太原市園林綠化樹種生態(tài)適宜性分類

王金璐，馮曉宇，郭晉平

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西晉中 030800；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，山西晉中 030800）

城市園林綠化樹種是城市園林綠化的主要植物材料，是城市綠地生態(tài)系統(tǒng)的主體[1-2]，在豐富城市景觀、改善城市環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用[3]。樹種選擇與應(yīng)用是城市園林綠化規(guī)劃設(shè)計的核心內(nèi)容[4]。一般認(rèn)為，樹種的生態(tài)適宜性、景觀功能適宜性和栽培適用性是樹種選擇與應(yīng)用的基本依據(jù)[5]，生態(tài)適宜性是首要考慮因素[6]。由于樹種的多樣性和樹種自身的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性，了解和掌握一個城市全部樹種的生態(tài)適宜性是一項巨大挑戰(zhàn)。因此，針對某一城市現(xiàn)有樹種開展生態(tài)適宜性分類與評價，是城市園林綠化建設(shè)的現(xiàn)實需求。

許多學(xué)者就樹種的生態(tài)適宜性，針對特定城市的不同園林綠地開展研究，探索樹種生態(tài)適宜性分級評價與適宜樹種篩選方法和技術(shù)路徑。運用層次分析法（AHP），構(gòu)建多層次指標(biāo)體系和指標(biāo)權(quán)重，進行樹種綜合評價是常用方法[7-8]；有些研究采用專家打分、主成分分析（PCA）等方法，在進行指標(biāo)篩選的基礎(chǔ)上，進行綜合評價[9-10]。評價指標(biāo)體系一般考慮樹種的生態(tài)適應(yīng)能力，如耐熱性、抗寒性、抗鹽堿性及抗病性等指標(biāo)[11-12]；部分研究將生態(tài)適宜性與景觀觀賞性或生態(tài)效益等一起考慮，進行綜合評價與分級[13-14]?？偨Y(jié)現(xiàn)有研究成果，發(fā)現(xiàn)大部分研究利用適宜性綜合評價進行樹種分級，沒有進行適宜性多指標(biāo)分類，模糊了樹種具體的生態(tài)適宜性指標(biāo)特性。依據(jù)各項生態(tài)指標(biāo)進行細(xì)化分類，既能滿足深入認(rèn)識樹種生態(tài)適宜性的需要，也能更有針對性地進行園林綠化樹種選擇和栽培應(yīng)用。因此，針對特定城市現(xiàn)有可供選擇的樹種，面向園林綠化工程對樹種規(guī)劃設(shè)計的需要，探索科學(xué)合理的依據(jù)、方法和路徑，劃分不同的樹種生態(tài)適宜性類型有重要意義。

太原市是山西省的省會，建成區(qū)綠地率為38.3%，綠地覆蓋率為43.4%，綠地觀賞性和園藝水平及節(jié)約型園林、立體綠化等城市綠化建設(shè)水平不斷提高，也對城市園林綠化、城市生態(tài)環(huán)境改善、城市生物多樣性保護和木本植物應(yīng)用提出了更高的要求。為探索生態(tài)適宜性類型劃分方法和路徑，滿足太原市園林綠化樹種選擇對生態(tài)適宜性評價的實際需要，本研究以太原市園林綠化現(xiàn)有340 個樹種為研究對象，從樹種的本地生長發(fā)育狀況、生態(tài)要求、抗逆性和抗污染性4個方面，構(gòu)建樹種生態(tài)適宜性評價指標(biāo)體系，運用層次分析法，計算每個樹種各項指標(biāo)評分值，以評分值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)聚類分析，將現(xiàn)有樹種劃分成不同的適宜性類型，明確各類型的樹種組成及其生態(tài)適宜性共性特征，為太原市園林綠化樹種選擇與應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

太原市（111°30′～113°09′E，32°27′～38°27′N）地處山西中部，太原盆地北端，東、西和北三面環(huán)山，中南部為汾河沖積平原；市域總面積6 988 km2，中心城區(qū)695 km2；屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年盛行偏北風(fēng)，年均氣溫9 ～10 ℃，年均降水量442 mm，多集中在7—9月，年均日照時長2 825 h，日照率60%以上[15]，主要災(zāi)害性天氣有春旱、霜凍。在中國主要城市園林植物區(qū)劃中，太原市屬北部暖溫帶落葉闊葉林區(qū)。土壤種類繁多，垂直帶譜較明顯，海拔900 m以下為草甸土和耕作土，海拔900 m 以上為褐土[16]。太原城市綠地土壤基本呈堿性，pH值為7.65[17]。

