崂山典型森林群落数量分类与近自然景观评价

姜小蕾，李士美，卢慧翠

(青岛农业大学园林与林学院，山东青岛 266109)

目前，我国大多数城市的园林绿化设计存在雷同现象，缺乏地域特色。在进行种植设计时，设计师往往只追求美观和近期效果，植物群落普遍存在组成结构不合理的问题，难以实现可持续发展[1-3]。已经有许多学者提出城市园林绿化建设应注重模拟地带性植物群落，进行近自然植物群落设计[4-6]。近自然植物群落是运用植被生态学、园林学、森林经理学等相关原理和技术，通过调查分析自然群落的基本类型、层次结构，进而借鉴、模拟形成的人工植物群落[7]，其结构较稳定，病虫害少，养护管理成本低，生态效益好，可以从植被的角度展现地域景观，发展前景被业界看好[8-9]。任斌斌等[7,10]通过对现有植被进行群落分类，在研究其群落特征和结构的基础上，模拟形成可用于城市园林绿地的植物景观配置模式。根据前人研究可知，通过定量表达和定性描述相结合的层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)构建评价模型，对自然植物群落进行评价筛选，是构建近自然植物群落配置模式的重要方式[11-14]。

崂山地形复杂，局部小环境丰富，适合暖温带各种植物的生长发育，生物多样性在山东省内最为丰富，其森林群落的物种组成结构能够为胶东半岛地区园林绿地近自然植物群落配置提供重要参考。许多学者对崂山的植物资源展开调查研究[15-19]，但尚未发现有人对崂山森林群落进行数量分类和评价。研究根据科学性、独立性和可操作性原则，从近自然植物群落的主要功能和特征出发，结合崂山森林群落的特点，从自然度和景观美学质量两方面，采用层次分析法，构建适合崂山森林群落的近自然景观评价模型，并应用该模型对植物群落进行评价，筛选出具有地域特色、组成结构较合理的自然植物群落，为青岛市公园绿地近自然植物群落的营建提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

崂山位于青岛市崂山区，东经120°7′～120°43′，北纬36°3′～36°24′，主峰巨峰海拔1 132.7 m，1992年被批准为国家级森林公园。土壤以黄色砂质土和棕色森林土为主，pH值5～7，呈微酸性。属于暖温带季风气候，兼具海洋性气候特征，年均气温11～12 ℃，年均降水量650～900 mm，年均无霜期209 d[16]。崂山植物共有160个科，734个属，1 422个种，8个亚种，114个品种和13个栽培品种[20]。崂山的原始植物群落为以麻栎(Quercusacutissima)、栓皮栎(Quercusvariabilis)等为优势种的落叶阔叶混交林，以及以赤松(Pinusdensiflora)、麻栎等为优势种的针阔混交林。虽然历史上大部分原始植被遭到破坏，但留存在土壤中的种子在无人干扰的情况下更新力较强，逐渐发展成天然次生林，或者与人工引进的外来树种形成了混交林。

1.2 研究方法

1.2.1 样地设置与调查

分别在崂山森林公园的巨峰、太清、上清、北九水景区内，各沿1条调查样线，从低海拔到高海拔共设置50个20 m×20 m的样地。为全面反映不同海拔的物种及环境信息，每100 m海拔范围内，确保建立不少于3个样地(表1)。每个20 m×20 m的样地又划分为16个5 m×5 m小样方，调查并记录样方内胸径≥5 cm乔木的名称、胸径、高度、冠幅、混交度、生长势及林分郁闭度等，对于胸径小于5 cm小树或幼苗则计为灌木。在样地中心将小样方分为4部分，随机抽取1个小样方进行灌木和草本植物调查，记录植物种名、高度、盖度。用全站仪确定样地的地理位置、海拔高度、坡向、坡度、坡位等环境数据。坡位分为3级，数字越大坡位越高。坡向分为4级，数值越大表示坡向越向阳，得到的光照越多[21]。

表1 崂山植物群落调查样地位置

图1 崂山调查样地的位置和地形

1.2.2 数据处理

1.2.2.1 重要值计算

用重要值表示物种在群落中的优势度[22]。各层次物种的重要值计算公式为：

Ivt=(FR+AR+DR)/3

Ivs=(HR+CR)/2

式中，Ivt为乔木层重要值，Ivs为灌木层和草本层重要值，FR为相对频度，AR为相对多度，DR为相对优势度，HR为相对高度，CR为相对盖度。

1.2.2.2 Ward聚类分析

根据物种的重要值矩阵，用Ward最小方差聚类法将样地划分为不同的聚类簇，代表不同的群落类型。为了获得可解读的聚类簇，还需要确定聚类树被裁剪到哪个水平。本文通过k均值聚类法绘制轮廓宽度图来确定最终划分的聚类簇[23]。聚类分析使用R3.5.1软件中的vegan程序包完成。

