南充市主城区城市森林结构特征分析

谢天资, 陈俊华, 谢川, 刘一丁, 何家敏, 龚固堂, 慕长龙

四川省林业科学研究院 森林和湿地生态恢复与保育四川省重点实验室，四川 成都，610081

城市森林是城市地区各类树木与有关植物的总和[1]，由于受到人类活动的剧烈影响，使得城市森林结构与自然森林具有很大的不同。研究城市森林结构对城市森林有重要意义，城市森林的结构影响着城市森林的面貌和生态价值，是城市森林建设规划和生态功能效益评价等内容的基础。本文以南充市主城区建城区145 km2范围内的城市绿地作为研究对象，通过对公园绿地、防护绿地、广场绿地、附属绿地进行抽样调查，分析南充市主城区的城市森林结构差异，找出存在的问题及其空间规律，为南充市主城区城市森林的规划建设提供科学依据和基础资料。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

南充市位于四川盆地东北部、嘉陵江中游，东邻四川省达州市，南抵广安市，西接绵阳市和遂宁市，北连广元市和巴中市，南充市地理范围介于东经105°27′—106°58′、北纬30°35′—31°51′之间，南北跨度165 km，东西跨度143 km，面积12 482.05 km2。南充市地貌主要以丘陵和低山为主，兼有少量平坝分布在嘉陵江沿岸，其土壤类型属亚热带气候红黄壤带，气候属于中亚热带湿润季风气候区，年平均气温17.5℃，年平均降水量1 012 mm，常年气候温和、四季分明。南充市主城区辖3区，分别为顺庆区、嘉陵区和高坪区，根据《CJJ/T 85-2017城市绿地分类标准》对城市森林进行分类，其主城区的建成区城市森林主要包括公园绿地、防护绿地、广场绿地、附属绿地，区域绿地涉及很少。

1.2 调查方法

根据南充市城市规划现状，利用经过几何精校正和正射校正的分辨率为0.5 m的World View2（2019年7月）遥感影像，目视解译形成南充市主城区建城区145 km2范围内的各区森林矢量图，根据不同绿地类型对矢量图分层随机抽样，随机抽样调查总数量的3%，对抽取样地设置20 m×20 m标准样方进行植物调查（见图1），若斑块面积不足以设置方形样方，则根据斑块形状设置面积不小于400 m2样方。样方内调查乔木、灌木、藤本的各项指标，调查内容包括乔木层以及灌木层树种的名称、数量、胸径（地径）、树高、冠幅（东西、南北两个方向）、生长情况等；以及藤本物种名称、地径等。2020年4月共调查各绿地类型样方274个，调查乔木6 322株（见表1）。

图1 南充市主城区各类城市森林样方分布图Fig. 1 Distribution map of various urban forest quadrats in the main urban area of Nanchong City

表1 南充市主城区各绿地类型抽样调查统计Tab. 1 Sampling survey statistics of various green space types in the main urban area of Nanchong City

1.3 数据处理

物种多样性指标采用物种丰富度指数（R）、Shannon指数（H）、Simpson指数（D）和Pielou均匀度指数（J），计算公式如下：

（1）物种丰富度指数（ R）: R=S

（2）Shannon 指数（H）：

（3）Simpson 指数（D）：

（4）Pielou均匀度指数（J）：

式中，S为群落中的总物种数，Pi为样方中i种所占的比例;

乔木胸径及冠幅的等级划分参考吴泽明（2002）对城市森林结构的分级标准[2]，以及i- trees的划分方法，将胸径、冠幅划分为6级，为了便于比较，对分级标准取整，并根据生物特性采用零作为划分起点[3]（见表2）。

表2 南充市主城区城市森林乔木胸径、冠幅分级标准Tab. 2 Classification standard of arbor DBH and crown breadth of urban forest trees in the main urban area of Nanchong City

本研究对南充市主城区所辖3区的各类型城市森林采用了卫片资料分析、地图勾绘与实地抽样调查相结合的方法，基于Excel软件对实地调查数据进行了定量计算及统计分析，得到所需结果及图件。

2 结果与分析

2.1 物种组成

2.1.1 科属种组成特征

经调查，南充市主城区城市森林的木本植物共有84科、164属、252种。其中乔木136种，灌木106种，藤本10种。这些木本植物中，物种最丰富的科为蔷薇科（Rosaceae），有32种，其次为豆科（Leguminosae）、棕榈科（Palmae）和木兰科（Magnoliaceae）。分别为21种、11种和11种。此外，梧 桐 科 （ Sterculiaceae）、 毛 茛 科（Ranunculaceae）、银杏科（Ginkgoaceae）等30科仅包含1种。

