嶗山典型森林群落數(shù)量分類與近自然景觀評(píng)價(jià)

姜小蕾，李士美，盧慧翠

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與林學(xué)院，山東青島 266109)

目前，我國大多數(shù)城市的園林綠化設(shè)計(jì)存在雷同現(xiàn)象，缺乏地域特色。在進(jìn)行種植設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師往往只追求美觀和近期效果，植物群落普遍存在組成結(jié)構(gòu)不合理的問題，難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[1-3]。已經(jīng)有許多學(xué)者提出城市園林綠化建設(shè)應(yīng)注重模擬地帶性植物群落，進(jìn)行近自然植物群落設(shè)計(jì)[4-6]。近自然植物群落是運(yùn)用植被生態(tài)學(xué)、園林學(xué)、森林經(jīng)理學(xué)等相關(guān)原理和技術(shù)，通過調(diào)查分析自然群落的基本類型、層次結(jié)構(gòu)，進(jìn)而借鑒、模擬形成的人工植物群落[7]，其結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，病蟲害少，養(yǎng)護(hù)管理成本低，生態(tài)效益好，可以從植被的角度展現(xiàn)地域景觀，發(fā)展前景被業(yè)界看好[8-9]。任斌斌等[7,10]通過對(duì)現(xiàn)有植被進(jìn)行群落分類，在研究其群落特征和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，模擬形成可用于城市園林綠地的植物景觀配置模式。根據(jù)前人研究可知，通過定量表達(dá)和定性描述相結(jié)合的層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，對(duì)自然植物群落進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選，是構(gòu)建近自然植物群落配置模式的重要方式[11-14]。

嶗山地形復(fù)雜，局部小環(huán)境豐富，適合暖溫帶各種植物的生長發(fā)育，生物多樣性在山東省內(nèi)最為豐富，其森林群落的物種組成結(jié)構(gòu)能夠?yàn)槟z東半島地區(qū)園林綠地近自然植物群落配置提供重要參考。許多學(xué)者對(duì)嶗山的植物資源展開調(diào)查研究[15-19]，但尚未發(fā)現(xiàn)有人對(duì)嶗山森林群落進(jìn)行數(shù)量分類和評(píng)價(jià)。研究根據(jù)科學(xué)性、獨(dú)立性和可操作性原則，從近自然植物群落的主要功能和特征出發(fā)，結(jié)合嶗山森林群落的特點(diǎn)，從自然度和景觀美學(xué)質(zhì)量兩方面，采用層次分析法，構(gòu)建適合嶗山森林群落的近自然景觀評(píng)價(jià)模型，并應(yīng)用該模型對(duì)植物群落進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出具有地域特色、組成結(jié)構(gòu)較合理的自然植物群落，為青島市公園綠地近自然植物群落的營建提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

嶗山位于青島市嶗山區(qū)，東經(jīng)120°7′～120°43′，北緯36°3′～36°24′，主峰巨峰海拔1 132.7 m，1992年被批準(zhǔn)為國家級(jí)森林公園。土壤以黃色砂質(zhì)土和棕色森林土為主，pH值5～7，呈微酸性。屬于暖溫帶季風(fēng)氣候，兼具海洋性氣候特征，年均氣溫11～12 ℃，年均降水量650～900 mm，年均無霜期209 d[16]。嶗山植物共有160個(gè)科，734個(gè)屬，1 422個(gè)種，8個(gè)亞種，114個(gè)品種和13個(gè)栽培品種[20]。嶗山的原始植物群落為以麻櫟(Quercusacutissima)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)等為優(yōu)勢種的落葉闊葉混交林，以及以赤松(Pinusdensiflora)、麻櫟等為優(yōu)勢種的針闊混交林。雖然歷史上大部分原始植被遭到破壞，但留存在土壤中的種子在無人干擾的情況下更新力較強(qiáng)，逐漸發(fā)展成天然次生林，或者與人工引進(jìn)的外來樹種形成了混交林。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)置與調(diào)查

