南充市主城區(qū)城市森林結(jié)構(gòu)特征分析

謝天資, 陳俊華, 謝川, 劉一丁, 何家敏, 龔固堂, 慕長龍

四川省林業(yè)科學(xué)研究院 森林和濕地生態(tài)恢復(fù)與保育四川省重點(diǎn)實(shí)驗室，四川 成都，610081

城市森林是城市地區(qū)各類樹木與有關(guān)植物的總和[1]，由于受到人類活動的劇烈影響，使得城市森林結(jié)構(gòu)與自然森林具有很大的不同。研究城市森林結(jié)構(gòu)對城市森林有重要意義，城市森林的結(jié)構(gòu)影響著城市森林的面貌和生態(tài)價值，是城市森林建設(shè)規(guī)劃和生態(tài)功能效益評價等內(nèi)容的基礎(chǔ)。本文以南充市主城區(qū)建城區(qū)145 km2范圍內(nèi)的城市綠地作為研究對象，通過對公園綠地、防護(hù)綠地、廣場綠地、附屬綠地進(jìn)行抽樣調(diào)查，分析南充市主城區(qū)的城市森林結(jié)構(gòu)差異，找出存在的問題及其空間規(guī)律，為南充市主城區(qū)城市森林的規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)和基礎(chǔ)資料。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

南充市位于四川盆地東北部、嘉陵江中游，東鄰四川省達(dá)州市，南抵廣安市，西接綿陽市和遂寧市，北連廣元市和巴中市，南充市地理范圍介于東經(jīng)105°27′—106°58′、北緯30°35′—31°51′之間，南北跨度165 km，東西跨度143 km，面積12 482.05 km2。南充市地貌主要以丘陵和低山為主，兼有少量平壩分布在嘉陵江沿岸，其土壤類型屬亞熱帶氣候紅黃壤帶，氣候?qū)儆谥衼啛釒駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫17.5℃，年平均降水量1 012 mm，常年氣候溫和、四季分明。南充市主城區(qū)轄3區(qū)，分別為順慶區(qū)、嘉陵區(qū)和高坪區(qū)，根據(jù)《CJJ/T 85-2017城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》對城市森林進(jìn)行分類，其主城區(qū)的建成區(qū)城市森林主要包括公園綠地、防護(hù)綠地、廣場綠地、附屬綠地，區(qū)域綠地涉及很少。

1.2 調(diào)查方法

根據(jù)南充市城市規(guī)劃現(xiàn)狀，利用經(jīng)過幾何精校正和正射校正的分辨率為0.5 m的World View2（2019年7月）遙感影像，目視解譯形成南充市主城區(qū)建城區(qū)145 km2范圍內(nèi)的各區(qū)森林矢量圖，根據(jù)不同綠地類型對矢量圖分層隨機(jī)抽樣，隨機(jī)抽樣調(diào)查總數(shù)量的3%，對抽取樣地設(shè)置20 m×20 m標(biāo)準(zhǔn)樣方進(jìn)行植物調(diào)查（見圖1），若斑塊面積不足以設(shè)置方形樣方，則根據(jù)斑塊形狀設(shè)置面積不小于400 m2樣方。樣方內(nèi)調(diào)查喬木、灌木、藤本的各項指標(biāo)，調(diào)查內(nèi)容包括喬木層以及灌木層樹種的名稱、數(shù)量、胸徑（地徑）、樹高、冠幅（東西、南北兩個方向）、生長情況等；以及藤本物種名稱、地徑等。2020年4月共調(diào)查各綠地類型樣方274個，調(diào)查喬木6 322株（見表1）。

圖1 南充市主城區(qū)各類城市森林樣方分布圖Fig. 1 Distribution map of various urban forest quadrats in the main urban area of Nanchong City

表1 南充市主城區(qū)各綠地類型抽樣調(diào)查統(tǒng)計Tab. 1 Sampling survey statistics of various green space types in the main urban area of Nanchong City

1.3 數(shù)據(jù)處理

物種多樣性指標(biāo)采用物種豐富度指數(shù)（R）、Shannon指數(shù)（H）、Simpson指數(shù)（D）和Pielou均勻度指數(shù)（J），計算公式如下：

