廣州市主要園林樹種抗風(fēng)性評(píng)價(jià)*

張勁藹 孫龍華 畢可可

我國(guó)風(fēng)災(zāi)頻繁且影響大，每年臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致的樹木被毀及其產(chǎn)生的次生災(zāi)害造成的損失超過百億元，給我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，登陸我國(guó)沿海的臺(tái)風(fēng)平均每年有9 個(gè)，90%集中在東南沿海，如廣東、福建、浙江、臺(tái)灣等地，多發(fā)生在每年7—10 月[2～3]。廣州位于中國(guó)大陸南部，瀕臨南海，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，具有溫暖多雨、夏季長(zhǎng)、臺(tái)風(fēng)多發(fā)的特點(diǎn)。廣州市氣象局資料顯示，1998—2019 年入境廣州的臺(tái)風(fēng)多達(dá)17 個(gè)，其中2016—2019 年發(fā)生的“妮妲”“洛克”和“艾云尼”3 個(gè)臺(tái)風(fēng)突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大、影響范圍廣。此外，與廣州擦身而過的臺(tái)風(fēng)也會(huì)帶來強(qiáng)風(fēng)大雨，如2018年的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”，曾導(dǎo)致廣州范圍內(nèi)出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨，多地停水停電，多處樹木倒伏，給市民的出行帶來嚴(yán)重影響。2017 年的臺(tái)風(fēng)“天鴿”“帕卡”“瑪娃”在12 d 內(nèi)連續(xù)在廣東登陸，廣州等地區(qū)出現(xiàn)了超歷史實(shí)測(cè)記錄最高潮位，多地重復(fù)受災(zāi)。

臺(tái)風(fēng)的降臨往往會(huì)給園林樹木造成攔腰折斷、連根拔起、傾斜或吹斷樹枝等不同程度的損害[4]，對(duì)樹木的健康生長(zhǎng)造成威脅。國(guó)內(nèi)部分學(xué)者已開展一些沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)對(duì)園林植物影響的研究，通過對(duì)不同樹種受損情況進(jìn)行分級(jí)及受損量統(tǒng)計(jì)，將樹種抗風(fēng)性強(qiáng)弱分為不同等級(jí)，分析影響樹種抗風(fēng)能力的因素并提出對(duì)策[5～11]。國(guó)外學(xué)者借助靜態(tài)拉力試驗(yàn)[12～14]和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)[15～17]等方法研究樹木和風(fēng)力之間的相互作用，評(píng)價(jià)樹木的抗風(fēng)性，通過分析大風(fēng)天氣后不同園林樹種的形態(tài)變化來評(píng)價(jià)樹木抗風(fēng)性。但目前針對(duì)樹種生物學(xué)特性的抗風(fēng)性評(píng)價(jià)研究鮮有報(bào)道。本文通過研究廣州市主要園林樹木的風(fēng)害受損情況和形態(tài)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行抗風(fēng)性評(píng)價(jià)，建立了抗風(fēng)性形態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)體系，期望為園林樹木樹種的選擇和養(yǎng)護(hù)管理提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)整理

1.1.1 廣州市綠化搶險(xiǎn)資料整理

對(duì)2016—2019 年廣州市綠化搶險(xiǎn)資料①廣州市綠化搶險(xiǎn)原始數(shù)據(jù)（2016—2019 年）來源于廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院承擔(dān)的廣州市林業(yè)和園林局項(xiàng)目“城區(qū)綠化養(yǎng)護(hù)日常巡檢”。進(jìn)行整理統(tǒng)計(jì)，選擇應(yīng)用較廣泛的26 種園林植物中胸徑大于10 cm 的樹木作為分析對(duì)象，以4 種受損形式作為受損評(píng)價(jià)指標(biāo)（表1），計(jì)算各受損指標(biāo)的發(fā)生率。

1.1.2 樹木安全性評(píng)估資料整理

對(duì)2016—2019 年樹木安全性評(píng)估采集的數(shù)據(jù)①樹木安全性評(píng)估原始數(shù)據(jù)（2016—2019 年）來源于廣州市林業(yè)和園林科學(xué)研究院在廣州市內(nèi)日常做的樹木評(píng)估數(shù)據(jù)。進(jìn)行整理，運(yùn)用層次分析法對(duì)選定的形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。參考祖若川[10]和張華林[18]的方法，結(jié)合其他文獻(xiàn)資料和樹木安全性評(píng)估數(shù)據(jù)[19]，確定樹木形態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)7 個(gè)（表2）。樹高、胸徑、冠幅指標(biāo)數(shù)據(jù)為實(shí)測(cè)值，冠形、葉層狀況、根系情況和樹木類型為定性指標(biāo)，其賦值標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.2 數(shù)據(jù)分析

