不同生境行道树香樟生长特性及其对冰雪灾害的响应研究

刘 青

刘苑秋

古新仁*

由于全球气候变化所引发的极端天气频发，台风、干旱、洪涝、冰冻等气象气候问题[1-4]，使城市绿化屡遭严重破坏，因而对极端天气的响应机制和优化途径是城市绿化工作者值得关注的问题。道路绿化是城市生态系统中与城市活动、市民生活连接最为紧密的绿地空间，城市道路绿化的网络格局形成了城市生态绿网，是城市生态功能发挥以及生态安全的重要保障[5-6]。国内外的道路绿化研究的领域非常广泛，有基于美观功能的树形树色，基于实用功能的抗性和适应性[7]，基于生态的功能多样性和物种多样性[8-9]，以及生态功能评价[10]、测量技术研究等各个领域[11]。但对城市绿化与环境间的长效适应机制及其对极

端冰冻气候条件的响应关系效应鲜有报道。本文以2018年1月份南昌市突发严重冰雪灾害为契机，通过对典型样地的测量统计分析，以城市行道树为例，探讨不同生境下行道树对冰雪灾害的响应关系。

1 研究范围

2018年1月25—28日，南昌市(东 经115°27'～116°35'，北纬28°10'～29°11')经历十年一遇的严重冰雪灾害，25日气温0～2℃小雨转雨夹雪风速小于3级，26日-1～1℃雨夹雪风速小于3级，27日小雨-1～1℃小雨风速小于3级，28日-2～0℃雨夹雪风速小于3级，持续数日的冰冻雨雪导致大量的城市绿化树木受损，并致使林下财产遭受严重毁坏，给城市经济造成了不小损失，也给市民生活带来了重大影响。为此本课题组开展行道树冰冻雨雪受损及其生境的调查。

研究团队首先将南昌市建成区按5km网格划分成13个调查区域，并以网格中心为基点，初步调查道路绿化、小区绿化、公园绿化的受损情况，但实际调查发现，受损树木主要是栽种时间长，长势良好的常绿树种，因此网格调查的作用不明显。团队根据前期初步调查结果总结的规律，改变调查思路，即首先是对建成期长的区域梳理，再通过卫星图像对该区域种植时间长、长势良好的绿化树木进行定位，最后根据定位进行实地调查。

团队在对道路绿化进行调查过程中，发现上规模、规整的成片绿化效果良好的道路绿化较少，老区改造、道路改造等工程活动对道路绿化均有不小影响，且为了减少不同种植物的生理性状差异所带来的比较困难及不确定性的增加，选择种植量大、受损最为严重的南昌市市树——香樟作为研究树种。并筛选出建成期长(建成于20世纪90年代)，香樟树龄相近、长势相近且生长效果良好的南昌市东湖区一纬路、二纬路、三纬路、四纬路、阳明路，和一经路、二经路、三经路、苏圃路围合的区域作为典型调查样区，共调查东西向道路5条，南北向道路4条(图1)。

2 研究方法

研究团队采用围尺、皮尺、测高仪对行道树胸径、树高、株行距、冠幅、道路宽度、路侧建筑高度、行道树到路侧距离，受损枝条数量、大小、位置、方向等指标加以全样本测定。对测定数据用Excel和SPSS 22.0进行统计分析。

图1 样地区位图

3 结果分析

本样地共有香樟行道树902株，实测902株，为增加南北向行道树与东西向数量上的可比性，测量时根据实际情况增测了阳明路与叠山路间的苏圃路段香樟行道树77株，因此实际测量979株。对东西向一纬路、二纬路、三纬路、四纬路、阳明路，以及南北向一经路、二经路、三经路、苏圃路分别统计数据如表1、2所示。

