长沙市自然林景观基底特征与结构研究

何友军，李际平，颜立红，赵春燕，向光锋

（1.湖南省森林植物园，湖南 长沙 410116；2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

长沙市自然林景观基底特征与结构研究

何友军1，李际平2，颜立红1，赵春燕2，向光锋1

（1.湖南省森林植物园，湖南 长沙 410116；2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

为了构建长沙美丽的自然景观，以岳麓山和湖南省森林植物园为研究对象，研究长沙市自然林景观的基底特征与水平垂直结构。研究结果表明：长沙自然林景观中植物种类丰富，调查区域内植物种类达60多种，且乔木与灌木植物种类远多于草本植物种类；乔木层出现频度较大物种为马尾松、香樟、樟树、山矾、枫香和栾树，灌木层出现频度较大物种为构骨和毛萼乌口树，草本层出现频度较大物种为蕨、青苔和竹叶草；乔木层频度大的物种密度较大，草本层频度大的物种其盖度较大；长沙自然林景观存现比较明显的垂直结构，植物园乔木∶灌木∶草本物种比例为19∶18∶8，岳麓山乔木∶灌木∶草本物种比例为13∶12∶5，不同高度的乔木层树木构成林分垂直层。研究结果为城市森林的人工群落树种选择与配置、城市森林空间配置与优化提供理论依据，也为美丽长沙的森林景观设计提供技术支持。

岳麓山；湖南省森林植物园；水平结构；垂直结构；森林景观

随着城市化水平的迅速提高，环境问题越来越突出，城市森林的地位与作用、保护与经营受到专家和学者的重视[1]。城市自然林为城市森林的重要组成部分，岳麓山和湖南省森林植物园作为长沙市的“绿肺”[2-5]，以其优美的风景资源和优越的环境资源吸引着人们休闲和游憩，也构成长沙市最主要的自然林景观。

从景观尺度研究城市森林，目前主要集中在对森林景观格局[6]、森林景观动态变化[7-8]、森林景观结构与功能[9-10]以及森林景观生态过程模拟和决策[11]研究。但是，随着生活水平的提高，城市森林的功能不仅仅在于改善生态环境、维护生物多样性等，森林的文化、游憩等功能在城市建设与规划中显得越来越重要[12]。构建“美丽城镇”，改善城市生态环境，提升和优化城市森林的文化、游憩服务功能，为城市居民提供良好的游憩场所。本研究以长沙市自然林景观为研究对象，深入分析长沙城市自然林景观的植物群落基本特征，研究城市自然林的物种结构、群落水平结构和垂直结构，可为城市森林的人工群落树种选择与配置、城市森林空间配置与优化提供理论依据，也为美丽长沙的森林景观设计提供技术支持。

1 研究区概况

长沙属典型的亚热带湿润季风气候：年均气温17.2 ℃，年平均相对湿度80%，年均降水量为1 422 mm。研究区选择在岳麓山和湖南省森林植物园，岳麓山位于 112°44′～ 112°48′E，28°20′～28°27′N，主峰海拔为300.8 m，土壤类型为红壤、山地黄红壤，地处中亚热带常绿阔叶林地带，植被以天然群落为主。湖南省森林植物园位于113°02′～ 113°03′E，28°06′～ 28°07′N，植物种类达2 200多种，植被主要由人工次生林构成。

2 研究方法

2.1 样地设置与样地调查法

在研究区域内，选取典型森林景观，在岳麓山围绕山体设置6个20 m×30 m样地，编号T1～T6。在植物园，马尾松次生林和樟树次生林内各设置3个20 m×30 m样地，编号T7～T12。样地设置见图1。每个样地以西南角为起点，测量其经纬度，用罗盘仪围测样地边界，用皮尺量斜距，按坡度改算为水平距。要求闭合差不大于1/200，样地间保留至少20 m的缓冲区。对样地内胸径大于2.0 cm的林木每木检尺，调查样地内每株林木的树种类型、胸径和树高等测树因子。

图1 样地设置Fig.1 Sample plots setting

2.2 城镇森林景观水平结构参数

群落水平结构是指水平空间上个体多度分布、盖度、优势度，即群落的配置状况或水平格局[13]。多度是对物种个体数目多少的一种估测指标。采用Drude的七级制多度：Soe，极多，植物地上部分郁闭；Cop3，数量很多；Cop2， 数量多；Cop1，数量尚多；Sp，数量不多而分散；Sol，数量很少而稀疏；Un，个别或单株。盖度指植物地上部分植投影的面积占地面的比例[14]。频度是指群落中某物种出现的样方数占全部调查样方数的百分率，反映某物种或某种群个体在群落中分布的均匀程度[15]，显示个体与不同空间部分的关系。