（1）物種豐富度指數(shù)（ R）: R=S

（2）Shannon 指數(shù)（H）：

（3）Simpson 指數(shù)（D）：

（4）Pielou均勻度指數(shù)（J）：

式中，S為群落中的總物種數(shù)，Pi為樣方中i種所占的比例;

喬木胸徑及冠幅的等級劃分參考吳澤明（2002）對城市森林結(jié)構(gòu)的分級標(biāo)準(zhǔn)[2]，以及i- trees的劃分方法，將胸徑、冠幅劃分為6級，為了便于比較，對分級標(biāo)準(zhǔn)取整，并根據(jù)生物特性采用零作為劃分起點(diǎn)[3]（見表2）。

表2 南充市主城區(qū)城市森林喬木胸徑、冠幅分級標(biāo)準(zhǔn)Tab. 2 Classification standard of arbor DBH and crown breadth of urban forest trees in the main urban area of Nanchong City

本研究對南充市主城區(qū)所轄3區(qū)的各類型城市森林采用了衛(wèi)片資料分析、地圖勾繪與實(shí)地抽樣調(diào)查相結(jié)合的方法，基于Excel軟件對實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行了定量計算及統(tǒng)計分析，得到所需結(jié)果及圖件。

2 結(jié)果與分析

2.1 物種組成

2.1.1 科屬種組成特征

經(jīng)調(diào)查，南充市主城區(qū)城市森林的木本植物共有84科、164屬、252種。其中喬木136種，灌木106種，藤本10種。這些木本植物中，物種最豐富的科為薔薇科（Rosaceae），有32種，其次為豆科（Leguminosae）、棕櫚科（Palmae）和木蘭科（Magnoliaceae）。分別為21種、11種和11種。此外，梧 桐 科 （ Sterculiaceae）、 毛 茛 科（Ranunculaceae）、銀杏科（Ginkgoaceae）等30科僅包含1種。

南充市主城區(qū)不同綠地類型的木本植物種類組成特征見圖2。公園綠地的木本植物有205種，其中喬木110種、灌木90種、藤本5種，防護(hù)綠地的木本植物有65種，其中喬木38種、灌木27種、藤本0種，廣場綠地的木本植物有80種，其中喬木48種、灌木31種、藤本1種，附屬綠地的木本植物有178種，其中喬木94種、灌木76種、藤本8種。就總物種數(shù)而言，公園綠地的物種組成最豐富，其次為附屬綠地，廣場綠地和防護(hù)綠地最少，公園綠地的喬木、灌木物種數(shù)均大于其他綠地類型，附屬綠地的藤本物種數(shù)最多，且占總物種數(shù)的88.89%。

圖2 南充市主城區(qū)不同綠地類型木本植物種類組成Fig. 2 Species composition of woody plants in the main urban area of Nanchong City

2.1.2 喬木應(yīng)用頻度

喬木是城市生態(tài)效益的主要貢獻(xiàn)者，也是森林城市的主體，加之灌木和藤本的株數(shù)難以統(tǒng)計，故本研究的應(yīng)用頻度以及下文的空間結(jié)構(gòu)僅對喬木進(jìn)行分析[4]。

南充市主城區(qū)喬木應(yīng)用頻度排名前五名的樹種依次為桂花（Osmanthusspp.）（13.19%）、黃葛樹（Ficus virensAiton）（10.55%）、銀 杏（Ginkgo bilobaL.）（10.55%）、天 竺 桂（Cinnamomum japonicumSieb.）（9.50%）、香 樟（Cinnamomum camphora（L.） Presl.）（8.18%）；

不同綠地類型喬木應(yīng)用頻度排名前五位的樹種如表3所示，頻度在各綠地類型中均排在前五名的有黃葛樹和桂花，此外，天竺桂、香樟、銀杏在各綠地類型的應(yīng)用頻度也較高。桂花在防護(hù)綠地和附屬綠地中的應(yīng)用頻度均排在首位。各綠地類型喬木應(yīng)用頻度排名前五位的樹種總數(shù)占各個綠地類型調(diào)查樣本的比例由大到小依次為廣場綠地（35.93%）>防護(hù)綠地（34.80%）>附屬綠地（28.86%）>公園綠地（16.32%）。說明優(yōu)勢樹種在廣場綠地和防護(hù)綠地占比較大。