分別在嶗山森林公園的巨峰、太清、上清、北九水景區(qū)內(nèi)，各沿1條調(diào)查樣線，從低海拔到高海拔共設(shè)置50個(gè)20 m×20 m的樣地。為全面反映不同海拔的物種及環(huán)境信息，每100 m海拔范圍內(nèi)，確保建立不少于3個(gè)樣地(表1)。每個(gè)20 m×20 m的樣地又劃分為16個(gè)5 m×5 m小樣方，調(diào)查并記錄樣方內(nèi)胸徑≥5 cm喬木的名稱、胸徑、高度、冠幅、混交度、生長勢及林分郁閉度等，對(duì)于胸徑小于5 cm小樹或幼苗則計(jì)為灌木。在樣地中心將小樣方分為4部分，隨機(jī)抽取1個(gè)小樣方進(jìn)行灌木和草本植物調(diào)查，記錄植物種名、高度、蓋度。用全站儀確定樣地的地理位置、海拔高度、坡向、坡度、坡位等環(huán)境數(shù)據(jù)。坡位分為3級(jí)，數(shù)字越大坡位越高。坡向分為4級(jí)，數(shù)值越大表示坡向越向陽，得到的光照越多[21]。

表1 嶗山植物群落調(diào)查樣地位置

圖1 嶗山調(diào)查樣地的位置和地形

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.2.1 重要值計(jì)算

用重要值表示物種在群落中的優(yōu)勢度[22]。各層次物種的重要值計(jì)算公式為：

Ivt=(FR+AR+DR)/3

Ivs=(HR+CR)/2

式中，Ivt為喬木層重要值，Ivs為灌木層和草本層重要值，F(xiàn)R為相對(duì)頻度，AR為相對(duì)多度，DR為相對(duì)優(yōu)勢度，HR為相對(duì)高度，CR為相對(duì)蓋度。

1.2.2.2 Ward聚類分析

根據(jù)物種的重要值矩陣，用Ward最小方差聚類法將樣地劃分為不同的聚類簇，代表不同的群落類型。為了獲得可解讀的聚類簇，還需要確定聚類樹被裁剪到哪個(gè)水平。本文通過k均值聚類法繪制輪廓寬度圖來確定最終劃分的聚類簇[23]。聚類分析使用R3.5.1軟件中的vegan程序包完成。

1.2.3 近自然景觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2.3.1 層次分析法

層次分析法是一種簡便、靈活而又實(shí)用的多目標(biāo)決策方法[24-25]。它將復(fù)雜的問題分解成若干個(gè)清晰的層次結(jié)構(gòu)(目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層)，實(shí)現(xiàn)了定性和定量分析的結(jié)合。運(yùn)用層次分析法首先要確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，用指標(biāo)體系構(gòu)造判斷矩陣，判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)之后確定各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)因子的權(quán)重，具體根據(jù)文獻(xiàn)[14,26]計(jì)算，近自然植物群落評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合得分(S)為：

式中，Wi為層次體系中第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，Pi是第i個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分值，為評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量。

1.2.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取

近自然植物群落既具有復(fù)層、異齡、混交、物種多樣性豐富、可持續(xù)發(fā)展等自然群落的結(jié)構(gòu)特征，又具有較高的園林植物景觀觀賞價(jià)值。因此，本文從群落自然度和觀賞度兩方面入手，參考馮彩云[14]、楊玉萍[12]、趙中華[27]等學(xué)者的研究成果，并基于嶗山森林群落的特點(diǎn)進(jìn)行修改和完善，構(gòu)建包含群落物種組成、群落結(jié)構(gòu)特征、群落活力、群落景觀美學(xué)要素4個(gè)二級(jí)指標(biāo)，以及鄉(xiāng)土植物比例、物種多樣性指數(shù)(Shannon-wiener指數(shù))、物種均勻度指數(shù)(Pielou指數(shù))、層次豐富程度(層級(jí)結(jié)構(gòu))、樹種隔離程度(混交度)、徑級(jí)結(jié)構(gòu)、天然更新幼苗數(shù)、群落郁閉度、植物生長勢、季相變化豐富度、觀賞特性豐富度、生活型結(jié)構(gòu)豐富度12個(gè)三級(jí)指標(biāo)的嶗山森林群落近自然景觀綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)。