2.3 城镇森林景观垂直结构参数

平均胸径（D）：采用林木胸高断面积加权平均直径。

式中：di为第i株林木的断面积和胸径；N为林木总株数。

平均树高（H）：采用林木加权平均高的测算方法，依各径级林木的算术平均高与其对应径级林木胸高断面积的加权平均数。

2.4 城镇森林景观物种多样性参数

树种丰富度以树种种类加以描述。采用Shannon-Wiener指数描述物种多样性：

式中：k为物种总数；pi=Ni/N；Ni为第i个物种的物种数目；N为群落中所有种的物种总数。

3 结果与分析

3.1 长沙市自然林景观植物种类与群落水平结构

群落结构复杂多样，一般包括乔木层、灌木层和草本层。本研究对乔木通过平均树高分析垂直结构，对灌木和草本通过频度、盖度和多度分析水平结构。

在植物园，调查样地内灌木层共18种植物，草本层共8种植物，灌木层植物种类明显多于草本层，因为调查样地属于次生林，乔灌层郁闭度比较大。但每种植物出现的频度不相同，在灌木层，每个样地都出现的只有构骨Ilex cornuta，有10种植物出现的频度低于50%。在草本层，每个样地出现的植物种类较少，但蕨、青苔和淡竹叶Lophatherum gracile在所有样地出现。

在岳麓山，调查样地内灌木层共24种植物，草本层共10种植物。灌木层和草本层出现的植物种类均多于植物园样地，且灌木层植物种类多于草本层。除了白花苦灯笼Tarenna mollissima在所有样地出现外，山矾Symplocos sumuntia在5个样地出现，其余22种植物出现的频度并不高，这与样地内乔木的分布、地形等因素有关系。

在植物园和岳麓山，森林景观灌木层中均出现的植物有黄檀Dalbergia hupeana、檵木Loropetalum chinense、 苦 槠Castanopsis sclerophylla、乌桕Sapium sebiferum和菝葜Smilax china共5种，大部分的植物只在一个区域出现。因为植物园和岳麓山调查区域均属于次生林，人为干预较小，其干扰主要为游客通行导致，灌木层中有较大一部分为乔木天然更新的幼苗，植物园和岳麓山的灌木层物种大多不相同。

在植物园和岳麓山草本层物种一共8～10种，在调查区域森林景观灌木层中均出现植物有狗脊蕨Woodwardia japonica、其它蕨Pteridiaceae、青苔Bryophyta和淡竹叶Lophatherum gracile共4种，其中蕨出现在所有的调查样地。

植物园灌木层盖度较低，为4%～8%，构骨等7种植物在样地出现的个体较少，但出现的频度较大。出现个体较多为菝葜和枫香Liquidambar formosana，但出现的频度较低。

植物园草本层盖度差异较大，为29%～72%，其中淡竹叶不仅个体出现数目较多，小样方内29～43株淡竹叶，且样方内出现的频度较大，所有样方内均出现淡竹叶。栽培种葱兰Zephyranthes grandiflora个体出现的数目较多，但样方内出现的频度较小，仅在1个样方内出现。

岳麓山灌木层盖度较高，为35%～49%，冷水花属Pile、栲树Castanopsis fargesii和赤楠Syzygium buxifolium在样地出现的个体较多，但出现的频度较低，仅在1～2个样地内出现。白花苦灯笼在所有样地均出现，且出现的个体数目较多，小样方内19～23株。

岳麓山草本层盖度非常小，为1%～3%，但淡竹叶和荩草Arthraxon hispidus个体出现的数目较大，在样地出现的频度较小，仅出现在1个样地。

表2 长沙市自然林景观的植物多度与盖度Table 2 Plant abundance and coverage of natural forest landscape in Changsha city

3.2 长沙市自然林景观垂直结构

植物园的自然林景观以马尾松次生林和阔叶次生林为主，岳麓山自然林景观以阔叶次生林为主，经营活动或人为干预比较少。乔木、灌木和草本三层结构明显，植物园的物种数量比岳麓山少，在乔木层和草本层尤其明显。在调查样地内，植物园总的物种数量为45，岳麓山物种数量达到61。乔木、灌木和草本三层进行比较，植物园和岳麓山乔木层的物种数量多于灌木层，草本层物种数量最少。由于研究区域林分的郁闭度比较大，达到0.70～0.95，林下光照较少，草本植物较少。

图2 植物园和岳麓山物种丰富度对比Fig.2 Comparison of species richness in botanical garden and Yuelu mountain

