山東生態(tài)造林項目植物配置與景觀效果評價

慕德宇孫舉永謝經(jīng)霞王燕慕宗昭

(1.山東建筑大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南250101；2.山東省榮成市港灣街道辦事處，山東 榮成264309； 3.山東省濟(jì)寧市林業(yè)站，山東 濟(jì)寧272000；4.山東省泗水縣自然資源和規(guī)劃局，山東 泗水273200；5.山東省林業(yè)外資與工程項目管理站，山東 濟(jì)南250014)

0 引言

隨著人類城市化進(jìn)程的發(fā)展，加之對土地資源的不合理開發(fā)與利用，導(dǎo)致森林覆蓋率下降、土壤條件改變，造成水土流失、土壤荒漠化、鹽堿化等嚴(yán)重后果。 據(jù)第九次全國森林清查統(tǒng)計表明，我國森林面積約2.2×108hm2，森林覆蓋率為22.96%，且主要分布于我國東北地區(qū)、中部地區(qū)[1]。 山東森林資源相對匱乏，以闊葉純林、針葉純林為主的喬木林占全省林木資源總面積＞71%[2]，其樹種單一，景觀效果欠佳，且荒山、鹽堿地地區(qū)植被覆蓋率低，多以灌木、草本植物為主，缺乏喬木樹種。 為此，2010 年，山東省啟動實施了世界銀行貸款山東生態(tài)造林項目(Shandong Ecological Afforestation Project，SEAP)。

在對退化山地、濱海鹽堿地、荒地植被恢復(fù)的研究工作中，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，目前最常見的途徑有封山育林、人工干預(yù)促進(jìn)更新、人工樹種的選擇與造林[3-5]、工程排鹽堿、耐鹽堿植物選育等方面[6-8]。 20 世紀(jì)初期，有學(xué)者對水土保持、森林復(fù)墾中的生態(tài)學(xué)理論和方法進(jìn)行了詳細(xì)研究，掀起了恢復(fù)生態(tài)學(xué)的研究熱潮[3，9]。 中國早在20 世紀(jì)50 年代開始從事廢棄礦山的生態(tài)恢復(fù)工作；20 世紀(jì)70年代實施了“三北”防護(hù)林建設(shè)；而20 世紀(jì)80 年代開始，利用世界銀行、亞洲開發(fā)銀行、歐洲投資銀行等國際金融組織貸款資金，先后在23 個省份相繼實施了20 多個林業(yè)項目，共利用外資達(dá)19.4 億美元，累計營造人工林面積達(dá)793.3 萬hm2[10-12]。 浙江省世行貸款造林項目[13]、遼寧歐投行生態(tài)造林項目[14]、世行貸款湖南森林恢復(fù)和發(fā)展[15]等項目的成功實施，有效地增加了森林資源，顯著提高了我國森林覆蓋率。 然而，在以往的森林植被恢復(fù)過程中，往往注重造林成活率與保存率，利用較為單一的樹種或者造林模式進(jìn)行造林與生態(tài)修復(fù)，在退化林地生態(tài)恢復(fù)與再建過程中忽略了景觀效果的構(gòu)建[16-17]。 因此，在造林過程中，如何選擇造林樹種，構(gòu)建適宜的喬、灌、藤、草搭配模式，對退化山地與濱海鹽堿地區(qū)的生態(tài)、景觀恢復(fù)具有重要意義[18]。

SEAP 項目布局于退化山地植被恢復(fù)區(qū)和濱海鹽堿地改良區(qū)[19]，涉及9 個市、28 個縣(市區(qū))，共完成投資10.2 億元人民幣，其中利用世界銀行貸款0.6 億美元，累計造林6.7 萬hm2，項目既定目標(biāo)超額完成[6]。 2016 年，世界銀行竣工驗收專家組給出了為數(shù)不多的“非常滿意”的評價結(jié)論，被世界銀行譽(yù)為生態(tài)防護(hù)林營造的典范，其在項目植物配置模式方面有獨(dú)到之處[20]，對退化山地、濱海鹽堿地區(qū)植物配置模式及其景觀效果研究具有重要參考價值。 因此，如何在滿足生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)上，開展不同立地條件下植物配置與景觀模式的生態(tài)、景觀等方面的綜合分析與評價，對提高山東省山區(qū)森林覆蓋率、擴(kuò)大森林資源，及提高水源涵養(yǎng)能力、恢復(fù)區(qū)域內(nèi)水土保持、防風(fēng)固沙、保護(hù)沿海地區(qū)內(nèi)陸環(huán)境、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、確保山東省人民生存條件具有重要且深遠(yuǎn)的意義。 為此，文章基于項目可行性研究報告及竣工驗收報告的數(shù)據(jù)，采用系統(tǒng)聚類評價方法評價了SEAP 項目的樹種配置、造林模式的景觀效果，并以固定樣地長期監(jiān)測和幼林生長數(shù)據(jù)為依據(jù)驗證景觀效果的聚類結(jié)果，以期反映項目的樹種搭配與選擇及景觀效果，為同類及類似項目的樹種選擇、喬灌藤草的配置提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 退化山地植被恢復(fù)區(qū)

