山东生态造林项目植物配置与景观效果评价

慕德宇孙举永谢经霞王燕慕宗昭

(1.山东建筑大学 艺术学院，山东 济南250101；2.山东省荣成市港湾街道办事处，山东 荣成264309； 3.山东省济宁市林业站，山东 济宁272000；4.山东省泗水县自然资源和规划局，山东 泗水273200；5.山东省林业外资与工程项目管理站，山东 济南250014)

0 引言

随着人类城市化进程的发展，加之对土地资源的不合理开发与利用，导致森林覆盖率下降、土壤条件改变，造成水土流失、土壤荒漠化、盐碱化等严重后果。 据第九次全国森林清查统计表明，我国森林面积约2.2×108hm2，森林覆盖率为22.96%，且主要分布于我国东北地区、中部地区[1]。 山东森林资源相对匮乏，以阔叶纯林、针叶纯林为主的乔木林占全省林木资源总面积＞71%[2]，其树种单一，景观效果欠佳，且荒山、盐碱地地区植被覆盖率低，多以灌木、草本植物为主，缺乏乔木树种。 为此，2010 年，山东省启动实施了世界银行贷款山东生态造林项目(Shandong Ecological Afforestation Project，SEAP)。

在对退化山地、滨海盐碱地、荒地植被恢复的研究工作中，国内外学者做了大量研究，目前最常见的途径有封山育林、人工干预促进更新、人工树种的选择与造林[3-5]、工程排盐碱、耐盐碱植物选育等方面[6-8]。 20 世纪初期，有学者对水土保持、森林复垦中的生态学理论和方法进行了详细研究，掀起了恢复生态学的研究热潮[3，9]。 中国早在20 世纪50 年代开始从事废弃矿山的生态恢复工作；20 世纪70年代实施了“三北”防护林建设；而20 世纪80 年代开始，利用世界银行、亚洲开发银行、欧洲投资银行等国际金融组织贷款资金，先后在23 个省份相继实施了20 多个林业项目，共利用外资达19.4 亿美元，累计营造人工林面积达793.3 万hm2[10-12]。 浙江省世行贷款造林项目[13]、辽宁欧投行生态造林项目[14]、世行贷款湖南森林恢复和发展[15]等项目的成功实施，有效地增加了森林资源，显著提高了我国森林覆盖率。 然而，在以往的森林植被恢复过程中，往往注重造林成活率与保存率，利用较为单一的树种或者造林模式进行造林与生态修复，在退化林地生态恢复与再建过程中忽略了景观效果的构建[16-17]。 因此，在造林过程中，如何选择造林树种，构建适宜的乔、灌、藤、草搭配模式，对退化山地与滨海盐碱地区的生态、景观恢复具有重要意义[18]。

SEAP 项目布局于退化山地植被恢复区和滨海盐碱地改良区[19]，涉及9 个市、28 个县(市区)，共完成投资10.2 亿元人民币，其中利用世界银行贷款0.6 亿美元，累计造林6.7 万hm2，项目既定目标超额完成[6]。 2016 年，世界银行竣工验收专家组给出了为数不多的“非常满意”的评价结论，被世界银行誉为生态防护林营造的典范，其在项目植物配置模式方面有独到之处[20]，对退化山地、滨海盐碱地区植物配置模式及其景观效果研究具有重要参考价值。 因此，如何在满足生态修复的基础上，开展不同立地条件下植物配置与景观模式的生态、景观等方面的综合分析与评价，对提高山东省山区森林覆盖率、扩大森林资源，及提高水源涵养能力、恢复区域内水土保持、防风固沙、保护沿海地区内陆环境、改善区域生态环境、确保山东省人民生存条件具有重要且深远的意义。 为此，文章基于项目可行性研究报告及竣工验收报告的数据，采用系统聚类评价方法评价了SEAP 项目的树种配置、造林模式的景观效果，并以固定样地长期监测和幼林生长数据为依据验证景观效果的聚类结果，以期反映项目的树种搭配与选择及景观效果，为同类及类似项目的树种选择、乔灌藤草的配置提供依据。

1 研究区概况

1.1 退化山地植被恢复区

研究区地处东经116°02′～121°51′、北纬35°09′～37°08′，包括潍坊、济宁、泰安、威海、日照、莱芜、临沂7 个市的19 个县级项目单位。 研究区属暖温带大陆性半湿润季风气候。 年均气温为12 ～14 ℃、极端最高气温为42.5 ℃、极端最低气温为-25 ℃，＞10 ℃的全年积温为4 000～4 500 ℃，年平均降水量为600～900 mm，降水量主要集中在6 ～8 月份，占全年降水量的50%～60%，春季干旱，降水量占全年降水量的13%～14%。 全年日照时数为2 000 ～2 650 h，无霜期为190～200 d。

