不同生境行道樹香樟生長特性及其對冰雪災害的響應研究

劉 青

劉苑秋

古新仁*

由于全球氣候變化所引發(fā)的極端天氣頻發(fā)，臺風、干旱、洪澇、冰凍等氣象氣候問題[1-4]，使城市綠化屢遭嚴重破壞，因而對極端天氣的響應機制和優(yōu)化途徑是城市綠化工作者值得關注的問題。道路綠化是城市生態(tài)系統(tǒng)中與城市活動、市民生活連接最為緊密的綠地空間，城市道路綠化的網絡格局形成了城市生態(tài)綠網，是城市生態(tài)功能發(fā)揮以及生態(tài)安全的重要保障[5-6]。國內外的道路綠化研究的領域非常廣泛，有基于美觀功能的樹形樹色，基于實用功能的抗性和適應性[7]，基于生態(tài)的功能多樣性和物種多樣性[8-9]，以及生態(tài)功能評價[10]、測量技術研究等各個領域[11]。但對城市綠化與環(huán)境間的長效適應機制及其對極

端冰凍氣候條件的響應關系效應鮮有報道。本文以2018年1月份南昌市突發(fā)嚴重冰雪災害為契機，通過對典型樣地的測量統(tǒng)計分析，以城市行道樹為例，探討不同生境下行道樹對冰雪災害的響應關系。

1 研究范圍

2018年1月25—28日，南昌市(東 經115°27'～116°35'，北緯28°10'～29°11')經歷十年一遇的嚴重冰雪災害，25日氣溫0～2℃小雨轉雨夾雪風速小于3級，26日-1～1℃雨夾雪風速小于3級，27日小雨-1～1℃小雨風速小于3級，28日-2～0℃雨夾雪風速小于3級，持續(xù)數日的冰凍雨雪導致大量的城市綠化樹木受損，并致使林下財產遭受嚴重毀壞，給城市經濟造成了不小損失，也給市民生活帶來了重大影響。為此本課題組開展行道樹冰凍雨雪受損及其生境的調查。

研究團隊首先將南昌市建成區(qū)按5km網格劃分成13個調查區(qū)域，并以網格中心為基點，初步調查道路綠化、小區(qū)綠化、公園綠化的受損情況，但實際調查發(fā)現(xiàn)，受損樹木主要是栽種時間長，長勢良好的常綠樹種，因此網格調查的作用不明顯。團隊根據前期初步調查結果總結的規(guī)律，改變調查思路，即首先是對建成期長的區(qū)域梳理，再通過衛(wèi)星圖像對該區(qū)域種植時間長、長勢良好的綠化樹木進行定位，最后根據定位進行實地調查。

團隊在對道路綠化進行調查過程中，發(fā)現(xiàn)上規(guī)模、規(guī)整的成片綠化效果良好的道路綠化較少，老區(qū)改造、道路改造等工程活動對道路綠化均有不小影響，且為了減少不同種植物的生理性狀差異所帶來的比較困難及不確定性的增加，選擇種植量大、受損最為嚴重的南昌市市樹——香樟作為研究樹種。并篩選出建成期長(建成于20世紀90年代)，香樟樹齡相近、長勢相近且生長效果良好的南昌市東湖區(qū)一緯路、二緯路、三緯路、四緯路、陽明路，和一經路、二經路、三經路、蘇圃路圍合的區(qū)域作為典型調查樣區(qū)，共調查東西向道路5條，南北向道路4條(圖1)。

2 研究方法

研究團隊采用圍尺、皮尺、測高儀對行道樹胸徑、樹高、株行距、冠幅、道路寬度、路側建筑高度、行道樹到路側距離，受損枝條數量、大小、位置、方向等指標加以全樣本測定。對測定數據用Excel和SPSS 22.0進行統(tǒng)計分析。

圖1 樣地區(qū)位圖

3 結果分析

本樣地共有香樟行道樹902株，實測902株，為增加南北向行道樹與東西向數量上的可比性，測量時根據實際情況增測了陽明路與疊山路間的蘇圃路段香樟行道樹77株，因此實際測量979株。對東西向一緯路、二緯路、三緯路、四緯路、陽明路，以及南北向一經路、二經路、三經路、蘇圃路分別統(tǒng)計數據如表1、2所示。

