长三角地区城市人工林主要乔木树种运用研究

张龙 格日乐图 严靖 王灵玲 史久西

关键词：长三角地区;城市人工林;乔木;地理成分;树种运用

0引言

城市人工林是城市森林的主要组成部分，是典型的人工生态系统，是城市建设的重要内容.随着中国城市化进程的不断加快，人类对城市人居环境的改善有了更高的要求，特别是在长三角地区城市人工林建设的规模、面积、质量、投资等都走在全国前列.城市森林的重要性也得到普遍的认识，但在建设过程中仍存在诸多的问题，如外来树种与乡土树种的选择[1]、群落结构不稳定、物种单一、同质化严重、地域特色丧失等[2-3].城市人工林群落建设是否科学合理，关系到整个城市森林建设的成败，直接影响在城市特定环境下的景观效果、生态效益、美学价值.

目前，国内外对城市人工林从行政区域森林群落或单个城市绿地的角度研究较多，如对上海市[4]、广州市[5]、南京市[6]、扬州市[7]、杭州市[8]、济南市[9]等城市森林群落的研究;主要从群落结构[10]、园林植物多样性[11]、人工林天然更新组成结构与年龄结构[12]、径级和高度级结构分布[13]、冠层导度季节变化[14]、人均绿地面积[15]、绿地服务半径[16]等多方面分析城市森林的构成及效益.但缺乏从较大尺度上对城市人工林主要乔木树种的运用进行调查分析的研究，而区域协同发展的背景下较大尺度跨区域的研究分析，对于探寻其规律、分析其成因并对树种的合理有效运用具有重要的指导意义.针对长三角城市群人均公园绿地面积时空分异演变，从1996—2016年的演变特征及其驱动力分析的方法及结论[17]，长三角地区不同纬度带城市森林群落结构关于物种组成、树种比例、物种多样性等研究结论[18]，对本文的研究具有很好的借鉴意义.因此，本研究以长三角地区为研究区域，通过对城市人工林主要乔木的物种组成、分布、径级、盖度、生长情况等相关因子和成因的分析，科学地认识长三角地区近年来城市人工林的建设成效，以及在城市生态系统中的构成特点、变化趋势及不足之处，进而为森林城市建设与城市人居环境的改善提供科学依据.

1研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

长三角地区位于我国东部沿海和长江流域区域，根据国务院2010年批准的《长江三角洲地区区域规划》，长三角地区包括江苏省、浙江省和上海市（今含安徽省，本研究不含），经纬度范围为112°15′E～122°50′E，27°10′N～35°07′N，总面积为21.07万km2[19].长三角地区处于北亚热带南缘，受亚热带和海洋性季风气候影响明显，气候温和湿润、四季分明、光照充足、降水充沛、热量丰富，近海城市气温略高于同维度带的其他城市.长三角地区是以上海为中心的第一大经济区，拥有面向国际、连接南北、带动中西部密集的立体交通网络和现代口岸群，其经济腹地广阔，城市发展现代化程度高.长三角地区自然分布的植被主要有温带落叶阔叶林、亚热带常绿落叶阔叶混交林和亚热带常绿阔叶林3种类型，北部区域大多为温带落叶阔叶林，南部区域常绿阔叶林占据绝对优势;而城市人工林建设规模大、质量高，相应人工干预程度高，引种驯化或外来物种的种类及数量较多.

1.2 调查区域选取

采用典型取样和随机取样相结合的方法，兼顾长三角南北纬度差异、东西经度差异、城市格局、建设规模及程度、人工干预60%以上、典型地形地貌区域等因素，以区县为单位随机确定不重复13个取样城市，通过文献查询及走访调查，确定每个城市中典型的调查点，具体包括城市公园绿地（片状）、道路绿地和滨水绿地等3种类型，总计76处调查点，调查时间为2015—2016年.每个城市包括的调查点见表1.

1.3 取样方法

每一个调查点采取机械取样和典型取样相结合的方法进行群落学调查[20]及建设、生长等情况综合评估.以调查点为基本单位，综合选择具有代表性的城市人工林（片林），设置15个样地，样地大小20m×20m;综合选取穿过建成区的主要道路、具有代表性的河流或湖泊（带状），设置15个样地，样地大小10m×40m（道路取样原则：纵横各一条，间隔500m机械取样，同时于与该条主道相交的每一横向路段分别抽取各1个样地;滨水带取样原则：沿河、沿湖间隔500m机械取样，同时抽取与该河湖相交的所有水系样地各1个）;最终确定长三角地区城市人工林样地449个.对所选区域进行样地调查：记录乔木树种的种类、数量、高度（m）、胸径大小（cm）、枝下高（m）、冠幅（cm），同时记录样地概况，包括坡度、坡向、海拔、经纬度、环境特征（周界、下垫面等）.

