中国35个城市行道树树种组成特征研究

王 可 肖 路 田盼立 张喜亭 王洪元 王文杰,*

(1.东北林业大学化学化工与资源利用学院，哈尔滨 150040；2.中国科学院东北地理与农业生态研究所，长春 130102)

城市森林为城市居民提供至关重要的生态服务功能如固碳释氧、城市微气候调节、净化空气、生物多样性维持以及城市热岛调节等[1～2]。城市森林在城市生态环境保障中具有不可替代的作用，城市行道树组成是生态服务评价以及功能提升的重要基础[3]。Mcpherson等对美国22个城市的行道树综合研究，明确了美国行道树的整体生态价值[4]。系统开展城市间树种组成差异规律的研究，将有助于支撑城市森林的科学管理与多生态服务功能提升[5]。

随着街景大数据的出现，使得对城市森林行道树组成进行多城市、大范围的研究成为可能。街景已被广泛用于城市树种调查[6]、城市绿色程度评价[7]、鸟类生境评估[8]以及城市环境计量[9]等研究。相对于传统实地调查方法，基于街景的城市生态研究则更为省时、省力。此外，王文杰等利用百度街景测量树木大小，表明街景网络大数据在生态环境和城市街道树木调查中的应用潜力巨大，工作效率提升50倍以上[10]。以上这些研究为多城市行道树组成及比较提供了基础。

中国非常重视城市森林在人居环境中的作用，正在构建国家森林城市和森林城市群(http://www.forestry.gov.cn/)。以往城市森林研究多局限于一个城市[11～14]，而对多个城市、区域间城市森林对比研究匮乏，限制了我国相关林业管理水平政策的提出。当前对城市森林树种组成合理性评价主要标准为10/20/30经验法则，其指出一个区域内最合理的配置是某一种的比例不能超过10%，某一属的比例不能超过20%，某一种的比例不能超过30%[13]。此外，我们还运用了《国家森林城市评价指标》来对城市行道树树种配置合理性来进行评价。这样的植物组成既能降低城市森林病虫害的发生率，同时又能维持较高的生物多样性[15]。按照中国常用的区域划分方法，系统开展多城市、区域间差异对比研究，将有助于提升我国对未来城市森林的构建、发展和规划以及林业管理政策的制定。基于上述，本研究利用街景大数据，选择了全国35个主要城市进行行道树相关调查，旨在解决3个方面内容：①我国主要城市行道树组成情况；②城市行道树树种组成合理性评价；③根据本研究为城市森林树种选择与规划提出建议。

1 研究地点与研究方法

1.1 研究区域

本研究选取全国35个典型城市分别为：北京、天津、西安、成都、长沙、沈阳、武汉、哈尔滨、长春、石家庄、昆明、南昌、南宁、合肥、郑州、贵阳、呼和浩特、福州、乌鲁木齐、兰州、西宁、海口、三亚、桂林、银川、鄂尔多斯、拉萨日喀则、克拉玛依、武威、太原、杭州、济南、南京、重庆等，共调查88 632个样点(见表1)。上述城市均被百度街景覆盖。地理分布从最北部的哈尔滨市到最南部的三亚市；从东部的杭州市到最西部的克拉玛依市。依据我国的地域差异将上述城市划分为北方地区(11)、南方地区(15)、青藏地区(3)和西北地区(6)4个区域(见表1)。

1.2 基于街景植物种类数据获取

本研究将基于网络街景图像对我国35个主要城市森林的行道树植被群落结构分布及其差异进行调查分析。首先在百度街景地图中打开全景模式，在有全景的市区内对我国35个城市建成区面积约9 083 km2进行随机布点，进行收藏标记。然后利用百度街景进入收藏样点，观测以样点为中心100 m范围内行道树的树木种类进行识别记录。具体方法为：

首先查阅本研究所有城市树种资料，熟悉其基本特征。进入百度街景收藏样点，识别树木种类并确定该样方内每种乔木所占比例，记录多度最多的前4种。本研究过程中会出现街景照片时间为冬季或落叶季节，则需要使用街景时光机功能调整为夏季图像。

