黄河三角洲滨海盐碱地区主要树种适应性评价

高 帆，彭祚登

(北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083)

盐碱土是不同水平的盐化、碱化土壤以及各种盐土和碱土的总称[1]。土壤盐碱化通过盐碱胁迫抑制植物的生长发育，并导致土壤理化性质恶化和森林质量下降，土壤盐碱化地区的森林营建成为困扰全球的难题之一[2]。当前，随着我国城镇化进程的加快，林业可利用土地资源不断减少。盐碱地作为我国重要的土地后备资源，总面积超过9 900万hm2，亟待开发利用与修复治理[3,4]。黄河三角洲是我国滨海盐渍土集中分布地区之一，也是国土空间生态修复、森林植被恢复与重建的重点关注区域之一。但由于滨海盐碱地土壤盐碱化严重，淡水资源缺乏，树种适宜性差等原因，即使是乡土树种，也存在树木成活率低、生长速度缓慢、栽培管护成本高、培育价值单一等问题，森林生态系统退化且可持续性差[5]，这制约了黄河三角洲地区生态经济的可持续发展[6]。

植被建设常被认为是改良土壤盐碱化最有效的手段[3]，树种选择也关系到营林成败，科学合理地评价树种适应性是造林的基础。美国、巴基斯坦、澳大利亚及我国学者认为可通过培建耐盐植被，应对滨海地区土壤盐碱化[7,8]。国内对滨海盐碱地的植物改良机理与方法也进行了大量研究[9-11]。目前，国内针对滨海盐碱城市森林营建树种适应性的研究正从定性分析转变为定量分析[12-14]。但针对黄河三角洲地区主要树种适应性评价的相关研究略显不足[5]。

东营市河口区地处黄河三角洲滨海盐碱区，森林生态系统脆弱，如若开发不当，则会加重土壤盐碱化程度。笔者以河口区现有森林植被为研究基础，应用层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)构建定量化的森林营建主要树种适应性评价体系，计算指标权重并利用线性加权法构建数学模型，最终筛选适宜本区森林营建的主要树种，划分等级并提出主要树种配置模式。这对改善黄河三角洲盐碱区土壤理化性质、推动黄河三角洲滨海盐碱地区生态治理与修复、提升区域生态经济发展具有重要意义。

1 研究区概况

东营市河口区(118°10′-119°05′E，37°45′-38°10′N)地处黄河入海口北侧，渤海南岸(图1)，属暖温带半湿润大陆性气候，冬寒夏热，雨热同季。年均气温12.4℃，年均降水量553.9 mm，年均风速5.3 m/s。河口区盐碱土地面积为1 294.04 km2，约占土地总面积的54.7%。受境内成土年限和土壤含盐量的影响，自然植被以滨海盐生草本植被为主，乡土草本植物为芦苇(Phragmitesaustralis)、白茅(Imperatacylindrica)，自然木本植物为柽柳(Tamarixchinensis)，其余均较少。

图1 东营市河口区区位分析Fig.1 Location analysis map ofHekou district in Dongying city

2 材料与方法

2.1 数据采集及处理

本研究于2018年9月至2019年7月，在东营市河口区开展树种适应性评价样地调查。数据来自3个方面：1)取区域内20个土壤质量监测点的土壤样品，分析土壤pH特性。2)处理2017年5月份河口区谷歌全色卫星影像图。3)依据法瑞学派的典型选样方法[15]，在研究区的道路绿地、河岸绿地、公园绿地、生产绿地、防护绿地、居住区绿地内，选取66个森林群落特征明显的样点(图2)，每个样点设置1～4个10 m×10 m的样方，从植物种类、生长特性(成活率、生长速度)、生态适应性(耐盐碱性、耐寒性、抗病虫害能力)、栽培管护成本(苗木成本、栽植与养护成本)、培育价值(生态服务价值、景观观赏价值、经济价值、人文价值)4个方面开展植被现状调查，发放调查问卷，并拍照记录(图3)。

