台风“山竹”对广州火炉山森林公园树木的影响

余光灿

周光益*

郑 芬

在全球气候变化的大背景下，频发的极端气候事件通过破坏自然和城市系统影响着社会和经济的发展[1-3]，而植被对之的适应与协调则显得尤为重要[4]。广东省地处中国东南沿海，是遭受台风灾害最严重的地区之一[5]，因此城市植被抗风性的研究亟待加强[6]。

诸多学者围绕台风对城市绿化植被的影响展开了诸多研究。任如红等[7]分析了“杰拉华”和“海葵”2次台风对舟山地区园林树木的影响，从生物学特性和生理学特性2个角度分析得出了抗风树种根系深、木质韧、喜水耐湿、树冠风阻小等特点；杨小乐等[8]综合分析了多年台风对杭州行道树的影响，强调了植物本身的抗风能力、园林植物的搭配对抵御台风的重要性。在此基础上，肖洁舒、谭广文等[9-10]筛选了适宜华南地区的抗风树种；林双毅等[11]调查了莫兰蒂台风对厦门市的行道树种的影响，分析了绿带位置对行道树抗风能力的影响，认为优化园林植物的空间结构、选择合理的抗风树种是提高城市绿地应对台风能力的关键；杨东梅等[12]调查了“威马逊”台风对海口树木的破坏，肯定了人为经营措施对提高城市行道树抗风能力的意义。当前，城市绿化树种都是以大苗移植为主，而台风对不同移栽龄树木的影响及不同树高和胸径的树木抗风能力等相关研究仍缺乏。

2018年22 号超强台风“山竹”于2018年9月16日登陆广东台山，登陆时中心附近最大风力14级，阵风17级以上，中心最低气压达955hpa，对广州园林系统造成极大的破坏。本文选取广州市火炉山森林公园的园林树木为研究对象，旨在通过对树木的受损调查，分析树木移栽龄、胸径、树高对树木抗风性的影响，评估各树种抗风能力，以期为今后广州市城市建设、园林绿化和防台应急等提供参考和借鉴。

1 研究方法

1.1 研究地点与对象

研究地为广州市火炉山森林公园，东经113°23′25.69″，北纬23°10′52.63″，属海洋性亚热带季风气候，具多台风、光热充足、温暖多雨、温差小、夏季长、霜期短等气候特征。其中，7、8、9月份气温最高；最冷月为1月份，月平均气温为9～16℃。调查区域坡度在0～10°，共有23个科、50个树种，主要为热带和南亚热带优良阔叶树种组成。

调查在2018年的10月3—8日展开。本研究以≤6年移栽龄和≥10年移栽龄(为方便描述，以下统称为6a移栽龄和10a移栽龄)园林树木为研究对象，在广州火炉山公园针对这2种类型林木各选择4个环境条件和树种组成相似的区域进行每木调查，每个区域的调查树木数均大于100株。

1.2 监测指标与受损评价体系

1.2.1 监测指标

测量了各群落内胸径(D)≥8cm的乔木的树高(H)和D，并按无损伤、压弯、断枝、断干、翻兜5个损伤等级记录各立木的受损情况。

1.2.2 建立立木受损评价分层模型

以层次分析法(AHP法)确定树种的受损指标权重。根据各树种指标间的层次、从属关系建立立木受损评价分层模型。第一层目标层(A)为立木受损评价，第二层准则层(C)为受损程度，第三层指标层(P)则包括压弯(P4)、断枝(P3)、断干(P2)、翻兜(P1)4个损伤指标。压弯是指树干出现明显的弯曲但未折断，通常可自行恢复；断枝是指直径〉3cm的枝条被折断；断干是指从树木的树干处被折断；翻兜是指树木被连根拔起。

1.2.3 构建判断矩阵和一致性检验

采用1-9比率标度法对4个指标进行两两比较，设P1-P4对目标C1的重要性分别为1、3、5、7，按照分层模型构建C1-(P4-P1)判断矩阵。

根据矩阵理论可知，如果Cx=λx，则λ为C的特征值，并且对所有Pij=1。采用幂法求得特征向量(即各评价因子的评分权重)W1、W2、W3、W4分别为0.564、0.263、0.118和0.055，AW1、AW2、AW3和AW4分别为2.328、1.080、0.483和0.228，及最大特征根λmax=4.117。在此引入判断矩阵最大特征根以外的其余特征根的负平均值作为度量判断矩阵偏离一致性的指标CI，计算得CI=0.039。经查表得RI=0.89。而CR=0.044＜0.10，可以认为判断矩阵具有满意的一致性。

