidelobata)＞過路黃 (Lysimachiachristinae),毛花點(diǎn)草的平均高度為20.83cm。

櫟類林中共有10種植物的重要值大于10.00%(表1),隸屬9科9屬:喬木共有5種,按重要值大小排序?yàn)榘讬?(Quercus fabri) ＞櫸樹＞栓皮櫟＞構(gòu)樹 (Broussonetiapapyrifera)＞楓香,白櫟的平均高度為20.78m,平均胸徑為55.50cm;灌木共有2種,按重要值排序?yàn)槠r麻 (Boehmeria nivea)＞常春藤,苧麻的平均高度為69.95cm;草本有3種,按重要值大小排序?yàn)橐爸ヂ椋久c(diǎn)草＞薤白 (Alliummacrostemon),野芝麻的平均高度為41.67cm。

毛竹林中共有3種植物的重要值大于10.00%(表1),隸屬2科3屬:分別是毛竹、絡(luò)石、牛筋草,毛竹的重要值高達(dá)93.37%。毛竹的平均高度為11.82m,平均胸徑為7.54cm,絡(luò)石的平均高度為18.81cm,牛筋草的平均高度為31.51cm。

松林中共有4種植物的重要值大于10.00%(表1),隸屬4科4屬:分別為馬尾松、絡(luò)石、紅花檵木 (Loropetalumchinensevar.rubrum)和黑足鱗毛蕨。馬尾松的平均高度為16.81m,平均胸徑為18.39cm,絡(luò)石的平均高度為13.80cm,黑足鱗毛蕨的平均高度為29.99cm。

3.1.2 不同植物群落中的物種多樣性

紫楠林、櫟類林、松林、毛竹林喬木層的S,D,H,J值如表2所示。在物種豐富度指數(shù) (S)方面,櫟類林和松林的S值最高,達(dá)到了13;其次為紫楠林,毛竹林最低。在Simpson多樣性指數(shù) (D)方面,從大到小依次為櫟類林、紫楠林、松林、毛竹林;櫟類林的D值為0.86,毛竹林的D值為 0.06。在 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)方面,櫟類林喬木的H值最高,達(dá)到了2.19;其次為松林、紫楠林,毛竹林最低,為0.18。在Pielou均勻度指數(shù) (J)方面,從大到小依次為櫟類林、紫楠林、松林、毛竹林;櫟類林的J值達(dá)到了0.91,毛竹林為0.10。

綜上可知,櫟類林和松林喬木層的S值最高,櫟類林喬木層的D值、H值和J值最高,毛竹林喬木層的S,D,H,J值均最低。

3.2 不同植物群落中空氣顆粒物濃度

從圖1可知,紫楠林、櫟類林、松林、毛竹林植物群落內(nèi)部的PM2.5濃度均處在一級(jí)濃度限值(35ug·m-3)與二級(jí)濃度限值 (75ug·m-3)之間,其中紫楠林內(nèi)部的PM2.5濃度最高,為(47.00±3.30)ug·m-3,櫟類林內(nèi)部的PM2.5濃度最低,為 (36.50±0.24)ug·m-3,松林為(42.50±9.66)ug·m-3,毛竹林為 (43.50±3.07)ug·m-3,但四者相差不顯著。

表1 不同植物群落中主要物種及重要值%

表2 不同植物群落物種多樣性指數(shù)

圖1 不同植物群落的空氣顆粒物濃度

植物對(duì)空氣中的顆粒物有較強(qiáng)的吸附作用,因此能夠在一定程度上降低空氣的顆粒物濃度[18]。森林群落的空氣質(zhì)量良好,對(duì)人體健康有一定的益處。