3.1 行道樹與道路空間的耦合關系

依據表3，結合表1、2統(tǒng)計表明，道路空間與行道樹香樟生長存在2個方面的耦合關系。1)不同道路寬度所限定空間對行道樹的胸徑、樹高、冠幅存在顯著影響。道路越窄，與健康生長樹形特征差距越大，即空間環(huán)境限定越大，樹形的非健康形態(tài)越明顯。表現(xiàn)為，行道樹胸徑、冠幅、高度相對偏小，分枝少，樹木健康狀況差；而道路較寬的路段，寬度越大，行道樹胸徑、樹高、冠幅相應增大，樹形越完整，越接近植物本身自然形態(tài)特征。分析原因為在狹小空間，樹木生長受到3個方面的影響：(1)狹窄空間對空間光照強度和日照時數產生了影響，影響了樹木正常生長的光照需求；(2)有限的空間尺度限制了樹木冠幅的生長，進一步抑制了樹木的健康生長；(3)為滿足低層住戶采光需求，以及交通凈空需求，人為對樹木分枝點的干預，也使樹木冠幅受到影響，更加加劇樹木的非健康形態(tài)的形成。而在路寬較大的路段空間，這3個方面的影響也相對較小，植物在樹高、冠幅、胸徑等方面的形態(tài)特征及健康狀況也有明顯改善和提高。2)株行距對行道樹胸徑、樹高、冠幅也存在顯著的正相關性。行道樹冠幅受到路寬及株行距的雙重影響，通過各條道路行道樹冠幅、1/2路寬、株行距等平均值統(tǒng)計分析，顯示2個影響因素中偏小值制約效應明顯，即當1/2路寬小于株行距時，冠幅受路寬的影響較大，并表現(xiàn)出較明顯的相關性；而當1/2路寬大于株行距時，冠幅受株行距的影響較大，并表現(xiàn)出較明顯的相關性(表4，圖2)。

表1 東西向行道樹統(tǒng)計數據表

圖2 道路寬度與樹木株行距對冠幅的影響

圖3-1 單一道路兩側行道樹胸徑比較圖

圖3-2 單一道路兩側行道樹胸徑比較圖

統(tǒng)計也表明，同一條道路的不同方位行道樹的形態(tài)特征也存在客觀差異，比如東西向的一緯路、二緯路、三緯路、四緯路，道路北面的行道樹平均高度(平均8.94m)要低于南面(平均9.58m)，胸徑北面(平均22.84m)也小于南面(平均23.13cm)。相關研究表明在植物地下競爭強度小的條件下，地上競爭是影響植物生長的主導因素，而行道樹作為移栽苗，在早期根系還不發(fā)達、立地條件又基本一致的條件下，地上競爭的影響將成為主導因素[12-13]。道路南面實際為道路空間的背陰面，采光條件較差，更能促進行道樹的光競爭需求，而道路北面實際為道路空間的陽面，植物相對采光條件較好，植物的光競爭需求也相對減弱，因而高度和胸徑增長較慢。而對于南北向的一經路、二經路、三經路、蘇圃路等，分析則表明東側的行道樹胸徑(平均25.65cm)、高度(平均10.56m)均要大于西側(胸徑平均23.10cm，高度平均9.16m)，原因則是在南北向道路空間中，東向實則為道路空間的背陰面，促進行道樹競爭，而西面為陽面，競爭急迫性相對較弱。通過光照與胸徑、樹高、冠幅的相關性分析(表3)，結果顯示光照與胸徑、樹高存在顯著負相關，表明相同條件下香樟在背陰環(huán)境中生長更好。

調查也顯示，同一條道路同一側面的行道樹的差異明顯，也表明行道樹在長期的生長適應過程中，由于個體差異及空間條件的差異會對植物的生長產生長遠的影響，特別是在冠幅發(fā)生交叉后，競爭趨于激烈，競爭處于優(yōu)勢的行道樹的競爭優(yōu)勢容易被保持，處于一種長期的比較優(yōu)勢中，而處于弱勢的行道樹則會陷于長期的競爭劣勢，從而影響其正常生長，這與林窗效應相符合[14]。此外根據同一條道路兩側的行道樹胸徑順序測定結果分析顯示，道路兩側行道樹反映出比較明顯的長勢相似性，這個現(xiàn)象表明不同路段由于種植時間及苗木大小的差異，這種差異將長期保持(圖3-1、3-2)。

表2 南北向行道樹統(tǒng)計數據表

由于測量范圍內的建筑主要是多層結構，高度主要集中在12～18m，高低建筑交錯分布，又由于行道樹的高度基本低于兩側建筑高度，根據日照指數分析建筑對兩側行道樹采光影響差別主要取決于道路寬度，因而現(xiàn)代高層建筑對香樟的長效影響機制有待下一步繼續(xù)研究。