表1 本研究城市列表及每个城市位置与样点个数情况

1.3 数据处理

树种相对多度计算方法：计算出35个城市行道树的每个种的相对多度。计算公式为：

(1)

式中：Si为城市内种的数目，S为城市记录的所有种的数目之和。再对城市树种进行排序，选择15个占主要优势的树种。根据城市划分求得相对应平均值。

依据10/20/30法则对各地理区域城市道路林配置合理性进行评价，该经验法则建议城市管理区域最常见种的相对多度是否低于10%，若低于则该地理区域种的配置合理，反之则不合理[13]。国家森林城市建设要求指出城市某一个树种的栽植数量不超过树木总量的20%，城区乡土树种利用应该达到80%[15]。

2 结果

2.1 我国主要城市行道树树种组成

在我国35个城市内共调查到常见行道树共99种，其中杨树(Populusspp.)、柳树(Salixspp.)、香樟(Cinnamomumcamphora)、雪松(Cedrusdeodara)、国槐(Sophorajaponica)、榕树(Ficusmicrocarpa)是我国城市行道树中常见树种(见表2)。本研究选取常见的15个种进行分析。如表2所示，我国不同城市行道树不同树种所占比例不同。一些北方城市，如哈尔滨、长春、呼和浩特等杨树占主导作用(>31%)。长沙、杭州等南方城市香樟所占比例较大，占本地总数的50%以上。其他树种如女贞(Ligustrumlucidum)、桂花树(Osmanthusfragrans)、椰树(Cocosnucifera)等非主要树种所占比例较小，有些城市如北京、天津、沈阳等几乎没有此树种。仅有昆明和桂林城市森林的各常见种所占比例相对比较均衡。除常见优势树种外，南宁、三亚和桂林的其他树种所占比例超过59.5%。根据35个城市平均来看，占显著地位的是杨树(15.16%)，其次是香樟(12.93%)，椰树所占比例最小，为1.36%。

2.2 不同区域城市行道树树种组成

由表3可以看出，北方和西北地区行道树以杨树、国槐和柳树(>7%)为主；南方地区香樟(25.5%)、榕树(3.81%)等阔叶树占的比重较大；青藏地区以杨树、柳树以及针叶树为主，树木种类较少不足南方地区树种的1/2。北方地区相对多度最高的树种是杨树(23.07%)，是南方地区的7倍以上；南方地区香樟(25.51%)相对多度最高，远远高于其他三个地理区域，其余的树种均在8%以下；青藏地区的柳树相对多度最高为29.33%，其次为松树(28.17%)；西北地区的杨树(32.60%)和国槐(24.23%)相对多度高于其他地区1.4～11.0倍。

3 讨论

3.1 基于百度街景的行道树组成研究

新兴的技术方法，如本文所使用的街景网络大数据，在城市森林评价方面有很大的优势。目前街景大数据已经用在了很多方面，如在城市街道绿化方面，基于网络街景照片自动绿色可视指数计算方法[7]获得进展，在城市树木特征识别与树木大小测量方面，软件机器学习实现了行道树计数与分类，计数比例能达到实测的>70%，识别树种达到实测的80%以上[6]；我们课题组开发出了树木胸径、树高、枝下高和冠幅测量方法，测量精度>0.90,测量效率提高50倍以上[10]。本文的研究也发现， 其在主要城市森林树种调查方面，

表3 不同地理区域行道树常见种的相对多度

Table 3 The relative abundance of common species of street trees in different geographical areas

树种Species北方Northern南方Southern青藏QinghaiTibet西北Northwestern杨树Populusspp.23.13.818.632.6香樟C.camphora0.725.50.00.0悬铃木P.acerifolia9.47.00.00.3国槐S.japonica13.11.24.224.2柳树Salixspp.11.71.029.38.5栾树K.paniculata5.04.01.14.5白蜡F.chinensis4.20.16.79.0榕树F.microcarpa0.27.90.00.0雪松C.deodara5.91.428.21.7银杏G.biloba2.43.60.00.0椿树A.altissima3.34.20.02.9榆树U.pumila3.60.20.86.1女贞L.lucidum1.41.70.00.0桂花树O.fragrans1.12.40.00.0椰树C.nucifera0.02.70.00.0其他Other15.133.511.210.2