1.2.3 近自然景观评价指标体系

1.2.3.1 层次分析法

层次分析法是一种简便、灵活而又实用的多目标决策方法[24-25]。它将复杂的问题分解成若干个清晰的层次结构(目标层、准则层、指标层)，实现了定性和定量分析的结合。运用层次分析法首先要确定评价指标体系，用指标体系构造判断矩阵，判断矩阵通过一致性检验之后确定各个单项指标因子的权重，具体根据文献[14,26]计算，近自然植物群落评价指标综合得分(S)为：

式中，Wi为层次体系中第i个指标的权重，Pi是第i个指标的评价分值，为评价指标的数量。

1.2.3.2 评价指标的选取

近自然植物群落既具有复层、异龄、混交、物种多样性丰富、可持续发展等自然群落的结构特征，又具有较高的园林植物景观观赏价值。因此，本文从群落自然度和观赏度两方面入手，参考冯彩云[14]、杨玉萍[12]、赵中华[27]等学者的研究成果，并基于崂山森林群落的特点进行修改和完善，构建包含群落物种组成、群落结构特征、群落活力、群落景观美学要素4个二级指标，以及乡土植物比例、物种多样性指数(Shannon-wiener指数)、物种均匀度指数(Pielou指数)、层次丰富程度(层级结构)、树种隔离程度(混交度)、径级结构、天然更新幼苗数、群落郁闭度、植物生长势、季相变化丰富度、观赏特性丰富度、生活型结构丰富度12个三级指标的崂山森林群落近自然景观综合评价指标体系(表2)。

表2 崂山森林群落近自然景观评价指标体系

1.2.3.3 评价指标的评分准则

评价指标的定量采用直接定量法、间接定量法和定性指标定量化3种方法。群落的组成、结构、活力能够反映群落的近自然程度，在很大程度上决定林分的稳定性和发展趋势[27-28]。群落组成包括乡土植物比例、物种多样性指数和均匀度指数3个指标，其评分方法为直接定量法，Shannon-wiener指数和Pielou指数参照文献[29]计算。由于各层次间物种的某些数量特征是不等价的，其对群落结构、功能、生产力与稳定性等方面的贡献也是不同的，群落总体多样性不能简单地将群落各层次的多样性指数累加。因此，本文采用李军玲[30]的计算方法，对乔木层、灌木层、草本层各层物种赋予一定的权重，以衡量各群落总体多样性，公式为：

T=W1T1+W2T2+W3T3

式中：T为群落总体多样性指数；T1、T2、T3分别为乔木层、灌木层、草本层的多样性指数；W1、W2、W3分别为给定乔木层、灌木层、草本层的权重系数，依次为0.5、0.3、0.2。群落结构包括层次丰富程度、树种隔离程度、径级结构3个指标。其中，树种隔离程度采用直接定量法，通过林分平均混交度来反映，其计算参照文献[31]进行，层次丰富程度、径级结构采用间接定量法，具体评分标准参见文献[27]。群落活力通过天然更新能力、郁闭度、植物生长势3个指标来体现。更新能力评定依据《森林资源连续清查技术规程》进行[32]。郁闭度可反映群落内林木利用空间的程度，当郁闭度达到0.7以上时，与自然群落的状态接近，赋值1，当郁闭度大于0.3时，赋值0.5，其余情况赋值0。根据植物树冠饱满程度、是否有病虫害和死枝等情况，将植株生长势划分为好、中、差3个等级，分别赋值1、0.5和0，所有植株生长势的平均分即为该群落植物生长势的评分。另外，景观美学质量指标均通过人为观察划分为好、中、差3个级别，分别赋值1、0.5和0。

1.2.3.4 评价指标权重的确定

基于崂山森林公园近自然植物群落生态防护和景观游憩的主要功能，邀请青岛农业大学的30位园林、生态、林学方面的专家共同讨论，运用层次分析法构造判断矩阵[24-25]，并使用软件Yaahp7.0进行一致性检验和指标权重的计算。表3为各评价指标修正后的权重值。