表2 嶗山森林群落近自然景觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2.3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分準(zhǔn)則

評(píng)價(jià)指標(biāo)的定量采用直接定量法、間接定量法和定性指標(biāo)定量化3種方法。群落的組成、結(jié)構(gòu)、活力能夠反映群落的近自然程度，在很大程度上決定林分的穩(wěn)定性和發(fā)展趨勢[27-28]。群落組成包括鄉(xiāng)土植物比例、物種多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)3個(gè)指標(biāo)，其評(píng)分方法為直接定量法，Shannon-wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)參照文獻(xiàn)[29]計(jì)算。由于各層次間物種的某些數(shù)量特征是不等價(jià)的，其對(duì)群落結(jié)構(gòu)、功能、生產(chǎn)力與穩(wěn)定性等方面的貢獻(xiàn)也是不同的，群落總體多樣性不能簡單地將群落各層次的多樣性指數(shù)累加。因此，本文采用李軍玲[30]的計(jì)算方法，對(duì)喬木層、灌木層、草本層各層物種賦予一定的權(quán)重，以衡量各群落總體多樣性，公式為：

T=W1T1+W2T2+W3T3

式中：T為群落總體多樣性指數(shù)；T1、T2、T3分別為喬木層、灌木層、草本層的多樣性指數(shù)；W1、W2、W3分別為給定喬木層、灌木層、草本層的權(quán)重系數(shù)，依次為0.5、0.3、0.2。群落結(jié)構(gòu)包括層次豐富程度、樹種隔離程度、徑級(jí)結(jié)構(gòu)3個(gè)指標(biāo)。其中，樹種隔離程度采用直接定量法，通過林分平均混交度來反映，其計(jì)算參照文獻(xiàn)[31]進(jìn)行，層次豐富程度、徑級(jí)結(jié)構(gòu)采用間接定量法，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參見文獻(xiàn)[27]。群落活力通過天然更新能力、郁閉度、植物生長勢3個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)。更新能力評(píng)定依據(jù)《森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行[32]。郁閉度可反映群落內(nèi)林木利用空間的程度，當(dāng)郁閉度達(dá)到0.7以上時(shí)，與自然群落的狀態(tài)接近，賦值1，當(dāng)郁閉度大于0.3時(shí)，賦值0.5，其余情況賦值0。根據(jù)植物樹冠飽滿程度、是否有病蟲害和死枝等情況，將植株生長勢劃分為好、中、差3個(gè)等級(jí)，分別賦值1、0.5和0，所有植株生長勢的平均分即為該群落植物生長勢的評(píng)分。另外，景觀美學(xué)質(zhì)量指標(biāo)均通過人為觀察劃分為好、中、差3個(gè)級(jí)別，分別賦值1、0.5和0。

1.2.3.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

基于嶗山森林公園近自然植物群落生態(tài)防護(hù)和景觀游憩的主要功能，邀請(qǐng)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)的30位園林、生態(tài)、林學(xué)方面的專家共同討論，運(yùn)用層次分析法構(gòu)造判斷矩陣[24-25]，并使用軟件Yaahp7.0進(jìn)行一致性檢驗(yàn)和指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算。表3為各評(píng)價(jià)指標(biāo)修正后的權(quán)重值。