目前，太原市應(yīng)用的園林綠化樹種有340種；喬灌木樹種比為1.34∶1，喬木的常綠落葉比為1∶6.11，灌木的常綠落葉比為1∶1.91；木本植物本地種159種，歸化種24 種，馴化種129 種，外來種28 種，本地木本植物指數(shù)0.92。

1.2 研究方法

1.2.1 評價指標(biāo)選取及體系構(gòu)建

根據(jù)太原市的園林綠化現(xiàn)狀，考慮樹種生態(tài)要求、抗逆性和抗污染性，結(jié)合樹種本地生長發(fā)育狀況，通過現(xiàn)有文獻(xiàn)和資料總結(jié)歸納出20 項生態(tài)指標(biāo)；通過問卷調(diào)查法，選定17 項指標(biāo)，建立3 層次綜合評價指標(biāo)體系（表1）。

表1 樹種生態(tài)適宜性指標(biāo)及其權(quán)重Tab.1 Ecological suitability indexes of tree species and weights

1.2.2 樹種本地生長發(fā)育狀況指標(biāo)確定

針對太原市目前栽培應(yīng)用的340 個樹種，通過查閱《中國植物志》[18]、《中國樹木志》[19]、《中國主要樹種造林技術(shù)》[20]及相關(guān)研究報告和文獻(xiàn)，確定樹種在正常情況下一定林齡時的樹高、胸徑和冠幅生長指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

按綠地類型選定典型地段，確定代表性植株。2020年7— 8月，實地調(diào)查和記錄選定植株的綠地類型和局部環(huán)境特點等，測定和記錄樹齡、樹高、胸徑和冠幅；根據(jù)現(xiàn)實生長勢、開花結(jié)實狀況和景觀表現(xiàn)，對生長勢、發(fā)育狀況和景觀特征表現(xiàn)程度進行現(xiàn)場打分，填寫調(diào)查表格。樹高、胸徑和冠幅的相對生長指標(biāo)用調(diào)查值占標(biāo)準(zhǔn)生長指標(biāo)的百分?jǐn)?shù)表示。

1.2.3 專家問卷調(diào)查

針對樹種生態(tài)要求、抗逆性和抗污染性3 方面的10個三級指標(biāo)和本地生長發(fā)育狀況中的“正常生長發(fā)育程度”，設(shè)計選項式專家問卷調(diào)查表，編制指標(biāo)說明和評分細(xì)則。根據(jù)業(yè)務(wù)背景和樹種熟悉程度，從高校、科研單位和園林單位的技術(shù)人員中選定30 位專家，發(fā)送問卷調(diào)查表，請專家們根據(jù)樹種對太原市生態(tài)環(huán)境適應(yīng)的具體表現(xiàn)進行評分，共收回有效問卷28 份。逐項統(tǒng)計各專家給予不同樹種各項指標(biāo)的平均值，記為專家打分值。

1.2.4 指標(biāo)權(quán)重的確定

采用“1-9 標(biāo)度法”構(gòu)造判斷矩陣，采用專家打分法確定指標(biāo)的重要程度，最終得到各級指標(biāo)相對前一級及目標(biāo)層的權(quán)重值；計算一致性指標(biāo)（Consis?tency index, CI）的隨機一致性（Consistency ratio,CR），使CR 小于0.1，滿足指標(biāo)權(quán)重計算的合理性[21-22]。各項指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果見表1。

1.2.5 指標(biāo)評分值計算

綜合各樹種本地生長發(fā)育狀況各項指標(biāo)的百分比或打分值，樹種生態(tài)要求、抗逆性及抗污染性3方面各項指標(biāo)的專家打分值，及對應(yīng)的指標(biāo)綜合權(quán)重，計算每個樹種17 項三級指標(biāo)最終的評分值（Fi），計算公式為[23]：

Fi=BiWi

式中，Bi為評價指標(biāo)的權(quán)重值；Wi為評價指標(biāo)的百分比或打分值。

1.2.6 聚類分析與類型劃分

以樹種生態(tài)要求、抗逆性及生態(tài)適宜性各項指標(biāo)的最終評分值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進行系統(tǒng)聚類分析，采用類平均法進行系統(tǒng)聚類[24]，運用R 語言得出聚類樹圖。

以樹種類間區(qū)分度明確、類內(nèi)共性特征易于把握及分類結(jié)果有利于實際應(yīng)用為原則，采用多方案比選的方法，確定類型劃分的距離閾值，進而確定分類數(shù)和各類所含樹種。根據(jù)分類結(jié)果總結(jié)類內(nèi)樹種的共性特征，綜合成類型特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹種生態(tài)要求類型劃分

