海滨城市道路绿化树种综合评价体系构建

王 圳，高亚军，闫凡峰，王晓伟，李华清，姜 雷

(1.连云港市林业技术指导站，江苏 连云港 222100；2.连云港市建设局，江苏 连云港 222100；3.连云港市农业农村局，江苏 连云港 222100)

沿海地区是我国经济发展的重点地区，人口密集，环境承载压力大[1-4]。受海洋气候影响，该区域台风、海煞等自然灾害频发[5]，土壤盐碱含量高，立地条件相对较差[6-7]，海滨城市绿化树种选择至关重要[8]。道路绿化树种是城市森林生态系统的重要组成部分[9]，发挥着美化环境[10]、净化空气[11]、遮阴庇护[12]、缓解城市热岛效应等综合功能[12-14]。近年来，东部地区城市建成区向海边发展的趋势明显[2,15]，部分城区行道树及两侧绿带构成了沿海防护林的重要组成部分，其作用越来越受到重视[16]。目前，学者针对不同树种在海滨城市的表现，开展了一系列耐盐适生树种研究工作[17-20],也有学者从景观价值[21]、生态功能[22-24]、林带结构[25-26]等方面针对道路绿化树种选择提出了很多建议。随着我国森林城市和园林城市建设的不断推进[27]，海滨城市道路绿化树种综合评价体系研究相对偏少，特别是现有树种应用时多考虑树种在适生性和景观性方面的特征[28-33]。

本研究采取层次分析法(analytic hierarchy process,AHP),以中国中部海滨城市连云港市为例，从行道树生态功能、园林景观价值、树种生物学特性、栽植管护成本和绿化负面性5个方面，对道路绿化中常用的55个树种表现状况进行全面调查，将树种评价方式由以前的主观印象为主转化为以树木生物学、生态学数据为主，科学确定各指标的权重值，在此基础上构建了树种综合评价指标体系，最终筛选出适合目标区域的最优树种，以期为海滨城市的树种特性综合评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

连云港位于中国沿海中部，江苏省东北部。土地总面积7 615 km2，水域面积1 759 km2，市区建成区面积120 km2。气候类型为湿润性季风气候，常年平均气温14 ℃，极端低温-19.5 ℃，年平均降水量920 mm，降雨集中于夏、秋两季，冬、春干燥少雨。地貌基本分布为西部岗岭区、中部平原区、东部沿海区和云台山区四大部分。土壤类型西部丘陵以棕壤类和紫色土类为主，土壤较贫瘠，肥力较差；中东部以砂姜黑土类和盐土类为主，土壤黏重，含盐碱量偏高。

1.2 道路绿化树种选择

结合试验区城市道路绿化主管部门使用意愿、近年来该地区林木种质资源清查结果和树种科学观测成果，初步筛选出55个树种供分析研究(表1)。

表1 试验区常见道路绿化树种Table 1 Summary of commonly-seen road greening tree species in the experimental zone

表1(续)

1.3 树种评价

对连云港市主城区内120条主干路、次干路的行道树及附属绿带植物种类及配置模式等进行全面调查。采取现场勘测和查阅资料相结合的方法，选择栽植10～15 a的包含主要目标树种的道路设置1 km长样线，对树木高度、冠幅、胸径、株行距等指标进行测量，对生长势、病虫害等定性特征进行记录，结合本地环境监测数据、树木生物学特征观测记录、绿化生产经验和《中国树木志》等对目标树种的木材特性、生长状况、花果期等特征进行综合描述，作为后期树木评价的主要依据。

1.4 分析方法

组织10位常年从事林业、园林绿化的专家，在前期收集资料的基础上对每一项指标打分确定重要性标度。采用层次分析法，计算一级指标和二级指标的权重因子：对数据进行归一化处理；对同一个准则层下不同指标层(二级指标)，以权重的比值取整运算值或者其倒数作为判断矩阵的值，进行层次分析法分析，并进行一致性检验，得到二级指标的权重因子以及二级指标的综合评价得分；以二级指标的综合评价得分作为数据基础，根据不同准则层的权重计算判断矩阵，进行层次分析法分析，并进行一致性检验，得到准则层(一级指标)的权重因子以及综合评价得分(即最终得分)。具体计算过程采用Excel 2010和Matlab软件计算完成。

