周丁一，王英姿

（汕頭大學工學院，廣東 汕頭 515063）

0 引言

我國是世界上遭受臺風襲擊影響最嚴重的國家之一，每年因臺風造成的損失不計其數(shù)，僅在2013年內(nèi)，因遭遇臺風災害所造成的直接經(jīng)濟損失就達到152.45億元[1].在我國沿海11個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）中就有10個有臺風登陸記錄，香港、澳門、臺灣地區(qū)也有臺風登陸，其中在廣東、臺灣、海南臺風登陸次數(shù)尤其之多[2].

隨著城市化進程的不斷加進、生活水平的顯著提高，人們的環(huán)境意識以及生態(tài)意識都在不斷的增強，園林綠化在城市中扮演著越來越重要的角色.然而，臺風多發(fā)區(qū)的城市綠化卻因臺風的到來屢屢受害，比如，2012年7月，因“韋森特”過境而造成深圳市11.5萬棵植物受損，其中約2.9萬植物倒伏死亡[3].這些給城市綠化工作帶來了嚴重的困擾，每次風災過后都要花大量的人力物力清理掉落的枝干、扶正倒伏的植物、更換新的植株等等.并且植物景觀環(huán)境的恢復不同于其它物體，建筑、道路、橋梁等可以通過修復并隨著修復的結束達到與之前未受損時高度相似的程度，可是植物不行，它是具有生命的物體，需要相當長一段時間的生長才能完好如初.因此，臺風對植物造成的損害無法僅僅用金錢來衡量.

在臺風多發(fā)區(qū)域，選擇抗風性良好的植物作為行道樹、沿海防護林、園林綠化以及建筑綠化等，無疑是城市環(huán)境建設中迫切的需求.據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，影響植物抗風性的主要因素是植物的生物力學性能和根系與土壤的相互作用力這兩個方面[4].其中，植物的生物力學性能又主要包括植物的樹冠大小以及形態(tài)、樹干的韌性、樹齡以及樹干尺寸；而根系與土壤的相互作用又與土壤的濕度、土壤性質(zhì)和根系的深淺有關[5].當然，植物的抗風性也是相對而言，當風暴達到9級或更大時，即使是一級抗風樹種也會不同程度的受到侵害，但它們比其他等級抗風性植物損失要小得多.

1 解析植物的抗風性能

1.1 概念

重大的風災破壞后，整個城市滿目蒼夷，然而，部分植物卻能在災難中存活甚至保持完整.于是，研究者們開始思考為什么有些植物能夠抵擋住風害而有些植物又不能，不同種類的植物抗風性強弱要如何判斷呢？

研究者們通過觀察植物在風中的形態(tài)特征來判斷它們是如何應付風在周圍產(chǎn)生的氣流：美國生物學教授史蒂文博士發(fā)現(xiàn)，在風動模擬實驗室中，當植物受到風的連續(xù)擊打時，葉子會扭轉(zhuǎn)成一個順應風向的圓錐體；在做另一個關于水仙花抗風性能測試實驗時，像水仙花這種類型的植物會不停的在風中扭動身體，這些扭曲是為了讓花瓣扭轉(zhuǎn)過來，用背面來迎風.史蒂文博士認為有別于建筑等物體的堅固，植物擁有自己的一種“堅固形態(tài)”，它主要靠自身的柔韌性來體現(xiàn)[6].

因此，植物在受到風的作用力時，會對其自身的形態(tài)進行調(diào)整，以此來適應環(huán)境的變化，達到抵抗風災的能力，這便是植物的抗風性能.

