森林景觀效果生成因子的相關(guān)性

韋新良，何 瑩

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 臨安 311300；2.浙江省安吉縣林業(yè)局，浙江 安吉 313300）

從森林景觀的外在效果來(lái)看，大的樹冠、對(duì)比強(qiáng)烈的景觀元素構(gòu)成、豐富的色彩和多變的林冠面都有利于提高森林美景度，而瑣碎景觀的存在、高的視覺清晰度和逆光都使美景度降低［1］。林分結(jié)構(gòu)與森林內(nèi)部景觀效果有關(guān)，如混交林的美景度較單純林高［2－3］，低密度和大年齡的林分美景度較高［4－5］，林內(nèi)可透視距離越長(zhǎng)，美景度越高［6］，地被物對(duì)林分的美景度具有促進(jìn)作用［1－3］。森林經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)及其效果對(duì)森林景觀有一定的影響，皆伐會(huì)對(duì)林分風(fēng)景造成不利影響，撫育強(qiáng)度越輕美景度值越高［7－8］，采伐剩余物及較差的衛(wèi)生狀況會(huì)降低美景度［7］，蟲害會(huì)對(duì)美景度產(chǎn)生負(fù)影響［9］。對(duì)于有些景觀元素的作用還存在分歧。Vodak等［7］研究表明輕度間伐不會(huì)損害美景度，而Hull等［4］的研究結(jié)論則恰相反。Tahvanainen等［10］則認(rèn)為小面積的皆伐是改善林分景觀質(zhì)量較好的手段?？莸鼓镜拇嬖谑姑谰岸冉档停?］，但Rudis等［11］卻認(rèn)為有限的倒木有利于提高林分美景度。在中國(guó)森林景觀質(zhì)量評(píng)價(jià)中，許多研究是從森林的結(jié)構(gòu)因子來(lái)評(píng)價(jià)森林景觀效果［12－16］。在自然風(fēng)景區(qū)、森林公園、生態(tài)旅游區(qū)、森林城市等規(guī)劃和建設(shè)中，也提出了運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理和美學(xué)原理設(shè)計(jì)、營(yíng)建、保護(hù)和管理相應(yīng)的森林結(jié)構(gòu)以達(dá)到一定的森林景觀效果的要求，但森林群落結(jié)構(gòu)與森林景觀效果之間的內(nèi)在關(guān)系至今尚未探明。因此，研究森林群落結(jié)構(gòu)與景觀效果之間的相關(guān)性規(guī)律，既能為森林景觀的規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)提供技術(shù)支撐，也能為科學(xué)合理地開展森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)提高森林景觀質(zhì)量提供技術(shù)服務(wù)，以滿足人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中環(huán)境建設(shè)的需要。

1 研究材料與方法

1.1 研究材料

在浙江省淳安千島湖風(fēng)景區(qū)、金華北山森林公園和東陽(yáng)南山城市森林公園等區(qū)域內(nèi)，采用典型選樣法選取景觀效果、森林結(jié)構(gòu)不同且有一定代表性的森林地段作為研究對(duì)象，設(shè)置30個(gè)面積為20 m×30 m的研究樣地。采用全站儀進(jìn)行樣地邊界測(cè)設(shè)和每木三維定位。在每個(gè)樣地中采用樣地法［14］進(jìn)行森林結(jié)構(gòu)和群落調(diào)查，進(jìn)行每木檢尺，記錄喬木層樹木的種名、樹高、枝下高、胸徑、齡級(jí)、冠幅等值。在樣地右上角設(shè)置2 m×2 m的小樣方調(diào)查灌木層，同樣再在灌層樣方右上角辟出1 m×1 m的小樣方調(diào)查草本層，記錄灌、草的種類、數(shù)量、高度、蓋度等指標(biāo)。根據(jù)森林景觀類型劃分的基本原理和和方法［15－16］，將林分類型分為天然常綠闊葉林、次生針闊混交林、次生馬尾松林和人工杉木林等4種類型。