1.2.1 層次分析法

參考高育慧的方法[7]，對(duì)各受損形式指標(biāo)和選定的形態(tài)指標(biāo)構(gòu)建判斷矩陣，矩陣一致性檢驗(yàn)使用yaahp 軟件進(jìn)行，當(dāng)CR ＜0.100 時(shí)，則檢驗(yàn)通過，確定其權(quán)重W。

1.2.2 綜合評(píng)價(jià)法

為消除指標(biāo)間的數(shù)量級(jí)差異，在計(jì)算綜合評(píng)價(jià)得分前，對(duì)各指標(biāo)受損率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用z-score 標(biāo)準(zhǔn)化方法如下：

其中，Cij代表i樹種j指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)，Xij代表i樹種j指標(biāo)的測(cè)定值，和SDj分別為各樹種j指標(biāo)測(cè)定值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

參考祖若川[11]的方法計(jì)算各風(fēng)害受損樹種的綜合評(píng)價(jià)得分，方法如下：

其中，Y 代表樹木風(fēng)害受損綜合評(píng)價(jià)得分，Wj為各風(fēng)害指標(biāo)的權(quán)重。Y值越大樹木受損越嚴(yán)重，抗風(fēng)性越弱。

1.2.3 模糊隸屬函數(shù)法

參考李祿軍[20]的方法計(jì)算園林樹木形態(tài)學(xué)指標(biāo)隸屬函數(shù)值，方法如下：

指標(biāo)與抗風(fēng)性呈正相關(guān)：

指標(biāo)與抗風(fēng)性呈負(fù)相關(guān)：

表1 受損指標(biāo)含義

表2 形態(tài)性指標(biāo)含義

式中Zij為i樹種j指標(biāo)的抗風(fēng)性隸屬函數(shù)值；Xij為i樹種j指標(biāo)的測(cè)定值；Ximin和Ximax分別為各樹種該指標(biāo)值的最小和最大的測(cè)定值。

將每個(gè)樹種各指標(biāo)的抗風(fēng)性隸屬函數(shù)值累加起來，計(jì)算方法如下：和形態(tài)指標(biāo)抗風(fēng)性隸屬函數(shù)總值（Z值）進(jìn)行聚類分析。

其中，Z代表抗風(fēng)性隸屬函數(shù)總值，Wj代表抗風(fēng)性指標(biāo)的權(quán)重。各形態(tài)指標(biāo)中，樹高和冠幅與抗風(fēng)性呈負(fù)相關(guān)，其余呈正相關(guān)?？癸L(fēng)隸屬函數(shù)總值越小，樹木受損越嚴(yán)重，抗風(fēng)性越弱。

1.2.4 聚類分析法

通過SPSS 21 軟件分別對(duì)植物的風(fēng)害受損指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)得分（Y 值）

2 結(jié)果與分析

2.1 主要園林樹木的損害情況

2.1.1 風(fēng)害對(duì)受損指標(biāo)影響的層次分析

由層次分析法結(jié)果可知（表3），CR ＝0.026 5，其值小于0.1，獲得很好的一致性，說明分析結(jié)果可靠。在所測(cè)定的指標(biāo)中，權(quán)重值較高的是主干斷裂（A4）和主干倒伏（A3），權(quán)重值較低的是枝梢斷裂（A1）和主干傾斜（A2），說明風(fēng)害受損指標(biāo)中對(duì)園林樹木危害較大的是主干斷裂和主干倒伏，其余兩者對(duì)植株的危害較小。

2.1.2 風(fēng)害對(duì)各受損指標(biāo)影響的綜合評(píng)價(jià)

