合肥市高校城市森林群落结构特征

2021-01-13储显白彩涛王嘉楠吕志坤何晴张恒

中国城市林业 2021年6期

储显白彩涛王嘉楠吕志坤何晴张恒

摘要：高校绿地具有城市森林的典型特征，在改善城市生态环境、维护城市生态系统稳定、促进城市可持续发展等方面起着重要作用。文章以合肥市二环内、大学城和职教城3个典型区域的15所建设于不同年代的高校为研究对象，选取114个实地调查样方，对不同年代高校的城市森林群落结构特征进行比较研究，并提出今后高校绿化建设的优化建议。

关键词：城市森林，校园绿地，群落结构，合肥市

DOI： 10.12169/zgcsly.2020.01.21.0002

Abstract： Green spaces in colleges and universities have the typical characteristics of urban forests and plays an important role in improving urban ecological environment， maintaining urban ecosystem stability and promoting sustainable urban development. The paper takes 15 universities built in different times and located in 3 different typical areas in Hefei City， i.e. within the Second Ring Road， University Town and Vocational Education Town， to select 114 sample plots for field investigation. It compares the structural characteristics of urban forest communities in the colleges and universities， and then put forward suggestions for the campus landscape optimization in the future.

Keywords： urban forest， campus green space， community structure， Hefei City

城市森林作为城市生态系统中具有自净功能的组成部分，在改善环境质量、维护生态平衡及美化城市等方面的独特作用是其他城市基础设施不可替代的[1]。合肥市是著名的科教城，拥有各类高等院校60所，总占地规模约2 500 hm2。高校绿地在合肥城市绿地系统中占有重要地位，将校园绿化融入城市森林建设中，让其成为城市森林的一个重要且固定组成部分，最终实现高校校园森林化是合肥城市生态环境建设不可或缺的一部分。

国内关于城市森林的既往研究中[1-5]，以校园城市森林为研究对象的相关文献相对较少，而当前对校园绿地的研究仍多集中于植物配置、景观设计及评价、生态效益及其评估等方面[6-9]。本文通过对不同年代高校城市森林群落结构特征的研究，探索今后校园绿地乃至整个城市绿地建设的方向，为城市森林树种选择、群落结构、生态功能效益等研究提供基础，对优化城市绿色空间格局具有一定参考价值。

1 研究对象和研究方法

1.1 研究区域概况

合肥市坐标为31°38′～31°58′N，117°11′～117°22′E。地带性植被为落叶与常绿阔叶混交林，建成区内共计450余种木本植物，分属于73科170属[10]。良好的雨热条件为植物生长及城市绿化提供了坚实的基础。

1.2 研究对象

本文以合肥市不同年代高校的城市森林为研究对象，根据合肥市高校分布情况，借鉴法瑞学派群落调查方法[11]，选取二环内、大学城、职教城3个区域的15所校园，共计114个样方（总面积达4.85 hm2）进行调研（表1）。

1.3 研究方法

本研究以遙感影像为数据源，在ArcGIS初步判定的基础上，结合野外实地调查，系统分析合肥市城区所选高校城市森林树种组成、林木空间结构以及群落结构等现状特征。

1.3.1 群落调查

结合2018年7月谷歌20级高分辨率卫星遥感影像，将选取的15所高校校园绿地在图纸上做出标记，通过实地踏查选出具有代表性的植物群落作为取样点。在样地内，设立20 m×20 m的样方或375～450 m2的样带，每所高校样方或样带数量为6～8个，各取样点尽量分布在学校不同的功能区，对所取样方、样带进行每木调查，包括树种名称、株数（面积）、胸径、冠幅、树高等。为了更好分析城市森林结构，将胸径和冠幅分别划分为5个等级，树高划分为4个等级[12]。

1.3.2 指标计算

1）物种多样性测度采用物种丰富度指数（R）、Shannon-Wiener指数（H）、Simpson指数（D）和Pielou指数（J）[13]。

2）对单个物种的评价采用重要值（IV）作为综合指标，重要值IV（%）=（相对多度+相对频度+相对显著度）/3。

2 结果与分析

2.1 树种组成结构特征

本次调研实测乔木2 393株、灌木1 082株、藤本83 m2、竹子50 m2，分属于51科83属109种，其中二环内所调查植物分属于44科72属94种、大学城所调查植物分属于41科62属84种、职教城所调查植物分属于35科56属74种。对于不同年代区域高校，随着时间的推移，植物应用种类与数量都在逐渐减少。

