张劲蔼 孙龙华 毕可可

我国风灾频繁且影响大，每年台风导致的树木被毁及其产生的次生灾害造成的损失超过百亿元，给我国国民经济和人民生命财产安全造成巨大损失[1]。据统计，登陆我国沿海的台风平均每年有9 个，90%集中在东南沿海，如广东、福建、浙江、台湾等地，多发生在每年7—10 月[2～3]。广州位于中国大陆南部，濒临南海，属于亚热带季风气候，具有温暖多雨、夏季长、台风多发的特点。广州市气象局资料显示，1998—2019 年入境广州的台风多达17 个，其中2016—2019 年发生的“妮妲”“洛克”和“艾云尼”3 个台风突发性强、破坏力大、影响范围广。此外，与广州擦身而过的台风也会带来强风大雨，如2018年的超强台风“山竹”，曾导致广州范围内出现狂风暴雨，多地停水停电，多处树木倒伏，给市民的出行带来严重影响。2017 年的台风“天鸽”“帕卡”“玛娃”在12 d 内连续在广东登陆，广州等地区出现了超历史实测记录最高潮位，多地重复受灾。

台风的降临往往会给园林树木造成拦腰折断、连根拔起、倾斜或吹断树枝等不同程度的损害[4]，对树木的健康生长造成威胁。国内部分学者已开展一些沿海地区台风对园林植物影响的研究，通过对不同树种受损情况进行分级及受损量统计，将树种抗风性强弱分为不同等级，分析影响树种抗风能力的因素并提出对策[5～11]。国外学者借助静态拉力试验[12～14]和动态监测试验[15～17]等方法研究树木和风力之间的相互作用，评价树木的抗风性，通过分析大风天气后不同园林树种的形态变化来评价树木抗风性。但目前针对树种生物学特性的抗风性评价研究鲜有报道。本文通过研究广州市主要园林树木的风害受损情况和形态学指标进行抗风性评价，建立了抗风性形态指标预测体系，期望为园林树木树种的选择和养护管理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 数据整理

1.1.1 广州市绿化抢险资料整理

对2016—2019 年广州市绿化抢险资料①广州市绿化抢险原始数据（2016—2019 年）来源于广州市林业和园林科学研究院承担的广州市林业和园林局项目“城区绿化养护日常巡检”。进行整理统计，选择应用较广泛的26 种园林植物中胸径大于10 cm 的树木作为分析对象，以4 种受损形式作为受损评价指标（表1），计算各受损指标的发生率。

1.1.2 树木安全性评估资料整理

对2016—2019 年树木安全性评估采集的数据①树木安全性评估原始数据（2016—2019 年）来源于广州市林业和园林科学研究院在广州市内日常做的树木评估数据。进行整理，运用层次分析法对选定的形态指标进行权重计算。参考祖若川[10]和张华林[18]的方法，结合其他文献资料和树木安全性评估数据[19]，确定树木形态学评价指标7 个（表2）。树高、胸径、冠幅指标数据为实测值，冠形、叶层状况、根系情况和树木类型为定性指标，其赋值标准见表2。

1.2 数据分析

1.2.1 层次分析法

参考高育慧的方法[7]，对各受损形式指标和选定的形态指标构建判断矩阵，矩阵一致性检验使用yaahp 软件进行，当CR ＜0.100 时，则检验通过，确定其权重W。