1.2 研究對象

研究植物的抗風性能，顧名思義，研究對象便是植物本身，在確定并記錄研究對象的過程中包括兩方面的工作——選取對象和觀察并記錄對象受損情況：

1.選取對象

植物不僅僅是單一存在的一個個體，它生長在復雜的環(huán)境之中，所以，在選取對象時一定要考慮周圍的環(huán)境因素，排除外在干擾，以免測得的實驗數(shù)據(jù)不準而對研究者進行錯誤的引導，比如，設置觀測點時要規(guī)避因小地形、小環(huán)境使得某些并不具備該等級抗風能力的植物得以存活[7]，即植物因周圍建筑物、構筑物或者坡形地貌對風的遮擋，使得風向、風速發(fā)生改變，影響了風襲程度，對植物起了一定的保護作用，使得對該植物的抗風性能做出了錯誤的判斷.另外，植物選樣中，它們的種類應盡量涵蓋該調(diào)查地點的常見種類，因為本土植物是經(jīng)過長期的生物進化過程才能留在該地區(qū)健康茁壯生長的品種，相對其他外來引進品種有多方面的優(yōu)勢，如成本更低廉、生長條件更契合當?shù)貧夂?、后期維護管理更簡便等等.

肖潔舒等[3]根據(jù)深圳主要受風道路及受風區(qū)域的位置，選擇了三個方向上的主要干道，以及城市某些集中綠化帶，包括6個城市公園，1個風景區(qū)，2個住宅區(qū)進行現(xiàn)場察看調(diào)查，同時，以問卷調(diào)研的形式與近20位有經(jīng)驗的綠化管理者、專家進行交流.辛如如等[8]在汕頭市將觀測點設置在交通主干道、具代表性的交叉路口以及大型綠地，共在市區(qū)設置風害觀測點32處，其中道路5條、路口27個.觀測點的樹種占目前市區(qū)現(xiàn)有路樹種類的80%以上.王良睦等[9]對廈門市綠化工程管轄的59條主次干道的25種行道樹的風損情況進行了詳細的調(diào)查.

2.觀察并記錄對象受損情況

首先，在觀察植物受損前，可以先分析植物的受力情況，也就是將植物視為簡化模型進行分析，如圖1所示：把植物比作單懸臂梁，根部視作支座，當風對植物作用時，橫向傾覆力大于植物最大抗傾覆力時，就會發(fā)生折斷或倒伏.當然，實際情況比這種模型要復雜得多，風力瞬時值和風向處于不斷的改變中，因此，作用在植物身上的力不僅有彎、剪、拉力，還有扭力.當風向、風力恒值時，受損與否主要靠樹木樹冠特性、枝干剛柔度和根部支承力決定[9].

圖1 植物受力簡圖

然后，根據(jù)不同受損等級將所選種類的植物進行分門別類的記錄，受損等級的劃分參考《汕頭市抗風綠化樹種的選擇》[7]、《華南地區(qū)園林樹木抗風能力的研究》等[3]文獻將植物受損程度分為以下五種：1.倒伏，死亡；2.倒伏，修剪后，可原地扶正；3.歪斜，修剪后，可原地扶正；4.主要枝干（包括主干）折斷，須換種或修剪后予以保留；5.次要枝干折斷，稍作修剪后留用.觀察記錄時根據(jù)上面的五種不同情況對研究對象的種類、數(shù)量進行分類和歸納.

1.3 研究方法

研究方法主要包括兩種方式——現(xiàn)場調(diào)查法和灰色關聯(lián)度法：1.現(xiàn)場調(diào)查法：以陳有義[7]、肖潔舒[3]為代表，主要以走訪受災現(xiàn)場的方式來實現(xiàn)；2.灰色關聯(lián)度法：運用關聯(lián)度法構建植物抗風性因素的關聯(lián)性.