3.2 不同生境行道樹對冰雪災害的響應

從表1、2統(tǒng)計數據可以看出，在979株行道樹中，有受損情況的株數為548株，占比55.97%。而從不同道路的統(tǒng)計分析表明，不同道路間行道樹，以及同一道路不同側面受損情況有較大差異，受損行道樹與整體行道樹形態(tài)特征的平均值比較也存在較大差異。表5的相關性分析則表明：行道樹的折枝數與胸徑、樹高、冠幅呈顯著正相關，而與光照條件呈顯著負相關，即道路陽面受損小，陰面受損大。

3.2.1 不同方向道路行道樹對冰雪災害的響應

從道路方向來看，對于東西向道路，道路南側受損情況總體較北側嚴重，只有四緯路受損率北側比南側略高0.97%，根據該道路全樣本株數情況，可認為該道路南北受損差異不明顯(圖4)。導致本現(xiàn)象原因分析如下。

1)東西向道路南側為背陰面，枝葉冰凍缺乏光照，氣溫相對較低，冰雪不易融化，而且多日連續(xù)冰凍天氣，增加了枝葉冰雪厚度，加劇枝葉負重壓力，也增加了枝葉折斷的概率；道路北側由于白天有一定的光照條件，可以對枝葉表面冰雪起到一定的消融作用，從而可以在一定程度上減小枝葉冰雪重量，也降低了枝葉折斷概率。

2)調查顯示行道樹受損在整體表現(xiàn)隨機分布特點基礎上，又顯現(xiàn)出一定的集中連續(xù)受損特點，主要原因是一棵樹的枝葉折斷造成臨近樹木的間接受損，以及可能的局部微氣候條件影響。

3)陽明路南北兩側受損情況的巨大差異，主要是因為陽明路道路寬度大(46m)，道路南側建筑只會對道路南側行道樹遮陰，而不會對北側行道樹造成任何采光影響，所以光照對北側行道樹枝葉冰雪消融效果好，北側受損率低。

對南北向道路，在調查的4條道路中，整體上表現(xiàn)為，道路東側行道樹普遍比道路西側行道樹受損嚴重，只有一經路差異不明顯(圖5)。分析原因主要為南北向道路東側為背陰面，冰雪不易消融，連續(xù)冰雪天氣導致枝葉的冰雪覆蓋厚度增加，增加了枝葉折斷概率；而西側則是道路陽面，行道樹枝葉冰雪白天易于消融，降低了枝葉冰雪重壓。對于蘇圃路的巨大差異，除光照因素外，東側行道樹比西側行道樹高大、枝葉茂盛也是一個主要原因。

表3 路寬與胸徑、樹高、冠幅的Pearson相關性分析

表4 各條道路行道樹冠幅平均值與1/2路寬、株行距平均值的Pearson相關性分析

表5 折枝數與胸徑、樹高、冠幅、株行距、路寬、光照的Pearson相關性分析

表6 行道樹折枝位置統(tǒng)計表

3.2.2 受損行道樹對冰雪災害的響應

受損行道樹對冰雪災害的響應，主要從受損特征、受損行道樹與整體行道樹差異進行比較分析。

1)受損行道樹的受損特征分析。

統(tǒng)計圖表明緯路(東西向)不同方位折枝數頂端最多，其次是東、西向，最后是南、北向(圖6)；經路(南北向)不同方位折枝數西、東向最多，其次是頂端，再次是北，最后是南向(圖7)。分析原因是東西向道路比較窄，樹冠偏小，頂端優(yōu)勢明顯，所以頂端的受損重，而由于道路空間尺度(路寬的1/2)小于株行距尺度，所以樹冠在東西向要大于南北向，這也導致東西向折斷數多；而對于南北向道路，由于路寬較大，行道樹冠幅也較大，所以各個方向均有折斷，頂端折斷數處于中等位置；而由于路寬大于株行距，垂直道路方向的東西向空間大，使得樹冠東西向要大于南北向，這就導致了東西向折斷數大于南北向。

香樟行道樹折枝位置如表6所示，可以看出行道樹的折枝位置基本在樹高的60%左右，窄路比寬路的折枝點位置略高，這與行道樹的分枝點及冠高有關，窄路行道樹由于光競爭及人為干擾活動導致分枝點及冠高要高于寬路行道樹。

2)受損行道樹與整體行道樹形態(tài)特征的差異比較。

通過對各條道路的受損行道樹與整體行道樹的統(tǒng)計分析，可以看出受損行道樹與整體行道樹在胸徑、樹高、冠幅等形態(tài)特征上的差異明顯(圖8、9)。

(1)統(tǒng)計分析表明，無論是哪個方向的道路行道樹，或者道路的任何一個側面的行道樹，受損樹在胸徑、樹高、冠幅3個指標的平均值都比整體行道樹這3個指標平均值大，這說明在冰雪災害天氣長勢較好的行道樹比較容易受冰雪災害損傷。這種現(xiàn)象在整個調查中的其他地方也得到很好的印證，比如栽種時間短的綠化苗木、長勢差的綠化苗木的受損較小。