研究區(qū)地處東經(jīng)116°02′～121°51′、北緯35°09′～37°08′，包括濰坊、濟(jì)寧、泰安、威海、日照、萊蕪、臨沂7 個市的19 個縣級項目單位。 研究區(qū)屬暖溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候。 年均氣溫為12 ～14 ℃、極端最高氣溫為42.5 ℃、極端最低氣溫為-25 ℃，＞10 ℃的全年積溫為4 000～4 500 ℃，年平均降水量為600～900 mm，降水量主要集中在6 ～8 月份，占全年降水量的50%～60%，春季干旱，降水量占全年降水量的13%～14%。 全年日照時數(shù)為2 000 ～2 650 h，無霜期為190～200 d。

研究區(qū)山巒起伏，中山、低山、丘陵、臺地、盆地與山間平原交錯分布，河流眾多。 大部分地區(qū)海拔＞400 m，坡度一般為20°～25°。 現(xiàn)有宜林荒山荒地中土壤類別主要有棕壤、褐土、潮土等，棕壤與褐土交錯并存，呈復(fù)區(qū)分布，棕壤面積約占土地總面積的40%，質(zhì)地以砂質(zhì)土、黏質(zhì)土為主，土層厚度多在15 ～30 cm，表層土石礫含量較高，一般為20%～30%。由于自然因素和人為活動的綜合影響，植被稀疏，主要有酸棗(Ziziphus jujubevar.spinosa)、黃荊(Vitex negundo)、 胡 枝 子(Lespedeza chinensis)、 扁 擔(dān) 木(Grewia biloba)、雜草等。

1.2 濱海鹽堿地改良區(qū)

研究區(qū)位于山東省黃河三角洲地區(qū)(東經(jīng)117°29′～119°37′、北緯36°25′～38°16′)，包括東營、濱州、濰坊3 個市的9 個縣級項目單位。 屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和、四季分明。 多年平均氣溫為12～18 ℃、極端最低氣溫為-18 ～-26 ℃、極端最高氣溫為40～42 ℃，年降水量為550～600 mm，日照時數(shù)為2 700～2 800 h，＞10 ℃的年均有效積溫約為4 300 ℃，全年無霜期約為200 d。 項目造林地土壤類型以潮土、輕度鹽化潮土為主，土壤母質(zhì)以黃泛沖積母質(zhì)為主，土體深厚、結(jié)構(gòu)良好，土壤質(zhì)地以壤土為主；地下水埋深一般約為3.0 m；地下水礦化度多＜3.0 g/L；土壤含鹽量為2‰～5‰；pH 值為7.1 ～8.5；土壤有機(jī)質(zhì)含量大都為0.5%～1.0%，礦質(zhì)養(yǎng)分鉀含量較豐富，氮、磷貧乏。 造林地為鹽堿荒地，植被稀少，主要有蘆葦(Phragmites communis)、堿蓬(Suaeda glauca)、檉柳(Tamarix austromongolica)等。

2 研究方法

2.1 樣地布設(shè)與數(shù)據(jù)采集

2.1.1 樣地布設(shè)

根據(jù)SEAP 植物配置方式和兩大區(qū)域立地條件，退化山地植被恢復(fù)區(qū)固定觀測樣地分別布設(shè)在乳山、莒縣、高密、新泰、雪野、蒙陰、泗水7 個縣級項目單位，代表M1～M8植物配置模式；濱海鹽堿地改良區(qū)固定觀測樣地分別布設(shè)在河口、沾化2 個縣級項目單位，代表M9～M13植物配置模式。 2009 年，樣地開始布設(shè)，每個縣級項目單位的監(jiān)測樣點(diǎn)，包含了當(dāng)?shù)厮械腟EAP 植物配置模式。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集

2009 年，開展本底調(diào)查；2011—2015 年，每年10 月份分別跟蹤監(jiān)測調(diào)查9 個縣級項目樣地的所有樣點(diǎn)，測量記錄每個植物配置模式的林木生長量、植物多樣性、搭配混交方式、優(yōu)勢種與伴生種保存等相關(guān)信息。 2015 年12 月，在28 個縣級項目單位開展幼林摸底質(zhì)量調(diào)查，采集相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2 植物配置模式生態(tài)景觀效果量化