1.3.1 現(xiàn)場調(diào)查法

首先，現(xiàn)場調(diào)查法在研究前期需要通過調(diào)研受災現(xiàn)場獲取第一手資料，再選取場地察看受災植物損失情況，以拍照和記錄為主，包括統(tǒng)計植物種類數(shù)、同種植物在各受損等級的棵數(shù)等等，并將這些數(shù)據(jù)進行初步的總結歸納；其次，通過問卷調(diào)查的方式了解更詳細的信息，與園林綠化相關工作人員進行交談，向他們咨詢專業(yè)的情況和指導意見；然后，將記錄與調(diào)查得到的數(shù)據(jù)進行綜合整理分析；最后，參考《汕頭市道路抗風綠化樹種調(diào)查研究初報》[7]、《臺風風災害對深圳城市園林樹木的影響和對策》[10]、《9914～#號臺風對廈門市園林樹木破壞情況的調(diào)查及對策研究》[9]等文章提出植物抗風類型劃分標準：Ⅰ、在風災中基本無受損現(xiàn)象；Ⅱ、出現(xiàn)部分小枝折斷，少量植株輕微風斜；Ⅲ、出現(xiàn)少數(shù)主干折斷、風倒、風斜等現(xiàn)象，風害率小于等于10%；Ⅳ、主干折斷，風倒、風斜現(xiàn)象較多，風害率大于10%，確定出調(diào)研植物種類的抗風等級[8].

1.3.2 灰色關聯(lián)度法

灰色關聯(lián)分析[11]，實質(zhì)上是對事物的各因素關聯(lián)度進行系統(tǒng)的分析，這種分析方式不需要走訪風在現(xiàn)場，而是將植物本身的特性作為因素進行分析，求解流程圖如圖2所示.

圖2 灰色關聯(lián)度求解流程圖

現(xiàn)假設選定n種植物作為研究對象，具體步驟如下：

1）將主要影響植物抗風性的9個指標組成評價體系集 x（k）（x（1），x（2），x（3），x（4），x（5），x（6），x（7），x（8），x（9）），即植物類型 x（1）、最大樹高 x（2）、最小胸徑 x（3）、最大冠幅 x（4）、冠形 x（5）、干形通直度 x（6）、氣干密度x（7）、葉層狀況 x（8）、根系狀況 x（9）.其中植物的形態(tài)、生長特性等可查閱王宏志的《中國南方生態(tài)園林樹種》[12]、臧德奎的《園林樹木學》[13]，氣干密度可查閱成俊卿的《木材學》[4].

2）把評價體系集 x（k）建立序列{x（k）}：

由于各因素之間計量單位不同，因此各數(shù)據(jù)的量綱也不同，如樹高為米、胸徑為厘米、氣干密度為克每立方米等等，所以我們需要將數(shù)列初值化，即是將同一數(shù)列的所有數(shù)據(jù)除以第一個數(shù)據(jù)，得到一個與第一個數(shù)列存在倍數(shù)關系的新數(shù)列：

3）在研究對象中選定一個參考序列x0（k），這個序列就是用來被作為參考的“母序列”，其余植物作為評判其關聯(lián)性的序列xi（k）（i=1，2，3，…，n），表示第i個評價數(shù)據(jù)序列與參考數(shù)據(jù)序列在對應第k個指標的相對差，即關聯(lián)系數(shù)ζi（k），如公式（1）所示：

式中，W（k）為對應評價指標k的權重值，可根據(jù)層次分析法中Saaty1-9標度法對評價體系x（k）構建判斷矩陣求得.

5）根據(jù)研究對象n種研究植物關聯(lián)度ri分布情況，確定其抗風等級Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等.吳志華等[4]曾用灰色關聯(lián)度法對廣東湛江市82種類型的植物進行抗風性能的研究，得出的結果與《中國南方生態(tài)園林樹種》[12]中對其抗風性描述相一致，并且也與實際中的抗風強度吻合，因此，說明將灰色關聯(lián)度法運用到植物抗風性研究中是科學可靠的.

1.3.3 現(xiàn)場調(diào)查法和灰色關聯(lián)度法的對比分析

現(xiàn)場調(diào)查法和灰色關聯(lián)度法各有利弊，如表1所示，可以根據(jù)二者的特點進行選擇.