1.2.2 综合评价法

为消除指标间的数量级差异，在计算综合评价得分前，对各指标受损率进行标准化处理，采用z-score 标准化方法如下：

其中，Cij代表i树种j指标标准化处理后的数据，Xij代表i树种j指标的测定值，和SDj分别为各树种j指标测定值的平均值和标准差。

参考祖若川[11]的方法计算各风害受损树种的综合评价得分，方法如下：

其中，Y 代表树木风害受损综合评价得分，Wj为各风害指标的权重。Y值越大树木受损越严重，抗风性越弱。

1.2.3 模糊隶属函数法

参考李禄军[20]的方法计算园林树木形态学指标隶属函数值，方法如下：

指标与抗风性呈正相关：

指标与抗风性呈负相关：

表1 受损指标含义

表2 形态性指标含义

式中Zij为i树种j指标的抗风性隶属函数值；Xij为i树种j指标的测定值；Ximin和Ximax分别为各树种该指标值的最小和最大的测定值。

将每个树种各指标的抗风性隶属函数值累加起来，计算方法如下：和形态指标抗风性隶属函数总值（Z值）进行聚类分析。

其中，Z代表抗风性隶属函数总值，Wj代表抗风性指标的权重。各形态指标中，树高和冠幅与抗风性呈负相关，其余呈正相关。抗风隶属函数总值越小，树木受损越严重，抗风性越弱。

1.2.4 聚类分析法

通过SPSS 21 软件分别对植物的风害受损指标综合评价得分（Y 值）

2 结果与分析

2.1 主要园林树木的损害情况

2.1.1 风害对受损指标影响的层次分析

由层次分析法结果可知（表3），CR ＝0.026 5，其值小于0.1，获得很好的一致性，说明分析结果可靠。在所测定的指标中，权重值较高的是主干断裂（A4）和主干倒伏（A3），权重值较低的是枝梢断裂（A1）和主干倾斜（A2），说明风害受损指标中对园林树木危害较大的是主干断裂和主干倒伏，其余两者对植株的危害较小。

2.1.2 风害对各受损指标影响的综合评价

从对广州市26 种主要园林树种的风害受损综合评价结果（表4）可知，糖胶树、高山榕、阴香、马占相思4 个树种受风害影响较其他树种小，其主干倾斜率和主干断裂率基本接近0，即只有非常少量树木出现主干倾斜或主干断裂。白兰的风害受损最严重，各受损指标发生率均较高，其次是南洋楹和宫粉羊蹄甲。综合评分表明，糖胶树的抗风能力最强，其次是高山榕，而白兰的抗风能力最弱。本文计算的各指标受损率值较小，是由于单个树种在全市的树木基数大，有几万株到十几万株，1%风害受损率的实际受损量也达到几百到上千株。

2.2 风害对树木形态指标的影响

2.2.1 形态指标的层次分析由层次分析法结果可知（表5），CR ＝0.004 0，其值小于0.1，获得很好的一致性，说明分析结果可靠。胸径（B2）、根系（B6）、冠幅（B3）、树高（B1）、冠形（B4）、树木类型（B7）6 个指标的权重值较高，说明其对植株的抗风性影响较大；叶层状况（B5）的权重值最低，其影响较小。

2.2.2 形态指标的模糊隶属函数法分析

26 种主要园林树木的形态学指标加权隶属函数总值（表6）介于0.432 1～0.632 3，差异明显。其中，海南蒲桃的隶属函数总值最大，石栗的最小，表明从形态指标分析评价结果来看，海南蒲桃的抗风性较强。

2.3 树木抗风性强弱聚类分析

对风害受损综合评分及隶属函数总值分别进行聚类分析，可将研究的广州26 种主要园林树木分为3 个类群：I 级的抗风性最好，II 级的居中，III 级的抗风性最差。在风害受损情况综合评价得分聚类结果中，Ⅰ级树种有14 种，Ⅱ级树种有9 种，Ⅲ级树种有3 种（图1）；在形态学指标隶属函数总值聚类分析结果中，Ⅰ级有10种，Ⅱ级有13种，Ⅲ级有3种（图2）。2 种聚类分级结果中有14 种园林植物的分类结果完全一致，12 种园林植物分类相近（图3），没有出现相互矛盾。