表3 南充市主城區(qū)不同綠地類型喬木應(yīng)用頻度排名前五位的樹種Tab. 3 The top five tree species in the application frequency of trees in different green space types in the main urban area of Nanchong City

2.1.3 物種多樣性

南充市主城區(qū)城市森林物種R、H、D分別為7.38、1.53、0.70，在各綠地類型中，公園綠地的R、H、D、J值最高，標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)最小，R值低于總體平均值的綠地類型有防護(hù)綠地和廣場綠地；H、D值低于總體平均值的綠地類型僅有防護(hù)綠地；J值低于總體平均值的綠地類型有防護(hù)綠地和附屬綠地。防護(hù)綠地的R、H、D、J值最小，且四項指標(biāo)均低于總體平均值。

由此可以看出，在各綠地類型中，公園綠地的物種多樣性水平最高，且分布均勻，防護(hù)綠地的物種多樣性水平最低，并且樣方間的差異性較大（見表4）。

表4 南充市主城區(qū)城市森林植物多樣性Tab. 4 Diversity of urban forest in the main urban area of Nanchong City

2.2 空間結(jié)構(gòu)

2.2.1 喬木徑級結(jié)構(gòu)

南充市主城區(qū)森林城市喬木平均胸徑為22.88cm，不同綠地類型間的平均胸徑由大到小依次為廣場綠地＞公園綠地＞附屬綠地＞防護(hù)綠地（見圖3）。

圖3 南充市主城區(qū)喬木平均胸徑Fig. 3 Average DBH of trees in the main urban area of Nanchong City

對喬木進(jìn)行胸徑分級后，南充市主城區(qū)城市森林喬木總體處于Ⅱ級10～20 cm的數(shù)量最多，占總數(shù)的41.43%，胸徑大于50cm的Ⅵ級喬木數(shù)量占比最低（2.85%）。在各綠地類型中Ⅱ級（10~20）、Ⅲ級（20~30cm）胸徑喬木數(shù)量均占多數(shù)，其中Ⅱ級占比數(shù)量最多，Ⅱ級胸徑喬木數(shù)量占比最高的是防護(hù)綠地（42.58%）。Ⅵ級（≥50 cm）胸徑喬木數(shù)量均占比少，其中防護(hù)綠地占比為0（見圖4）。

圖4 南充市主城區(qū)喬木胸徑等級占比Fig. 4 Proportion of tree DBH grade in the main urban area of Nanchong City

2.2.2 冠幅結(jié)構(gòu)

南充市主城區(qū)森林城市喬木平均冠幅為5.90m，不同綠地類型間的平均冠幅由大到小依次為廣場綠地>公園綠地>附屬綠地>防護(hù)綠地（見圖5）。

圖5 南充市主城區(qū)喬木平均冠幅Fig. 5 Average crown width of trees in the main urban area of Nanchong City

對南充市主城區(qū)森林城市喬木進(jìn)行冠幅分級后，喬木總體處于Ⅲ級4~6 m的占比最多，占總數(shù)的45.00%，其次為Ⅳ級6~8 m（20%），冠幅小于2 m的Ⅰ級喬木數(shù)量占比最低（2.14%）。在各綠地類型中Ⅲ級（4~6 m）、Ⅳ級（6~8 m）冠幅喬木數(shù)量均占多數(shù)，其中Ⅲ級占比數(shù)量最多，Ⅲ級冠幅喬木數(shù)量占比最高的是防護(hù)綠地（64.00%）。Ⅰ級（<2 m）冠幅喬木數(shù)量均占比少，其中公園綠地和廣場綠地占比為0（見圖6）。

圖6 南充市主城區(qū)喬木冠幅等級占比Fig. 6 Proportion of tree crown size grade in the main urban area of Nanchong City