2.1.1 土壤pH监测 本区土壤类型为潮土和盐土土类，计17个土种。表层土壤以轻、中度盐碱土为主，pH值8.5，总体趋势由南向北，盐化度逐渐升高。现阶段的土壤理化性质可以满足大多数耐盐碱植物生长。

2.1.2 植被归一化指数(NDVI) 植被显示为红色，红色越明亮代表植被越茂密(图4)。植被覆盖空间格局总体特征为东西向中间逐渐降低，城区东西部及黄河故道沿岸植被茂密。

2.1.3 森林植被样地调查 共调查统计到119种现有常用造林树种，其中乔木40种，灌木28种，草本植物47种，藤本植物4种。通过样地调查和问卷调查对树种每项指标进行评价。

2.2 AHP评价体系构建

2.2.1 确定评价指标 调查河口区树木应用及生长现状、当地居民意愿及林业工作者制定的森林建设目标，结合国内外盐碱地树种选择相关文献[15-25]中使用频率较高的指标，发放专家咨询问卷，最终建立包括1个目标层、4个准则层和11个指标层的3级评价体系(图5)。

图2 研究样点分布Fig.2 Site distribution of the study

图3 研究区森林植被现状Fig.3 Forest vegetation status map in the study area

图4 河口区植被归一化指数Fig.4 Normalized vegetation index in the study area

2.2.2 制定评价标准 根据样地调查结果、相关文献[16-25]资料及专家意见，用定性和定量结合的模糊评价法制定评价指标的量化评分标准(表1)。

2.2.3 计算权重向量 根据1～9标度法成立判断矩阵[24]，邀请11名林学学科专家判分。在Excel中计算每列特征向量Wi、最大特征根γmax及一致性比率CR[25-26]。一般地，当一致性比率CR<0.1时，则认为判断矩阵的不一致的程度在可容许的范围内，否则需要调整判断矩阵，重新构造对比矩阵[27]。判断矩阵结果见表2。各评价因子相对于总目标的重要程度为层次因子权重。通过计算得到不同层次及各指标相对于总目标的排序权重。这一计算方法从上而下，逐层合成，具体公式为：

(1)

式中，P(k)=(P1(k),P2(k),……,Pn(k))，表示第k层元素对第k-1层元素的排序。权重计算及排序结果见表3。

2.2.4 建立数学模型 基于多目标线性加权法[28]，形成黄河三角洲滨海盐碱地区森林营建主要树种适应性评价的数学模型，计算各树种的评价分值，公式如下：

(2)

式中，Y为树种适应性评价的综合得分，Xij为j评价因素中第i个次级评价因素指标的权重；Wi为第i项评价指标的评分；m为评价目标层中的指标个数。其中，Y值越大，则树种的综合评价越高，越适宜选在河口区做森林营建的主要树种。利用以上模型及计算方法，并根据综合评价值的分布情况和直观经验，将Y值划分为为Ⅰ(Y≥3.8)、Ⅱ(3.5≤Y<3.8)、Ⅲ(3.2≤Y<3.5)、Ⅳ(2.4≤Y<3.2)四级。其中，Ⅰ级树种用作黄河三角洲滨海盐碱地区森林营建的基调树种，Ⅱ级树种用作骨干树种，Ⅲ、Ⅳ级树种综合得分稍低，可分别用作一般树种和边缘树种[25]。

图5 黄河三角洲滨海盐碱地区森林营建主要树种适应性评价体系Fig.5 Evaluation system of adaptability of the main tree species for forest construction in coastal saline-alkali areas of the Yellow River delta

3 结果与分析

3.1 指标权重分析

准则层3大指标排序：生态适应性B2(0.41)>生长特性B1(0.37)>培育价值B4(0.16)>栽培管护成本B3(0.06)，指标层的权重值及排序为：耐盐碱性(C3)>成活率(C1)>生长速度(C2) >生态服务价值(C8)>抗病虫害能力(C5)>经济价值(C10)>苗木成本(C6)=栽植与养护成本(C7)>耐寒性(C4)>景观观赏价值(C9)>人文价值(C11)。生长特性和生态适应性层下指标较大，景观观赏价值、人文价值等指标的权重值较小。