图1 不同移栽龄群落受损情况

1.2.4 计算受损评分

在受损评价体系的基础上，计算每个个体的受损评分：依据压弯、断枝、断干和翻兜的评分标准，存在受损事实的，则在相应指标中打1分；反之，则打0分，然后用矩阵理论计算得出的相应权重乘以各指标分数，最后合计该个体的各项乘积。以群落40%断干表现和断枝表现的树木为分界点，定义轻度损伤为受损评分在(0.047，0.105]的树木，而轻度受损率是指轻度受损评分的树木数量占该种总数的百分比；重度损伤是指受损评分在(0.105 3，1]的树木，重度受损率是指重度受损评分的树木数量占该种总数的百分比；总受损率是指受损评分在(0，1]的树木占该种总数的百分比。

1.2.5 物种重要值计算

根据调查数据计算各物种的重要值[14]。公式如下：

乔木层重要值=(相对密度+相对频度+相对显著度)×100/3

其中，相对密度=某种植物的个体数/全部植物的个体数，相对频度=某种植物的频度/所有种的频度总和，相对显著度=样方中某种植物个体胸高断面积/样方中全部个体胸高断面积总和。

表1 6年移栽龄群落不同区域主要物种组成及其重要值

表2 10年移栽龄群落不同区域主要物种组成及其重要值

图2 6年和10年移栽龄不同径级立木受损情况

图3 6年生抗风表现较差立木不同径级受损情况

1.3 统计分析

使用Excel 2016、matlab 2018等软件进行数据统计与分析。

2 结果

2.1 调查区域物种组成情况

在6a群落中共调查了1 154棵乔木，分属于23个科、50个种。其中豆科种类最多，有11个种；其次是桑科和紫葳科，分别有6个种；夹竹桃科、杜英科、桃金娘科各有3个种。6a群落共有20个科39个种521棵树木，主要乔木有分别为菜豆树(Radermachera sinica)、大叶紫薇(Lagerstroemia speciosa)、冬青(Ilex chinensis)、高山榕(Ficus altissima)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)、黄钟木(Tabebuia chrysantha)、腊肠树(Cassia fistula)、猫尾木(Dolichandrone cauda-felina)、美丽异木棉(Ceiba speciosa)、南洋楹(Albizia falcataria)、秋枫(Bischofia javanica)、水翁(Cleistocalyx operculatus)、糖胶树(Alstonia scholaris)、羊蹄甲(Bauhinia purpurea)、洋蒲桃(Syzygium samarangense)等(表1)。

10a群落中共调查了633棵树木，分属于18个科34个种。主要乔木为非洲楝(Khaya senegalensis)、高山榕(Ficus altissima)、荷花玉兰(Magnolia grandiflora)、黄槿(Hibiscustiliaceus)、黄樟(Cinnamomum porrectum)、火焰木(Spathodea campanulata)、长芒杜英(Elaeocarpus apiculatus)、美丽异木棉(Ceiba speciosa)、秋枫(Bischofia javanica)、糖胶树(Alstonia scholaris)、铁刀木(Cassia siamea)、香樟(Cinnamomum camphora)、小叶榕(Ficus benjamina)、羊蹄甲(Bauhinia purpurea)等(表2)。

2.2 不同移栽龄立木受损情况

在调查的4个6a群落中，翻兜、断干、断枝、压弯的平均受损率和无损率分别为27.64%、4.79%、43.99%、6.32%和17.26%，总损伤率达82.74%；其中轻度损伤率占总损伤率的50.31%，重度受损占32.43%。在4个10a群落中，翻兜、断干、断枝、压弯的平均受损率和无损率分别是7.74%、3.16%、26.09%、4.27%和58.74%，总损伤率为41.26%；其中轻度损伤率占总损伤率的30.36%，重度损伤率占10.9%。随着移栽龄的增加，立木重度受损率下降了21.53%，总受损率下降了41.48%(图1)。在t检验中，2个移栽龄群落的翻兜率和无损伤率均达到显著性差异(P<0.05)。

表3 抗风表现优良的树种

表4 抗风表现较差的树种

图4 6年生抗风表现较差立木不同高度受损情况

2.3 不同树种抗风表现评价

以被调查个体超过6株为基础标准，在6a群落中，抗风表现优良(受损评分最末6位，下同)的树种有水翁、冬青、菜豆树、糖胶树、洋蒲桃、大叶紫薇；在10a中，抗风表现优良的树种有非洲楝、蒲桃、雅榕、冬青、香樟、黄樟(表3)。

在6a群落中，抗风表现较差(受损评分最高6位，下同)的树种有黄瑾、羊蹄甲、鱼木、猫尾木、南洋楹、铁刀木；在10a中，抗风表现较差的树种有南洋楹、羊蹄甲、铁刀木、黄瑾、小叶榕和腊肠树(表4)。