表1 現(xiàn)場調(diào)查法與灰色關聯(lián)度法比較

現(xiàn)場調(diào)查法和灰色關聯(lián)度法是研究者們關于植物抗風性研究實踐和理論方法上的探索，兩者各有其特點，需要的條件也各不相同.現(xiàn)場調(diào)查法更注重對風災后植物的真實反映作為信息進行提取和總結，得到的結果真實可靠，但是調(diào)查前提是必須在風災后大量的走訪現(xiàn)場，盡快記錄以便獲取最直觀的第一手資料；灰色關聯(lián)度法從植物本身的特性出發(fā)，通過理論計算的方式得出植物影響其抗風性特性之間的關聯(lián)性，得出的結果經(jīng)過實踐檢驗，表現(xiàn)出一致性，證明了灰色關聯(lián)度法運用到植物抗風性研究上的科學性，由于它的研究條件自由，因此現(xiàn)在越來越多的研究者更傾向于利用理論的研究來探索植物抗風性.

研究者們還通過更多種的方式進行抗風性測試，比如可以通過測量植物某一影響抗風性的固定屬性聯(lián)系到抗風性能上——Page對針葉樹材管胞細胞壁的單根纖維進行了拉伸力學測試，成功將纖維拉伸技術應用到植物細胞壁結構力學性能的研究上[14-15].

2 增強植物抗風性能防護措施

2.1 影響植物抗風性能的因素

影響植物抗風性因素主要由植物的生物力學特性、根系與土壤的相互作用以及風的干擾，其中植物的生物力學特性屬于影響植物抗風性的內(nèi)因，但植物內(nèi)因不是主要影響因素.外因，即人為提供給植物生長的環(huán)境和條件，也是抗風性因素之一，內(nèi)因和外因互相作用，內(nèi)因改變外因，外因制約內(nèi)因，正因為如此，研究者們才應該弄清楚每個因素，讓植物的抗風性達到最佳.

2.1.1 生物力學因素

1.樹木特性.比如樹形不利于過風，樹冠大，根淺，枝脆，木材密度較低等，如木材在韌性、易曲性好的情況下抗風能力強[16]；

（2）從外國導入重大項目的核心技術。從制造業(yè)水平看，山東省制造業(yè)的整體比較落后，其關鍵在于核心技術多數(shù)被制造業(yè)發(fā)達國家所掌握。因此，山東應基于重大項目，從國外積極引進核心技術，并通過技術的吸收和消化，實現(xiàn)技術的本土應用，最大限度地順應本地企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而增強其制造業(yè)的競爭力。同時，還需制定出能夠有效指導產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃或計劃方案，培養(yǎng)建立新興產(chǎn)業(yè)。此外，基于本地的區(qū)域優(yōu)勢，山東省還可以從海洋設備、生物、新材料、新能源等新興制造領域著力發(fā)展新產(chǎn)業(yè)。

2.植物年齡.有一些植物在不同年齡段，其抗風性也不同，Niklas就研究出隨著植物生長，干物質(zhì)開始逐漸積累，從而使得植物機械組織中纖維素含量增加[17]，因而植物生長越久抗風性能越好；

3.植物本身健康狀態(tài).遭遇蟲害的植物，通常主干被掏空、根部被啃食殆盡等，這樣即使本應具備良好抗風性能的植物，也會大打折扣，無力抵抗風的侵害.

2.1.2 種植養(yǎng)護因素

1.修剪.大多數(shù)人的認識上覺得樹越大越好，樹蔭濃密，可以遮擋夏季烈陽，讓道路成為林蔭大道會比較舒適宜人，加之臺風低發(fā)期這段長時間的安逸氣候，容易讓人們忽視在臺風中樹大招風這個存在安全隱患的疏漏點；

2.植物栽種時長.植物剛栽種不久，它與所在環(huán)境的適應度并沒有達到最佳狀態(tài)，主根不明顯或不發(fā)達，這樣根系與土壤的固著力會降低，體現(xiàn)不出植物本身應有的抗風性能；

3.支護.同一種植物若安有連排竹架支護，則抗風性能增強，說明了支護的重要性；

4.苗木種植質(zhì)量.它對抗風性的影響經(jīng)常被大家忽視，比如土壤空間小、土質(zhì)差、植物之間的間距太小等等，這些可能造成植物的根系生長空間受到限制，沒有起到應有的支撐作用，受強風力影響容易松動，從而抗風性能降低；