表3 判断矩阵及各风害受损指标权重

表4 广州26 种主要园林树木风害受损综合评分

3 结论与讨论

通过整理2016—2019 年广州市绿化抢险树种数据和安全性评估树种数据，对广州市26 种主要园林植物进行风害受损指标统计和形态学指标评估，根据结果进行抗风性聚类分析。26 种植物按受损指标统计和形态学指标评估分别分成3 个类群，有14种植物的风害受损指标分类结果和形态指标分类结果完全一致，有12 种植物类别相近，没有出现相互矛盾。在分类结果相同的植物中，抗风性Ⅰ级树种有8 种，为樟、海南蒲桃、阴香、木棉、红花羊蹄甲、高山榕、鸡冠刺桐和糖胶树；Ⅱ级树种有5种，为非洲楝、榕树、黄葛树、秋枫和白千层，Ⅲ级树种有1 种，为宫粉羊蹄甲。相近分类的植物主要是人面子、凤凰木、白兰等。结果表明，抗风性最好的树种有樟、海南蒲桃、阴香、木棉、红花羊蹄甲、鸡冠刺桐、高山榕和糖胶树8 种；介于抗风性最好和中等之间的有木麻黄、杧果、小叶榄仁、大琴叶榕、台湾相思、马占相思、美丽异木棉和人面子8 个树种；抗风性居中的有白千层、榕树、非洲楝、秋枫和黄葛树5 种；介于抗风性居中和最差的有凤凰木、石栗、南洋楹和白兰4 种；抗风性最差的是宫粉羊蹄甲。

图1 树木风害受损情况综合评分聚类分析

图2 树木抗风性隶属函数总值聚类分析

表5 判断矩阵及指标权重值

表6 广州26 种主要园林树木抗风性隶属函数总值排序

黄义钧等[6]构建形态指标抗风模型评价结果表明，宫粉羊蹄甲、南洋楹、石栗等树种抗风能力较差，小叶榄仁、木麻黄等树种抗风能力较好；张东颖等[8]对珠海市园林树木台风后受损调查结果表明，白兰、宫粉羊蹄甲、黄葛树等树种抗风能力较差；祖若川[10]利用模糊隶属函数法评价海口市公园植物树种抗风性，结果表明樟、阴香、鸡冠刺桐等树种抗风能力强，白兰、宫粉羊蹄甲等树种抗风能力弱；张华林[18]利用层次分析法构建形态指标判断矩阵对不同树种进行抗风性综合评价结果表明，南洋楹、石栗、非洲楝、马占相思等树种抗风能力较弱。本研究结果与上述研究结果基本一致，也表明抗风性强弱与树木形态学因子有较强的关联性。

树木风害受损的原因很多，归结为内因和外因，内因包括树木种类、高矮、树冠形状、木材材性、根系类型等树木自身特点，外因包括风向、风力、树木的种植形式、长势、立地环境及栽培管理水平等因素[21～22]。吴志华等[23]利用综合评价法和灰色关联度法建立的模型对湛江绿化树种抗风性进行评价，结果表明杧果、白千层等树种抗风性能较好，樟、石栗等树种抗风性较差。本研究结果与该研究结果差异较大，这可能与评价树种所在位置不同时承受风力的差异有关。本研究选择的形态学指标基本涵盖影响树木抗风能力的内在因素，其中树木类型、叶层状况、冠形、根系为植物特定指标，树高、胸径、冠幅3 个指标在植物生长的不同阶段是可变的。因此，本研究中各树种的抗风级别划分可能只代表该生长阶段下树种相互之间的抗风等级关系。但是上述形态学指标便于采集，不需要借助大型仪器设备，适合快速评价树木的抗风能力。目前研究的树种抗风性形态指标预测体系集中在比较有限的几个树种，尚处于起步探索阶段，未建立系统的树种抗风性能评价标准。本研究利用层次分析法和模糊隶属函数发法构建的树木形态学指标评价模型，可为今后深入开展树种抗风性能预测提供理论参考和技术支持。

图3 2 种聚类分析结果的对比分析