对于广域范围内、国家不同区域间比较，通过短期的植物分类学培训，就可以达到与野外实测结果相当的水平。我们研究发现南方城市行道树树种多选用以香樟为主的阔叶树，北方和西北城市行道树则以杨树、柳树和槐树为主，青藏地区行道树以杨树和针叶树为主(见表3)。前人的研究也指出北方城市森林以杨树、柳树、槐树类植物以及一些常见的针叶树(如油松、红皮云杉)为主[13～14,16～17]。与北方相比南方城市森林则以樟树、榕树等阔叶树为主要树种[18～20]。西北地区地广人稀，城市森林植物组成与北方城市类似[21～23]。西部、青藏地区城市森林植物以杨、柳树植物以及一些常绿针叶树为主如松树[24～26]。由此可见，基于街景的测定结果不仅与前人野外测定结果大体一致，还能进一步弥补相关多度方面的欠缺。本文共测定88 632样地，测定的精度相当于0.65～1.30 km网格。野外实地测定将花费大量的经费、人力和物力。我们的研究结果进一步说明，基于网络街景大数据开展城市主要树种研究具有可行性。

3.2 我国城市行道树树种配置合理性评价及未来城市树种选择建议

当前对城市森林树种组成合理性评价主要标准为10/20/30经验法则，其指出一个区域内最合理的配置是某一种的比例不能超过10%，否则将影响生态系统的稳定[13]。国家森林城市建设要求指出城市森林应树种丰富多样，行成多树种、多层次、多色彩的森林景观、城市某一个树种的栽植数量不超过树木总量的20%，城区乡土树种利用应该达到80%[15]。我们依据以上两个标准结合上述研究结果对我国城市行道树树种配置进行评价并提出建议。我们的结果表明中国城市行道树的物种多样性还有很大的上升空间。沈阳、哈尔滨、长春、呼和浩特、乌鲁木齐、银川和克拉玛依几个城市杨树占主导地位(>31%)，树种组成单一。香樟在成都、长沙、南昌、杭州、合肥、贵阳和福州几个城市所占比例在30%以上，单个树种优势明显，因而导致该城市植物配置不均衡。综合来看4个区域行道树树种水平上配置均不合理(见表2)。由于研究区域的城市森林大多属于行道树，因而树种的组成相对单一，以杨、柳和松树为主，这种的树木配置极易引发病虫害，某个季节也会因毛絮导致污染及过敏反应。因此，在行道树种选择时北方、西北和青藏区域城市应减少杨树、柳树、松树和槐树等的利用，南方地区应增加除香樟、悬铃木外的本地种。西北、青藏地区增加阔叶树种如胡杨、新疆杨等，南方地区提高针叶树种的种植比例，并将它们的种植策略调整到能最大限度地提升我国城市森林生态服务效益。

4 结论

基于街景调查我国城市常用行道树共99种，其中最常见的树种是杨树、柳树、香樟、雪松和国槐。在地理区域上，我国南方城市行道树种多选用以香樟为主的阔叶树，北方和西北城市行道树则以杨树、柳树和槐树为主，青藏地区行道树以杨树和针叶树为主。依据10/20/30经验法则，仅有昆明和桂林城市森林在种植水平上配置较为合理，其他城市植物配置均不合理，尤其克拉玛依市的杨树相对多度高达61.2%，长沙市和杭州市的樟树比例超过树种总数的50%，单个树种优势明显，导致该城市植物配置不均衡。4个区域行道树树种水平上配置均不合理。建议对我国北方、西北和青藏区域城市减少杨树、柳树、松树和槐树的种植，南方地区增加适宜本地生长的本地种。我们还建议在行道树规划中加大针叶林和常绿阔叶林的种植，尤其是增加西北、青藏地区阔叶树种，南方地区针叶树种的种植，并将他们的种植策略调整到最大限度地提升我国生态效益。本研究为我国合理规划城市森林、科学评价与构建、系统开展多城市对比、支撑城市森林管理和综合提升生态服务功能提供了重要参数。