3 討論

本文對南充市主城區(qū)的建成區(qū)范圍內(nèi)城市森林進(jìn)行抽樣調(diào)查，共記錄木本植物84科、164屬、252種， 就總物種數(shù)而言，在不同綠地類型中，廣場綠地和防護(hù)綠地的物種數(shù)較少， 而且在實(shí)地調(diào)查過程中還發(fā)現(xiàn)，廣場綠地和防護(hù)綠地中的天竺桂有病蟲害現(xiàn)象，健康情況不佳，有研究表明，豐富的生物多樣性可以增加生態(tài)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，抵御病蟲害的發(fā)生[5]，故此，今后南充市森林城市建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)在物種豐富的不高的綠地類型中，逐步構(gòu)建喬、灌、草復(fù)合的森林群落，提高城市森林的安全性和穩(wěn)定性，降低病蟲害的發(fā)生概率。

南充市主城區(qū)城市森林植物群落仍然是以少數(shù)物種為主導(dǎo)，桂花在南充市主城區(qū)的喬木應(yīng)用頻度排在首位為13.19%。根據(jù)《國家森林城市評價指標(biāo)》（GB/T 37342—2019）對樹種多樣的要求：城區(qū)某一個樹種的栽植數(shù)量不超過樹木總數(shù)量的20%[6]。顯然符合該項指標(biāo)要求,但主城區(qū)喬木頻度排名前十名的樹種總數(shù)占整個調(diào)查樣本的79.16%，廣場綠地和防護(hù)綠地排名前五的喬木應(yīng)用頻度占其各自綠地類型調(diào)查樣本的比例達(dá)30%以上,說明廣場綠地和防護(hù)綠地的優(yōu)勢樹種占比較高，研究表明，當(dāng)少數(shù)物種的優(yōu)勢過強(qiáng)，會增加植物群落遭受災(zāi)害的風(fēng)險，同時，如果該物種的衰退、生病、衰老，則會增加較大的維護(hù)成本[7]。多種樹種配置模式會更接近于自然生態(tài)系統(tǒng)的情況[8]。因此，在今后南充市城市森林建設(shè)過程時，應(yīng)當(dāng)對廣場綠地和防護(hù)綠地使用頻率較高的樹種進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。與此同時增加鄉(xiāng)土樹種的使用率,鄉(xiāng)土樹種作為具有地標(biāo)性特質(zhì)的城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施,不僅能更好的適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境,從而提供有效的生態(tài)服務(wù)功能,而且還是能在自然生態(tài)上體現(xiàn)對本土文化的自信[9]。

城市森林結(jié)構(gòu)決定城市生態(tài)服務(wù)功能[10]，樹冠覆蓋是作為城市森林結(jié)構(gòu)的一部分是城市森林建設(shè)與評價中的重要指標(biāo)[11]，樹冠的大小形態(tài)、尺度等狀況對喬木的活力及生產(chǎn)力起到關(guān)鍵作用[12]；林木樹冠覆蓋的增加能夠更好的驅(qū)動城市森林的建設(shè)，從而改善生態(tài)環(huán)境[13]。南充市主城區(qū)城市森林群落樹木規(guī)格整體偏小，喬木胸徑總體處于Ⅱ級10~20 cm的數(shù)量最多，占總數(shù)的41.43%，整體樹木大多都處于青年期，使得喬木樹冠偏小，喬木冠幅總體處于Ⅲ級4~6 m的占比最多，占總數(shù)的45.00%.在不同綠地類型中，防護(hù)綠地和附屬綠地的平均胸徑低于總體喬木胸徑的平均值22.88cm,Ⅱ級胸徑喬木數(shù)量占比最高的是防護(hù)綠地（48.84%），Ⅲ級冠幅喬木數(shù)量占比最高的也是防護(hù)綠地（64.00%）。說明防護(hù)綠地的樹木處于青年期的樹木較多，喬木樹冠偏小。

在南充市主城區(qū)城市森林各綠地類型中，防護(hù)綠地的物種組成、多樣性及喬木規(guī)格均低于其他綠地，在今后的森林城市建設(shè)中應(yīng)當(dāng)重視防護(hù)綠地建設(shè)，有研究表明，防護(hù)綠地對城市環(huán)境質(zhì)量的提升以及空氣污染的控制具有重要的意義[14]，在防護(hù)綠地的建設(shè)中，優(yōu)先選擇以具有滯塵、殺菌等功能性的鄉(xiāng)土喬木樹種，并搭配灌木草本等植物，豐富其植物配置模式，提高城市森林的安全性和穩(wěn)定性。