以樹種生態(tài)要求中3個指標(biāo)的評分值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對340個樹種進行系統(tǒng)聚類，獲得樹種生態(tài)要求聚類分析樹圖（圖1）。根據(jù)距離閾值確定原則，經(jīng)多方案比選，以距離閾值5 將全部樹種分為7 個類型，總結(jié)各類型樹種生態(tài)要求指標(biāo)的共性特征，并據(jù)此確定各類型名稱（表2）。灌木和藤本多歸入前3 類，對土層厚度要求不高；Ⅳ～Ⅵ類以喬木居多，對土層厚度要求較高。類型Ⅰ和Ⅴ對土質(zhì)要求較低；類型Ⅱ、Ⅲ和Ⅵ對土質(zhì)要求較高，適宜栽植在疏松的土壤中。類型Ⅴ和Ⅶ耐堿性較強，類型Ⅵ為耐弱酸性土壤。

圖1 樹種生態(tài)要求聚類分析樹圖Fig.1 Cluster analysis tree graph of ecological requirements for tree species

表2 樹種生態(tài)要求類型統(tǒng)計Tab.2 Classification statistics of ecological requirements for tree species

2.2 樹種抗逆性類型劃分

以樹種抗逆性中5 個指標(biāo)的評分值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對340個樹種進行系統(tǒng)聚類，獲得樹種抗逆性聚類分析樹圖（圖2）。根據(jù)距離閾值確定原則，經(jīng)多方案比選，以距離閾值4 將全部樹種分為7 個類型，總結(jié)各類型樹種抗逆性指標(biāo)的共性特征，并據(jù)此確定各類型名稱（表3）。類型Ⅰ和Ⅳ耐寒性良好，耐旱性和耐瘠薄性也較好，適應(yīng)性較強，耐粗放管養(yǎng)；類型Ⅱ耐蔭性較強，可種植于光線不好的空間或樹種較密集的環(huán)境；類型Ⅲ有一定的耐旱性；后3類部分樹種環(huán)境適應(yīng)性較差，不適宜大范圍種植，可種植于局部環(huán)境較好或養(yǎng)護條件較好的地段。

圖2 樹種抗逆性聚類分析樹圖Fig.2 Cluster analysis tree graph of resistance for tree species

表3 樹種抗逆性類型統(tǒng)計Tab.3 Classification statistics of resistance for tree species

2.3 樹種生態(tài)適宜性類型劃分

以樹種生態(tài)適宜性準(zhǔn)則層及指標(biāo)層各項指標(biāo)的評分值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對340個樹種進行系統(tǒng)聚類，獲得樹種生態(tài)適宜性聚類分析樹圖（圖3）。根據(jù)距離閾值確定原則，經(jīng)多方案比選，以距離閾值5將全部樹種分為8 個類型，總結(jié)各類型樹種生態(tài)適宜性指標(biāo)的共性特征，并據(jù)此確定各類型名稱（表4）。類型Ⅰ和Ⅱ本地生長發(fā)育狀況較好，生長勢和發(fā)育情況具有普遍優(yōu)勢，也具有相對較強的耐旱性和耐寒性，是值得推薦使用的園林綠化樹種；類型Ⅲ和Ⅳ的抗逆性一般，栽植過程中需根據(jù)類型特性采取不同的養(yǎng)護措施；后4類樹種由于自身生態(tài)特性，在本地生長發(fā)育狀況較差，部分樹種需更多的后期維護才能取得較好的種植效果，不適用于沒有條件實施養(yǎng)護的公共地段。

圖3 樹種生態(tài)適宜性聚類分析樹圖Fig.3 Cluster analysis tree graph of ecological suitability for tree species

表4 樹種生態(tài)適宜性類型統(tǒng)計Tab.4 Classification statistics of ecological suitability for tree species

續(xù)表4 Continued

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

從樹種的觀賞性、生長發(fā)育狀況和生態(tài)適應(yīng)性等方面對特定地區(qū)（城市）園林綠化樹種進行評價和分級，對城市園林綠化樹種選擇與應(yīng)用具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。層次分析法是常用的評價方法，能將定性指標(biāo)定量化，提供樹種的定量化相對指標(biāo)，最后對綜合評分值進行排序和分級[25-26]。聚類分析法可用于森林立地類型[27]、樹種生態(tài)特性[28-29]等的多指標(biāo)分類，但園林綠化樹種特性分類的現(xiàn)有研究中，聚類分析法多用于對評價結(jié)果的單一指標(biāo)聚類，分析結(jié)果也側(cè)重于對評價指標(biāo)的分級[30-31]。各級樹種的具體特性不明確，影響樹種選擇和應(yīng)用。本研究結(jié)合層次分析和聚類分析方法，對340 個樹種進行多指標(biāo)系統(tǒng)分析并劃分類型，明確各類型的生態(tài)適宜性特征，便于因地制宜地根據(jù)樹種特性及具體需求選擇樹種。