3.2 树种综合评价分析

40种树种的综合评价结果见表4。其中，Ⅰ级(Y≥3.8)树种2种，均为落叶乔木，用作黄河三角洲滨海盐碱地区森林营建的基调树种；Ⅱ级(3.5≤Y<3.8)树种21种，包括乔木16种，灌木5种，用作骨干树种；Ⅲ级(3.2≤Y<3.5)树种12种，包括乔木9种，灌木3种，用作轻度盐碱区域营林的一般树种；Ⅳ级(2.4≤Y<3.2)树种5种，包括乔木2种，灌木3种，用作城市客土营林的边缘树种。

表1 盐碱地区森林营建的树种选择评价指标量化标准Table 1 Quantification standards for evaluation indexes of tree species selection for forest construction in saline-alkali areas

3.3 森林营建的主要树种配置模式

河口区森林营建主要树种配置模式见表5。其中：道路绿地3种模式，河岸绿地4种，公园绿地6种，生产绿地1种，防护绿地1种，居住区绿地3种。

4 讨论

现有树种适应性评价研究中，多强调树种的景观观赏价值，而较少考虑植物的生态学特性和其他培育价值[27-29]，说服力较差。而本研究利用层次分析法建立的森林营建主要树种适应性评价体系，具有定量评价的优势和一定的可推广性，可为我国北方滨海盐碱地区树木资源的最优配置和森林质量的提升提供技术支撑。

滨海盐碱地区的森林营建工作涉及到多学科，是一项综合性研究工作。需将后期的维护管理纳入考虑，具有前瞻性。本研究尚且存在一些不足之处：对指标进行赋值可能会受主观因素影响；在城市尺度上开展研究可能忽略了内部树木生境的异质性等。在今后的相关研究中，可针对一些评分易受主观因素影响、且较综合的指标，进一步细化其标准。针对城市内部具体的生境可进行二次评价，突出城市内部生境异质性的主导因子如不同区块的盐碱程度等。使得每一个树种的生态学特性、功能作用等都得到充分的考虑。

5 结论

适应性评价体系包括1个目标层、4个准则层、11个指标层。其中，准则层的生态适应性权重最大，因此它是实现目标层的首要考虑条件。其次为生长特性，在森林营建时，树木能否成活、生长速度快慢都是当地森林生态系统恢复和重建的重要影响因素，这也符合河口区短期内提升森林数量及质量、尽快发挥森林生态效益的营林意愿。培育价值低于前两种因子，在森林营建树种选择时可酌情考虑树木培育的生态服务价值、景观观赏价值等因子。

筛选出40个河口区森林营建的主要树种。排名前十的树种为：柽柳、白蜡、珠美海棠、沙枣、小叶女贞、紫穗槐、金叶女贞、欧美杨、山桃和刺槐，其综合评分结果均在3.4分之上。这些树种的特征为：耐盐碱性强，在改良盐碱、涵养水源、固堤护岸、净化大气环境等方面有较高的生态服务价值，且景观观赏价值、经济价值、人文价值均较高。

根据景观生态学理论，将绿地划分为道路绿地、河岸绿地，公园绿地、生产绿地、防护绿地和居住区绿地6种森林绿地类型，得到不同绿地类型的主要树种配置模式。

将本研究结果与营林目标和研究区土壤改良方案相结合，以期为黄河三角洲滨海盐碱地区森林质量的提升、多重效益的发挥提供科学依据。

表2 判断矩阵及检验结果Table 2 Judgment matrix and test results

表3 森林营建主要树种的适应性评价体系及权重Table 3 Adaptability evaluation system and weight of main tree species for forest construction

表4 植物综合评价Table 4 Tree species comprehensive score and ranking

表5 不同绿地类型主要树种配置模式Table 5 Configuration modes of main tree species for different types of green spaces