1.4 数据处理

按照吴征镒等[21]的科、属分布区类型划分标准，对长三角地区城市人工林的植物地理成分进行分析.本文主要研究对城市人工林的林相和基本结构起着重要作用的乔木层和亚乔木层（树高≥2m）的组成及其结构特征.

2结果与分析

2.1 长三角地区城市人工林主要乔木的树种组成及地理成分

本次样地调查共记录到城市人工林乔木树种植物54科115属157种.群落中种类的组成，从属种组成结构来看（表2）：蔷薇科位居第一，有12属20种;木兰科、桑科、松科位于前4位，共有11属23种;禾本科、杉科、榆科、木樨科、壳斗科等位于前28位，含2～5属的共有70属92种;这构成了长三角地区城市人工林主要乔木树种，在一定程度上反映了长三角城市人工林群落的性质和不同群落类型的基本特征.从科组成（按所含属数）来看（表3）：含2～5属的有27科77属105种，占总科数的50.0%，总属数的66.96%，总种数的66.88%;含1属的有26科26属32种，占总科数的48.15%，总属数的22.61%，总种数的20.38%;在一定程度上表现出了城市人工林主要乔木的多样性.

根据科属的分布特征，长三角地區城市人工林的115属157种乔木植物隶属于13种分布型（表4）.分析显示，除了没有涉及热带亚洲至热带非洲、中亚分布类型外，其他分布类型均有出现，说明长三角地区的植物区系地理成分复杂.其中，北温带、东亚及泛热带分布居多，分别为30属、14属和12属，占总属数的26.09%、12.17%和10.43%，表明长三角地区城市人工林植物区系与北温带、东亚和泛热带植物区系的联系最为密切.其次为东亚—北美间断分布（9属）和热带亚洲至热带大洋洲分布（9属），这与长三角地区所处地理区域及沿海分布有直接联系，此外还有一定的中国特有分布类型（8属）.统计可知，热带地理成分42属，占总属数的36.52%，温带地理成分73属，占总属数63.48%.这表明，从长三角地区城市人工林乔木植物从属的分布情况来看，温带成分占主要地位，热带成分也占有一定的比重，其城市人工林所运用的主要乔木树种具有明显的南北过渡的现象.

2.2 主要乔木的重要值及差异分析

长三角地区城市人工林主要乔木树种对应指标及排序见表5.

从样地获得的数据计算得出的重要值（V）来看，在157种树种按照重要值排序，呈现明显的五级阶梯性差异：V>9%的有香樟和二球悬铃木，V之和达到27.45%，两种树种在样地中占比最高且香樟（18.34%）占绝对优势;4%<V<5%，有水杉、垂柳和桂花3种，V之和为14.48%，3种树种大致相当;2%<V<3%，有杜英、女贞、银杏、白杨、木麻黄和日本珊瑚6种，V之和为15.73%;1%<V<2%，有广玉兰、东京樱花、黄山栾树、雪松、紫叶李、朴树、苦楝、鸡爪槭、紫薇、枫香、鹅掌楸和枫杨12种，V之和为15.91%;V<1%，有合欢、二乔玉兰、龙柏、乌桕等134种，V之和为26.44%.从重要值的分布格局来看，第一、二级阶梯的5种树种构成了城市人工林群落中的主体乔木，前23种树种为城市人工林主要乔木的优势树种.

从树种的相对频度（FR）、相对密度（DR）和相对显著度（PR）来看，香樟都处于绝对优势，达到了第二位悬铃木的2倍以上，FR（香樟13.23%、悬铃木3.86%）更是达3倍之多;其中桂花的FR（7.01%）位于第2位，远高于二球悬铃木（3.86%）、水杉（2.91%），也反映出桂花的分布和数量较大;日本珊瑚的FR（0.63%）和PR（0.38%）排序均为第38位，而DR（4.97%）位于第4位，反映了日本珊瑚在运用中多为密植绿篱，与植物本身生理属性吻合.如果按照乔木高度进一步划分为大乔木和小乔木，桂花、日本珊瑚、东京樱花、紫叶李、鸡爪槭、紫薇等在城市人工林主要小乔木中运用率最高.

