花山喀斯特风景林群落结构与林内景观质量的关系

袁铁象，张合平，谭一波，何 峰，黄小荣，庞世龙，彭玉华

(1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004 ；2.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；3.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002)

花山喀斯特风景林群落结构与林内景观质量的关系

袁铁象1，张合平1，谭一波2,3，何 峰2,3，黄小荣2,3，庞世龙2,3，彭玉华2,3

(1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004 ；2.广西壮族自治区林业科学研究院，广西 南宁 530002；3.广西优良用材林资源培育重点实验室，广西 南宁 530002)

全面和正确地认识群落结构特征与景观美学质量的关系，对揭示森林景观美学质量的形成机制和进行景观质量提升具有重要意义。采用美景度评价法(Scenic Beauty Estimation,SBE)和回归分析，从林分水平结构、垂直结构和物种组成等群落结构特征层面，分析群落结构特征与景观质量的关系。结果表明：群落结构要素对美景度贡献大小顺序依次为Pielou均匀度指数＞乔木层密度＞Shannon-Wiener多样性指数＞林层数＞乔木层平均高度；Pielou均匀度指数和乔木层密度与美景度呈负相关关系，Shannon-Wiener多样性指数、林层数和乔木层平均高度与美景度呈正相关关系；物种丰富、乔木层密度较小、林层数多、乔木层平均高度较大的林分具有较高的美景度值。根据群落结构和林内景观质量关系得出群落结构优化策略，首先尽可能满足物种多样性和生态系统稳定性的需求，在此前提下从水平和垂直结构等空间配置上，综合运用林分抚育、林下层管理和美学规划等措施，构建出符合生态要求和具有较高美学价值的森林景观。

喀斯特风景林；群落结构；美景度评价；林内景观质量

植物群落是森林景观的主体，其植被类型、群落组成和群落结构是构成森林景观美学功能的重要组分[1-2]，不同的群落结构特征交互作用形成不同的景观质量[2]。全面和正确地认识群落结构特征与景观美学质量的关系[3]，对揭示森林景观美学质量的形成机制和进行景观质量提升具有重要意义。

目前，对群落结构和林内景观质量关系的研究已有较多的报道，诸如较小的林分密度和较大的林分年龄有利于提高美景度[4-6]，林分平均胸径越大美景度越高[7-8]，较高的郁闭度使林分美景度提高，灌木层密度过高会降低林内景观美景度[9]，Simpson 多样性指数与美景度显著正相关[3]等。而林下层植被对景观质量的作用较为复杂，灌木层密度过高或平均高度过大会降低林内景观美景度[6,9]，林下层植被较高的多样性有助于提高林内景观的美景度[10]，此外也有研究认为林下层植物与美景度的相关性不显著[11]。

花山国家级风景名胜区是广西三个国家重点风景名胜区之一，总面积3001 km2，保存着大面积结构完整的喀斯特山地季雨林[12]，构成了独特的旅游和科研资源。然而，有关其群落结构要素与林内景观质量的研究鲜有报道。当前，喀斯特地区森林旅游发展迅速[12]，正确认识群落结构与森林景观质量间的关系，对构建特色鲜明的喀斯特森林景观、优化群落结构具有重要指导意义。

本研究调查了宁明花山国家级风景名胜区典型喀斯特峰丛洼地森林群落及凭祥热林中心喀斯特人工林和马尾松人工林，采用森林风景评价中应用最成熟和广泛的美景度评价法(Scenic Beauty Estimation,SBE)[13-14]和数量化理论Ⅰ模型，从林分水平结构、垂直结构和物种组成等群落结构特征，分析群落结构与景观质量的关系，探讨和回答以下科学问题：在景观构建和质量提升过程中，群落水平结构、垂直结构和组成结构各因子的贡献率和重要程度有何规律？群落结构要素优化的先后顺序是怎样的？以期从生态视角为森林景观质量提升和群落结构优化提供科学指导和理论支持。

