余光燦

周光益*

鄭 芬

在全球氣候變化的大背景下，頻發(fā)的極端氣候事件通過破壞自然和城市系統(tǒng)影響著社會和經(jīng)濟的發(fā)展[1-3]，而植被對之的適應(yīng)與協(xié)調(diào)則顯得尤為重要[4]。廣東省地處中國東南沿海，是遭受臺風(fēng)災(zāi)害最嚴重的地區(qū)之一[5]，因此城市植被抗風(fēng)性的研究亟待加強[6]。

諸多學(xué)者圍繞臺風(fēng)對城市綠化植被的影響展開了諸多研究。任如紅等[7]分析了“杰拉華”和“?？?次臺風(fēng)對舟山地區(qū)園林樹木的影響，從生物學(xué)特性和生理學(xué)特性2個角度分析得出了抗風(fēng)樹種根系深、木質(zhì)韌、喜水耐濕、樹冠風(fēng)阻小等特點；楊小樂等[8]綜合分析了多年臺風(fēng)對杭州行道樹的影響，強調(diào)了植物本身的抗風(fēng)能力、園林植物的搭配對抵御臺風(fēng)的重要性。在此基礎(chǔ)上，肖潔舒、譚廣文等[9-10]篩選了適宜華南地區(qū)的抗風(fēng)樹種；林雙毅等[11]調(diào)查了莫蘭蒂臺風(fēng)對廈門市的行道樹種的影響，分析了綠帶位置對行道樹抗風(fēng)能力的影響，認為優(yōu)化園林植物的空間結(jié)構(gòu)、選擇合理的抗風(fēng)樹種是提高城市綠地應(yīng)對臺風(fēng)能力的關(guān)鍵；楊東梅等[12]調(diào)查了“威馬遜”臺風(fēng)對?？跇淠镜钠茐?，肯定了人為經(jīng)營措施對提高城市行道樹抗風(fēng)能力的意義。當前，城市綠化樹種都是以大苗移植為主，而臺風(fēng)對不同移栽齡樹木的影響及不同樹高和胸徑的樹木抗風(fēng)能力等相關(guān)研究仍缺乏。

2018年22 號超強臺風(fēng)“山竹”于2018年9月16日登陸廣東臺山，登陸時中心附近最大風(fēng)力14級，陣風(fēng)17級以上，中心最低氣壓達955hpa，對廣州園林系統(tǒng)造成極大的破壞。本文選取廣州市火爐山森林公園的園林樹木為研究對象，旨在通過對樹木的受損調(diào)查，分析樹木移栽齡、胸徑、樹高對樹木抗風(fēng)性的影響，評估各樹種抗風(fēng)能力，以期為今后廣州市城市建設(shè)、園林綠化和防臺應(yīng)急等提供參考和借鑒。

1 研究方法

1.1 研究地點與對象

研究地為廣州市火爐山森林公園，東經(jīng)113°23′25.69″，北緯23°10′52.63″，屬海洋性亞熱帶季風(fēng)氣候，具多臺風(fēng)、光熱充足、溫暖多雨、溫差小、夏季長、霜期短等氣候特征。其中，7、8、9月份氣溫最高；最冷月為1月份，月平均氣溫為9～16℃。調(diào)查區(qū)域坡度在0～10°，共有23個科、50個樹種，主要為熱帶和南亞熱帶優(yōu)良闊葉樹種組成。

調(diào)查在2018年的10月3—8日展開。本研究以≤6年移栽齡和≥10年移栽齡(為方便描述，以下統(tǒng)稱為6a移栽齡和10a移栽齡)園林樹木為研究對象，在廣州火爐山公園針對這2種類型林木各選擇4個環(huán)境條件和樹種組成相似的區(qū)域進行每木調(diào)查，每個區(qū)域的調(diào)查樹木數(shù)均大于100株。

1.2 監(jiān)測指標與受損評價體系

1.2.1 監(jiān)測指標

測量了各群落內(nèi)胸徑(D)≥8cm的喬木的樹高(H)和D，并按無損傷、壓彎、斷枝、斷干、翻兜5個損傷等級記錄各立木的受損情況。

1.2.2 建立立木受損評價分層模型

以層次分析法(AHP法)確定樹種的受損指標權(quán)重。根據(jù)各樹種指標間的層次、從屬關(guān)系建立立木受損評價分層模型。第一層目標層(A)為立木受損評價，第二層準則層(C)為受損程度，第三層指標層(P)則包括壓彎(P4)、斷枝(P3)、斷干(P2)、翻兜(P1)4個損傷指標。壓彎是指樹干出現(xiàn)明顯的彎曲但未折斷，通?？勺孕谢謴?fù)；斷枝是指直徑〉3cm的枝條被折斷；斷干是指從樹木的樹干處被折斷；翻兜是指樹木被連根拔起。