表3 指標(biāo)權(quán)重值

2 結(jié)果與分析

2.1 嶗山森林群落總體評(píng)價(jià)結(jié)果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，50個(gè)樣地評(píng)價(jià)得分的平均值為0.578，最高分為0.829，最低分僅為0.213，樣地間差異較大(表4)。根據(jù)嶗山森林群落的實(shí)際情況和評(píng)價(jià)得分結(jié)果，可將50個(gè)樣地劃分為4個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)(表5)，其中屬于等級(jí)Ⅰ的有4個(gè)樣地，占總數(shù)的8%，屬于等級(jí)Ⅱ的有23個(gè)樣地，占總數(shù)的46%，屬于等級(jí)Ⅲ的有11個(gè)樣地，占總數(shù)的22%，屬于等級(jí)Ⅳ的有12個(gè)樣地，占總數(shù)的24%。

表4 樣地評(píng)價(jià)得分

表5 嶗山森林群落評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

總體來看，得分>0.8的32、35、37、46號(hào)樣地不但物種多樣性相對(duì)豐富，組成結(jié)構(gòu)也接近天然異齡林，群落活力較高，而且具有很好的觀賞性。32號(hào)樣地為多種共優(yōu)勢群落，優(yōu)勢種為麻櫟、山櫻花(Cerasusserrulata)、野茉莉(Styraxjaponicus)、黃連木，優(yōu)勢度分別為24.6%、18.1%、12.5%、11.2%，伴生種為遼東榿木(Alnushirsuta)、黑松(Pinusthunbergii)、赤松等；35號(hào)樣地優(yōu)勢種為麻櫟，優(yōu)勢度為55.4%，伴生種為野茉莉、黃連木、梧桐(Firmianaplatanifolia)等；37號(hào)樣地優(yōu)勢種為麻櫟，優(yōu)勢度為68.4%，伴生種為黃連木(Pistaciachinensis)、白木烏桕(Neoshirakiajaponica)、華山礬(Symplocoschinensis)等；46號(hào)樣地也為多種共優(yōu)勢群落，優(yōu)勢種為元寶楓(Acertruncatum)、麻櫟、鹽膚木(Rhuschinensis)和赤松，優(yōu)勢度分別為40.0%、14.1%、12.0%和11.2%，伴生種為山櫻花、山合歡(Albiziakalkora)、華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtii)等。得分<0.4分的樣地均為由外來樹種形成的先鋒群落，主要為黑松、刺槐(Robiniapseudoacacia)純林或兩者的混交林，具有物種多樣性低、組成結(jié)構(gòu)單一、觀賞性較差的特點(diǎn)。

2.2 嶗山不同群落類型評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)喬木層、灌木層、草本層各層主要物種(出現(xiàn)頻度>5%)的重要值矩陣，嶗山森林群落可劃分為不同的群落類型，根據(jù)輪廓寬度計(jì)算結(jié)果，50個(gè)樣地可分為10個(gè)群落類型(圖2)。從不同群落的評(píng)價(jià)得分看，得分最低的為黑松群落(Ⅰ)、刺槐群落(Ⅱ)，均值分別為0.354和0.454，其他群落類型的得分均值都大于0.6。得分最高的為麻櫟+元寶楓群落(Ⅳ)，均值為0.785，該類型群落不僅自然度高，且具有很好的觀賞性；其次為遼東榿木+山櫻花群落(Ⅸ)、華北落葉松群落(Ⅶ)，得分均值分別為0.731和0.710。從圖3可知，麻櫟+元寶楓群落的得分組內(nèi)差距最小，所有樣地得分均大于0.7，而黑松群落、刺槐群落的得分組內(nèi)差距較大，黑松群落最高分為0.604，最低分僅為0.231，刺槐群落最高分為0.671，最低分僅為0.213。