1.4.1 建立层次结构模型

设某层有n个因素x={X1,X2，…,Xn}，要比较它们对上一层某一准则(或目标)的影响程度，确定在该层中相对于某一准则所占的比重。上述比较是两两因素之间的比较，比较尺度取1～9。用aij表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，则成对判断矩阵为

成对判断矩阵比较尺度中，比较尺度为1、3、5、7、9 分别表示两个因素相比具有相同影响、影响稍强、影响强、影响明显强、影响绝对强；比较尺度为2、4、6、8 则表示上述两相邻判断的中值。针对某一准则，计算各方案的相对权重，即层次单排序，并进行一致性检验。

1.4.2 定义一致性指标

一致性指标计算公式为：

其中：λ为最大特征根，n为矩阵阶数。IC=0，有完全的一致性；IC接近于0，有满意的一致性；IC越大，不一致越严重。

设A层m个因素A1,A2,…,Am，对总目标Z的排序为a1,a2,…,am；B层n个因素对上层A中因素为Aj的层次单排序为b1j,b2j,…,bnj，j=1,2,…,n。

B层的层次总排序为：

B1a1b11+a2b12+…+amb1m；

B2a1b21+a2b22+…+amb2m；

⋮

Bna1bn1+a2bn2+…+ambnm。

1.4.3 归一化处理

将各个指标的数据进行归一化处理。

1.4.4 计算综合评价得分

根据通过一致性判断的权重因子及归一化处理后数据，加权得到综合评价得分。

利用加权求和公式计算样本的分数或评价值S=∑jYijwj，其中，S为综合得分，wj为第j个指标的权重。

2 结果与分析

2.1 评价指标体系的建立

综合评价体系递阶层次结构及相关调查因子和数据来源详见表2。

表2 海滨城市道路绿化树种综合评价体系Table 2 Comprehensive assessment system of road greening tree species in coastal cities

为客观公正地对行道树综合特征进行全面评价，特别是基于社会服务功能和近年来公众对行道树的互动反馈信息，方便今后绿化工作部门更加细致地评判不同树种优劣势，在参考相关研究资料的基础上，广泛征求专家意见，按照层次分析法基本原理和各评价因子之间的相互关系，设置目标层(A)、准则层(B)和指标层(C)3个层次。第1层次为目标层(A)，即构建海滨城市道路绿化树种综合评价体系的总体目标。第2层次为准则层(B)，即评价树种5个方面综合特性：生态性(B1)、景观性(B2)、适应性(B3)、经济性(B4)和负面性(B5)。第3个层次为指标层(C)，即针对5个方面的具体30个指标，采取5分制进行赋值(1～5分)，分别对应极差、较差、一般、较好、极佳。调查因子通过实验测量或查询文献获得的综合数据是专家组对各指标进行赋值的主要依据。

在各指标体系中，综合考虑了当前道路绿化建设的社会服务功能、树种生物学特性、后期管护成本和当前广泛关注的绿化负面影响。生态性指标确定主要以森林生态效益评估规范为依据[34]，结合城市森林生态系统特殊性综合确定。由于城市行道树种多生长于特定固定空间，周边采取围堰、硬化等措施，其树枝、树叶枯落物人为清理后不再返还土壤，故涵养水源、保育土壤等功能价值较低指标不纳入本指标体系。景观性指标确定重点增加了叶色、文化内涵的指标。适生性指标主要是结合海滨城市道路两侧立地条件特殊性确定。经济性指标确定重点考虑养护强度、苗木价格、采购难易程度、树木更新率等因素。负面性指标是当前城区绿化树种选择必须重点考虑的限制性因素。