1.2.3 構(gòu)建判斷矩陣和一致性檢驗

采用1-9比率標度法對4個指標進行兩兩比較，設(shè)P1-P4對目標C1的重要性分別為1、3、5、7，按照分層模型構(gòu)建C1-(P4-P1)判斷矩陣。

根據(jù)矩陣理論可知，如果Cx=λx，則λ為C的特征值，并且對所有Pij=1。采用冪法求得特征向量(即各評價因子的評分權(quán)重)W1、W2、W3、W4分別為0.564、0.263、0.118和0.055，AW1、AW2、AW3和AW4分別為2.328、1.080、0.483和0.228，及最大特征根λmax=4.117。在此引入判斷矩陣最大特征根以外的其余特征根的負平均值作為度量判斷矩陣偏離一致性的指標CI，計算得CI=0.039。經(jīng)查表得RI=0.89。而CR=0.044＜0.10，可以認為判斷矩陣具有滿意的一致性。

圖1 不同移栽齡群落受損情況

1.2.4 計算受損評分

在受損評價體系的基礎(chǔ)上，計算每個個體的受損評分：依據(jù)壓彎、斷枝、斷干和翻兜的評分標準，存在受損事實的，則在相應(yīng)指標中打1分；反之，則打0分，然后用矩陣理論計算得出的相應(yīng)權(quán)重乘以各指標分數(shù)，最后合計該個體的各項乘積。以群落40%斷干表現(xiàn)和斷枝表現(xiàn)的樹木為分界點，定義輕度損傷為受損評分在(0.047，0.105]的樹木，而輕度受損率是指輕度受損評分的樹木數(shù)量占該種總數(shù)的百分比；重度損傷是指受損評分在(0.105 3，1]的樹木，重度受損率是指重度受損評分的樹木數(shù)量占該種總數(shù)的百分比；總受損率是指受損評分在(0，1]的樹木占該種總數(shù)的百分比。

1.2.5 物種重要值計算

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)計算各物種的重要值[14]。公式如下：

喬木層重要值=(相對密度+相對頻度+相對顯著度)×100/3

其中，相對密度=某種植物的個體數(shù)/全部植物的個體數(shù)，相對頻度=某種植物的頻度/所有種的頻度總和，相對顯著度=樣方中某種植物個體胸高斷面積/樣方中全部個體胸高斷面積總和。

表1 6年移栽齡群落不同區(qū)域主要物種組成及其重要值

表2 10年移栽齡群落不同區(qū)域主要物種組成及其重要值

圖2 6年和10年移栽齡不同徑級立木受損情況

圖3 6年生抗風(fēng)表現(xiàn)較差立木不同徑級受損情況

1.3 統(tǒng)計分析

使用Excel 2016、matlab 2018等軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果

2.1 調(diào)查區(qū)域物種組成情況

在6a群落中共調(diào)查了1 154棵喬木，分屬于23個科、50個種。其中豆科種類最多，有11個種；其次是?？坪妥陷诳?，分別有6個種；夾竹桃科、杜英科、桃金娘科各有3個種。6a群落共有20個科39個種521棵樹木，主要喬木有分別為菜豆樹(Radermachera sinica)、大葉紫薇(Lagerstroemia speciosa)、冬青(Ilex chinensis)、高山榕(Ficus altissima)、黃槿(Hibiscus tiliaceus)、黃鐘木(Tabebuia chrysantha)、臘腸樹(Cassia fistula)、貓尾木(Dolichandrone cauda-felina)、美麗異木棉(Ceiba speciosa)、南洋楹(Albizia falcataria)、秋楓(Bischofia javanica)、水翁(Cleistocalyx operculatus)、糖膠樹(Alstonia scholaris)、羊蹄甲(Bauhinia purpurea)、洋蒲桃(Syzygium samarangense)等(表1)。