(1) 林分生長適應(yīng)性量化評分方法 依據(jù)SEAP 造林檢查驗收辦法規(guī)定的各樹種生長量指標(biāo)[21]和2015 年12 月幼林摸底質(zhì)量調(diào)查分類結(jié)果[22]，規(guī)定幼林摸底調(diào)查分類結(jié)果:Ⅰ類林占比≥95.0%，得10 分；90.0%≤Ⅰ類林占比＜95.0%，得8 分；Ⅰ類林占比＜90.0 %，得6 分。

(2) 植物多樣性量化評分方法 根據(jù)專業(yè)技術(shù)人員意見和喬灌草在項目建設(shè)中的重要程度，結(jié)合項目終期(2015 年)驗收時植物增加的實測值，確定實測每增加1 種喬木的，得5 分；每增加1 種灌藤的，得2 分；每增加1 種草本的，得1 分。

(3) 搭配方式量化評分方法 依據(jù)SEAP 植物配置模式綜合分析，規(guī)定凡是造林小班采用3 種或以上搭配方式的，得10 分；造林小班采用2 種搭配方式的，得8 分；造林小班僅采用1 種搭配方式的，得6 分；植物配置模式標(biāo)注可優(yōu)勢種間混交搭配的，減1 分。

(4) 優(yōu)勢種與伴生種量化評分方法 依據(jù)13 種植物配置模式，將每一種植物配置模式中的優(yōu)勢種與伴生種兩者累計，規(guī)定每有1 種植物得1 分，種類越多，得分越高。

(5) 彩葉植物占比量化評分方法 依據(jù)人們的普遍觀感和專家意見，規(guī)定在植物配置模式中，彩葉植物占優(yōu)勢種和伴生種總數(shù)量的比值乘以10，為其得分。

(6) 觀花(果)植物占比量化評分方法 根據(jù)專家意見和人們對植物花果的偏好程度，規(guī)定在植物配置模式中，觀花(果)植物占優(yōu)勢種和伴生種總數(shù)量的比值乘以10，為其得分。

(7) 常綠(或半常綠)植物占比量化評分方法

依據(jù)北方人對常綠植物的喜好以及專業(yè)技術(shù)人員意見，確定配置模式中沒有常綠(或半常綠)植物的，得0 分；每增加1 種常綠(或半常綠)植物的，增加1 分。

2.3 植物配置模式景觀效果數(shù)據(jù)處理

根據(jù)各指標(biāo)量化評分原則與方法，結(jié)合SEAP的13 種造林模式的配置及實際驗收效果，對各造林模式進(jìn)行評分，采用統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案(SPSS 21.0)軟件對SEAP 植物配置模式的生態(tài)景觀效果量化數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析[23]。

系統(tǒng)聚類方法采用最長距離法[23]，由式(1)表示為

式中GK、GL為類；DKL為GK與GL之間的相對距離；dij為第i個樣品與第j個樣品之間的相對距離。 聚類初期每個樣品自成一類，類與類之間的相對距離與樣本之間的相對距離相同。

GK和GL合并成新類GM后，GM與任一類Gj之間的相對距離由式(2)表示為

式中DMj為GM與Gj之間的距離矩陣；DKj為GK和第j個樣品之間的相對距離；DLj為GL和第j個樣品之間的相對距離。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物配置模式中選擇的喬灌藤草

根據(jù)SEAP 退化山地植被恢復(fù)區(qū)和濱海鹽堿地改良區(qū)的立地條件，按照“適地、適樹、適品種”的原則，選擇喬木、灌木、藤本和草本植物共52 種，均用于項目混交搭配栽植，見表1。 在SEAP 植物配置模式中，以喬木型植物為主，其數(shù)量為31 種，占項目植物配置模式中總數(shù)量的59.62%；灌木數(shù)量為18 種，占項目植物配置模式中總數(shù)量的34.62%；藤本數(shù)量為2 種，占項目植物配置模式中總數(shù)量的3.85%；草本數(shù)量為1 種，占項目植物配置模式中總數(shù)量的1.92%。 SEAP 植物配置模式中的植物種類選擇是經(jīng)過世界銀行和國內(nèi)專家反復(fù)論證確定，匯總收集的植物種或品種具備適應(yīng)性強(qiáng)、生長穩(wěn)定性好、抗病蟲、耐水濕、抗干旱、耐鹽堿等特點(diǎn)，同時具有陽性、中性和耐陰性植物的合理配比等條件，便于植物間的搭配混交栽植。 由于栽植植物種和品種多，同時將花灌木和彩葉植物搭配栽植，有效阻隔了病蟲害的侵襲、發(fā)生、傳播、發(fā)展或蔓延危害，確保了生態(tài)防護(hù)林的健康生長，增加了林分的景觀效果。

