合肥市高校城市森林群落結構特征

儲顯 白彩濤 王嘉楠 呂志坤 何晴 張恒

摘要：高校綠地具有城市森林的典型特征，在改善城市生態(tài)環(huán)境、維護城市生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、促進城市可持續(xù)發(fā)展等方面起著重要作用。文章以合肥市二環(huán)內、大學城和職教城3個典型區(qū)域的15所建設于不同年代的高校為研究對象，選取114個實地調查樣方，對不同年代高校的城市森林群落結構特征進行比較研究，并提出今后高校綠化建設的優(yōu)化建議。

關鍵詞：城市森林，校園綠地，群落結構，合肥市

DOI： 10.12169/zgcsly.2020.01.21.0002

Abstract：?Green spaces in colleges and universities have the typical characteristics of urban forests and plays an important role in improving urban ecological environment， maintaining urban ecosystem stability and promoting sustainable urban development.?The paper takes 15 universities built in different times and located in 3 different typical areas in Hefei City， i.e.?within the Second Ring Road， University Town and Vocational Education Town， to select 114 sample plots for field investigation.?It compares the structural characteristics of urban forest communities in the colleges and universities， and then put forward suggestions for the campus landscape optimization in the future.

Keywords： urban forest， campus green space， community structure， Hefei City

城市森林作為城市生態(tài)系統(tǒng)中具有自凈功能的組成部分，在改善環(huán)境質量、維護生態(tài)平衡及美化城市等方面的獨特作用是其他城市基礎設施不可替代的[1]。合肥市是著名的科教城，擁有各類高等院校60所，總占地規(guī)模約2 500 hm2。高校綠地在合肥城市綠地系統(tǒng)中占有重要地位，將校園綠化融入城市森林建設中，讓其成為城市森林的一個重要且固定組成部分，最終實現(xiàn)高校校園森林化是合肥城市生態(tài)環(huán)境建設不可或缺的一部分。

國內關于城市森林的既往研究中[1-5]，以校園城市森林為研究對象的相關文獻相對較少，而當前對校園綠地的研究仍多集中于植物配置、景觀設計及評價、生態(tài)效益及其評估等方面[6-9]。本文通過對不同年代高校城市森林群落結構特征的研究，探索今后校園綠地乃至整個城市綠地建設的方向，為城市森林樹種選擇、群落結構、生態(tài)功能效益等研究提供基礎，對優(yōu)化城市綠色空間格局具有一定參考價值。

1 研究對象和研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

合肥市坐標為31°38′～31°58′N，117°11′～117°22′E。地帶性植被為落葉與常綠闊葉混交林，建成區(qū)內共計450余種木本植物，分屬于73科170屬[10]。良好的雨熱條件為植物生長及城市綠化提供了堅實的基礎。

1.2 研究對象

本文以合肥市不同年代高校的城市森林為研究對象，根據(jù)合肥市高校分布情況，借鑒法瑞學派群落調查方法[11]，選取二環(huán)內、大學城、職教城3個區(qū)域的15所校園，共計114個樣方（總面積達4.85 hm2）進行調研（表1）。

1.3 研究方法

本研究以遙感影像為數(shù)據(jù)源，在ArcGIS初步判定的基礎上，結合野外實地調查，系統(tǒng)分析合肥市城區(qū)所選高校城市森林樹種組成、林木空間結構以及群落結構等現(xiàn)狀特征。

1.3.1 群落調查

結合2018年7月谷歌20級高分辨率衛(wèi)星遙感影像，將選取的15所高校校園綠地在圖紙上做出標記，通過實地踏查選出具有代表性的植物群落作為取樣點。在樣地內，設立20 m×20 m的樣方或375～450 m2的樣帶，每所高校樣方或樣帶數(shù)量為6～8個，各取樣點盡量分布在學校不同的功能區(qū)，對所取樣方、樣帶進行每木調查，包括樹種名稱、株數(shù)（面積）、胸徑、冠幅、樹高等。為了更好分析城市森林結構，將胸徑和冠幅分別劃分為5個等級，樹高劃分為4個等級[12]。

1.3.2 指標計算

1） 物種多樣性測度采用物種豐富度指數(shù)（R）、Shannon-Wiener指數(shù)（H）、Simpson指數(shù)（D）和Pielou指數(shù)（J）[13]。