3.1 行道树与道路空间的耦合关系

依据表3，结合表1、2统计表明，道路空间与行道树香樟生长存在2个方面的耦合关系。1)不同道路宽度所限定空间对行道树的胸径、树高、冠幅存在显著影响。道路越窄，与健康生长树形特征差距越大，即空间环境限定越大，树形的非健康形态越明显。表现为，行道树胸径、冠幅、高度相对偏小，分枝少，树木健康状况差；而道路较宽的路段，宽度越大，行道树胸径、树高、冠幅相应增大，树形越完整，越接近植物本身自然形态特征。分析原因为在狭小空间，树木生长受到3个方面的影响：(1)狭窄空间对空间光照强度和日照时数产生了影响，影响了树木正常生长的光照需求；(2)有限的空间尺度限制了树木冠幅的生长，进一步抑制了树木的健康生长；(3)为满足低层住户采光需求，以及交通净空需求，人为对树木分枝点的干预，也使树木冠幅受到影响，更加加剧树木的非健康形态的形成。而在路宽较大的路段空间，这3个方面的影响也相对较小，植物在树高、冠幅、胸径等方面的形态特征及健康状况也有明显改善和提高。2)株行距对行道树胸径、树高、冠幅也存在显著的正相关性。行道树冠幅受到路宽及株行距的双重影响，通过各条道路行道树冠幅、1/2路宽、株行距等平均值统计分析，显示2个影响因素中偏小值制约效应明显，即当1/2路宽小于株行距时，冠幅受路宽的影响较大，并表现出较明显的相关性；而当1/2路宽大于株行距时，冠幅受株行距的影响较大，并表现出较明显的相关性(表4，图2)。

表1 东西向行道树统计数据表

图2 道路宽度与树木株行距对冠幅的影响

图3-1 单一道路两侧行道树胸径比较图

图3-2 单一道路两侧行道树胸径比较图

统计也表明，同一条道路的不同方位行道树的形态特征也存在客观差异，比如东西向的一纬路、二纬路、三纬路、四纬路，道路北面的行道树平均高度(平均8.94m)要低于南面(平均9.58m)，胸径北面(平均22.84m)也小于南面(平均23.13cm)。相关研究表明在植物地下竞争强度小的条件下，地上竞争是影响植物生长的主导因素，而行道树作为移栽苗，在早期根系还不发达、立地条件又基本一致的条件下，地上竞争的影响将成为主导因素[12-13]。道路南面实际为道路空间的背阴面，采光条件较差，更能促进行道树的光竞争需求，而道路北面实际为道路空间的阳面，植物相对采光条件较好，植物的光竞争需求也相对减弱，因而高度和胸径增长较慢。而对于南北向的一经路、二经路、三经路、苏圃路等，分析则表明东侧的行道树胸径(平均25.65cm)、高度(平均10.56m)均要大于西侧(胸径平均23.10cm，高度平均9.16m)，原因则是在南北向道路空间中，东向实则为道路空间的背阴面，促进行道树竞争，而西面为阳面，竞争急迫性相对较弱。通过光照与胸径、树高、冠幅的相关性分析(表3)，结果显示光照与胸径、树高存在显著负相关，表明相同条件下香樟在背阴环境中生长更好。

调查也显示，同一条道路同一侧面的行道树的差异明显，也表明行道树在长期的生长适应过程中，由于个体差异及空间条件的差异会对植物的生长产生长远的影响，特别是在冠幅发生交叉后，竞争趋于激烈，竞争处于优势的行道树的竞争优势容易被保持，处于一种长期的比较优势中，而处于弱势的行道树则会陷于长期的竞争劣势，从而影响其正常生长，这与林窗效应相符合[14]。此外根据同一条道路两侧的行道树胸径顺序测定结果分析显示，道路两侧行道树反映出比较明显的长势相似性，这个现象表明不同路段由于种植时间及苗木大小的差异，这种差异将长期保持(图3-1、3-2)。

表2 南北向行道树统计数据表

由于测量范围内的建筑主要是多层结构，高度主要集中在12～18m，高低建筑交错分布，又由于行道树的高度基本低于两侧建筑高度，根据日照指数分析建筑对两侧行道树采光影响差别主要取决于道路宽度，因而现代高层建筑对香樟的长效影响机制有待下一步继续研究。

3.2 不同生境行道树对冰雪灾害的响应

从表1、2统计数据可以看出，在979株行道树中，有受损情况的株数为548株，占比55.97%。而从不同道路的统计分析表明，不同道路间行道树，以及同一道路不同侧面受损情况有较大差异，受损行道树与整体行道树形态特征的平均值比较也存在较大差异。表5的相关性分析则表明：行道树的折枝数与胸径、树高、冠幅呈显著正相关，而与光照条件呈显著负相关，即道路阳面受损小，阴面受损大。