3.3 不同植物群落的體感舒適度

紫楠林、櫟類林、松林、毛竹林的體感舒適度等級(jí)均為 “很舒適”,體感舒適度指數(shù)均小于4.55(表3)。紫楠林的平均綜合舒適度指數(shù)為3.01,櫟類林為1.97,松林為2.09,毛竹林為3.48,其中,櫟類林的綜合舒適度指數(shù)最低,表明舒適程度最高,毛竹林的綜合舒適度指數(shù)最高,表明舒適程度最低,但4類群落差異并不顯著。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可知,綜合舒適度指數(shù)大小與平均溫度、距地面2.0m高處平均風(fēng)速大小呈正相關(guān)趨勢,與相對(duì)濕度大小呈負(fù)相關(guān)趨勢。又因?yàn)榫C合舒適度指數(shù)大小與體感舒適度成反比,所以體感舒適度越高的植物群落在降低環(huán)境溫度、增加空氣濕度、降低風(fēng)速的方面效果越好。

表3 不同植物群落的體感舒適度

4 結(jié)論與討論

4類植物群落中,紫楠林中紫楠的重要值最高,櫟類林中白櫟和栓皮櫟的重要值最高,毛竹林中毛竹的重要值最高,松林中馬尾松的重要值最高,均為群落中的絕對(duì)優(yōu)勢種。

在物種多樣性方面,櫟類林和松林喬木層的物種豐富度指數(shù)最高,其次是紫楠林;櫟類林喬木層的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)最高,松林和紫楠林喬木層的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)位于第二層次;毛竹林喬木層的物種豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均為最低。因?yàn)槲锓N豐富度指數(shù)能夠體現(xiàn)某一生境內(nèi)物種的豐富程度,物種多樣性指數(shù)能夠反映某一生境內(nèi)群落的復(fù)雜程度[12],所以群落的物種豐富度指數(shù)越高,其物種越豐富;物種多樣性指數(shù)越高,群落越復(fù)雜。由此可知,在4類植物群落中,櫟類林物種最豐富,群落最復(fù)雜;毛竹林物種最少,群落最簡單;其次為松林、紫楠林。

所測群落的PM2.5濃度均在一、二級(jí)濃度限值之間,群落內(nèi)部空氣質(zhì)量優(yōu)良的順序?yàn)?櫟類林＞松林＞毛竹林＞紫楠林,但相差并不顯著,表明森林群落空氣質(zhì)量優(yōu)良。

在體感舒適度等級(jí)方面,4類植物群落均為“很舒適”,舒適度高低順序?yàn)?櫟類林＞松林＞紫楠林＞毛竹林,但四者差異不顯著。由此可知,穹窿山的環(huán)境良好舒適,有利于人們的身體健康。

張明麗等[19]在對(duì)上海市植物群落降溫增濕效果的研究中得出,結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的群落降溫增濕作用越明顯;王憬帆[20]通過研究北京植物群落對(duì)人體舒適度的影響,得出群落植物結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,改善氣候和人體舒適度的效果越好。以上研究結(jié)果與本研究得出的規(guī)律類似:本研究中4種植物群落的物種豐富度指數(shù)與植物群落的體感舒適度呈極顯著負(fù)相關(guān) (r=-0.993**),多樣性指數(shù)D,H與體感舒適度也呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系 (r=-0.833和r=-0.884)。櫟類林喬木層的物種最豐富、群落最復(fù)雜 (物種豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)最高),因此,櫟類林降溫增濕和降低風(fēng)速的效果最好而體感舒適度最高;而毛竹林喬木層的物種豐富度指數(shù)和多樣性指數(shù)均為最低,即在4類群落中其物種最少、結(jié)構(gòu)最簡單,因此毛竹林的降溫增濕、降低風(fēng)速作用最弱,體感舒適度最低;其次為松林、紫楠林。

穹窿山的植物種類較為豐富,物種豐富度、多樣性、均勻度均較高,對(duì)蘇州市園林綠化和植物群落配置有一定的借鑒意義。景區(qū)內(nèi)野生植物資源和鄉(xiāng)土樹種豐富,如毛竹、野栗、楓香、榔榆等,可以對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)拈_發(fā) (在城市中的園林綠地加以種植),有利于豐富植物種類和提高植物群落的穩(wěn)定性。此外,還可在園林綠化中增加觀花植物的運(yùn)用,如穹窿山景區(qū)內(nèi)的毛鵑、白鵑梅、諸葛菜等,合理配置喬灌草,使植物群落的垂直結(jié)構(gòu)層次更加豐富。