2） 對單個物種的評價采用重要值（IV）作為綜合指標，重要值IV（%）=（相對多度+相對頻度+相對顯著度）/3。

2 結果與分析

2.1 樹種組成結構特征

本次調研實測喬木2 393株、灌木1 082株、藤本83 m2、竹子50 m2，分屬于51科83屬109種，其中二環(huán)內所調查植物分屬于44科72屬94種、大學城所調查植物分屬于41科62屬84種、職教城所調查植物分屬于35科56屬74種。對于不同年代區(qū)域高校，隨著時間的推移，植物應用種類與數(shù)量都在逐漸減少。

2.1.1 樹種應用頻度

合肥市高校應用頻度前5位的喬木依次是桂花（Osmanthus fragrans）（28.95%）、香樟（Cinnamomumbodinieri）（26.32%）、水杉（Metasequoia glyptostroboides）（22.81%）、 雪松（Cedrus deodara）（21.92%）、黃山欒樹（Koelreuteria bipinnata）（21.05%）;前5位的灌木分別為海桐（Pittosporum tobira）（17.21%）、石楠（Photinia serrulata）（15.57%）、紅花檵木（Loropetalum chinense var.?rubrum）（13.11%）、杜鵑（Rhododendron simsii）（10.65%）、紫薇（Lagerstroemia indica）（10.65%）。從高校建成年代來看，3個區(qū)域內高校的喬、灌木應用頻度前10位中共同樹種各自達到5種，相似性與差異性并存。一些植物僅出現(xiàn)在二環(huán)內高校，如龍柏（Sabina chinensis cv.?Kaizuca）、重陽木（Bischofia polycarpa）、八角金盤（Fatsia japonica）等;在后期建設的大學城和職教城2個區(qū)域高校中，黃山欒樹、合歡（Albizia julibrissin）、櫻花（Cerasus pseudocerasus）等植物出現(xiàn)頻度都有提高;垂柳（Salix babylonica）在大學城高校中出現(xiàn)較多，這與大學城高校內水面占比較高有關。各區(qū)域的鄉(xiāng)土樹種應用差異較小，二環(huán)內、大學城和職教城3區(qū)域高校在應用頻度前15的喬木中鄉(xiāng)土樹種運用種類分別有5種、6種、5種，對應的應用頻度前10的灌木中鄉(xiāng)土樹種運用種類分別有3種、3種、5種。

2.1.2 樹種重要值（Ⅳ）

各區(qū)域高校Ⅳ前15中有8個共同種，其中大學城和職教城2個區(qū)域重復樹種較多、相似度更高，對落葉闊葉樹種及鄉(xiāng)土樹種的運用比例也相對較大。二環(huán)內高校中水杉的Ⅳ最大，Ⅳ前15的樹種數(shù)量占二環(huán)內高校樹木總量的58.15%，針葉與闊葉數(shù)量比為1∶2.01，鄉(xiāng)土樹種5種155株;大學城高校中香樟的Ⅳ最大，Ⅳ前15的樹種數(shù)量占大學城高校樹木總量的64.25%，針葉與闊葉樹種數(shù)量比為1∶3.55，鄉(xiāng)土樹種6種138株;職教城高校中Ⅳ最大的仍是香樟，Ⅳ前15的樹種數(shù)量占職教城高校樹木總量的62.08%，針葉與闊葉數(shù)量比為1∶4.24，鄉(xiāng)土樹種6種117株。

2.1.3 物種多樣性指數(shù)

在所有高校綠地的樣方中，物種豐富度為1～16，Shannon-wiener指數(shù)變化范圍為0～2.542 8、Simpson指數(shù)變化范圍為0～0.933 4、Pielou指數(shù)變化范圍為0～0.996 5。豐富度指數(shù)有較大的離散程度，這與現(xiàn)場調研中個別樣方是純林有關;Simpson指數(shù)、Pielou指數(shù)變異性最小，說明各群落該2項指標分布比較集中（表2）。3個區(qū)域內物種豐富度指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)以及Simpson指數(shù)變化趨勢相同，即二環(huán)內>大學城>職教城，Pielou指數(shù)表現(xiàn)為大學城>二環(huán)內>職教城。整體上二環(huán)內高校植物群落的物種組成更豐富、多樣性更高，這與二環(huán)內高校發(fā)展建設時間長，在不同的時期引入不同的植物種類有關;大學城和職教城高校的整體規(guī)劃建設是在同一時期內完成，在植物種類的選擇應用上，為保證樹木的成活率及追求快速綠化，多選擇一些易成活樹種，因此造成樹木種類少、群落組成單一的現(xiàn)狀。