對(duì)每個(gè)樣本林分，分別按林外遠(yuǎn)景、林外近景和林分內(nèi)景等3種景觀視覺尺度取景拍攝成林分景觀照片，并制作成統(tǒng)一大小和統(tǒng)一編號(hào)的PowerPoint幻燈片圖片和網(wǎng)絡(luò)相冊(cè)圖片，標(biāo)明樣地號(hào)及其景觀尺度。設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，采用網(wǎng)絡(luò)方式調(diào)查和專家征詢方法對(duì)森林景觀效果進(jìn)行評(píng)判計(jì)分，共收回有效答卷411份。

1.2 森林群落結(jié)構(gòu)定量表征

森林群落結(jié)構(gòu)主要包括群落物種組成、群落層次性和群落外貌等方面，用物種多樣性、林分密度、群落豐富度、垂直層次性和種群分布格局等特征因子予以表征。

物種多樣性（species diversity）作為群落組織水平的生態(tài)學(xué)特征之一，是生境中物種豐富度及分布均勻性的一個(gè)綜合數(shù)量指標(biāo)，表征生物群落和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，可以較好地反映群落的結(jié)構(gòu)［15］。群落組成與物種多樣性多選用Shannon-Wiener指數(shù)（H），Pielou均勻度指數(shù)（E）和物種豐富度指數(shù)（S）來(lái)分析研究。一般認(rèn)為Shannon-Wiener指數(shù)對(duì)生境差異的反映更為敏感［16］。公式為：

其中：Pi為第i個(gè)物種的個(gè)體在取樣中所占的比例。

森林林分密度說(shuō)明林分中林木個(gè)體數(shù)量及對(duì)其所占空間的利用程度，用單位面積上的林木株數(shù)來(lái)表示。群落豐富度采用物種豐富度指數(shù)（S），即群落中物種的總數(shù)s，它反映的是構(gòu)成群落的物種數(shù)，S=s。根據(jù)森林群落的垂直層次性，劃分為喬木層、灌木層、草本層和更新層，并用各層高度的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表征。林木空間分布格局是指林木在水平空間的配置狀況和分布狀態(tài)，是研究森林空間結(jié)構(gòu)的重要分析指數(shù)之一。選擇方差均值比法，方差均值比（偏離系數(shù)）的t檢驗(yàn)也稱分布系數(shù)測(cè)定法，是對(duì)種群總體格局的統(tǒng)計(jì)描述。計(jì)算公式為：

其中：V為樣本方差，m為樣本均值，N為小樣方數(shù)，xi為某種群第 樣方內(nèi)的個(gè)體數(shù)。當(dāng)V/m=1為隨機(jī)分布；V/m＜1為均勻分布；V/m＞1為聚集分布，實(shí)測(cè)值與預(yù)期值的偏離程度可用t檢驗(yàn)確定。

1.3 森林景觀效果定量表征

森林景觀效果是森林群落的綜合表現(xiàn)，具體從林外景觀和林內(nèi)景觀2個(gè)方面來(lái)分析。許多研究表明：林外景觀因子主要有色調(diào)、林冠大小、林冠面層次變化等，林內(nèi)景觀因子主要有樹種組成、樹高、枝下高、樹木胸徑、樹干形態(tài)、枯斷木、林分密度、林木分布、郁閉度、灌木層特征、草本層特征、采伐剩余物等。根據(jù)對(duì)研究樣本森林景觀效果評(píng)判結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，樹木高度、郁閉度、枝下高、草本層蓋度、色調(diào)、樹種組成、分布狀況和采伐剩余物等森林景觀因子能比較全面地反映出森林群落的整體景觀效果。樹木高度、郁閉度、枝下高均以喬木測(cè)定統(tǒng)計(jì)值的平均數(shù)表示，草本層特征分草本層蓋度和草本層高度表示，樹種組成以喬木樹種數(shù)表示。色調(diào)、分布狀況和采伐剩余物等定性因子則依據(jù)其好差劃分等級(jí)，對(duì)不同等級(jí)賦予不同的分值進(jìn)行量化（表1）。