太原市340個園林綠化樹種按照生態(tài)要求分為7 個類型。類型Ⅰ有大葉醉魚草（Buddleja davidii）、黃蘆木（Berberis amurensis）、巧玲花（Syringa pubes?cens）、花葉連翹（Forsythia suspensa'Variegata'）、糯米條（Abelia chinensis）、遼東丁香（Syringa wolfii）和變?nèi)~木（Codiaeum variegatum）等71 個樹種；類型Ⅱ有金銀忍冬（Lonicera maackii）、大花溲疏（Deutzia grandiflora）、葡萄（Vitis vinifera）和皺葉莢蒾（Vibur?num rhytidophyllum）等69 個樹種；類型Ⅲ有壯花月季（Rosa'Grandiflora Group'）、紅瑞木（Cornus alba）、豐花月季（Rosa hybrida）、鳳尾絲蘭（Yucca gloriosa）、腺齒薔薇（Rosa albertii）和絲蘭（Yucca smalliana）等17 個樹種；類型Ⅳ有側(cè)柏（Platycladus orientalis）、梅（Armeniaca mume）、俄羅斯紅葉李（Prunus cerasiferavar.atropurpurea'Russia'）、金葉榆（Ulmus pumilacv.jinye）、絢麗海棠（Malus'Radiant'）、杏（Armeniaca vul?garis）、白梨（Pyrus bretschneideri）、小葉楊（Populus simonii）、梧桐（Firmiana platanifolia）和河北楊（Pop?ulus hopeiensis）等111個樹種；類型Ⅴ有毛白楊（Pop?ulus tomentosa）、千頭椿（Ailanthus altissima'Qian?tou'）、北京楊（Populus×beijingensis）、灰楸（Catalpa fargesii）、新疆楊（Populus albavar.pyramidalis）、花曲柳（Fraxinus rhynchophylla）、少脈椴（Tilia paucico?stata）和美國紅梣（Fraxinus pennsylvanica）等36個樹種；類型Ⅵ有刺槐（Robinia pseudoacacia）、南方紅豆杉（Taxus wallichianavar.mairei）、蠟梅（Chimonan?thus praecox）和二喬玉蘭（Magnolia soulangeana）等29 個樹種；類型Ⅶ有高盧檉柳（Tamarix gallica）、檉柳（Tamarix chinensis）、牛奶子（Elaeagnus umbellata）和木瓜（Chaenomeles sinensis）等7個樹種。

太原市340 個園林綠化樹種按照抗逆性分為7個類型。類型Ⅰ有沙棗（Elaeagnus angustifolia）、檸條錦雞兒（Caragana korshinskii）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、小葉錦雞兒（Caragana microphylla）、檉柳、樹錦雞兒（Caragana arborescens）、胡枝子（Les?pedeza bicolor）、叉子圓柏（Sabina vulgaris）、杜松（Ju?niperus rigida）和山杏（Armeniaca sibirica）等78 個樹種；類型Ⅱ有金焰繡線菊（Spiraea bumalda'Gold Flame'）、栓皮櫟（Quercus variabilis）、黃蘆木、花楸樹（Sorbus pohuashanensis）和白鵑梅（Exochorda racemo?sa）等53 個樹種；類型Ⅲ有美國紅櫨（Cotinus obova?tus）、葛羅槭（Acer grosser）、細(xì)裂楓（Acer pilosumvar.stenolobum）和流蘇樹（Chionanthus retusus）等32個樹種；類型Ⅳ有酸棗（Ziziphus jujubavar.spinosa）、枸杞（Lycium chinense）、毛葉水栒子（Cotoneaster submulti?florus）、鋪地柏（Sabina procumbens）、灰栒子（Cotoneas?ter acutifolius）、水栒子（Cotoneaster multiflorus）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、五葉地錦（Parthenocissus quin?quefolia）、三葉地錦（Parthenocissus semicordata）和荊條（Vitex negundovar.heterophylla）等118 個樹種；類型Ⅴ有山櫻花（Cerasus serrulata）、大花圓錐繡球（Hydrangea paniculata'Grandiflora'）、木芙蓉（Hibis?cus mutabilis）、玉蘭（Magnolia denudata）、毛核木（Symphoricarpos sinensis）、銀芽柳（Salix× leucopithe?cia）和楓楊（Pterocarya stenoptera）等26 個樹種；類型Ⅵ有絲蘭、三球懸鈴木（Platanus orientalis）和女貞（Ligustrum lucidum）等24 個樹種；類型Ⅶ有剛竹（Phyllostachys sulphureavar.viridis）和樟（Cinnamo?mum camphora）等9個樹種。