10a群落中共調(diào)查了633棵樹木，分屬于18個科34個種。主要喬木為非洲楝(Khaya senegalensis)、高山榕(Ficus altissima)、荷花玉蘭(Magnolia grandiflora)、黃槿(Hibiscustiliaceus)、黃樟(Cinnamomum porrectum)、火焰木(Spathodea campanulata)、長芒杜英(Elaeocarpus apiculatus)、美麗異木棉(Ceiba speciosa)、秋楓(Bischofia javanica)、糖膠樹(Alstonia scholaris)、鐵刀木(Cassia siamea)、香樟(Cinnamomum camphora)、小葉榕(Ficus benjamina)、羊蹄甲(Bauhinia purpurea)等(表2)。

2.2 不同移栽齡立木受損情況

在調(diào)查的4個6a群落中，翻兜、斷干、斷枝、壓彎的平均受損率和無損率分別為27.64%、4.79%、43.99%、6.32%和17.26%，總損傷率達82.74%；其中輕度損傷率占總損傷率的50.31%，重度受損占32.43%。在4個10a群落中，翻兜、斷干、斷枝、壓彎的平均受損率和無損率分別是7.74%、3.16%、26.09%、4.27%和58.74%，總損傷率為41.26%；其中輕度損傷率占總損傷率的30.36%，重度損傷率占10.9%。隨著移栽齡的增加，立木重度受損率下降了21.53%，總受損率下降了41.48%(圖1)。在t檢驗中，2個移栽齡群落的翻兜率和無損傷率均達到顯著性差異(P<0.05)。

表3 抗風(fēng)表現(xiàn)優(yōu)良的樹種

表4 抗風(fēng)表現(xiàn)較差的樹種

圖4 6年生抗風(fēng)表現(xiàn)較差立木不同高度受損情況

2.3 不同樹種抗風(fēng)表現(xiàn)評價

以被調(diào)查個體超過6株為基礎(chǔ)標準，在6a群落中，抗風(fēng)表現(xiàn)優(yōu)良(受損評分最末6位，下同)的樹種有水翁、冬青、菜豆樹、糖膠樹、洋蒲桃、大葉紫薇；在10a中，抗風(fēng)表現(xiàn)優(yōu)良的樹種有非洲楝、蒲桃、雅榕、冬青、香樟、黃樟(表3)。

在6a群落中，抗風(fēng)表現(xiàn)較差(受損評分最高6位，下同)的樹種有黃瑾、羊蹄甲、魚木、貓尾木、南洋楹、鐵刀木；在10a中，抗風(fēng)表現(xiàn)較差的樹種有南洋楹、羊蹄甲、鐵刀木、黃瑾、小葉榕和臘腸樹(表4)。

2.4 徑級對立木抗風(fēng)能力的影響

在6a群落中，立木的總受損率和輕度受損率大致隨著徑級的增加而增加，總受損率的擬合曲線R2達到了0.890 7；除了25～30cm和大于40cm 2個徑級，重度受損率隨著徑級的增加先減后增。在10a群落中，立木的總受損率大致隨著徑級的增加而下降；重度受損率隨徑級的增加先增后降；輕度受損率比較穩(wěn)定，R2達到了0.916 7(圖2)。

在抗風(fēng)表現(xiàn)差的樹種中，6a的樹木受損率整體上隨徑級的增加變化不大；重度受損率在0～10cm和25～30cm徑級時的值較高，分別為43.11%和42.11%；輕度受損率大致表現(xiàn)為隨徑級的增加而增加。在10a的樹木中，樹木的總受損率隨著徑級的增加先增后減，在10～15cm徑級時達到最大值50.62%；重度受損率隨徑級的增加而增加，在10～15cm時達到最大值16.67%；輕度受損率基本穩(wěn)定在48.88%左右(圖3)。

2.5 高度對立木抗風(fēng)能力的影響

在6a群落中，樹木的總受損率隨樹高的增加而增加；重度受損率隨高度的增加先減后增；輕度受損率隨高度的增加先增加，后穩(wěn)定在62.50%左右。在10a群落中，立木的總受損率、重度受損率和輕度受損率均隨高度的增加而增加(表5)。

在抗風(fēng)表現(xiàn)較差的樹種中，6a的樹木總受損率隨樹高的增加而增加；重度受損率隨高度的增加先降低后增加，輕度受損率隨高度的增加先升高后降低。10a的樹木總受損率和重度受損率都隨著高度的增加而增加，輕度受損率大致穩(wěn)定在50%左右(圖4)。