2.2 林木空間結構特征

2.2.1 城市森林密度

城市森林密度是衡量林木對其所占空間利用程度的大小，常用每公頃株數(shù)（株/hm2）和每公頃胸高斷面積（m2/hm2）2項指標來表示。本研究結果顯示，各區(qū)域的高校林木密度均達到了城市森林的水平[14-15]，能夠發(fā)揮類似森林的功能，其中職教城高校城市森林密度剛剛達到城市森林的水平，提升潛力較大（表3）。

2.2.2 胸徑等級特征

高校城市森林喬木平均胸徑17.45 cm，僅有不到40%的樹木胸徑超過20 cm，其中胸徑在40 cm以上的大喬木所占比例為6.32%，樹種組成主要有楓楊（Pterocarya stenoptera）、水杉、重陽木、雪松、懸鈴木（Platanus acerifolia）等，并且主要集中在二環(huán)內高校。從樹木胸徑等級與數(shù)量分布來看，整體表現(xiàn)出隨著胸徑等級的增大其數(shù)量分布呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。按高校不同建成年代對樹木胸徑進行分析的結果顯示，二環(huán)內高校樹木的平均胸徑最大（22.15 cm），其次為大學城和職教城，僅有二環(huán)內高校達到合肥市高校城市森林樹木的平均胸徑值。在大徑級喬木中，二環(huán)內高校樹木胸徑超過30 cm的達到27.71%，其他2區(qū)域高校均不到10%（表4）。

2.2.3 冠幅等級特征

高校城市森林喬木平均冠幅4.92 m，其中分布在2～6 m的樹木占比達63.86%，冠幅大于8 m的樹木占12.11%，樹種組成主要有懸鈴木、楓楊、重陽木、雪松、合歡。從樹木冠幅等級與數(shù)量分布來看，各類區(qū)域高校均表現(xiàn)出隨著冠幅等級的增大數(shù)量分布呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢（表5）。各區(qū)域高校平均冠幅排序：二環(huán)內（6.15 m）>大學城（4.75 m）>職教城（3.76 m）。二環(huán)內高校樹木冠幅低于2 m的僅占1.78%，主要是紫薇、垂絲海棠（Malus halliana）等開花小喬木;大學城和職教城高校出現(xiàn)少量截干截冠的樹木，對這2個區(qū)域整體冠幅等級有一定的影響。

2.2.4 樹高等級特征

高校城市森林喬木平均樹高7.9 m，超過70%的樹木樹高小于10 m;樹高不低于15 m的大樹僅占12.22%，主要組成樹種有水杉、懸鈴木、楓楊、雪松等高大喬木。樹高等級的數(shù)量分布與胸徑、冠幅有相同的變化趨勢。各區(qū)域高校的平均樹高依然是二環(huán)內最高（9.75 m），其次是大學城（7.1 m），職教城最低（5.96 m）。二環(huán)內高校樹高超過（含）15 m的比例超過20%，其他2個區(qū)域均小于8%（表6），究其原因與建校時間的長短、樹木生長習性有關。

2.2.5 優(yōu)勢樹種數(shù)量特征

3個區(qū)域高校的優(yōu)勢種具有很高的相似性，各區(qū)域優(yōu)勢度前15的樹種中共同出現(xiàn)的達7種。對于各區(qū)域優(yōu)勢度前15的樹種，二環(huán)內區(qū)域共計613株、占喬木層總量的62.23%，針葉樹158株、占比25.77%，常綠樹341株，常綠落葉數(shù)量比為1.25∶1;大學城區(qū)域共計553株、占喬木層總量的70.35%，針葉樹111株、占比20.07%，常綠樹235株，常綠落葉數(shù)量比為1∶1.35;職教城區(qū)域共計410株、占喬木層總量的65.60%，針葉樹56株、占比13.66%，常綠樹160株，常綠落葉數(shù)量比為1∶1.56。后期建設的高校優(yōu)勢樹種中針葉樹種數(shù)量占比逐漸下降，闊葉樹占比逐漸增大，且后期建設的高校優(yōu)勢樹種占區(qū)域總樹種的比例增大，優(yōu)勢度較為集中，種類相對有所減少。