表1 SEAP 喬灌草植物種類及其類型表

3.2 植物配置模式

為構(gòu)建適合的SEAP 植物配置模式，項目主管單位廣泛采納了世界銀行、省內(nèi)(或省外)知名專家以及基層林業(yè)鄉(xiāng)土專家的意見，編制了一套適合山東退化山地植被恢復(fù)區(qū)和濱海鹽堿地改良區(qū)立地條件的植物配置模式，并經(jīng)項目實施期的造營林檢驗，再次進(jìn)行修改和完善，構(gòu)建了最終版本的SEAP 植物配置模式，見表2、3 和4。

由表2、3 和4 可知，植物配置模式中設(shè)計了優(yōu)勢種與伴生種共52 個，既有常綠的又有落葉的，其中觀葉植物10 種，占優(yōu)勢種與伴生種總數(shù)量的19.2%；觀花植物17 種，占優(yōu)勢種與伴生種總數(shù)量的32.7%；觀果植物18 種，占優(yōu)勢種與伴生種總數(shù)量的34.6%。

構(gòu)建植物配置模式的主要治理目標(biāo)是保持水土、涵養(yǎng)水源、改良土壤、防風(fēng)固沙、改善生態(tài)環(huán)境，其主要林種有生態(tài)型防護(hù)林、經(jīng)濟(jì)型防護(hù)林、用材型防護(hù)林、茶園型防護(hù)林4 種。 植物配置模式的構(gòu)建，不僅考慮了兩大區(qū)的地形、地貌、坡向、坡位等因子，而且還兼顧了土壤類型、鹽堿度、土層厚度以及地下水位等因子。 植物配置模式充分考慮了優(yōu)勢種、伴生種、栽植密度、搭配方式、小班布局、優(yōu)勢種占比、單一植物連片栽植面積、劃分單一植物的隔離帶等方面，將適地、適樹原則做到極致，其目的是有利于項目林分的生長，將林分配置成色彩斑斕的馬賽克狀的森林景觀。

表2 SEAP 石灰?guī)r山地植被恢復(fù)區(qū)植物配置模式表

表3 SEAP 砂石山地植被恢復(fù)區(qū)植物配置模式表

表4 SEAP 濱海鹽堿地改良區(qū)植物配置模式表

3.3 不同植物配置模式的景觀效果

3.3.1 不同植物配置模式生態(tài)景觀綜合效果量化分析

由各項量化得分標(biāo)準(zhǔn)，求算出13 種植物配置模式生態(tài)景觀主要綜合因子量化表，見表5。 由此可知，植物配置模式M1～M13總得分分別為24.0、31.0、30.1、39.4、24.0、34.7、40.4、21.6、29.3、27.3、24.0、23.0、27.2。 其中，植物配置模式M7得分均值為8.1，其彩葉植物占比最低為1.0%，優(yōu)勢種與伴生種數(shù)量最高為19，總得分最高為40.4，在所有排序中為首位；植物配置模式M8得分均值為4.4，搭配方式得分最高為10，常綠(半常綠)植物數(shù)量最低為2，M8總得分為21.6，在所有排序中是第13 位。

綜上所述，通過對生態(tài)景觀主要綜合因子量化得分分析可知，13 種植物配置模式的排列順序為:M7＞M4＞M6＞M2＞M3＞M9＞M10＞M13＞M11＞M5＞M1＞M12＞M8。

表5 13 個植物配置模式生態(tài)景觀主要綜合因子量化表

3.3.2 不同植物配置模式生態(tài)景觀綜合效果聚類分析

通過對SEAP 不同植物配置模式的生態(tài)景觀綜合效果的搭配方式、優(yōu)勢種與伴生種數(shù)量、彩葉植物占比、觀花(果)植物占比、常綠(半常綠)植物數(shù)量5 大類指標(biāo)的得分?jǐn)?shù)值進(jìn)行聚類分析，由圖1 可知，聚類分析將SEAP 的13 種植物配置模式分為3 類，A 類包括M2、M3、M6、M9、M10、M11、M13共7 個植物配置模式；B 類包括M4、M7共2 個植物配置模式；C類包括M1、M5、M8、M12共4 個植物配置模式。