表1 森林景觀定性因子量化Table 1 Decomposition of qualitative elements in forest scenery

1.4 森林群落結(jié)構(gòu)與景觀效果的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)森林群落結(jié)構(gòu)因子指標(biāo)值和景觀效果因子指標(biāo)值進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

分別對(duì)森林群落結(jié)構(gòu)因子——物種多樣性、林分密度、群落豐富度、垂直層次性和種群分布格局，與森林景觀因子——樹種組成、樹木高度、郁閉度、枝下高、草本層特征、色調(diào)、分布狀況和采伐剩余物建立起相關(guān)關(guān)系，采用SPSS 12.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行相關(guān)顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 森林群落結(jié)構(gòu)因子與森林景觀因子之間的相關(guān)性

由表2可知：物種多樣性與樹種組成的相關(guān)系數(shù)為0.911，呈很好的正相關(guān)；與色調(diào)的相關(guān)系數(shù)為0.308，呈一定的正相關(guān)；與其他森林景觀效果因子之間的相關(guān)性不顯著。由此表明：物種多樣性對(duì)森林景觀效果中的樹種組成和色調(diào)具有正效應(yīng)，物種多樣性越高，樹種組成和色調(diào)越豐富，森林景觀效果越好；物種多樣性對(duì)其它森林景觀效果因子的作用不明顯。

表2 森林群落結(jié)構(gòu)因子與森林景觀因子間的相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient of forest community structure factores and forest scenery elements

林分密度與樹種組成的相關(guān)系數(shù)為－0.409，呈明顯的負(fù)相關(guān)；與其他森林景觀效果因子之間的相關(guān)性不顯著。由此表明：林分密度對(duì)森林景觀效果中的樹種組成具有負(fù)效應(yīng)，林分密度越大，則森林景觀樹種組成偏向單一化；林分密度對(duì)其他森林景觀效果因子的作用不明顯。

群落豐富度與樹種組成的相關(guān)系數(shù)為0.738，呈很好的正相關(guān)；與色調(diào)的相關(guān)系數(shù)為0.365，呈一定的正相關(guān)；與其他森林景觀效果因子之間的相關(guān)性不顯著。由此表明：群落豐富度對(duì)森林景觀效果中的樹種組成和色調(diào)具有正效應(yīng)，群落豐富度越高，樹種組成和色調(diào)越豐富，森林景觀效果越好；群落豐富度對(duì)其他森林景觀效果因子的作用不明顯。

森林群落垂直層次性中，喬木層高與樹木高度、枝下高的相關(guān)系數(shù)為1.000和0.768，呈極好的正相關(guān)；與郁閉度的相關(guān)系數(shù)為－0.364，呈一定的負(fù)相關(guān)；與其他森林景觀效果因子之間的相關(guān)性不顯著。灌木層高與枝下高的相關(guān)系數(shù)為－0.477，呈明顯的負(fù)相關(guān)；與其他森林景觀效果因子之間的相關(guān)性不顯著。草本層高與草本層特征的相關(guān)系數(shù)為0.673，呈很好的正相關(guān)；與其他森林景觀效果因子之間的相關(guān)性不顯著。由此表明：?jiǎn)棠緦痈咄ㄟ^樹木高度、枝下高對(duì)森林景觀效果產(chǎn)生正效應(yīng)，灌木層通過枝下高對(duì)森林景觀效果產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，草本層高僅通過草本層特征對(duì)森林景觀效果產(chǎn)生正效應(yīng)。森林群落垂直層次性對(duì)其他森林景觀效果因子的作用不明顯。