圖2 嶗山植物群落50個(gè)樣地的Ward聚類分析

表6 嶗山森林群落類型

圖3 不同群落類型評(píng)價(jià)得分

3 結(jié)論與討論

嶗山森林公園是青島市最著名的旅游風(fēng)景區(qū)之一，兼具改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、保護(hù)生物多樣性和為游人提供優(yōu)美的植物景觀等多重功能。為更好地實(shí)現(xiàn)以上功能，需要營建具有一定觀賞價(jià)值、適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件、可持續(xù)發(fā)展的近自然植物群落。因此，本文根據(jù)嶗山的地形復(fù)雜、小環(huán)境多樣、群落類型復(fù)雜等特點(diǎn)，在前人研究的基礎(chǔ)上，從近自然度和觀賞性兩個(gè)方面出發(fā)，構(gòu)建了嶗山森林群落近自然景觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以評(píng)價(jià)結(jié)果作為嶗山森林群落近自然經(jīng)營的重要依據(jù)。

根據(jù)最終的評(píng)價(jià)得分，50個(gè)樣地可劃分為4個(gè)等級(jí)，基本反映了森林群落演替的不同階段。在得分最低的先鋒林階段，群落組成和結(jié)構(gòu)單一、活力較差，四季變化豐富度等景觀要素也較差，但隨著演替進(jìn)程的發(fā)展，群落組成結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜化，觀賞性也得到增強(qiáng)，近自然景觀評(píng)價(jià)得分逐漸上升。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，嶗山不同樣地評(píng)價(jià)得分差距較大，最高分為0.829，最低分僅為0.213?？傮w來看，大部分樣地得分大于0.6，說明經(jīng)過長時(shí)間封山育林，嶗山森林群落的總體近自然度和觀賞性均較好。其中，得分最低的樣地主要是位于低海拔地區(qū)的人工林，其原始植被的人為破壞十分嚴(yán)重，破壞時(shí)間長，原有群落很難自我恢復(fù)，目前仍然是外來樹種黑松和刺槐占優(yōu)勢地位；得分最高的樣地主要是位于太清宮(35、37號(hào)樣地)、上清宮(32號(hào)樣地)等古老道觀附近的近原始林，由于人為干擾很少，已具備頂級(jí)植物群落的組成結(jié)構(gòu)特征。通過模擬嶗山近自然景觀評(píng)價(jià)較高的群落，結(jié)合植物的觀賞價(jià)值和層次搭配，可以構(gòu)建5種不同的群落配置模式，這些模式是青島市園林綠地人工林近自然經(jīng)營的良好范本。

(1) 模式Ⅰ：“麻櫟+元寶楓—郁李+三裂繡線菊—青島薹草+求米草”群叢。喬木伴生種可選擇野茉莉，灌木伴生種可選擇三椏烏藥(Linderaobtusiloba)，草本伴生種可選擇糙蘇(Phlomisumbrosa)、大油芒(Spodiopogonsibiricus)等。該模式適應(yīng)性較強(qiáng)，較耐寒抗旱，但不耐水濕，喜光也耐陰，從陰坡到陽坡均可生長，適宜應(yīng)用于海拔300 m以下區(qū)域。春季郁李、三裂繡線菊、野茉莉依次盛開粉色和白色繁花，觀賞性很高；夏季是糙蘇和大油芒的花期，兩者均為適應(yīng)力很強(qiáng)的觀賞草；秋季則可觀賞元寶楓的紅葉。

(2) 模式Ⅱ：“赤松+山合歡—衛(wèi)矛+三裂繡線菊—求米草+唐松草(Thalictrumaquilegifolium)”群叢。喬木伴生種可選擇山櫻花、山胡椒(Linderaglauca)，灌木伴生種可選擇郁李、菝葜(Smilaxchina)，草本伴生種可選擇吉祥草(Reineckiacarnea)等。該模式群叢適應(yīng)性很強(qiáng)，所有植物種均耐干旱貧瘠，喜陽也稍耐陰，在海拔600 m以下地區(qū)均生長良好。該模式以常綠植物為底色，四季均有較高的觀賞性。春季山櫻花、山合歡依次開花，色彩主要以粉色系為主，充滿浪漫風(fēng)情；秋季的衛(wèi)矛既可觀葉，也可觀果；冬季赤松的紅色枝干也具有觀賞價(jià)值。