2.2 层次分析过程

2.2.1 归一化处理结果

以生态性B1为例，计算得到归一化后的数据如表3所示。

表3 生态性功能指标归一化数据Table 3 Normalized data of ecological function indexes

2.2.2 二级指标层次分析

二级指标权重因子见表4。由二级指标生态性B1，得到判断矩阵，再进行Matlab运行计算。其中，IC=7.085 3×10-5，此时n=7,对应的IR=1.320 0，由于RC=IC/IR=5.367 7×10-5<0.1，因此该判断矩阵通过了一致性检验。此时，权值向量为(0.513 7,0.064 8,0.129 6,0.064 8,0.064 8,0.129 6,0.032 7)。各权重值中，遮阴降温最高(0.513 7)，固碳释氧、吸收污染物次之(0.129 6)，营养物质积累最低(0.032 7)。说明在海滨城市道路树种选择中，首先应考虑树种的遮阴降温能力，遮阴降温能够显著缓解城市热岛效应，是当前城区绿化最受人们关注的森林生态服务功能。

表4 二级指标权重因子Table 4 Level-Ⅱ indexes weight factors

由二级指标景观性B2，得到判断矩阵，再进行Matlab运行计算。其中，IC=-7.613 0×10-16，此时n=8,对应的IR=1.410 0，由于RC=IC/IR=-5.399 3×10-16<0.1,因此该判断矩阵通过了一致性检验。此时，权值向量为(0.181 8,0.181 8,0.090 9,0.090 9,0.181 8,0.090 9,0.090 9,0.090 9)。各权重值中，叶色、叶量、花的权重值最高(0.181 8)。

由二级指标适应性B3，得到判断矩阵，再进行Matlab运行计算。其中，IC=0.006 9，此时n=9,对应的IR=1.450 0，由于RC=IC/IR=0.004 7<0.1,因此该判断矩阵通过了一致性检验。此时，权值向量为(0.174 0,0.174 0,0.058 5,0.174 0,0.136 3,0.107 5,0.058 5,0.058 5,0.058 5)。各权重值中，抗风、抗病虫害、耐盐碱性指标最高(0.174 0)，说明在风害较重、土壤盐碱的立地条件下，深根性强、木材坚韧、抗病害能力强、耐盐碱的树种更为适合海滨城市。抗有害气体、耐贫瘠性、耐水湿性权重最低(0.058 5)，说明随着绿化技术的不断进步，客土改良、修建排水沟渠等措施的使用，人为正向干预下的道路两侧树木能够较好地缓解原生限制性因素造成的不利影响。

由二级指标经济性B4，得到判断矩阵，再进行Matlab运行计算。其中，IC=-4.440 9×10-16，此时n=3,对应的IR=0.580 0，由于RC=IC/IR=-7.656 7×10-16<0.1,因此该判断矩阵通过了一致性检验。此时，权值向量为(0.400 0,0.400 0,0.200 0)。各权重值中，苗木价格和养护强度均为0.4，说明随着绿化面积的不断增加，财政负担也越来越重，过度依赖人为干预才能正常生长的树木难以大面积推广使用。

由二级指标负面性B5，得到判断矩阵，再进行Matlab运行计算。其中，IC=2.220 4×10-16，此时n=3,对应的IR=0.580 0，因RC=IC/IR=3.828 4×10-16<0.1,因此该判断矩阵通过了一致性检验。此时，权值向量为(0.600 0,0.200 0,0.200 0)。各权重值中，飞絮花粉最高为0.6，说明部分道路绿化树种负面作用能够显著影响人们出行活动，当前绿化带来的衍生副作用是不容回避的事实，需要在树种选择时进行重点考虑，在重点地区应作为限制性指标予以考虑。

2.2.3 一级指标层次分析

以二级指标的综合评价得分作为数据基础，根据不同准则层的已知权重计算判断矩阵，进行层次分析法分析，并进行一致性检验，得到准则层(一级指标)的权重因子。准则层各权重值中，生态性、景观性和适应性权重均为0.3，占比90%；经济性、负面性权重仅为0.05。说明在海滨城市选择适生抗逆性强树种建设生态景观林、完善沿海防护林体系、改善城市环境、缓解城市热岛效应仍是当前绿化的主要目标，同时应统筹考虑经济性和飞絮花粉等负面影响。