森林群落種群格局與林木分布狀況的相關(guān)系數(shù)為－0.772，呈很好的負(fù)相關(guān)；與樹種組成的相關(guān)系數(shù)為0.365，呈明顯的正相關(guān)；與枝下高的相關(guān)系數(shù)為－0.390，呈明顯的負(fù)相關(guān)；與其他森林景觀效果因子之間的相關(guān)性不顯著。由此表明：森林群落種群格局主要通過林木分布、樹種組成和枝下高等因子對(duì)森林景觀效果產(chǎn)生作用，而對(duì)其他森林景觀效果因子的作用不明顯。

2.2 森林景觀效果的生成特征

森林群落結(jié)構(gòu)因子與森林景觀因子的相關(guān)性研究結(jié)果表明：森林群落結(jié)構(gòu)因子與森林景觀因子之間有一定的內(nèi)在關(guān)系，森林景觀因子由相應(yīng)的森林群落結(jié)構(gòu)因子所生成（圖1）。

在森林景觀因子中，樹種組成取決于物種多樣性、林分密度、群落豐富度和種群分布格局等森林群落結(jié)構(gòu)因子；郁閉度主要取決于群落垂直結(jié)構(gòu)的影響，尤其是喬木層高度的影響；樹木高度、枝下高取決于森林群落結(jié)構(gòu)中的垂直層次性、種群分布格局；分布狀況由森林群落的種群分布格局因子所決定；草本層特征受群落垂直結(jié)構(gòu)影響，尤其是受到草本層高度的影響；色調(diào)取決于群落豐富度；采伐剩余物僅是作為景觀評(píng)價(jià)中描述林內(nèi)整潔性的因子而存在，與群落結(jié)構(gòu)相關(guān)性不大，不受森林群落結(jié)構(gòu)影響。

在森林景觀因子中，色調(diào)是森林群落外貌特征的綜合體現(xiàn)，樹種組成是描述林木個(gè)體形態(tài)的因子，郁閉度、樹木高度和枝下高是描述林內(nèi)透光性和透視距離的因子，分布狀況是描述林分分布格局和群落整體性，草本層蓋度、采伐剩余物是描述林下層狀況的因子。森林景觀效果主要由森林的林木形態(tài)、林內(nèi)景觀環(huán)境和森林外觀所生成，而這些森林景觀要素則取決于物種多樣性、林分密度、群落豐富度、垂直層次性和種群分布格局等森林群落結(jié)構(gòu)特征。

圖1 森林景觀因子生成圖Figure 1 Generation of forest scenery factores

3 結(jié)論和建議

森林群落結(jié)構(gòu)因子與景觀因子存在著一定的關(guān)聯(lián)性，群落結(jié)構(gòu)決定了景觀效果的生成。森林群落結(jié)構(gòu)中的一個(gè)特征只是從一個(gè)或幾個(gè)方面對(duì)森林景觀效果產(chǎn)生影響，而不是對(duì)森林景觀整體產(chǎn)生影響。豐富的森林植物種類對(duì)森林群落的林相與季相起著直接的作用，較大的林木高度和枝下高、稀疏的林木密度和郁閉度所形成的適宜林內(nèi)光線與開闊的視野可以提高人們?cè)谏謨?nèi)的舒適感，多層次的林內(nèi)垂直空間結(jié)構(gòu)和較高的草本層可以增強(qiáng)林內(nèi)的立體感，均勻、隨機(jī)或較有規(guī)則的森林種群格局有助于提高森林美感。個(gè)別森林景觀要素如采伐剩余物的存在并不是森林群落結(jié)構(gòu)本身所形成，而是由不合理的森林經(jīng)營(yíng)管理所形成。景觀林內(nèi)外效果都是森林群落內(nèi)部結(jié)構(gòu)的整體表現(xiàn)。

在森林景觀規(guī)劃和管理中，森林的景觀效果由林外景觀和林內(nèi)景觀等2個(gè)方面所構(gòu)成，需要進(jìn)行全面、系統(tǒng)、綜合的分析評(píng)價(jià)。林外景觀效果的形成，主要考慮構(gòu)成森林群落的建群樹種配置，強(qiáng)調(diào)樹種的多樣性、適宜性和協(xié)調(diào)性。林內(nèi)景觀的形成，重點(diǎn)在林分的密度、林木高度與層次性、林木的空間分布，還需要加強(qiáng)林內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生的管理。

［1］ ARTHUR L M.Predicting scenic beauty of forest environments：some empirica tests ［J］.For Sci，1977，23（2）：151－160.