研究区山峦起伏，中山、低山、丘陵、台地、盆地与山间平原交错分布，河流众多。 大部分地区海拔＞400 m，坡度一般为20°～25°。 现有宜林荒山荒地中土壤类别主要有棕壤、褐土、潮土等，棕壤与褐土交错并存，呈复区分布，棕壤面积约占土地总面积的40%，质地以砂质土、黏质土为主，土层厚度多在15 ～30 cm，表层土石砾含量较高，一般为20%～30%。由于自然因素和人为活动的综合影响，植被稀疏，主要有酸枣(Ziziphus jujubevar.spinosa)、黄荆(Vitex negundo)、 胡 枝 子(Lespedeza chinensis)、 扁 担 木(Grewia biloba)、杂草等。

1.2 滨海盐碱地改良区

研究区位于山东省黄河三角洲地区(东经117°29′～119°37′、北纬36°25′～38°16′)，包括东营、滨州、潍坊3 个市的9 个县级项目单位。 属暖温带大陆性季风气候，气候温和、四季分明。 多年平均气温为12～18 ℃、极端最低气温为-18 ～-26 ℃、极端最高气温为40～42 ℃，年降水量为550～600 mm，日照时数为2 700～2 800 h，＞10 ℃的年均有效积温约为4 300 ℃，全年无霜期约为200 d。 项目造林地土壤类型以潮土、轻度盐化潮土为主，土壤母质以黄泛冲积母质为主，土体深厚、结构良好，土壤质地以壤土为主；地下水埋深一般约为3.0 m；地下水矿化度多＜3.0 g/L；土壤含盐量为2‰～5‰；pH 值为7.1 ～8.5；土壤有机质含量大都为0.5%～1.0%，矿质养分钾含量较丰富，氮、磷贫乏。 造林地为盐碱荒地，植被稀少，主要有芦苇(Phragmites communis)、碱蓬(Suaeda glauca)、柽柳(Tamarix austromongolica)等。

2 研究方法

2.1 样地布设与数据采集

2.1.1 样地布设

根据SEAP 植物配置方式和两大区域立地条件，退化山地植被恢复区固定观测样地分别布设在乳山、莒县、高密、新泰、雪野、蒙阴、泗水7 个县级项目单位，代表M1～M8植物配置模式；滨海盐碱地改良区固定观测样地分别布设在河口、沾化2 个县级项目单位，代表M9～M13植物配置模式。 2009 年，样地开始布设，每个县级项目单位的监测样点，包含了当地所有的SEAP 植物配置模式。

2.1.2 数据采集

2009 年，开展本底调查；2011—2015 年，每年10 月份分别跟踪监测调查9 个县级项目样地的所有样点，测量记录每个植物配置模式的林木生长量、植物多样性、搭配混交方式、优势种与伴生种保存等相关信息。 2015 年12 月，在28 个县级项目单位开展幼林摸底质量调查，采集相关数据。

2.2 植物配置模式生态景观效果量化

(1) 林分生长适应性量化评分方法 依据SEAP 造林检查验收办法规定的各树种生长量指标[21]和2015 年12 月幼林摸底质量调查分类结果[22]，规定幼林摸底调查分类结果:Ⅰ类林占比≥95.0%，得10 分；90.0%≤Ⅰ类林占比＜95.0%，得8 分；Ⅰ类林占比＜90.0 %，得6 分。

(2) 植物多样性量化评分方法 根据专业技术人员意见和乔灌草在项目建设中的重要程度，结合项目终期(2015 年)验收时植物增加的实测值，确定实测每增加1 种乔木的，得5 分；每增加1 种灌藤的，得2 分；每增加1 种草本的，得1 分。

(3) 搭配方式量化评分方法 依据SEAP 植物配置模式综合分析，规定凡是造林小班采用3 种或以上搭配方式的，得10 分；造林小班采用2 种搭配方式的，得8 分；造林小班仅采用1 种搭配方式的，得6 分；植物配置模式标注可优势种间混交搭配的，减1 分。

(4) 优势种与伴生种量化评分方法 依据13 种植物配置模式，将每一种植物配置模式中的优势种与伴生种两者累计，规定每有1 种植物得1 分，种类越多，得分越高。

(5) 彩叶植物占比量化评分方法 依据人们的普遍观感和专家意见，规定在植物配置模式中，彩叶植物占优势种和伴生种总数量的比值乘以10，为其得分。

(6) 观花(果)植物占比量化评分方法 根据专家意见和人们对植物花果的偏好程度，规定在植物配置模式中，观花(果)植物占优势种和伴生种总数量的比值乘以10，为其得分。