1 研究区域概况

本研究典型景观样地位于广西宁明县花山风景区，对照样地位于广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心。宁明花山风景区毗邻广西弄岗国家级自然保护区陇瑞保护站(N22°14'，E107°3')，该区域地貌类型为峰丛洼地型[15]，气候属于热带季风气候，年平均气温21.6℃，年平均降水量为1 350mm，降雨量主要集中在5～9月[16]。土壤为黑色石灰土和棕色石灰土，pH 值6.0 ～7.5，有机质含量较丰富[17]。乔木层主要有中国无忧花Saraca dives、望天树Parashorea chinensis、东京桐Deutzianthus tonkinensis、人面子Dracontomelon duperreanum、广西澄广花Orophea anceps、蚬 木 Excentrodendron hsienmu、苹 婆Sterculia nobilis、米扬噎Streblus tonkinensis、清香木Pistacia weinmannifolia、剑叶龙血树Dracaena cochinchinensis、毛叶铁榄Sinosideroxylon pedunculatum、鹅掌柴Schef fl era octophylla(Lour.)Harms、圆果化香树 Platycarya longipes等[18-19]。灌木层主要有穿破石Oxyceros sinensis、马槟榔Capparis masaikai、假鹰爪 Desmos chinensis、广西紫麻Oreocnide kwangsiensis等，草本层主要有凤尾蕨Pteris cretica var.nervosa、蔓生莠竹Microstegium vagans、水蔗草Apluda mutica、崖姜Pseudodrynaria coronans和铁线蕨Adiantum capillus-veneris等[20-21]。

对照样地设置在广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心大青山风景区(N22°07′，E106°44′)喀斯特山地降香黄檀—任豆人工林和该实验中心伏波林场(N22°02′，E106°51′)马尾松人工林，与花山风景区均属热带季风气候，地貌为低山，年平均气温20.2℃，年平均降水量1 350mm，相对湿度80％。大青山风景区降香黄檀—任豆人工林林龄在30a左右，土壤为棕色石灰土，林下植被有灰毛浆果楝Cipadessa cinerascens、红背山麻杆Alchornea trewioides、假鹰爪、杜茎山Maesa japonica、凤尾蕨、淡竹叶Lophatherum gracile 等。伏波林场马尾松人工林样地分为中龄林和老龄林两种林分，土壤为山地红壤，pH值4.3，土壤较肥沃[22]。林下植被有杜茎山、路边青Geum aleppicum、异叶榕Ficusheteromorpha、铁芒萁Dicranopteris linearis等。景观样地(样方1～32)和对照样地(样方33～36)概况见表1[20]。

2 研究方法

对风景林进行全面踏查，在花山风景区喀斯特峰丛洼地设置了32个具有代表性的风景林样方，在大青山风景区和伏波林场各设置2个对照样方，样方大小均为20m×20m。按群落调查方法[23]记录样地内乔木、灌木、草本层数据，以及样地的海拔、坡度、坡向、坡位、土层厚度等环境因子，并按照规范拍摄林内景观照片[24-26]。采用美景度评价法(SBE)对风景林林内景观质量进行评价，使用一张照片代表一个景观的方法，在室内播放幻灯片方式进行景观质量评判，评分标准采用十分制[25-26]。评判者来自广西师范学院旅游管理、城乡规划、区域经济、人文地理学、土地管理以及广西林科院生态学、林学和森林培育等8个专业共83人，最终回收75份有效反应表，根据反应结果计算各景观的SBE值，并进行标准化[13]。为了找出SBE值与群落结构要素之间的关系，参考文献[3,24,25,27]，考虑易于获取和测定等因素，从水平结构、垂直结构和组成结构3个方面，筛选出喀斯特风景林10个主要结构要素(见表2)。以各景观的标准化SBE值为因变量，林分主要结构要素为自变量，采用SPSS19.0多元线性回归分析Backward法建立评价模型[13]，筛选出与美景度之间呈显著或极显著的景观要素，建立喀斯特风景林林内景观美景度模型[24-25]。