长沙自然林景观乔木、灌木和草本层次结构明显。不同高度的乔木层树木构成林分垂直层，在植物园调查区域内，平均树高最大的为香樟，达到18.1 m，平均树高最小的为鹅掌楸，达到6.3 m，株数密度最大的马尾松平均树高也达到10.5 m。在乔木层形成5～20 m垂直分布结构。在岳麓山调查区域内，平均树高最大的为马尾松，平均树高最小的为大青。

3.3 长沙市自然林景观物种多样性

植物园调查区域内乔木、灌木和草本层的 Shannon-Wiener指 数 分 别 为 1.107、1.804和1.162，岳麓山调查区域内乔木、灌木和草本层的 Shannon-Wiener指 数 分 别 为 2.019、1.947和1.099，在2个研究区域均出现灌木层的物种多样性指数较大，草本层物种多样性指数较小，植物园乔木层物种多样性较小，岳麓山乔木层物种多样性较大。说明灌木群落较复杂，物种种类较多，物种多样性总体呈现：岳麓山＞植物园，灌木层＞草本层，乔木层＞草本层。

表3 长沙市自然林景观垂直结构Table 3 Vertical structure of natural forest landscape in Changsha city

图3 植物园和岳麓山物种多样性对比Fig.3 Comparison of species diversity in botanical garden and Yuelu mountain

4 结 论

(1)长沙市自然林景观物种丰富，植物园调查区域内物种数量为45种，岳麓山物种数量达60种。其中植物园乔木物种37种，岳麓山乔木物种50种。长沙市自然林景观中群落物种出现的频度不同，灌木层出现频度最大的为构骨，草本层的物种数量较少，但物种出现的频度较高，尤其蕨、青苔和淡竹叶。长沙市自然林景观中灌木和草本的盖度较低，灌木层的盖度低于50%。

(2)长沙市自然林景观的垂直结构比较明显，均呈现明显的乔木-灌木-草本三层结构，其中植物园乔木∶灌木∶草本物种比例为19∶18∶8，岳麓山乔木∶灌木∶草本物种比例为13∶12∶5。不同高度的乔木层树木构成林分垂直层，乔木层位于6.3～18.1 m高度层，灌木层形成1.5～6 m的高度层。

构建美丽的城市自然林景观，不仅应有丰富的植物种类，还应重点研究不同植物种的水平结构与垂直结构。

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Structure analysis and basal characteristics of natural forest landscape in Changsha city

HE Youjun1, LI Jiping2, YAN Lihong1, ZHAO Chunyan2, XIANG Guangfeng1
(1. Hunan Forest Botanical Garden, Changsha 410116, Hunan, China;2. Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In order to study the basal characteristics of natural forest landscape in Changsha city, the horizontal structure of natural forest landscape was studied by means of studying the species of plant distribution, the distribution of plants, the coverage and frequency.The vertical structure of natural forest landscape was studied by means of tree, shrub, herb layer three and tree height. This paper takes Yuelu mountain and Hunan forest botanical garden as the research object. Research results show that Changsha natural forest landscape of plant species richness, the survey of plants in the region of more than 50 kinds of plants, Tree and shrub species are much more than that of herbaceous plants. The tree layer frequency for larger species masson pine, camphor,Symplocos, sweetgum andKoelreuteria Paniculata, The shrub layer species frequency of large bone structure and hair calyx tarenna, The occurrence frequency of large species of herbaceous layer, moss and fern leaves of grass, The species density of tree layer is larger, In the shrub layer, the species of the frequency of the species is not necessarily large, the frequency of the herb layer is large. Natural forest landscape in Changsha is now more obvious vertical structure, tree, shrub and herb layers. Arbor: shrub: herbaceous species ratio is 19:18:8 in forest botanical garden,and 13:12:5 in Yuelu mountain. Communities provide a theoretical basis for the artificial tree species selection and allocation of urban forests, forest spatial configuration and optimization, but also provide technical support for beautiful Changsha forest landscape design.

Yuelu mountain; Hunan forest botanical garden; horizontal structure; vertical structure; forest landscape

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.05.010 http: //qks.csuft.edu.cn

2015-12-29

国家林业公益性行业科研专项（201404301）；湖南省林业厅项目（XLK201419）

何友军，博士，教授

何友军，李际平， 颜立红，等.长沙市自然林景观基底特征与结构研究[J].中南林业科技大学学报，2017, 37(5): 55-60.

S718.54+2；P901

A

1673-923X(2017)05-0055-06

[本文编校：谢荣秀]