3 結(jié)論與討論

3.1 移栽齡與樹木抗風(fēng)表現(xiàn)

研究結(jié)果表明，移栽齡的增長能顯著提高植物的抗風(fēng)能力。在種群水平上，以羊蹄甲為例，10a的羊蹄甲發(fā)生重度受損率的數(shù)量較6a的下降了25%，無損率提高了19.73%。樹木根系和樹干的生長隨著林齡的增加而迅速增加，粗根和樹干提高的機械支撐能較大程度上提高樹木的抗風(fēng)能力[15-16]，因此，在評價城市園林用樹的抗風(fēng)能力時不能只看實際樹齡，應(yīng)更看重樹木的移栽齡。

3.2 樹種抗風(fēng)能力的差異

在本次調(diào)查中，小葉榕、羊蹄甲、南洋楹、鐵刀木、貓尾木等樹種抗風(fēng)能力較差，這與付暉等[10，17-20]研究結(jié)果一致，主要是因為這些樹種干材疏松、根系淺、樹冠茂密、重心高等；黃瑾在本次調(diào)查中也受損較大，主要原因可能是黃瑾主要用于行道樹或孤植、列植在空曠地[21]，樹冠受風(fēng)面積大，迎風(fēng)阻力大。通過合理的人工管理措施，如規(guī)范栽植標準[11]、選擇合適的栽培方法[22]、加強后期修枝等管理[23]，可以提高樹木的抗風(fēng)性。本次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)抗風(fēng)性能較好的有非洲楝、水翁、高山榕、秋楓、菜豆樹、冬青、蒲桃、香樟等，與其他研究結(jié)果相似[9，11，24-25]，因此建議風(fēng)害頻發(fā)地區(qū)的園林綠化應(yīng)選擇根系深、枝條韌、木質(zhì)密、重心低的抗風(fēng)樹種，以從根本上增強城市綠地應(yīng)對風(fēng)害的能力。

表5 不同高度立木受損情況

3.3 樹高、胸徑和植物抗風(fēng)能力的關(guān)系

6a和10a群落的樹木受損率與樹高呈正相關(guān)關(guān)系，這與尚秀華等[26]的研究結(jié)果相似；在6a群落中，樹木的受損率隨徑級的增加而增加，在10a群落中，樹木的受損率隨徑級的增加先增后減。而羅冠勇等[27]研究表明，植物的抗風(fēng)能力與徑級成正比，與高度成反比；秦一芳等[28]也發(fā)現(xiàn)平均樹高約20m的喬木受損情況較為嚴重。6a群落的樹木受損率隨徑級的增加而增加，主要是因為城市園林綠化所移栽的大樹往往通過切除部分主側(cè)根來提高成活率，而這在相當長的一段時間內(nèi)會影響植物的恢復(fù)并降低其抗風(fēng)險的能力[12]；10a群落的樹木受損率隨徑級的增加而降低，這是因為這個時候的樹木根系恢復(fù)較好，隨著徑級的增加樹干和根系提供了更好的機械支撐。胸徑和樹高不明顯影響抗風(fēng)表現(xiàn)較差樹木的損傷率，換言之，在風(fēng)害頻繁的地區(qū)，為了降低園林綠化的損傷率，應(yīng)從一開始的規(guī)劃設(shè)計就選擇合適的抗風(fēng)樹種。

此外，在保證園林景觀效果的前提下，應(yīng)通過修剪等人工管理[23]控制立木的高度等能有效降低立木的受損率。在風(fēng)害等自然災(zāi)害發(fā)生前，應(yīng)加強高大喬木的保護工作，增加輔助支撐的護樹架[8]；而在災(zāi)害發(fā)生后，應(yīng)做好清掃搶救工作，防止蟲害等二次災(zāi)害的發(fā)生。通過合理配植高低錯落的植物群落，形成有機整體，可以從群落水平上加強立木的抗風(fēng)性。

注：文中圖片均由作者繪制。

致謝：感謝碩士生譚秋等對數(shù)據(jù)收集提供的幫助；感謝碩士生潘益東、覃國銘對數(shù)據(jù)處理提供的幫助；感謝吳仲民研究員，趙厚本博士、李兆佳博士等對文章寫作提供的建設(shè)性建議。