2.4 径级对立木抗风能力的影响

在6a群落中，立木的总受损率和轻度受损率大致随着径级的增加而增加，总受损率的拟合曲线R2达到了0.890 7；除了25～30cm和大于40cm 2个径级，重度受损率随着径级的增加先减后增。在10a群落中，立木的总受损率大致随着径级的增加而下降；重度受损率随径级的增加先增后降；轻度受损率比较稳定，R2达到了0.916 7(图2)。

在抗风表现差的树种中，6a的树木受损率整体上随径级的增加变化不大；重度受损率在0～10cm和25～30cm径级时的值较高，分别为43.11%和42.11%；轻度受损率大致表现为随径级的增加而增加。在10a的树木中，树木的总受损率随着径级的增加先增后减，在10～15cm径级时达到最大值50.62%；重度受损率随径级的增加而增加，在10～15cm时达到最大值16.67%；轻度受损率基本稳定在48.88%左右(图3)。

2.5 高度对立木抗风能力的影响

在6a群落中，树木的总受损率随树高的增加而增加；重度受损率随高度的增加先减后增；轻度受损率随高度的增加先增加，后稳定在62.50%左右。在10a群落中，立木的总受损率、重度受损率和轻度受损率均随高度的增加而增加(表5)。

在抗风表现较差的树种中，6a的树木总受损率随树高的增加而增加；重度受损率随高度的增加先降低后增加，轻度受损率随高度的增加先升高后降低。10a的树木总受损率和重度受损率都随着高度的增加而增加，轻度受损率大致稳定在50%左右(图4)。

3 结论与讨论

3.1 移栽龄与树木抗风表现

研究结果表明，移栽龄的增长能显著提高植物的抗风能力。在种群水平上，以羊蹄甲为例，10a的羊蹄甲发生重度受损率的数量较6a的下降了25%，无损率提高了19.73%。树木根系和树干的生长随着林龄的增加而迅速增加，粗根和树干提高的机械支撑能较大程度上提高树木的抗风能力[15-16]，因此，在评价城市园林用树的抗风能力时不能只看实际树龄，应更看重树木的移栽龄。

3.2 树种抗风能力的差异

在本次调查中，小叶榕、羊蹄甲、南洋楹、铁刀木、猫尾木等树种抗风能力较差，这与付晖等[10，17-20]研究结果一致，主要是因为这些树种干材疏松、根系浅、树冠茂密、重心高等；黄瑾在本次调查中也受损较大，主要原因可能是黄瑾主要用于行道树或孤植、列植在空旷地[21]，树冠受风面积大，迎风阻力大。通过合理的人工管理措施，如规范栽植标准[11]、选择合适的栽培方法[22]、加强后期修枝等管理[23]，可以提高树木的抗风性。本次调查中发现抗风性能较好的有非洲楝、水翁、高山榕、秋枫、菜豆树、冬青、蒲桃、香樟等，与其他研究结果相似[9，11，24-25]，因此建议风害频发地区的园林绿化应选择根系深、枝条韧、木质密、重心低的抗风树种，以从根本上增强城市绿地应对风害的能力。

表5 不同高度立木受损情况

3.3 树高、胸径和植物抗风能力的关系

6a和10a群落的树木受损率与树高呈正相关关系，这与尚秀华等[26]的研究结果相似；在6a群落中，树木的受损率随径级的增加而增加，在10a群落中，树木的受损率随径级的增加先增后减。而罗冠勇等[27]研究表明，植物的抗风能力与径级成正比，与高度成反比；秦一芳等[28]也发现平均树高约20m的乔木受损情况较为严重。6a群落的树木受损率随径级的增加而增加，主要是因为城市园林绿化所移栽的大树往往通过切除部分主侧根来提高成活率，而这在相当长的一段时间内会影响植物的恢复并降低其抗风险的能力[12]；10a群落的树木受损率随径级的增加而降低，这是因为这个时候的树木根系恢复较好，随着径级的增加树干和根系提供了更好的机械支撑。胸径和树高不明显影响抗风表现较差树木的损伤率，换言之，在风害频繁的地区，为了降低园林绿化的损伤率，应从一开始的规划设计就选择合适的抗风树种。

此外，在保证园林景观效果的前提下，应通过修剪等人工管理[23]控制立木的高度等能有效降低立木的受损率。在风害等自然灾害发生前，应加强高大乔木的保护工作，增加辅助支撑的护树架[8]；而在灾害发生后，应做好清扫抢救工作，防止虫害等二次灾害的发生。通过合理配植高低错落的植物群落，形成有机整体，可以从群落水平上加强立木的抗风性。

注：文中图片均由作者绘制。

致谢：感谢硕士生谭秋等对数据收集提供的帮助；感谢硕士生潘益东、覃国铭对数据处理提供的帮助；感谢吴仲民研究员，赵厚本博士、李兆佳博士等对文章写作提供的建设性建议。