5.種植土的深淺.種植土層越厚，植物的根系生長空間越充足，根系與土壤的結合更充分，如若土壤過于淺薄使得植物的根系無法深入，從而容易在風力的影響下倒伏，降低了植物的抗風性能；

6.種植排列方式.隨著植物種植的排列方式不同其抗風性能也得到改變，在空曠的場地，孤植容易受風侵襲，而群落式的植物，則表現(xiàn)出良好的抗風性能；

2.2 防護措施

植物抗風性在未系統(tǒng)分析之前，大都根據(jù)園林工人的經(jīng)驗來加強樹木的抗風性，主要采用設置護樹架——設置對樹木起支撐固定作用的護樹設施的形式來增強植物抗風性，利用護樹架對植物的支撐能減少樹干受風作用的實際應力.這種方式主要用于新移植樹木的支撐保護.移植初期，植物的根系不能在短時期內(nèi)跟土壤結合得非常好，容易遭到破壞，此時的固著力很低，不足以在大風中保持樹木的穩(wěn)固性.

通過對植物抗風性的研究，我們知道影響植物抗風性的因素有很多種，在增強抗風性措施時可以從兩個方面出發(fā)：根據(jù)不同種類植物自身抗風性差異選取性的栽種；改變影響植物抗風性因素.具體如下：

1.自身抗風性能：

1）植物種類選擇，考慮到景觀效果和經(jīng)濟性上，應盡量選擇抗風性良好、深根特點的植物，如棕櫚科的某些植物，不僅抗風性良好，且具有特別典型的南方風貌[18].

2）栽種位置，可以利用某些地理位置的優(yōu)勢進行栽種，比如周圍有建筑、坡地等圍成的具有保護作用的小地形里種植景觀良好但不一定具備很強抗風能力的植物.

3）栽種樣式，群植的栽種方式應多用，無論抗風性如何的植物，群植的情況下都比孤植抗風強，整體功能大于個體功能，要充分利用植物群落的的整體抗風性能，并且群落的景觀效果也會更加豐富.另外城市其他一些面積較小的綠地，如道路邊、廣場的綠化，盡量以帶形樹池的形式而不是以單個樹池的形式出現(xiàn).另外也可以分層搭配設計，抗風性良好與稍差的組團設計，利用抗風性能強的植物對抗風性差但景觀效果優(yōu)異的植物，如紅花洋紫荊，起到保護作用，達到群落的抗風性強特點；

4）植物栽植過程，多用實生苗，少用高壓苗.苗木規(guī)格應適當，不能過大或過小，很多時候為了求速度，一味追究大株種植.苗木的質(zhì)量應優(yōu)良，不能有病蟲害.另外，種植穴的大小也應按照植物生長所需尺寸嚴格要求，不能偷工減料挖太小，抑制了根系的生長發(fā)育，填充物也一定不能是建筑垃圾，要用松軟肥沃的土壤；

2.改變抗風性因素：

1）避免選取易鬧蟲害的樹種，如盆架子、秋楓、橡膠榕在調(diào)查的過程中，容易患蟲害，即使具備一定的抗風性，但因蟲害的原因?qū)е驴癸L性能差，主干被掏空、根系被毀壞，在風的作用下極易出現(xiàn)倒伏現(xiàn)象，這些樹種應少選擇；

2）修剪維護，樹冠透風性對于植物的抗風性能影響很大，事實證明，植物修剪前后抗風強弱相差很大.定期對植物進行修剪管理也是保證植物正常健康生長的一個前提，觀賞性上也更加整齊干凈，杯形、傘形可降低樹冠受到的正面風壓，修剪時，可以考慮這兩種形態(tài).植物高度方面，根據(jù)研究結果表明，對于同一種植物而言，樹高值越小抗風性能越強，對于不同種植物，樹高平均值越低抗風性越強，但是也有意外，比如紅花洋紫荊.因此，修剪時可以考慮將植物高度進行適量控制.