2.1.1 树种应用频度

合肥市高校应用频度前5位的乔木依次是桂花（Osmanthus fragrans）（28.95%）、香樟（Cinnamomumbodinieri）（26.32%）、水杉（Metasequoia glyptostroboides）（22.81%）、雪松（Cedrus deodara）（21.92%）、黄山栾树（Koelreuteria bipinnata）（21.05%）;前5位的灌木分别为海桐（Pittosporum tobira）（17.21%）、石楠（Photinia serrulata）（15.57%）、红花檵木（Loropetalum chinense var. rubrum）（13.11%）、杜鹃（Rhododendron simsii）（10.65%）、紫薇（Lagerstroemia indica）（10.65%）。从高校建成年代来看，3个区域内高校的乔、灌木应用频度前10位中共同树种各自达到5种，相似性与差异性并存。一些植物仅出现在二环内高校，如龙柏（Sabina chinensis cv. Kaizuca）、重阳木（Bischofia polycarpa）、八角金盘（Fatsia japonica）等;在后期建设的大学城和职教城2个区域高校中，黄山栾树、合欢（Albizia julibrissin）、樱花（Cerasus pseudocerasus）等植物出现频度都有提高;垂柳（Salix babylonica）在大学城高校中出现较多，这与大学城高校内水面占比较高有关。各区域的乡土树种应用差异较小，二环内、大学城和职教城3区域高校在应用频度前15的乔木中乡土树种运用种类分别有5种、6种、5种，对应的应用频度前10的灌木中乡土树种运用种类分别有3种、3种、5种。

2.1.2 树种重要值（Ⅳ）

各区域高校Ⅳ前15中有8个共同种，其中大学城和职教城2个区域重复树种较多、相似度更高，对落叶阔叶树种及乡土树种的运用比例也相对较大。二环内高校中水杉的Ⅳ最大，Ⅳ前15的树种数量占二环内高校树木总量的58.15%，针叶与阔叶数量比为1∶2.01，乡土树种5种155株;大学城高校中香樟的Ⅳ最大，Ⅳ前15的树种数量占大学城高校树木总量的64.25%，针叶与阔叶树种数量比为1∶3.55，乡土树种6种138株;职教城高校中Ⅳ最大的仍是香樟，Ⅳ前15的树种数量占职教城高校树木总量的62.08%，针叶与阔叶数量比为1∶4.24，乡土树种6种117株。

2.1.3 物种多样性指数

在所有高校绿地的样方中，物种丰富度为1～16，Shannon-wiener指数变化范围为0～2.542 8、Simpson指数变化范围为0～0.933 4、Pielou指数变化范围为0～0.996 5。丰富度指数有较大的离散程度，这与现场调研中个别样方是纯林有关;Simpson指数、Pielou指数变异性最小，说明各群落该2项指标分布比较集中（表2）。3个区域内物种丰富度指数、Shannon-wiener指数以及Simpson指数变化趋势相同，即二环内>大学城>职教城，Pielou指数表现为大学城>二环内>职教城。整体上二环内高校植物群落的物种组成更丰富、多样性更高，这与二环内高校发展建设时间长，在不同的时期引入不同的植物种类有关;大学城和职教城高校的整体规划建设是在同一时期内完成，在植物种类的选择应用上，为保证树木的成活率及追求快速绿化，多选择一些易成活树种，因此造成树木种类少、群落组成单一的现状。

2.2 林木空间结构特征

2.2.1 城市森林密度

城市森林密度是衡量林木对其所占空间利用程度的大小，常用每公顷株数（株/hm2）和每公顷胸高断面积（m2/hm2）2项指标来表示。本研究结果显示，各区域的高校林木密度均达到了城市森林的水平[14-15]，能够发挥类似森林的功能，其中职教城高校城市森林密度刚刚达到城市森林的水平，提升潜力较大（表3）。

2.2.2 胸径等级特征

高校城市森林乔木平均胸径17.45 cm，仅有不到40%的树木胸径超过20 cm，其中胸径在40 cm以上的大乔木所占比例为6.32%，树种组成主要有枫杨（Pterocarya stenoptera）、水杉、重阳木、雪松、悬铃木（Platanus acerifolia）等，并且主要集中在二环内高校。从树木胸径等级与数量分布来看，整体表现出随着胸径等级的增大其数量分布呈现先升高后降低的变化趋势。按高校不同建成年代对树木胸径进行分析的结果显示，二环内高校树木的平均胸径最大（22.15 cm），其次为大学城和职教城，仅有二环内高校达到合肥市高校城市森林树木的平均胸径值。在大径级乔木中，二环内高校树木胸径超过30 cm的达到27.71%，其他2区域高校均不到10%（表4）。

2.2.3 冠幅等级特征

高校城市森林乔木平均冠幅4.92 m，其中分布在2～6 m的树木占比达63.86%，冠幅大于8 m的树木占12.11%，树种组成主要有悬铃木、枫杨、重阳木、雪松、合欢。从树木冠幅等级与数量分布来看，各类区域高校均表现出随着冠幅等级的增大数量分布呈现先升高后降低的变化趋势（表5）。各区域高校平均冠幅排序：二环内（6.15 m）>大学城（4.75 m）>职教城（3.76 m）。二环内高校树木冠幅低于2 m的仅占1.78%，主要是紫薇、垂丝海棠（Malus halliana）等开花小乔木;大学城和职教城高校出现少量截干截冠的树木，对这2个区域整体冠幅等级有一定的影响。

2.2.4 树高等级特征

高校城市森林乔木平均树高7.9 m，超过70%的树木树高小于10 m;树高不低于15 m的大树仅占12.22%，主要组成树种有水杉、悬铃木、枫杨、雪松等高大乔木。树高等级的数量分布与胸径、冠幅有相同的变化趋势。各区域高校的平均树高依然是二环内最高（9.75 m），其次是大学城（7.1 m），职教城最低（5.96 m）。二环内高校树高超过（含）15 m的比例超过20%，其他2个区域均小于8%（表6），究其原因与建校时间的长短、树木生长习性有关。