從對(duì)廣州市26 種主要園林樹種的風(fēng)害受損綜合評(píng)價(jià)結(jié)果（表4）可知，糖膠樹、高山榕、陰香、馬占相思4 個(gè)樹種受風(fēng)害影響較其他樹種小，其主干傾斜率和主干斷裂率基本接近0，即只有非常少量樹木出現(xiàn)主干傾斜或主干斷裂。白蘭的風(fēng)害受損最嚴(yán)重，各受損指標(biāo)發(fā)生率均較高，其次是南洋楹和宮粉羊蹄甲。綜合評(píng)分表明，糖膠樹的抗風(fēng)能力最強(qiáng)，其次是高山榕，而白蘭的抗風(fēng)能力最弱。本文計(jì)算的各指標(biāo)受損率值較小，是由于單個(gè)樹種在全市的樹木基數(shù)大，有幾萬株到十幾萬株，1%風(fēng)害受損率的實(shí)際受損量也達(dá)到幾百到上千株。

2.2 風(fēng)害對(duì)樹木形態(tài)指標(biāo)的影響

2.2.1 形態(tài)指標(biāo)的層次分析由層次分析法結(jié)果可知（表5），CR ＝0.004 0，其值小于0.1，獲得很好的一致性，說明分析結(jié)果可靠。胸徑（B2）、根系（B6）、冠幅（B3）、樹高（B1）、冠形（B4）、樹木類型（B7）6 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值較高，說明其對(duì)植株的抗風(fēng)性影響較大；葉層狀況（B5）的權(quán)重值最低，其影響較小。

2.2.2 形態(tài)指標(biāo)的模糊隸屬函數(shù)法分析

26 種主要園林樹木的形態(tài)學(xué)指標(biāo)加權(quán)隸屬函數(shù)總值（表6）介于0.432 1～0.632 3，差異明顯。其中，海南蒲桃的隸屬函數(shù)總值最大，石栗的最小，表明從形態(tài)指標(biāo)分析評(píng)價(jià)結(jié)果來看，海南蒲桃的抗風(fēng)性較強(qiáng)。

2.3 樹木抗風(fēng)性強(qiáng)弱聚類分析

對(duì)風(fēng)害受損綜合評(píng)分及隸屬函數(shù)總值分別進(jìn)行聚類分析，可將研究的廣州26 種主要園林樹木分為3 個(gè)類群：I 級(jí)的抗風(fēng)性最好，II 級(jí)的居中，III 級(jí)的抗風(fēng)性最差。在風(fēng)害受損情況綜合評(píng)價(jià)得分聚類結(jié)果中，Ⅰ級(jí)樹種有14 種，Ⅱ級(jí)樹種有9 種，Ⅲ級(jí)樹種有3 種（圖1）；在形態(tài)學(xué)指標(biāo)隸屬函數(shù)總值聚類分析結(jié)果中，Ⅰ級(jí)有10種，Ⅱ級(jí)有13種，Ⅲ級(jí)有3種（圖2）。2 種聚類分級(jí)結(jié)果中有14 種園林植物的分類結(jié)果完全一致，12 種園林植物分類相近（圖3），沒有出現(xiàn)相互矛盾。

表3 判斷矩陣及各風(fēng)害受損指標(biāo)權(quán)重

表4 廣州26 種主要園林樹木風(fēng)害受損綜合評(píng)分

3 結(jié)論與討論

通過整理2016—2019 年廣州市綠化搶險(xiǎn)樹種數(shù)據(jù)和安全性評(píng)估樹種數(shù)據(jù)，對(duì)廣州市26 種主要園林植物進(jìn)行風(fēng)害受損指標(biāo)統(tǒng)計(jì)和形態(tài)學(xué)指標(biāo)評(píng)估，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行抗風(fēng)性聚類分析。26 種植物按受損指標(biāo)統(tǒng)計(jì)和形態(tài)學(xué)指標(biāo)評(píng)估分別分成3 個(gè)類群，有14種植物的風(fēng)害受損指標(biāo)分類結(jié)果和形態(tài)指標(biāo)分類結(jié)果完全一致，有12 種植物類別相近，沒有出現(xiàn)相互矛盾。在分類結(jié)果相同的植物中，抗風(fēng)性Ⅰ級(jí)樹種有8 種，為樟、海南蒲桃、陰香、木棉、紅花羊蹄甲、高山榕、雞冠刺桐和糖膠樹；Ⅱ級(jí)樹種有5種，為非洲楝、榕樹、黃葛樹、秋楓和白千層，Ⅲ級(jí)樹種有1 種，為宮粉羊蹄甲。相近分類的植物主要是人面子、鳳凰木、白蘭等。結(jié)果表明，抗風(fēng)性最好的樹種有樟、海南蒲桃、陰香、木棉、紅花羊蹄甲、雞冠刺桐、高山榕和糖膠樹8 種；介于抗風(fēng)性最好和中等之間的有木麻黃、杧果、小葉欖仁、大琴葉榕、臺(tái)灣相思、馬占相思、美麗異木棉和人面子8 個(gè)樹種；抗風(fēng)性居中的有白千層、榕樹、非洲楝、秋楓和黃葛樹5 種；介于抗風(fēng)性居中和最差的有鳳凰木、石栗、南洋楹和白蘭4 種；抗風(fēng)性最差的是宮粉羊蹄甲。