2.3 综合评价结果

根据指标体系中各权重值，计算出树种综合评价得分(即最终得分S，见表5)。根据各树种综合得分，可将以上树种大致分为4类：Ⅰ类(S≥0.7)，Ⅱ类(0.7>S≥0.6)，Ⅲ类(0.6>S≥0.5)，Ⅳ类(S<0.5)。Ⅰ类树种共17种，主要为榔榆、朴树、桑、白榆、苦楝等乡土树种，部分树种如榔榆、朴树在城区道路绿化中使用仍较少，今后应加大推广力度；Ⅱ类树种共11种，主要为枫杨、落羽杉、中山杉、香椿、青桐等树种，在本地区绿化中表现较好，也应重点发展；Ⅲ类树种共14种，主要是雪松、重阳木、红叶李、楸、全缘叶栾树等树种，该部分树种多在本地区存在显著制约性因素，如影响生长势的病虫害、生态功能弱、耐寒性差等，管护成本较高，不宜大面积推广或作为主行道树种；Ⅳ类树种共13种，主要为杜梨、池杉、广玉兰、紫薇、桂花等外来树种，该部分树种在本地区生长往往需要精心养护管理，对多重因素敏感，功能相对单一，在道路绿化中使用范围应尽可能缩小或作为点缀性树种。

表5(续)

3 讨 论

目前国内外学者对沿海地区的道路绿化建立了各种树种评价体系[28-32，35-36]，但往往集中在树种的单一功能上，如许秀玉等[37]构建了包含16个指标的沿海抗台风树种评价体系，林玮等[38]构建了包含7个指标的华南树种碳汇能力评价体系。部分学者建立了综合评价指标体系，如谢春平等[39]构建了包含17个指标的乡土树种综合评价体系，杨静怡等[40]构建了18个指标的城市绿化树种功能评价体系，但这些体系中部分指标不够全面，特别是近年来财政资金绩效评价制度的实行，对城市绿化维护管护成本建立科学考核体系需求迫切，同时广受关注的飘絮花粉、过量浆果、黏液污染等绿化带来的衍生热点问题未见现有的评价体系予以考虑。

本研究应用层次分析法，从树种的生态性、景观性、适应性、经济性和负面性进行了海滨城市道路绿化树种指标体系的构建。30个Ⅱ级指标多采用可量化的以树木生物学、生态学特征为主的调查因子予以确定，减少了评价过程中的人为主观因素的影响[41]，对海滨城市道路绿化树种选择具有重要的指导意义。应用该评价体系，以试验区选择的55种常见树种为例进行系统评价，突出功能导向，明确树种使用过程中存在的优劣势，并以最终得分将该部分树种分为4类，供本地区绿化管理部门进行科学决策，因地制宜地示范推广。

研究结果表明，树形高大、枝叶浓密、抗逆性强的树种具有更好的评价得分，该部分树种中又以乡土树种为主，如榔榆、五角枫、朴树等，该部分树种目前在滨海城市道路绿化中出现频度较低，应在今后的工作中继续加大乡土树种应用比例，特别是在城区森林群落构建中作为骨架树种使用。二球悬铃木、薄壳山核桃、落羽杉、中山杉等选育多年的树种有着较好的适应性，并在改善景观、发挥生态效益方面有着良好表现。部分树种如毛白杨、意杨等飘絮问题可以通过栽植不飘絮雄株进行有效解决，从维护生态安全、改善景观、提高经济性的角度应避免对杨树全盘否定的不科学现象。对得分相对较低的树种，常规情况下虽不宜大面积作为建群骨架树种推广，但也应采取针对措施解决限制性因素，以丰富绿化树种多样性，防止树种单一带来的负面效应。如香樟抗冻性稍差，但在局部小气候下仍可以做好防寒措施后点缀栽植。常绿阔叶树种在亚热带北缘及南温带南缘从景观改善、生态效益发挥方面仍有一定价值，在今后的绿化工作中应重点加强耐寒良种选育工作。

本评价体系中各调查因子相互关系及对指标值贡献率未给予明确的量化。在绿化树种上仅停留到种层次，对不同品种未深入区别探讨，需进一步细化明确。道路两侧生态环境受人为因素影响较大，在今后的绿化工作中，应加强林木良种选育、绿化新技术应用、栽植后抚育管护等工作，全面提升城市森林生态系统的生态功能和景观价值。