(7) 常绿(或半常绿)植物占比量化评分方法

依据北方人对常绿植物的喜好以及专业技术人员意见，确定配置模式中没有常绿(或半常绿)植物的，得0 分；每增加1 种常绿(或半常绿)植物的，增加1 分。

2.3 植物配置模式景观效果数据处理

根据各指标量化评分原则与方法，结合SEAP的13 种造林模式的配置及实际验收效果，对各造林模式进行评分，采用统计产品与服务解决方案(SPSS 21.0)软件对SEAP 植物配置模式的生态景观效果量化数据进行聚类分析[23]。

系统聚类方法采用最长距离法[23]，由式(1)表示为

式中GK、GL为类；DKL为GK与GL之间的相对距离；dij为第i个样品与第j个样品之间的相对距离。 聚类初期每个样品自成一类，类与类之间的相对距离与样本之间的相对距离相同。

GK和GL合并成新类GM后，GM与任一类Gj之间的相对距离由式(2)表示为

式中DMj为GM与Gj之间的距离矩阵；DKj为GK和第j个样品之间的相对距离；DLj为GL和第j个样品之间的相对距离。

3 结果与分析

3.1 植物配置模式中选择的乔灌藤草

根据SEAP 退化山地植被恢复区和滨海盐碱地改良区的立地条件，按照“适地、适树、适品种”的原则，选择乔木、灌木、藤本和草本植物共52 种，均用于项目混交搭配栽植，见表1。 在SEAP 植物配置模式中，以乔木型植物为主，其数量为31 种，占项目植物配置模式中总数量的59.62%；灌木数量为18 种，占项目植物配置模式中总数量的34.62%；藤本数量为2 种，占项目植物配置模式中总数量的3.85%；草本数量为1 种，占项目植物配置模式中总数量的1.92%。 SEAP 植物配置模式中的植物种类选择是经过世界银行和国内专家反复论证确定，汇总收集的植物种或品种具备适应性强、生长稳定性好、抗病虫、耐水湿、抗干旱、耐盐碱等特点，同时具有阳性、中性和耐阴性植物的合理配比等条件，便于植物间的搭配混交栽植。 由于栽植植物种和品种多，同时将花灌木和彩叶植物搭配栽植，有效阻隔了病虫害的侵袭、发生、传播、发展或蔓延危害，确保了生态防护林的健康生长，增加了林分的景观效果。

表1 SEAP 乔灌草植物种类及其类型表

3.2 植物配置模式

为构建适合的SEAP 植物配置模式，项目主管单位广泛采纳了世界银行、省内(或省外)知名专家以及基层林业乡土专家的意见，编制了一套适合山东退化山地植被恢复区和滨海盐碱地改良区立地条件的植物配置模式，并经项目实施期的造营林检验，再次进行修改和完善，构建了最终版本的SEAP 植物配置模式，见表2、3 和4。

由表2、3 和4 可知，植物配置模式中设计了优势种与伴生种共52 个，既有常绿的又有落叶的，其中观叶植物10 种，占优势种与伴生种总数量的19.2%；观花植物17 种，占优势种与伴生种总数量的32.7%；观果植物18 种，占优势种与伴生种总数量的34.6%。

构建植物配置模式的主要治理目标是保持水土、涵养水源、改良土壤、防风固沙、改善生态环境，其主要林种有生态型防护林、经济型防护林、用材型防护林、茶园型防护林4 种。 植物配置模式的构建，不仅考虑了两大区的地形、地貌、坡向、坡位等因子，而且还兼顾了土壤类型、盐碱度、土层厚度以及地下水位等因子。 植物配置模式充分考虑了优势种、伴生种、栽植密度、搭配方式、小班布局、优势种占比、单一植物连片栽植面积、划分单一植物的隔离带等方面，将适地、适树原则做到极致，其目的是有利于项目林分的生长，将林分配置成色彩斑斓的马赛克状的森林景观。

表2 SEAP 石灰岩山地植被恢复区植物配置模式表

表3 SEAP 砂石山地植被恢复区植物配置模式表

表4 SEAP 滨海盐碱地改良区植物配置模式表

3.3 不同植物配置模式的景观效果

3.3.1 不同植物配置模式生态景观综合效果量化分析

由各项量化得分标准，求算出13 种植物配置模式生态景观主要综合因子量化表，见表5。 由此可知，植物配置模式M1～M13总得分分别为24.0、31.0、30.1、39.4、24.0、34.7、40.4、21.6、29.3、27.3、24.0、23.0、27.2。 其中，植物配置模式M7得分均值为8.1，其彩叶植物占比最低为1.0%，优势种与伴生种数量最高为19，总得分最高为40.4，在所有排序中为首位；植物配置模式M8得分均值为4.4，搭配方式得分最高为10，常绿(半常绿)植物数量最低为2，M8总得分为21.6，在所有排序中是第13 位。