2.2.5 优势树种数量特征

3个区域高校的优势种具有很高的相似性，各区域优势度前15的树种中共同出现的达7种。对于各区域优势度前15的树种，二环内区域共计613株、占乔木层总量的62.23%，针叶树158株、占比25.77%，常绿树341株，常绿落叶数量比为1.25∶1;大学城区域共计553株、占乔木层总量的70.35%，针叶树111株、占比20.07%，常绿树235株，常绿落叶数量比为1∶1.35;职教城区域共计410株、占乔木层总量的65.60%，针叶树56株、占比13.66%，常绿树160株，常绿落叶数量比为1∶1.56。后期建设的高校优势树种中针叶树种数量占比逐渐下降，阔叶树占比逐渐增大，且后期建设的高校优势树种占区域总树种的比例增大，优势度较为集中，种类相对有所减少。

2.3 森林群落类型与结构

2.3.1 森林群落类型

根据建群种的特征及群落外貌、种类组成等，将样地内的森林群落划分为7种类型（表7），針叶林、针阔混交林在3个区域高校内的应用占比逐步减少，其中职教城高校调查样方内甚至未出现常绿针叶林;常绿阔叶林的应用比例几乎保持一致;落叶阔叶林和含常绿成分的落叶阔叶林在高校中应用比例逐渐增加，两者之和在各区域内占比排序为职教城（47.06%）>大学城（45.00%）>二环内（35.00%）;3个区域高校内针阔混交林、常绿落叶阔叶林和含常绿成分的落叶阔叶林比例较大，各区域3种群落类型总占比均超过70.00%。整体来看，高校城市森林群落注重常绿和落叶树种的搭配应用，乔木层中常绿与落叶树种在数量上相当，灌木层中常绿树种占有绝对优势。

2.3.2 森林群落结构

3个区域高校在水平结构配植模式上有很大的相似性，仅优势树种的选择有略微差异。纯林模式主要有圆柏（Sabina chinensis）、雪松、女贞（Ligustrum lucidum）等常绿纯林，水杉、银杏（Ginkgo biloba）等落叶纯林。针阔混交林多为雪松、圆柏、龙柏、水杉、柳杉（Cryptomeria fortunei）与阔叶树混植，常绿阔叶林优势种有香樟、女贞、广玉兰（Magnolia grandiflora）、椤木石楠（Photinia davidsoniae）、桂花等，落叶阔叶林优势种有黄山栾树、悬铃木、乌桕（Sapium sebiferum）、银杏、合欢、樱花等。常绿落叶阔叶混交林模式主要有银杏+香樟、枫杨+女贞、黄山栾树+桂花、悬铃木+广玉兰、乌桕+重阳木+女贞、黄山栾树+樱花+桂花等。

调研中发现，垂直结构配植模式分别为复层型的“乔—灌—草（地被）”，双层型的“乔—草（地被）”“灌—草（地被）”，单层型的“乔木”。整体来看，高校城市森林群落中以复层型结构为主，共计样方78个，占全部样方的68.42%（表8）。3个区域中，二环内高校在复层型结构上比例最大，高达75%，其森林结构相对于另2个区域高校更为合理、更接近自然式森林生态系统;大学城和职教城区域中许多校园内有大面积草坪，营造了较多的疏林草地，因此在双层型结构上占有一定比例，这种结构模式不仅空间层次和季相变化较差，而且不能创造较高的生态效益。

3 结论与建议

3.1 结论

合肥市3个区域不同建设年代高校的植物群落整体上达到典型城市森林的水平，能够发挥类似森林的生态功能。各区域高校树种组成均以乔木、常绿为主;群落多为复层型结构，以针阔混交林、常绿落叶阔叶林和含常绿成分的落叶阔叶林为主;所有高校内乡土树种的占比都较低，并且随着高校建设时间的向后推移，植物的物种多样性指数、城市森林密度、胸径、冠幅、树高等特征均呈现下降的趋势。

3.2 建议

高校绿地相对于一般城市绿地，具有绿化覆盖率高、树种组成丰富、乔木系统占据优势等特点，对改善城市生态环境有一定作用。由于隶属关系和服务对象的不同，高校在森林群落结构和景观营建上有其自身特殊性，建议从以下几点进行城市森林群落构建和优化：1）注重城市森林树种的选择，如选择生物量高、寿命长的树种，注重常绿与落叶树种的比例，适当增加彩叶类树种，可进一步扩大乡土树种的选择范围和应用数量;2）合理控制群落密度，提高树木的质量和健康状况，增加物种多样性及群落稳定性;3）尝试搭建绿色廊道，将校园绿地串联起来，加强绿地空间连通性，降低破碎化程度，从而构建面积更大的植物群落;4）加强植物造景，兼顾生态与景观需求;5）挖掘文化内涵，突出校园特色，形成特有的校园名片。

参考文献

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