2.3 主要乔木的盖度及相关因子分析

从表5数据来看，树种相对盖度（GR）从高到低排序前3位为香樟（30.74%）、二球悬铃木（14.44%）和垂柳（5.53%），三者之和达50.70%;GR>1%的20个物种多为常见大乔木，所有物种排序基本遵从大乔木在前小乔木在后的趋势，与树种的冠幅和年龄正相关，但在调查到的部分冠幅较小的小乔木树种中，如桂花（第5位）、东京樱花（第21位）、紫叶李（第23位）、鸡爪槭（第30位）、日本珊瑚（第34位）等，GR明显高于许多大乔木，其种植密度明显高于其他乔木，说明其运用总量明显高于树种平均的数倍;基于树种的高度来看，白杨（第7位）、水杉（第8位）等单干高大乔木GR高于广玉兰（第10位）、鹅掌楸（第12位）、枫香（第13位）、黄山栾树（第15位）、无患子（第17位）、苦楝（第18位）等多分支高大乔木，说明树种高度与GR相关性不显著;GR前30位中的大乔木GR之和大于80%，占有绝对优势，在道路及水际等带状人工林和城市公园片状城市人工林中作为高大乔木运用广泛.

2.4 主要乔木的水平径级及相关因子分析

从样地调查数据来看，加权平均胸径（D）排前四位分别为黄金榕、小叶榕、糙叶树及笔管榕，达48cm以上;D≥20cm的有泡桐、华棕、二球悬铃木、丝棉木、垂柳、木麻黄等42种，占城市人工林主要乔木种树的26.8%;10cm≤D<20cm的有鹅掌楸、湿地松、重阳木、杜英、银杏、枫香、含笑、黄山栾树、无患子、朴树、合欢、雪松、苦楝等59种，占城市人工林主要乔木树种的37.6%;D<10cm的有枇杷、东京樱花、紫叶李、大叶冬青、鸡爪槭、白玉兰、垂丝海棠、紫薇等52种，占城市人工林主要乔木树种的33.1%.结合最大胸径、加权平均树高、样地调查树种的数量等综合因素来看，D排前四位的极为少见，分布较窄且集中于南部区域，非人工种植，10cm≤D<30cm的树种构成了城市人工林主要高大型乔木，D<10cm的树种构成了城市人工林主要小乔木，板栗、泡桐、黄檀、枫杨、重阳木、枳椇等D较大，分布及数量较多，均为原生树种或古树.

3结论与讨论

3.1 长三角地区城市人工林主要乔木树种运用情况

长三角地区城市人工林主要乔木树种共54科115属，种类丰富.从属内组成看，含较大属12属，占总属数10.43%，中等属11属，占总属数9.57%，寡种属70属，占总属数60.87%，所运用树种的多样性较高;但从科组成来看，相对较少，且含20属以上和含6～10属均为0科，主要集中于含2～5属的27科和含1属的26科，分别占总科数的50.00%和48.15%.由此可见，长三角地区城市人工林所运用树种的多样性虽然较高，但在主要乔木树种运用上较为集中，物种利用集中于含1～5属，相对多样性低，是当前城市人工林主要乔木树种运用的主要问题之一;单种科占有比例较高，说明种类组成相对分散;从树种科的数量运用来看，乡土资源挖掘利用不够，如喜树、栎树类、樟楠类等因地制宜开发利用，突出地方特色[22]，仍有较大增长空间.

根据科属的分布特征，长三角地区城市人工林主要乔木树种中温带地理成分（73属）所占比例高于热带地理成分（42属），其中北温带分布最多，东亚分布次之，泛热带分布第三，完全吻合长三角地区所处地理区域与气候条件.另外还有较大比例的热带亚洲分布、熱带亚洲至热带大洋洲分布、东亚分布和东亚-北美间断分布等，体现出长三角区域地理成分的多样性和复杂性，在城市人工林主要乔木树种的运用中具有典型的温带性质，自南向北温带成分增加明显，且受近海影响有靠东北移趋势，在一定程度上丰富了区域植物分布多样性，过渡性明显.中国特有分布类型（8属）体现了其特殊性，如水杉、杜仲、喜树、银杏和普陀樟等的运用.

3.2 长三角地区城市人工林主要乔木树种的适应性情况

从长三角地区这个较大尺度范围内树种的运用情况来看，各个区域或城市的树种运用具有明显的地域特色，这主要受到气候以及所在城市的偏好所影响，适地适树是最基本的原则，但在此原则基础上也可对一些生态幅度较宽的树种进行引种驯化，以增加北方地区常绿树种的运用空间.此外，乡土树种的开发运用也极为重要.