南充市主城区不同绿地类型的木本植物种类组成特征见图2。公园绿地的木本植物有205种，其中乔木110种、灌木90种、藤本5种，防护绿地的木本植物有65种，其中乔木38种、灌木27种、藤本0种，广场绿地的木本植物有80种，其中乔木48种、灌木31种、藤本1种，附属绿地的木本植物有178种，其中乔木94种、灌木76种、藤本8种。就总物种数而言，公园绿地的物种组成最丰富，其次为附属绿地，广场绿地和防护绿地最少，公园绿地的乔木、灌木物种数均大于其他绿地类型，附属绿地的藤本物种数最多，且占总物种数的88.89%。

图2 南充市主城区不同绿地类型木本植物种类组成Fig. 2 Species composition of woody plants in the main urban area of Nanchong City

2.1.2 乔木应用频度

乔木是城市生态效益的主要贡献者，也是森林城市的主体，加之灌木和藤本的株数难以统计，故本研究的应用频度以及下文的空间结构仅对乔木进行分析[4]。

南充市主城区乔木应用频度排名前五名的树种依次为桂花（Osmanthusspp.）（13.19%）、黄葛树（Ficus virensAiton）（10.55%）、银 杏（Ginkgo bilobaL.）（10.55%）、天 竺 桂（Cinnamomum japonicumSieb.）（9.50%）、香 樟（Cinnamomum camphora（L.） Presl.）（8.18%）；

不同绿地类型乔木应用频度排名前五位的树种如表3所示，频度在各绿地类型中均排在前五名的有黄葛树和桂花，此外，天竺桂、香樟、银杏在各绿地类型的应用频度也较高。桂花在防护绿地和附属绿地中的应用频度均排在首位。各绿地类型乔木应用频度排名前五位的树种总数占各个绿地类型调查样本的比例由大到小依次为广场绿地（35.93%）>防护绿地（34.80%）>附属绿地（28.86%）>公园绿地（16.32%）。说明优势树种在广场绿地和防护绿地占比较大。

表3 南充市主城区不同绿地类型乔木应用频度排名前五位的树种Tab. 3 The top five tree species in the application frequency of trees in different green space types in the main urban area of Nanchong City

2.1.3 物种多样性

南充市主城区城市森林物种R、H、D分别为7.38、1.53、0.70，在各绿地类型中，公园绿地的R、H、D、J值最高，标准差系数最小，R值低于总体平均值的绿地类型有防护绿地和广场绿地；H、D值低于总体平均值的绿地类型仅有防护绿地；J值低于总体平均值的绿地类型有防护绿地和附属绿地。防护绿地的R、H、D、J值最小，且四项指标均低于总体平均值。

由此可以看出，在各绿地类型中，公园绿地的物种多样性水平最高，且分布均匀，防护绿地的物种多样性水平最低，并且样方间的差异性较大（见表4）。

表4 南充市主城区城市森林植物多样性Tab. 4 Diversity of urban forest in the main urban area of Nanchong City

2.2 空间结构

2.2.1 乔木径级结构

南充市主城区森林城市乔木平均胸径为22.88cm，不同绿地类型间的平均胸径由大到小依次为广场绿地＞公园绿地＞附属绿地＞防护绿地（见图3）。

图3 南充市主城区乔木平均胸径Fig. 3 Average DBH of trees in the main urban area of Nanchong City

对乔木进行胸径分级后，南充市主城区城市森林乔木总体处于Ⅱ级10～20 cm的数量最多，占总数的41.43%，胸径大于50cm的Ⅵ级乔木数量占比最低（2.85%）。在各绿地类型中Ⅱ级（10~20）、Ⅲ级（20~30cm）胸径乔木数量均占多数，其中Ⅱ级占比数量最多，Ⅱ级胸径乔木数量占比最高的是防护绿地（42.58%）。Ⅵ级（≥50 cm）胸径乔木数量均占比少，其中防护绿地占比为0（见图4）。

图4 南充市主城区乔木胸径等级占比Fig. 4 Proportion of tree DBH grade in the main urban area of Nanchong City