2.3 森林群落類型與結構

2.3.1 森林群落類型

根據(jù)建群種的特征及群落外貌、種類組成等，將樣地內的森林群落劃分為7種類型（表7），針葉林、針闊混交林在3個區(qū)域高校內的應用占比逐步減少，其中職教城高校調查樣方內甚至未出現(xiàn)常綠針葉林;常綠闊葉林的應用比例幾乎保持一致;落葉闊葉林和含常綠成分的落葉闊葉林在高校中應用比例逐漸增加，兩者之和在各區(qū)域內占比排序為職教城（47.06%）>大學城（45.00%）>二環(huán)內（35.00%）;3個區(qū)域高校內針闊混交林、常綠落葉闊葉林和含常綠成分的落葉闊葉林比例較大，各區(qū)域3種群落類型總占比均超過70.00%。整體來看，高校城市森林群落注重常綠和落葉樹種的搭配應用，喬木層中常綠與落葉樹種在數(shù)量上相當，灌木層中常綠樹種占有絕對優(yōu)勢。

2.3.2 森林群落結構

3個區(qū)域高校在水平結構配植模式上有很大的相似性，僅優(yōu)勢樹種的選擇有略微差異。純林模式主要有圓柏（Sabina chinensis）、雪松、女貞（Ligustrum lucidum）等常綠純林，水杉、銀杏（Ginkgo biloba）等落葉純林。針闊混交林多為雪松、圓柏、龍柏、水杉、柳杉（Cryptomeria fortunei）與闊葉樹混植，常綠闊葉林優(yōu)勢種有香樟、女貞、廣玉蘭（Magnolia grandiflora）、欏木石楠（Photinia davidsoniae）、桂花等，落葉闊葉林優(yōu)勢種有黃山欒樹、懸鈴木、烏桕（Sapium sebiferum）、銀杏、合歡、櫻花等。常綠落葉闊葉混交林模式主要有銀杏+香樟、楓楊+女貞、黃山欒樹+桂花、懸鈴木+廣玉蘭、烏桕+重陽木+女貞、黃山欒樹+櫻花+桂花等。

調研中發(fā)現(xiàn)，垂直結構配植模式分別為復層型的“喬—灌—草（地被）”，雙層型的“喬—草（地被）”“灌—草（地被）”，單層型的“喬木”。整體來看，高校城市森林群落中以復層型結構為主，共計樣方78個，占全部樣方的68.42%（表8）。3個區(qū)域中，二環(huán)內高校在復層型結構上比例最大，高達75%，其森林結構相對于另2個區(qū)域高校更為合理、更接近自然式森林生態(tài)系統(tǒng);大學城和職教城區(qū)域中許多校園內有大面積草坪，營造了較多的疏林草地，因此在雙層型結構上占有一定比例，這種結構模式不僅空間層次和季相變化較差，而且不能創(chuàng)造較高的生態(tài)效益。

3 結論與建議

3.1 結論

合肥市3個區(qū)域不同建設年代高校的植物群落整體上達到典型城市森林的水平，能夠發(fā)揮類似森林的生態(tài)功能。各區(qū)域高校樹種組成均以喬木、常綠為主;群落多為復層型結構，以針闊混交林、常綠落葉闊葉林和含常綠成分的落葉闊葉林為主;所有高校內鄉(xiāng)土樹種的占比都較低，并且隨著高校建設時間的向后推移，植物的物種多樣性指數(shù)、城市森林密度、胸徑、冠幅、樹高等特征均呈現(xiàn)下降的趨勢。

3.2 建議

高校綠地相對于一般城市綠地，具有綠化覆蓋率高、樹種組成豐富、喬木系統(tǒng)占據(jù)優(yōu)勢等特點，對改善城市生態(tài)環(huán)境有一定作用。由于隸屬關系和服務對象的不同，高校在森林群落結構和景觀營建上有其自身特殊性，建議從以下幾點進行城市森林群落構建和優(yōu)化：1）注重城市森林樹種的選擇，如選擇生物量高、壽命長的樹種，注重常綠與落葉樹種的比例，適當增加彩葉類樹種，可進一步擴大鄉(xiāng)土樹種的選擇范圍和應用數(shù)量;2）合理控制群落密度，提高樹木的質量和健康狀況，增加物種多樣性及群落穩(wěn)定性;3）嘗試搭建綠色廊道，將校園綠地串聯(lián)起來，加強綠地空間連通性，降低破碎化程度，從而構建面積更大的植物群落;4）加強植物造景，兼顧生態(tài)與景觀需求;5）挖掘文化內涵，突出校園特色，形成特有的校園名片。

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