表1 林内景观概况Table 1 General situation of in-forest landscape of plots

表2 风景林主要结构要素Table 2 Decomposition of major structural elements of scenic forests

群落组成结构中，Margalef丰富度指数(M)[28]、Shannon-Wiener多样性指数(H)[3]、Simpson多样性指数(D)[29,30]和Pielou均匀度指数(J)[3]等多样性指数计算公式如下：

式中：S为样地中物种数；N为样地中所有物种个体数之和；ni是第i个物种的个体数；Pi为第i个物种的相对多度[3]，Pi=ni/N。

3 结果与分析

3.1 景观质量模型建立与分析

通过将林内景观美景度值(见表3)与风景林主要结构要素(见表2)进行逐步回归分析和筛选，得出结果见表4。最终引入模型的有5个参数：乔木层密度(X1)、乔木层平均高度(X4)、林层数(X6)、Shannon-Wiener多样性指数(X8)和Pielou均匀度指数(X10)。模型F=8.223，P=0.000＜0.01，表明5个结构要素与美景度之间线性相关显著，具体模型如下：

从模型表达式中可以看出，林分群落结构要素对美景度贡献大小顺序依次为Pielou均匀度指数＞乔木层密度＞Shannon-Wiener多样性指数＞林层数＞乔木层平均高度。其中多样性指标排名靠前，表明多样性指标对美景度的贡献较其他群落结构特征大。模型中与美景度呈负相关关系的参数有Pielou均匀度指数和乔木层密度，与美景度呈正相关关系的参数有Shannon-Wiener多样性指数、林层数和乔木层平均高度。

表3 林内景观标准化得分值Table 3 Standardized values of in-forest landscapes of scenic forests

3.2 主要结构要素相关关系

相关分析(见表5)表明，代表林分水平和垂直结构指标间极显著负相关的有乔木层密度与乔木层平均高度、乔木层密度与乔木层平均胸径，极显著正相关的有灌木层密度与乔木层平均高度、乔木层平均高度与乔木层胸径。代表组成结构的生物多样性指标间存在极显著正相关，而林分水平和垂直结构指标与生物多样性指标之间相关程度并不紧密(P＞0.05)。

表5 风景林主要结构要素的相关矩阵†Table 5 Correlation matrix of major structural elements of scenic forests

4 结论与讨论

4.1 群落结构特征与林内景观质量的关系

通过回归分析，筛选出与美景度之间呈显著或极显著相关的5个结构要素(乔木层密度、乔木层平均高度、林层数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数)，并建立了喀斯特风景林林内景观美景度模型。模型中与美景度呈负相关关系的参数有Pielou均匀度指数和乔木层密度，表明小生境丰富、物种数量多、均匀度低和乔木层密度较小的林分受到亲睐。与美景度呈正相关关系的参数有Shannon-Wiener多样性指数、林层数和乔木层平均高度，说明物种丰富、林层复杂和分明的林分以及高大的树木受到欣赏。以上分析表明，物种丰富、乔木层密度较小、林层数多、乔木层平均高度较大的林分具有较高的美景度值，与群落结构和林内景观质量间关系的一般规律相一致[3-4,7-8]。

主要结构要素间的相关关系表现为，乔木层密度与乔木层平均高度、乔木层密度与乔木层平均胸径呈极显著负相关，灌木层密度与乔木层平均高度、乔木层平均高度与乔木层胸径呈极显著正相关，生物多样性指标间存在极显著正相关，而林分水平和垂直结构指标与生物多样性指标之间相关程度不紧密(P＞0.05)。以上特点说明，水平和垂直结构指标间相互制约性较强，指标间可以相互关联地反映景观质量，多样性指标间的相关性则与多样性指数本身的构造有关[7,9]。