圖1 樹木風(fēng)害受損情況綜合評(píng)分聚類分析

圖2 樹木抗風(fēng)性隸屬函數(shù)總值聚類分析

表5 判斷矩陣及指標(biāo)權(quán)重值

表6 廣州26 種主要園林樹木抗風(fēng)性隸屬函數(shù)總值排序

黃義鈞等[6]構(gòu)建形態(tài)指標(biāo)抗風(fēng)模型評(píng)價(jià)結(jié)果表明，宮粉羊蹄甲、南洋楹、石栗等樹種抗風(fēng)能力較差，小葉欖仁、木麻黃等樹種抗風(fēng)能力較好；張東穎等[8]對(duì)珠海市園林樹木臺(tái)風(fēng)后受損調(diào)查結(jié)果表明，白蘭、宮粉羊蹄甲、黃葛樹等樹種抗風(fēng)能力較差；祖若川[10]利用模糊隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)海口市公園植物樹種抗風(fēng)性，結(jié)果表明樟、陰香、雞冠刺桐等樹種抗風(fēng)能力強(qiáng)，白蘭、宮粉羊蹄甲等樹種抗風(fēng)能力弱；張華林[18]利用層次分析法構(gòu)建形態(tài)指標(biāo)判斷矩陣對(duì)不同樹種進(jìn)行抗風(fēng)性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，南洋楹、石栗、非洲楝、馬占相思等樹種抗風(fēng)能力較弱。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果基本一致，也表明抗風(fēng)性強(qiáng)弱與樹木形態(tài)學(xué)因子有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

樹木風(fēng)害受損的原因很多，歸結(jié)為內(nèi)因和外因，內(nèi)因包括樹木種類、高矮、樹冠形狀、木材材性、根系類型等樹木自身特點(diǎn)，外因包括風(fēng)向、風(fēng)力、樹木的種植形式、長(zhǎng)勢(shì)、立地環(huán)境及栽培管理水平等因素[21～22]。吳志華等[23]利用綜合評(píng)價(jià)法和灰色關(guān)聯(lián)度法建立的模型對(duì)湛江綠化樹種抗風(fēng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明杧果、白千層等樹種抗風(fēng)性能較好，樟、石栗等樹種抗風(fēng)性較差。本研究結(jié)果與該研究結(jié)果差異較大，這可能與評(píng)價(jià)樹種所在位置不同時(shí)承受風(fēng)力的差異有關(guān)。本研究選擇的形態(tài)學(xué)指標(biāo)基本涵蓋影響樹木抗風(fēng)能力的內(nèi)在因素，其中樹木類型、葉層狀況、冠形、根系為植物特定指標(biāo)，樹高、胸徑、冠幅3 個(gè)指標(biāo)在植物生長(zhǎng)的不同階段是可變的。因此，本研究中各樹種的抗風(fēng)級(jí)別劃分可能只代表該生長(zhǎng)階段下樹種相互之間的抗風(fēng)等級(jí)關(guān)系。但是上述形態(tài)學(xué)指標(biāo)便于采集，不需要借助大型儀器設(shè)備，適合快速評(píng)價(jià)樹木的抗風(fēng)能力。目前研究的樹種抗風(fēng)性形態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)體系集中在比較有限的幾個(gè)樹種，尚處于起步探索階段，未建立系統(tǒng)的樹種抗風(fēng)性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本研究利用層次分析法和模糊隸屬函數(shù)發(fā)法構(gòu)建的樹木形態(tài)學(xué)指標(biāo)評(píng)價(jià)模型，可為今后深入開展樹種抗風(fēng)性能預(yù)測(cè)提供理論參考和技術(shù)支持。

圖3 2 種聚類分析結(jié)果的對(duì)比分析