太原市340個園林綠化樹種按照生態(tài)適宜性分為8個類型。類型Ⅰ有三葉地錦、花葉連翹、華北珍珠梅（Sorbaria kirilowii）、毛葉雞樹條（Viburnum opu?lusvar.calvescens）、野薔薇（Rosa multiflora）、美薔薇（Rosa bella）、蔥皮忍冬（Lonicera ferdinandi）、紅王子錦 帶（Weigela florida'Red Prince'）和金花忍冬（Lonicera chrysantha）等89 個樹種；類型Ⅱ有槐（So?phora japonica）、棗（Ziziphus jujuba）、垂柳（Salix bab?ylonica）、龍爪槐（Sophora japonica'Pendula'）、香花槐（Robinia pseudoacacia'Idaho'）、白蠟樹（Fraxinus chi?nensis）、山楂（Crataegus pinnatifida）和欒樹（Koelreu?teria paniculata）等119 個樹種；類型Ⅲ有金絲垂柳（Salix alba'Tristis'）、山皂莢（Gleditsia japonica）、雞爪槭（Acer palmatum）和柿（Diospyros kaki）等26 個樹種；類型Ⅳ有美麗茶藨子（Ribes pulchellum）、香茶藨子（Ribes odoratum）、偃柏（Sabina chinensisvar.sar?gentii）和長白茶藨子（Ribes komarovii）等32 個樹種；類型Ⅴ有蒙椴（Tilia mongolica）、黃金樹（Catalpa speciosa）和遼東櫟（Quercus wutaishanica）等33 個樹種；類型Ⅵ有一球懸鈴木（Platanus occidentalis）、三球懸鈴木、紫玉蘭（Magnolia liliflora）和楓楊等19 個樹種；類型Ⅶ有毛核木、石楠（Photinia serrulata）和佛肚竹（Bambusa ventricosa）等17 個樹種；類型Ⅷ有樟和鈍葉桂（Cinnamomum bejolghota）等5個樹種。

3.2 結(jié)論

本研究結(jié)合層次分析法與系統(tǒng)聚類分析，從本地生長發(fā)育狀況、生態(tài)要求、抗逆性和抗污染性4方面構(gòu)建樹種生態(tài)適宜性評價指標(biāo)體系，對太原市340 個現(xiàn)有園林綠化樹種進行生態(tài)適宜性評價和多指標(biāo)系統(tǒng)聚類分析，明確各類型的生態(tài)適宜性特征。按樹種生態(tài)要求，分為中性至弱堿性-耐粘重-淺土、中性-輕壤-中土、中性-沙壤-淺土、中性至弱堿性-中壤至輕壤-較深土、耐堿-中壤-深土、弱酸性-輕壤至沙壤-較深土和耐堿-中壤至輕壤-中土樹種，共7 個類型；按樹種抗逆性，分為耐寒-耐旱-耐瘠薄、較耐寒-較耐水濕-較耐蔭、不耐寒-較耐旱、較耐寒-較耐旱-較耐瘠薄、不耐寒-不耐旱-不耐瘠薄、不耐寒-不耐旱-較耐水濕和不耐瘠薄-耐水濕-較耐蔭樹種，共7 個類型；按樹種綜合生態(tài)適宜性，分為較耐寒-較耐旱-較耐蔭-淺土、耐寒-耐旱-較深土、不耐寒-較耐水濕-較深土、較耐寒-較耐瘠薄-耐蔭-中性-中土、較耐寒-不耐蔭-不抗污染-中性至弱堿性-深土、不耐寒-不耐旱-不耐瘠薄-輕壤至沙壤-中性-較深土、不耐寒-不耐旱-較耐水濕-輕壤至沙壤-中土和不耐瘠薄-較耐蔭-不抗污染-沙壤-較深土樹種，共8 個類型。分類結(jié)果可為太原市園林綠化規(guī)劃和設(shè)計的樹種選擇與應(yīng)用提供參考，便于規(guī)劃設(shè)計人員在滿足樹種生態(tài)適宜性的基礎(chǔ)上兼顧綠地設(shè)計的不同需求，為提升太原市城市園林綠化建設(shè)管理水平、實現(xiàn)生態(tài)園林城市建設(shè)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。