3.2.1 不同方向道路行道树对冰雪灾害的响应

从道路方向来看，对于东西向道路，道路南侧受损情况总体较北侧严重，只有四纬路受损率北侧比南侧略高0.97%，根据该道路全样本株数情况，可认为该道路南北受损差异不明显(图4)。导致本现象原因分析如下。

1)东西向道路南侧为背阴面，枝叶冰冻缺乏光照，气温相对较低，冰雪不易融化，而且多日连续冰冻天气，增加了枝叶冰雪厚度，加剧枝叶负重压力，也增加了枝叶折断的概率；道路北侧由于白天有一定的光照条件，可以对枝叶表面冰雪起到一定的消融作用，从而可以在一定程度上减小枝叶冰雪重量，也降低了枝叶折断概率。

2)调查显示行道树受损在整体表现随机分布特点基础上，又显现出一定的集中连续受损特点，主要原因是一棵树的枝叶折断造成临近树木的间接受损，以及可能的局部微气候条件影响。

3)阳明路南北两侧受损情况的巨大差异，主要是因为阳明路道路宽度大(46m)，道路南侧建筑只会对道路南侧行道树遮阴，而不会对北侧行道树造成任何采光影响，所以光照对北侧行道树枝叶冰雪消融效果好，北侧受损率低。

对南北向道路，在调查的4条道路中，整体上表现为，道路东侧行道树普遍比道路西侧行道树受损严重，只有一经路差异不明显(图5)。分析原因主要为南北向道路东侧为背阴面，冰雪不易消融，连续冰雪天气导致枝叶的冰雪覆盖厚度增加，增加了枝叶折断概率；而西侧则是道路阳面，行道树枝叶冰雪白天易于消融，降低了枝叶冰雪重压。对于苏圃路的巨大差异，除光照因素外，东侧行道树比西侧行道树高大、枝叶茂盛也是一个主要原因。

表3 路宽与胸径、树高、冠幅的Pearson相关性分析

表4 各条道路行道树冠幅平均值与1/2路宽、株行距平均值的Pearson相关性分析

表5 折枝数与胸径、树高、冠幅、株行距、路宽、光照的Pearson相关性分析

表6 行道树折枝位置统计表

3.2.2 受损行道树对冰雪灾害的响应

受损行道树对冰雪灾害的响应，主要从受损特征、受损行道树与整体行道树差异进行比较分析。

1)受损行道树的受损特征分析。

统计图表明纬路(东西向)不同方位折枝数顶端最多，其次是东、西向，最后是南、北向(图6)；经路(南北向)不同方位折枝数西、东向最多，其次是顶端，再次是北，最后是南向(图7)。分析原因是东西向道路比较窄，树冠偏小，顶端优势明显，所以顶端的受损重，而由于道路空间尺度(路宽的1/2)小于株行距尺度，所以树冠在东西向要大于南北向，这也导致东西向折断数多；而对于南北向道路，由于路宽较大，行道树冠幅也较大，所以各个方向均有折断，顶端折断数处于中等位置；而由于路宽大于株行距，垂直道路方向的东西向空间大，使得树冠东西向要大于南北向，这就导致了东西向折断数大于南北向。

香樟行道树折枝位置如表6所示，可以看出行道树的折枝位置基本在树高的60%左右，窄路比宽路的折枝点位置略高，这与行道树的分枝点及冠高有关，窄路行道树由于光竞争及人为干扰活动导致分枝点及冠高要高于宽路行道树。

2)受损行道树与整体行道树形态特征的差异比较。

通过对各条道路的受损行道树与整体行道树的统计分析，可以看出受损行道树与整体行道树在胸径、树高、冠幅等形态特征上的差异明显(图8、9)。

(1)统计分析表明，无论是哪个方向的道路行道树，或者道路的任何一个侧面的行道树，受损树在胸径、树高、冠幅3个指标的平均值都比整体行道树这3个指标平均值大，这说明在冰雪灾害天气长势较好的行道树比较容易受冰雪灾害损伤。这种现象在整个调查中的其他地方也得到很好的印证，比如栽种时间短的绿化苗木、长势差的绿化苗木的受损较小。