在城市森林的维护、规划与建设过程中，城市林木树冠覆盖被认为是城市森林最重要的结构与功能衡量指标，城市林木树冠覆盖研究，已经与城市的生态建设和日常生态、生产管理紧密结合[23].从重要值、盖度及相关因子来看，香樟、二球悬铃木、水杉、垂柳、银杏、白杨、杜英、黄山栾树、雪松、枫香、鹅掌楸、杜英、女贞、枫杨等前45位的树种，在长三角地区城市人工林主要乔木中体现出了高度适应性，在数量上运用最多，树种规格上均较大，生长势最好;但从分布来看，也体现出了特殊性，如香樟的分布主要集中于长江以南区域，在上海、无锡[24]、苏州、杭州等城市具有非常高的应用频率和覆盖面积，是重要的绿化树种和基调树种[25]，长江以北骤减直至无分布，且在长江沿线同纬度带分布也有不同，具体表现为越靠近海洋分布越广，这与冻害发生持续时间息息相关;而银杏、枫香、水杉、黄山栾树、白杨、广玉兰等分布相对均匀，各個区县皆有分布;同时发现城市人工林建设时原有树种如枫杨、朴树、构树、泡桐、喜树等乡土树种群落稳定性高，自我更新能力强，具有很好的运用潜质;杨柳榆槐等北方树种在此区域交替出现，分布广，增加了群落树种的多样性;榕、小叶榕、鱼尾葵、棕榈等树种分布主要集中于长三角南端，受低温及持续时间影响明显.

3.3 长三角地区城市人工林主要乔木现存古树情况

由于城市园林建设受到人为活动的频繁干扰，因此现存古树（或“大树”）多为乡土树种，这指示我们应该更加重视对乡土树种的保护和开发利用，这对提高城市人工林建设中的珍贵度、长寿性、文化性和美景度等具有很好的参考价值，同时有利于借鉴培养珍贵树种、大径材等储备资源.

从调查记录到的树种来看，香樟和白榆最大胸径达70cm;最大胸径大于40cm的泡桐、重阳木、枫香、三角枫、糙叶树、国槐、枫杨、苦楝、刺槐、构树、朴树等乡土树种（非人工）数量大、分布广，为现存古树的主要树种，黄金榕、小叶榕、榕树、二球悬铃木、垂柳、水杉、黄山栾树、雪松、大叶女贞、广玉兰、乌桕、天竺桂等为人工林建设利用较早的树种;最大胸径大于20cm的小乔木有桂花、杨梅、板栗、黄檀、鸡爪槭、羊蹄甲、碧桃、梾木等.上述树种基本上都为长三角地区的乡土树种，运用较早、群落特征稳定，相较于“大树进城”具有明显优势，也可缓解“大树进城”所带来的生态问题，可作为城市人工林建设的重要补充树种.

3.4 存在问题及建议

（1）长三角地区城市人工林主要乔木运用物种较丰富，但从数量及分布来看极不平衡.研究结果表明，区域内香樟和悬铃木的覆盖度高达45.18%，占有绝对地位，相对物种多样性及群落稳定性较弱，建议在以后的建设中逐步增加前45位树种的覆盖度.针对人工香樟林种类过于单一的问题[26]，有学者提出了树冠连续覆盖调整法[27]，为城市人工林的结构调整、树种数量的增加及树种的分布提供参考.

（2）喜树、重阳木、枫香、糙叶树、枫杨、苦楝等高大乔木属于地带性乡土树种，在总量及分布上相对较低，作为人工群落构建的优势种[28]，具有很好的运用前景，将来可在城市人工林建设、苗木储备等方面加强运用.

（3）桂花、紫叶李、海桐、红叶石楠、红枫等小乔木在群落搭配中运用过于频繁.可适当选择相类似形态和习性的物种，如杨梅、刺槐、桃等替换，坚持适地适树、生态优先、多目标兼顾、生物多样性、以乔木为主和重视乡土树种等原则[29]，增加群落多样性及景观丰富性.

（4）针对大树、古树的保护设施和措施等参差不齐，城市人工林建设中崇尚大树移植，截干断头较多，投入巨大，维护成本高，不利于生态效益的发挥，应当引起各监管部门及社会的关注.由于发展周期长、进度不一、建设管理、投入不同等多种因素，各个城市内部、城市与城市之间的城市人工林差异较大，特色明显，但也表现出区域关联度较低，尚未形成长三角区域尺度的城市人工林体系.建议逐步实现长三角区域联动、协同发展，构建区域生态体系，发挥更大的生态效益.

此外，在城市乔木树种多样性调查方面，有学者[30]验证了光谱变异性假说和生产力假说在城市中的适用性，进而提出了快速量化城市树种多样性水平的方法，为城市乔木树种多样性的调查提供了新的思路.