［2］ STAFFELBACH E.A new foundation for forest aesthetics ［J］.Allg Forstz，1984，39：1179－1181.

［3］ RIBE R G.A general model for understanding the perception of scenic beauty in northern hardwood forests ［J］.Landscape J，1990，9（2）：86－101.

［4］ HULL R B，BUHYOFF G J.The scenic beauty temporal distribution method：an attempt to make scenic beauty assessments compatible with forest planning efforts ［J］.For Sci，1986，32（2）：271－286.

［5］ RUDDELL E J，GRAMANN J H，RUDIS V A.The psychological utility of visual penetration in near-view forest scenic-beauty models ［J］.Environ Behav，1989，21（4）：393－412.

［6］ PAQUET J，BELANGER L.Public acceptability thresholds of clear cutting to maintain visual quality of boreal balsam fir landscapes ［J］.For Sci，1997，43（1）：46－55.

［7］ VODAK M C，ROBERTS P L，WELLMAN J D.Scenic impacts of eastern hardwood management［J］.For Sci，1985，31（2）：289－301.

［8］王 雁，陳鑫峰.心理物理學(xué)方法在國(guó)外森林景觀評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.林業(yè)科學(xué)，1999，35（5）：110－118.WANG Yan，CHEN Xinfeng.Application of psychophysical method in evaluation of foreign forest landscapes ［J］.Sci Silv Sin，1999，35（5）：110－118.

［9］ BUHYOFF G J，HULL R B，LIEN J N.Prediction of scenic quality for southern pine stands ［J］.For Sci，1986，32（3）：769-778.

［10］ TAHVANAINEN L，TYRVAINEN L，IHALAINEN M.Forest management and public perceptions-visual versus verbal information ［J］.Landscape Urban Plann，2001，53（1/4）：53－70.

［11］ RUDDELL E J，GRAMANN J H，RUDIS V A.The psychological utility of visual penetration in near-view forest scenic-beauty models ［J］.Environ Behav，1989，21（4）：393－412.

［12］蔣有緒.新世紀(jì)的城市林業(yè)方向——生態(tài)風(fēng)景林兼論其在深圳市的示范意義［J］.林業(yè)科學(xué)，2001，37（1）：138－140.JIANG Youxu.Eco-landscape forest as an important component of urban forest in Shenzhen Municipaity ［J］.Sci Silv Sin，2001，37（1）：138－140.

［13］徐學(xué)紅，于明堅(jiān)，胡正華，等.浙江古田山自然保護(hù)區(qū)甜櫧種群結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（3）：645－653.XU Xuehong，YU Mingjian，HU Zhenghua，et al.The structure and dynamics of Castanopsis eyrei population in Gutian Mountain Nature Reserve in Zhejiang，East China ［J］.Acta Ecol Sin，2005，25（3）：645－653.

［14］董鳴.陸地生物群落調(diào)查觀測(cè)與分析［M］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997：3－23.

［15］彭少麟，陳章和.廣東亞熱帶森林群落物種多樣性［J］.生態(tài)科學(xué)，1983（2）：98－103.PENG Shaolin，CHEN Zhanghe.The species diversity of subtropical forest group in Guangdong ［J］.Ecol Sci，1983（2）：98－103.

［16］朱守謙.貴州部分森林群落物種多樣性初步研究［J］.植物生態(tài)學(xué)與地植物學(xué)學(xué)報(bào)，1987，11（4）：286－296.ZHU Shouqian.The species diversity of subtropical forest group in Guizhou ［J］.Chin J Plant Ecol，1987，11（4）：286－296.