图4 东西向道路行道树冰雪灾害受损分析图

图5 南北向道路行道树冰雪灾害受损分析图

图6 纬路(东西向)树冠折枝方向统计图

图7 经路(南北向)树冠折枝方位分析图

图8 东西向道路行道树冰雪灾害受损树与整体的形态指标差异分析图

图9 南北向道路行道树冰雪灾害受损树与整体的形态指标差异分析图

(2)在东西向道路中，依据胸径、树高、冠幅3个指标，可以发现道路南侧行道树长势好于北侧行道树；而在南北向道路中，道路东侧行道树长势好于西侧行道树，这也从长势方面增加了南、东道路侧面行道树受损的概率。

3.3 行道树、道路以及冰雪灾害之间的耦合关系

从本次调研样本数据及前述分析可知：1)行道树个体的生长特征指标——树高、胸径、冠幅三者间呈显著正相关，表明行道树个体特征指标间互为因果关系；2)道路空间形态对行道树的个体特征有着显著影响，路宽、株行距影响行道树冠幅的生长，道路走向形成的道路两侧背阴与阳面的差异导致不同种植方位植物的光竞争差异；3)行道树的冰雪灾害受损程度、受损方位与行道树的个体特征有关，同时与道路空间对冰雪消融效果差异相关。

因此，行道树、道路与冰雪灾害的关系为：道路空间限定促进了行道树个体形态的形成，行道树个体形态的优劣与冰雪灾害的受损程度正相关，同时不同道路空间对冰雪消融作用的差异会影响行道树受损效果(图10)。由于未对冰雪灾害受损行道树的自我修复情况进行调查，所以尚不明了行道树对冰雪受损结果的响应机理。

4 结论与建议

通过对行道树与空间适应关系，以及对冰雪灾害的响应研究，得出以下结论：1)道路绿化树种香樟在长期与固定空间环境的适应过程中，会由于空间限定、采光条件，以及人为干扰等因素影响，表现出相互适应的耦合形态；空间、采光，以及人为干扰越大，香樟非自然生长形态表现越明显，也即香樟生长的健康状况相对越差；2)行道树香樟在对环境的适应过程中，一定程度的竞争会促进香樟自身的生长，表现出在光照条件较差道路一侧的香樟长势要好于光照条件较好一侧的香樟长势，且表明香樟具有一定的耐阴性；3)香樟木质较脆，所以香樟对持续冰冻雨雪灾害的抵抗能力较差，易于导致严重的受损；香樟的折枝特点与树木所处空间形态对树冠的影响有密切关系；4)由于冰雪灾害对树木受损主要是集中于常绿树种，所以在狭窄道路空间可以考虑冠幅较小、枝叶相对稀疏、紧凑的落叶树种，既可以在夏天给市民清凉，在冬天又满足采光及防范冰雪灾害的需求；5)道路空间形态、行道树形态以及行道树对冰雪灾害的响应结果三者之间存在显著的相关关系，因此道路环境设计应考虑各要素之间因果耦合关系。

针对本次冰雪灾害调查情况及研究分析结果，为构建更加宜人的道路生态环境，同时避免或减轻冰雪灾害对行道树的损伤毁坏，提出以下建议：1)加强不同道路空间环境对行道树生长的长效影响研究，为构建自然要素与人工要素和谐的道路空间提供依据；2)加强道路绿化树种对环境适应性研究，合理配置适宜树种，提升植物健康度；3)加强道路绿化树种抗冰雪灾害能力的研究，综合提升植物配置的科学性；4)加强不同道路空间环境对冰雪消融作用研究，为不同空间环境抗冰雪灾害树种选择提供依据；5)由于道路环境是人、人工环境和自然要素等综合的复合生态系统，所以其影响是相互、多元的，全面综合的空间要素评价是科学道路环境设计的根本。

图10 行道树、道路以及冰雪灾害之间的耦合关系图

注：文中图片均由作者绘制。