4.2 群落结构要素贡献率大小与景观优化策略

群落结构要素对美景度贡献大小顺序依次为Pielou均匀度指数＞乔木层密度＞Shannon-Wiener多样性指数＞林层数＞乔木层平均高度，多样性指标排名靠前，说明多样性指标对美景度的贡献较其他群落结构特征大，提示在景观构建和提升中生物多样性指标或者说生态系统稳定性指标应该优先考虑，其次是水平结构要素和垂直结构要素。首先尽可能满足物种多样性和生态系统稳定性的需求，在此前提下从水平和垂直结构等空间配置上，综合运用林分抚育、林下层管理和美学规划等措施，构造出符合生态要求，同时具有较高美学价值的森林景观[31]。

[1] 张凯旋,凌焕然,达良俊.上海环城林带景观美学评价及优化策略[J].生态学报,2012,32(17):5521-5531.

[2] 牛君丽.北京风景游憩林质量评价的指标体系研究[D].北京:北京林业大学,2008.

[3] 刘翠玲,潘存德,寇福堂,等.新疆喀纳斯旅游区森林景观美学质量与自然火干扰的关系[J].林业科学,2010,46(1):9-14.

[4] 韦新良,何 莹.森林景观效果生成因子的相关性[J].浙江农林大学学报,2011,28(5):701-705.

[5] Hull R B,Buhyoff G J.The scenic beauty temporal distribution method:an attempt to make scenic beauty assessments compatible with forest planning efforts [J].For.Sci.,1986,32(2):271-286.

[6] Ruddell E J,Gramann J H,Rudis V A,et al.The psychological utility of visual penetration in near-view forest scenic-beauty models [J].Environment and Behavior,1989,21(4):393-412.

[7] 陈鑫峰.京西山区森林景观评价和风景林营建研究——兼论太行山区的森林游憩业的建设[D].北京:北京林业大学,2000.

[8] 王 雁,陈鑫峰.心理物理学方法在国外森林景观评价中的应用[J].林业科学,1999,35(5):110-117.

[9] 章志都.京郊低山风景游憩林质量评价及调控关键技术研究[D].北京:北京林业大学,2010.

[10] Hollenhorst S J,Broek S M,FreimundW A,et al.Predicting the effects of gypsy moth on near-view aesthetic preferences and recreation appeal [J].Forest Science,1993,39(1):28-40.

[11] Hull IV R B,Buhyoff G J,Cordell H K.Psychophysical models:An example with scenic beauty Perceptions of roadside pine forests [J].Landscape Journal,1987,6(2):113-122.

[12] 卢 峰.广西岩溶土地现状与石漠化治理模式探析[J].广西林业科学,2012,41(2):183-185.

[13] 俞晓凌,廖邦洪,王道模,等.龙门山国家地质公园天台山风景游憩林空间结构分析与美景度评价[J].林业科学,2011,47(7):50-56.

[14] Daniel T C,Boster R S.Measuring landscape aesthetics:the scenic beauty estimation method[M].USDA Forest Service Research Paper RM-167.Fort Collins,CO:Rocky Mountain Forest and Range Experiment Station.1976.

[15] 邓自强.弄岗自然保护区岩溶地质考察报告[J].广西植物,1988,(增刊1):l-16.

[16] 农绍勤.弄岗自然保护区气候资源考察报告[J].广西植物,1988,(增刊l):74-82.

[17] 陈 平.弄岗自然保护区土壤考察报告[J].广西植物,1988,(增刊l):52-73.

[18] 苏宗明,赵天林,黄庆昌.弄岗自然保护区植被调查报告[J].广西植物,1988,(增刊l):185-214.

[19] 吴望辉.广西弄岗国家级自然保护区植物区系地理学研究[D].桂林:广西师范大学,2011.

[20] 袁铁象,张合平,谭一波,等.广西花山喀斯特峰丛洼地风景林林内景观质量[J].中南林业科技大学学报,2014,34(1):72-77.