2.2.2 冠幅结构

南充市主城区森林城市乔木平均冠幅为5.90m，不同绿地类型间的平均冠幅由大到小依次为广场绿地>公园绿地>附属绿地>防护绿地（见图5）。

图5 南充市主城区乔木平均冠幅Fig. 5 Average crown width of trees in the main urban area of Nanchong City

对南充市主城区森林城市乔木进行冠幅分级后，乔木总体处于Ⅲ级4~6 m的占比最多，占总数的45.00%，其次为Ⅳ级6~8 m（20%），冠幅小于2 m的Ⅰ级乔木数量占比最低（2.14%）。在各绿地类型中Ⅲ级（4~6 m）、Ⅳ级（6~8 m）冠幅乔木数量均占多数，其中Ⅲ级占比数量最多，Ⅲ级冠幅乔木数量占比最高的是防护绿地（64.00%）。Ⅰ级（<2 m）冠幅乔木数量均占比少，其中公园绿地和广场绿地占比为0（见图6）。

图6 南充市主城区乔木冠幅等级占比Fig. 6 Proportion of tree crown size grade in the main urban area of Nanchong City

3 讨论

本文对南充市主城区的建成区范围内城市森林进行抽样调查，共记录木本植物84科、164属、252种， 就总物种数而言，在不同绿地类型中，广场绿地和防护绿地的物种数较少， 而且在实地调查过程中还发现，广场绿地和防护绿地中的天竺桂有病虫害现象，健康情况不佳，有研究表明，丰富的生物多样性可以增加生态系统的安全性和稳定性，抵御病虫害的发生[5]，故此，今后南充市森林城市建设中，应当在物种丰富的不高的绿地类型中，逐步构建乔、灌、草复合的森林群落，提高城市森林的安全性和稳定性，降低病虫害的发生概率。

南充市主城区城市森林植物群落仍然是以少数物种为主导，桂花在南充市主城区的乔木应用频度排在首位为13.19%。根据《国家森林城市评价指标》（GB/T 37342—2019）对树种多样的要求：城区某一个树种的栽植数量不超过树木总数量的20%[6]。显然符合该项指标要求,但主城区乔木频度排名前十名的树种总数占整个调查样本的79.16%，广场绿地和防护绿地排名前五的乔木应用频度占其各自绿地类型调查样本的比例达30%以上,说明广场绿地和防护绿地的优势树种占比较高，研究表明，当少数物种的优势过强，会增加植物群落遭受灾害的风险，同时，如果该物种的衰退、生病、衰老，则会增加较大的维护成本[7]。多种树种配置模式会更接近于自然生态系统的情况[8]。因此，在今后南充市城市森林建设过程时，应当对广场绿地和防护绿地使用频率较高的树种进行适当的调整。与此同时增加乡土树种的使用率,乡土树种作为具有地标性特质的城市绿色基础设施,不仅能更好的适应当地环境,从而提供有效的生态服务功能,而且还是能在自然生态上体现对本土文化的自信[9]。

城市森林结构决定城市生态服务功能[10]，树冠覆盖是作为城市森林结构的一部分是城市森林建设与评价中的重要指标[11]，树冠的大小形态、尺度等状况对乔木的活力及生产力起到关键作用[12]；林木树冠覆盖的增加能够更好的驱动城市森林的建设，从而改善生态环境[13]。南充市主城区城市森林群落树木规格整体偏小，乔木胸径总体处于Ⅱ级10~20 cm的数量最多，占总数的41.43%，整体树木大多都处于青年期，使得乔木树冠偏小，乔木冠幅总体处于Ⅲ级4~6 m的占比最多，占总数的45.00%.在不同绿地类型中，防护绿地和附属绿地的平均胸径低于总体乔木胸径的平均值22.88cm,Ⅱ级胸径乔木数量占比最高的是防护绿地（48.84%），Ⅲ级冠幅乔木数量占比最高的也是防护绿地（64.00%）。说明防护绿地的树木处于青年期的树木较多，乔木树冠偏小。

在南充市主城区城市森林各绿地类型中，防护绿地的物种组成、多样性及乔木规格均低于其他绿地，在今后的森林城市建设中应当重视防护绿地建设，有研究表明，防护绿地对城市环境质量的提升以及空气污染的控制具有重要的意义[14]，在防护绿地的建设中，优先选择以具有滞尘、杀菌等功能性的乡土乔木树种，并搭配灌木草本等植物，丰富其植物配置模式，提高城市森林的安全性和稳定性。