3 結語和展望

我國臺風多發(fā)區(qū)每年都因臺風飽受折磨，臺風對城市園林綠化植物的損壞尤其嚴重，不同于構筑物等具有堅固的結構，植物通常只能憑借自身的力量對抗風災.盡管如此，通過長期的自然進化，依然有某些種類的植物具備了抵抗風災的能力，能夠在風災過后只受到微小的損傷，研究者們通過走訪風災現(xiàn)場獲取植物最真實的抗風性信息，或者通過研究影響植物抗風性能的因素的關聯(lián)性，以此得出它們抗風性等級，再根據(jù)研究結果提出增強抗風性措施的建議，指導日后的城市綠化設計.

目前對植物抗風性研究范圍還比較小，首先，在植物種類方面，大多只選取了城市行道樹進行研究，也就是以喬木類型的植物為主，很少涉及到灌木、攀緣類植物、地被植物等等，這些植物也會根據(jù)自身的特性產(chǎn)生不同等級的抗風性能；另外，在選取地點上，大多只選取了城市地面綠化，事實上，城市綠化的發(fā)展已經(jīng)相當多元化，不僅僅只有地面綠化，屋頂、垂直空間的綠化也比比皆是，這些位置的綠化如若被風吹落，哪怕只是小小的一截斷枝，也會后患無窮，所以，針對具有一定高度和復雜環(huán)境的綠化，我們更應該有相應的抗風性研究和防患措施.

[1]張月霞，王輝.臺風風暴潮災害風險評估研究綜述[J].海洋預報，2016，33（2）：81-88.

[2]康斌.我國臺風災害統(tǒng)計分析[J].中國防汛抗旱，2016（2）：36-40.

[3]肖潔舒，馮景環(huán).華南地區(qū)園林樹木抗臺風能力的研究[J].中國園林，2014（3）：115-119.

[4]吳志華，李天會，張華林，等.廣東湛江地區(qū)綠化樹種抗風性評價與分級選擇[J].亞熱帶植物科學，2011，40（1）：18-23.

[5]ACHIMA，RUEL J C，GARDINER B A，et al.Modelling the vulnerability of balsam fir forests to wind damage[J].Forest Ecology&Management，2005，204（1）：37-52.

[6]王珍.植物抗風的奧秘[J].生活與健康，2007（5）：53-53.

[7]陳有義.汕頭市抗風綠化樹種的選擇[J].粵東林業(yè)科技，2000（1）：13-14.

[8]辛如如，肖澤鑫，李莉.汕頭市道路抗風綠化樹種調(diào)查研究初報[J].防護林科技，2004（6）：14-16.

[9]王良睦，王中道.9914#臺風對廈門市園林樹木破壞情況的調(diào)查及對策研究[J].中國園林，2000（4）：65-68.

[10]吳顯坤.臺風災害對深圳城市園林樹木的影響和對策[D].南京：南京林業(yè)大學，2007.

[11]羅慶成，徐國新.灰色關聯(lián)分析與應用[M].南京：江蘇科學技術出版社，1989.

[12]丘小軍，王宏志，曾輝，等.中國南方生態(tài)園林樹種[M].南寧：廣西科學技術出版社，2006.

[13]臧德奎.園林樹木學[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[14]PAGE D H，EL-HOSSEINY F，WINKLER K.Behaviour of single wood fibres under axial tensile strain[J].Nature，1971，229（5282）：252-253.

[15]JAYNE B A.Some mechanical properties of wood fibres in tension[J].Forest Products Journal，1960，10（6）：316-22.

[16]李敏，文寅.廣州市區(qū)道路綠化抗風災的技術方法[J].農(nóng)業(yè)科技與信息（現(xiàn)代園林），2009（4）：52-54.

[17]NIKLAS K J.Plant allometry，leaf nitrogen and phosphorus stoichiometry，and interspecific trends in annual growth rates[J].Annals ofBotany，2006，97（2）：155-63.

[18]祖若川，羅立娜，劉晶，等.濱海公園棕櫚類植物抗風性調(diào)查與評價分析[J].北方園藝，2016（5）：89-94.