圖4 東西向道路行道樹冰雪災害受損分析圖

圖5 南北向道路行道樹冰雪災害受損分析圖

圖6 緯路(東西向)樹冠折枝方向統(tǒng)計圖

圖7 經路(南北向)樹冠折枝方位分析圖

圖8 東西向道路行道樹冰雪災害受損樹與整體的形態(tài)指標差異分析圖

圖9 南北向道路行道樹冰雪災害受損樹與整體的形態(tài)指標差異分析圖

(2)在東西向道路中，依據胸徑、樹高、冠幅3個指標，可以發(fā)現(xiàn)道路南側行道樹長勢好于北側行道樹；而在南北向道路中，道路東側行道樹長勢好于西側行道樹，這也從長勢方面增加了南、東道路側面行道樹受損的概率。

3.3 行道樹、道路以及冰雪災害之間的耦合關系

從本次調研樣本數據及前述分析可知：1)行道樹個體的生長特征指標——樹高、胸徑、冠幅三者間呈顯著正相關，表明行道樹個體特征指標間互為因果關系；2)道路空間形態(tài)對行道樹的個體特征有著顯著影響，路寬、株行距影響行道樹冠幅的生長，道路走向形成的道路兩側背陰與陽面的差異導致不同種植方位植物的光競爭差異；3)行道樹的冰雪災害受損程度、受損方位與行道樹的個體特征有關，同時與道路空間對冰雪消融效果差異相關。

因此，行道樹、道路與冰雪災害的關系為：道路空間限定促進了行道樹個體形態(tài)的形成，行道樹個體形態(tài)的優(yōu)劣與冰雪災害的受損程度正相關，同時不同道路空間對冰雪消融作用的差異會影響行道樹受損效果(圖10)。由于未對冰雪災害受損行道樹的自我修復情況進行調查，所以尚不明了行道樹對冰雪受損結果的響應機理。

4 結論與建議

通過對行道樹與空間適應關系，以及對冰雪災害的響應研究，得出以下結論：1)道路綠化樹種香樟在長期與固定空間環(huán)境的適應過程中，會由于空間限定、采光條件，以及人為干擾等因素影響，表現(xiàn)出相互適應的耦合形態(tài)；空間、采光，以及人為干擾越大，香樟非自然生長形態(tài)表現(xiàn)越明顯，也即香樟生長的健康狀況相對越差；2)行道樹香樟在對環(huán)境的適應過程中，一定程度的競爭會促進香樟自身的生長，表現(xiàn)出在光照條件較差道路一側的香樟長勢要好于光照條件較好一側的香樟長勢，且表明香樟具有一定的耐陰性；3)香樟木質較脆，所以香樟對持續(xù)冰凍雨雪災害的抵抗能力較差，易于導致嚴重的受損；香樟的折枝特點與樹木所處空間形態(tài)對樹冠的影響有密切關系；4)由于冰雪災害對樹木受損主要是集中于常綠樹種，所以在狹窄道路空間可以考慮冠幅較小、枝葉相對稀疏、緊湊的落葉樹種，既可以在夏天給市民清涼，在冬天又滿足采光及防范冰雪災害的需求；5)道路空間形態(tài)、行道樹形態(tài)以及行道樹對冰雪災害的響應結果三者之間存在顯著的相關關系，因此道路環(huán)境設計應考慮各要素之間因果耦合關系。

針對本次冰雪災害調查情況及研究分析結果，為構建更加宜人的道路生態(tài)環(huán)境，同時避免或減輕冰雪災害對行道樹的損傷毀壞，提出以下建議：1)加強不同道路空間環(huán)境對行道樹生長的長效影響研究，為構建自然要素與人工要素和諧的道路空間提供依據；2)加強道路綠化樹種對環(huán)境適應性研究，合理配置適宜樹種，提升植物健康度；3)加強道路綠化樹種抗冰雪災害能力的研究，綜合提升植物配置的科學性；4)加強不同道路空間環(huán)境對冰雪消融作用研究，為不同空間環(huán)境抗冰雪災害樹種選擇提供依據；5)由于道路環(huán)境是人、人工環(huán)境和自然要素等綜合的復合生態(tài)系統(tǒng)，所以其影響是相互、多元的，全面綜合的空間要素評價是科學道路環(huán)境設計的根本。

圖10 行道樹、道路以及冰雪災害之間的耦合關系圖

注：文中圖片均由作者繪制。