综上所述，通过对生态景观主要综合因子量化得分分析可知，13 种植物配置模式的排列顺序为:M7＞M4＞M6＞M2＞M3＞M9＞M10＞M13＞M11＞M5＞M1＞M12＞M8。

表5 13 个植物配置模式生态景观主要综合因子量化表

3.3.2 不同植物配置模式生态景观综合效果聚类分析

通过对SEAP 不同植物配置模式的生态景观综合效果的搭配方式、优势种与伴生种数量、彩叶植物占比、观花(果)植物占比、常绿(半常绿)植物数量5 大类指标的得分数值进行聚类分析，由图1 可知，聚类分析将SEAP 的13 种植物配置模式分为3 类，A 类包括M2、M3、M6、M9、M10、M11、M13共7 个植物配置模式；B 类包括M4、M7共2 个植物配置模式；C类包括M1、M5、M8、M12共4 个植物配置模式。

图1 13 种植物配置模式聚类分析图

表6 是A、B、C 类不同指标的类平均值表。 由表6 可知，3 类不同植物配置模式的搭配方式、彩叶植物占比等五类指标的类平均值的各项数值在0.6～14.5 之间，其值符合预期结果。

(1) SEAP 植物配置模式中的M2、M3、M6、M9、M10、M11、M13模式划分为A 类组，其立地条件相对较好，适宜搭配的优势种和伴生种植物种类较多，景观效果较佳。

(2) SEAP 植物配置模式中的M4、M7模式划分为B 类组，其景观效果最佳。 两大区内立地条件最好的是M4、M8、M9、M10，其次为M3、M7、M13。 M4和M7模式划为景观效果最佳组，是因为项目植物配置模式中搭配的优势种与伴生种数量、彩叶植物占比、观花(果)植物占比以及常绿植物数量均高于其他11 种配置模式。

(3) SEAP 植物配置模式中的M1、M5、M8、M12模式划分为C 类组，其景观效果较差。 主要原因是M1、M5、M12在项目区所处的立地条件最差，适宜的优势种与伴生种数量最少；虽然M8在项目区所处的立地条件较好，但是由于配置模式中优势种与伴生种数量只有3 种，因此景观效果最差，与实际情况相吻合。

表6 13 种植物配置模式不同指标的类平均值表

3.3.3 不同植物配置模式生态景观综合效果验证

根据项目区幼林摸底质量调查和样点监测数据，将生长适应性(Ⅰ类林占比)和植物多样性相关指标值的得分整理于表7 中，以验证仅依据项目设计的13 种植物配置模式评价与生态景观综合效果的符合程度。

由表7 可知，植物配置模式M1～M13，其排列顺序为M7＞M4＞M13＞M6＞M10＞M3＞M9＞M11＞M5＞M8＞M12＞M2＞M1，参考模糊聚类分析结果，也可将其分为3 组，A 类组包括M3、M6、M9、M10、M11、M13，其生态景观效果较佳；B 类组包括M7、M4，按照得分多少，排在第1 位和第2 位，其生态景观效果最佳；C 类组包括M1、M2、M5、M8、M12，排在最后5 位，其生态景观效果较差。

综上所述，13 种植物配置模式景观评价结果与实地监测调查的景观评价结果基本相符。 实地监测调查验证结果与模糊聚类分析结果分组不同的是M2模式，由A 类组(较佳)变成C 类组(较差)，主要是因其所处的立地条件相对较差，植物生物多样性增加较少，因而得分较低，又因其在植物配置模式中设计的彩叶、常绿、观花(果)植物相对较多，因而其排序比较靠前。

表7 13 种植物配置模式生长适应性和植物多样性量化表

4 结论

通过上述研究可知:

(1) 项目植物配置模式中共选择了52 种植物，根据项目退化山地植被恢复区和盐碱地改良区的立地条件，采取“适地、适树、适品种”的原则，选择植物种类包括乔木、灌木、藤本和草本，其中乔木最多为31 种、灌木为18 种、藤本为2 种、草本为1 种。

(2) 项目构建了13 种植物配置模式，每1 种植物配置模式，不仅代表1 种立地类型，而且还规定了优势种、伴生种、搭配方式、栽植密度、栽植小班面积、单一植物连片栽植面积、划分单一植物的隔离带、优势种占比等必选条件，13 种植物配置模式适宜13 种立地条件和必选的其他条件。

(3) 通过模糊聚类分析，将13 种植物配置模式生态景观效果分为3 类，其中A 类包括M2、M3、M6、M9、M10、M11、M13模式，其景观效果较佳；B 类包括M4、M7模式，其景观效果最佳；C 类包括M1、M5、M8、M12模式，其景观效果较差。

(4) 项目构建的植物配置模式景观效果评价结果与实地监测调查验证结果基本吻合。