(3) 模式Ⅲ：“梧桐+楸樹+黃連木—山楂葉懸鉤子+野薔薇—絡(luò)石+求米草”群叢。喬木伴生種可選擇臭椿(Ailanthusaltissima)、桑樹(Morusalba)，灌木伴生種可選擇牡荊(Vitexnegundo)，草本伴生種可選擇日本蹄蓋蕨(Athyriumniponicum)。該模式對(duì)環(huán)境要求較高，喜溫暖濕潤氣候，耐寒性不強(qiáng)，喜肥沃、濕潤、深厚而排水良好的土壤，不耐旱，適宜栽種于陽坡或半陽坡，適宜應(yīng)用于海拔100 m以下區(qū)域。楸樹、梧桐、黃連木都是樹形良好的園林觀賞植物，栽種時(shí)不要過密以便于觀賞其優(yōu)美的枝葉。春季楸樹、野薔薇依次盛開粉色花朵；夏季梧桐可觀花，桑樹可觀果；秋季黃連木可觀黃葉和紅果。

(4) 模式Ⅳ：“日本落葉松+水榆花楸—三椏烏藥+山楂葉懸鉤子—牛尾菜+藜蘆(Veratrumnigrum)”群叢。喬木伴生種可選擇楓楊(Pterocaryastenoptera)、北枳椇(Hoveniadulcis)、君遷子(Diospyroslotus)，灌木伴生種可選擇郁李，草本伴生種可選擇嶗山百合(Liliumtsingtauense)。該模式喜肥沃濕潤的土壤，宜栽植于濕潤的河灘、溝谷兩側(cè)等排水良好的區(qū)域，喜光也稍耐陰，可栽種于半陰坡或陽坡，適宜應(yīng)用于海拔300 m以上區(qū)域。春季三椏烏藥、水榆花楸花朵繁茂，綴滿枝頭；夏季嶗山百合、藜蘆爭相開放，花葉皆具觀賞性，水榆花楸的紅色漿果鮮艷奪目；秋季日本落葉松、三椏烏藥和水榆花楸的葉色分別變?yōu)榻瘘S色和猩紅色，可形成觀賞性極高的風(fēng)景林。其中，嶗山百合(又稱青島百合)作為青島地區(qū)特有的植物種，觀賞價(jià)值很高，值得在園林綠化中推廣應(yīng)用。

(5) 模式Ⅴ：“華北落葉松+遼東榿木—華山礬+山胡椒—牛尾菜+嶗山百合”群叢。喬木伴生種可選擇山櫻花、櫸樹，灌木伴生種可選擇金銀花、木通，草本伴生種可選擇唐松草等。該模式喜肥沃濕潤的土壤，耐寒但不抗旱，喜光稍耐陰，適宜栽種于半陰坡或陽坡，適宜應(yīng)用于海拔300 m以上區(qū)域。春季山櫻花可觀花；夏季嶗山百合、唐松草亦可觀花；秋季華北落葉松可觀黃葉，同時(shí)山胡椒可觀果。

由Ward數(shù)量分類可知，嶗山森林群落的組成類型十分豐富，不同群落類型評(píng)價(jià)得分差距較大，其中，黑松群落、刺槐群落大部分樣地的評(píng)分明顯低于其他群落類型，應(yīng)該作為近自然化改造的主要目標(biāo)。另外，部分麻櫟群落、櫸樹群落評(píng)分也較低，可根據(jù)樣地各評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體分值，采取適當(dāng)改造措施以促進(jìn)近自然化發(fā)展。從組內(nèi)評(píng)分差距來看，黑松群落、刺槐群落和麻櫟群落的組內(nèi)評(píng)分差距較大，對(duì)得分低的樣地的改造可以參考得分高的樣地的結(jié)構(gòu)特征來進(jìn)行。