[21] 袁铁象,欧芷阳,苏志尧,等.桂西南喀斯特山地蚬木野生种群结构与动态[J].中南林业科技大学学报,2013,33(3):1-8.

[22] 郭文福,蔡道雄,贾宏炎,等.马尾松与红椎等3种阔叶树种营造混交林的生长效果[J].林业科学研究,2010,23(6):839-844.

[23] 方精云,王襄平,沈泽昊,等.植物群落清查的主要内容、方法和技术规范[J].生物多样性,2009,17(6):533-548.

[24] 陈鑫峰,贾黎明.京西山区森林林内景观评价研究[J].林业科学,2003,39(7):59-66.

[25] 欧阳勋志,廖为明,彭世揆.天然阔叶林景观质量评价及其垂直结构优化技术[J].应用生态学报,2007,18(6):1388-1392.

[26] 章志都,徐程扬,龚 岚,等.基于SBE法的北京市郊野公园绿地结构质量评价技术[J].林业科学,2011,47(8):53-60.

[27] 张银龙,俞元春,张金池.天然林保护依据的探讨[J].南京林业大学学报,1999,(2):57-61.

[28] Margalef R.Perspectives in ecological theory [M].Chicago:University of Chicago Press,1968.

[29] 马克平.生物群落多样性的测度方法:Ⅰ.α多样性的测度方法(上)[J].生物多样性,1994,2(3):162- 168.

[30] 马克平,刘玉明.生物群落多样性的测度方法:Ⅰ.α多样性的测度方法(下)[J].生物多样性,1994,2(4):231- 239.

[31] 章志都.侧柏刺槐林群落生态学特征及林内景观影响研究[D].福州:福建农林大学,2007.

Relationship between community structure and in-forest landscape quality of karst forest landscape in Huashan Scenic Area,Guangxi

YUAN Tie-xiang1,ZHANG He-ping1,TAN Yi-bo2,3,HE Feng2,3,HUANG Xiao-rong2,3,PANG Shi-long2,3,PENG Yu-hua2,3
(1.Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,Hunan,China; 2.Guangxi Zhuang Autonomous Region Forestry Research Institute,Nanning 530002,Guangxi,China; 3.Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation,Nanning 530002,Guangxi,China)

Forest structure is an important element determining in-forest landscape beauty,anda comprehensive understanding of their relationship may give insight into the management and improvement of scenic areas.Scenic Beauty Estimation(SBE)and regression analysis were used to evaluate landscape beauty of Huashan Scenic Area,Ningming,Guangxi,with forest horizontal and vertical structures,species composition being considered.The results show that landscape beauty was influenced by following factors ina declined order:Pielou index,arbor tree density,Shannon-Wiener index,number of canopy layers,average tree height.The Pielou index and arbor tree density were negatively correlated to the landscape beauty,while Shannon index,number of canopy layers,average tree height were positively correlated to the landscape beauty.Stands with high richness,lower arbor tree density,multiple canopy layers and higher tree height generally had higher landscape beauty.Strategy to upgrade landscape beauty of the forests can be based on the results,which prioritizing the maintenance of biodiversity and ecosystem stability,using stand tending and understory treatments to transform the forests’ horizontal and vertical arrangement,making forest aesthetic plan,and buildinga environmental friendly forest landscape with high aesthetic value.

karst aesthetic forest; community structure; scenic beauty estimation; in-forest landscape quality

S718.54+2

A

1673-923X(2015)01-0079-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.01.015

2013-12-10

林业公益性行业科研专项(201204512)；广西林科究院基本科研业务费专项(林科201202号)

袁铁象，研究员，博士研究生

张合平，教授，博士生导师；E-mail：hepzhang@sina.com.cn

袁铁象，张合平，谭一波，等.花山喀斯特风景林群落结构与林内景观质量的关系[J].中南林业科技大学学报,2015,35(1):79-83,95.

[本文编校：谢荣秀]