圖1 13 種植物配置模式聚類分析圖

表6 是A、B、C 類不同指標(biāo)的類平均值表。 由表6 可知，3 類不同植物配置模式的搭配方式、彩葉植物占比等五類指標(biāo)的類平均值的各項數(shù)值在0.6～14.5 之間，其值符合預(yù)期結(jié)果。

(1) SEAP 植物配置模式中的M2、M3、M6、M9、M10、M11、M13模式劃分為A 類組，其立地條件相對較好，適宜搭配的優(yōu)勢種和伴生種植物種類較多，景觀效果較佳。

(2) SEAP 植物配置模式中的M4、M7模式劃分為B 類組，其景觀效果最佳。 兩大區(qū)內(nèi)立地條件最好的是M4、M8、M9、M10，其次為M3、M7、M13。 M4和M7模式劃為景觀效果最佳組，是因為項目植物配置模式中搭配的優(yōu)勢種與伴生種數(shù)量、彩葉植物占比、觀花(果)植物占比以及常綠植物數(shù)量均高于其他11 種配置模式。

(3) SEAP 植物配置模式中的M1、M5、M8、M12模式劃分為C 類組，其景觀效果較差。 主要原因是M1、M5、M12在項目區(qū)所處的立地條件最差，適宜的優(yōu)勢種與伴生種數(shù)量最少；雖然M8在項目區(qū)所處的立地條件較好，但是由于配置模式中優(yōu)勢種與伴生種數(shù)量只有3 種，因此景觀效果最差，與實際情況相吻合。

表6 13 種植物配置模式不同指標(biāo)的類平均值表

3.3.3 不同植物配置模式生態(tài)景觀綜合效果驗證

根據(jù)項目區(qū)幼林摸底質(zhì)量調(diào)查和樣點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)，將生長適應(yīng)性(Ⅰ類林占比)和植物多樣性相關(guān)指標(biāo)值的得分整理于表7 中，以驗證僅依據(jù)項目設(shè)計的13 種植物配置模式評價與生態(tài)景觀綜合效果的符合程度。

由表7 可知，植物配置模式M1～M13，其排列順序為M7＞M4＞M13＞M6＞M10＞M3＞M9＞M11＞M5＞M8＞M12＞M2＞M1，參考模糊聚類分析結(jié)果，也可將其分為3 組，A 類組包括M3、M6、M9、M10、M11、M13，其生態(tài)景觀效果較佳；B 類組包括M7、M4，按照得分多少，排在第1 位和第2 位，其生態(tài)景觀效果最佳；C 類組包括M1、M2、M5、M8、M12，排在最后5 位，其生態(tài)景觀效果較差。

綜上所述，13 種植物配置模式景觀評價結(jié)果與實地監(jiān)測調(diào)查的景觀評價結(jié)果基本相符。 實地監(jiān)測調(diào)查驗證結(jié)果與模糊聚類分析結(jié)果分組不同的是M2模式，由A 類組(較佳)變成C 類組(較差)，主要是因其所處的立地條件相對較差，植物生物多樣性增加較少，因而得分較低，又因其在植物配置模式中設(shè)計的彩葉、常綠、觀花(果)植物相對較多，因而其排序比較靠前。

表7 13 種植物配置模式生長適應(yīng)性和植物多樣性量化表

4 結(jié)論

通過上述研究可知:

(1) 項目植物配置模式中共選擇了52 種植物，根據(jù)項目退化山地植被恢復(fù)區(qū)和鹽堿地改良區(qū)的立地條件，采取“適地、適樹、適品種”的原則，選擇植物種類包括喬木、灌木、藤本和草本，其中喬木最多為31 種、灌木為18 種、藤本為2 種、草本為1 種。

(2) 項目構(gòu)建了13 種植物配置模式，每1 種植物配置模式，不僅代表1 種立地類型，而且還規(guī)定了優(yōu)勢種、伴生種、搭配方式、栽植密度、栽植小班面積、單一植物連片栽植面積、劃分單一植物的隔離帶、優(yōu)勢種占比等必選條件，13 種植物配置模式適宜13 種立地條件和必選的其他條件。

(3) 通過模糊聚類分析，將13 種植物配置模式生態(tài)景觀效果分為3 類，其中A 類包括M2、M3、M6、M9、M10、M11、M13模式，其景觀效果較佳；B 類包括M4、M7模式，其景觀效果最佳；C 類包括M1、M5、M8、M12模式，其景觀效果較差。

(4) 項目構(gòu)建的植物配置模式景觀效果評價結(jié)果與實地監(jiān)測調(diào)查驗證結(jié)果基本吻合。