表3 指标权重值

2 结果与分析

2.1 崂山森林群落总体评价结果

经统计，50个样地评价得分的平均值为0.578，最高分为0.829，最低分仅为0.213，样地间差异较大(表4)。根据崂山森林群落的实际情况和评价得分结果，可将50个样地划分为4个评价等级(表5)，其中属于等级Ⅰ的有4个样地，占总数的8%，属于等级Ⅱ的有23个样地，占总数的46%，属于等级Ⅲ的有11个样地，占总数的22%，属于等级Ⅳ的有12个样地，占总数的24%。

表4 样地评价得分

表5 崂山森林群落评价等级划分

总体来看，得分>0.8的32、35、37、46号样地不但物种多样性相对丰富，组成结构也接近天然异龄林，群落活力较高，而且具有很好的观赏性。32号样地为多种共优势群落，优势种为麻栎、山樱花(Cerasusserrulata)、野茉莉(Styraxjaponicus)、黄连木，优势度分别为24.6%、18.1%、12.5%、11.2%，伴生种为辽东桤木(Alnushirsuta)、黑松(Pinusthunbergii)、赤松等；35号样地优势种为麻栎，优势度为55.4%，伴生种为野茉莉、黄连木、梧桐(Firmianaplatanifolia)等；37号样地优势种为麻栎，优势度为68.4%，伴生种为黄连木(Pistaciachinensis)、白木乌桕(Neoshirakiajaponica)、华山矾(Symplocoschinensis)等；46号样地也为多种共优势群落，优势种为元宝枫(Acertruncatum)、麻栎、盐肤木(Rhuschinensis)和赤松，优势度分别为40.0%、14.1%、12.0%和11.2%，伴生种为山樱花、山合欢(Albiziakalkora)、华北落叶松(Larixprincipis-rupprechtii)等。得分<0.4分的样地均为由外来树种形成的先锋群落，主要为黑松、刺槐(Robiniapseudoacacia)纯林或两者的混交林，具有物种多样性低、组成结构单一、观赏性较差的特点。

2.2 崂山不同群落类型评价结果

根据乔木层、灌木层、草本层各层主要物种(出现频度>5%)的重要值矩阵，崂山森林群落可划分为不同的群落类型，根据轮廓宽度计算结果，50个样地可分为10个群落类型(图2)。从不同群落的评价得分看，得分最低的为黑松群落(Ⅰ)、刺槐群落(Ⅱ)，均值分别为0.354和0.454，其他群落类型的得分均值都大于0.6。得分最高的为麻栎+元宝枫群落(Ⅳ)，均值为0.785，该类型群落不仅自然度高，且具有很好的观赏性；其次为辽东桤木+山樱花群落(Ⅸ)、华北落叶松群落(Ⅶ)，得分均值分别为0.731和0.710。从图3可知，麻栎+元宝枫群落的得分组内差距最小，所有样地得分均大于0.7，而黑松群落、刺槐群落的得分组内差距较大，黑松群落最高分为0.604，最低分仅为0.231，刺槐群落最高分为0.671，最低分仅为0.213。

图2 崂山植物群落50个样地的Ward聚类分析

表6 崂山森林群落类型

图3 不同群落类型评价得分

3 结论与讨论

崂山森林公园是青岛市最著名的旅游风景区之一，兼具改善区域生态环境、保护生物多样性和为游人提供优美的植物景观等多重功能。为更好地实现以上功能，需要营建具有一定观赏价值、适应当地气候条件、可持续发展的近自然植物群落。因此，本文根据崂山的地形复杂、小环境多样、群落类型复杂等特点，在前人研究的基础上，从近自然度和观赏性两个方面出发，构建了崂山森林群落近自然景观评价指标体系，以评价结果作为崂山森林群落近自然经营的重要依据。

根据最终的评价得分，50个样地可划分为4个等级，基本反映了森林群落演替的不同阶段。在得分最低的先锋林阶段，群落组成和结构单一、活力较差，四季变化丰富度等景观要素也较差，但随着演替进程的发展，群落组成结构逐渐复杂化，观赏性也得到增强，近自然景观评价得分逐渐上升。经统计分析，崂山不同样地评价得分差距较大，最高分为0.829，最低分仅为0.213。总体来看，大部分样地得分大于0.6，说明经过长时间封山育林，崂山森林群落的总体近自然度和观赏性均较好。其中，得分最低的样地主要是位于低海拔地区的人工林，其原始植被的人为破坏十分严重，破坏时间长，原有群落很难自我恢复，目前仍然是外来树种黑松和刺槐占优势地位；得分最高的样地主要是位于太清宫(35、37号样地)、上清宫(32号样地)等古老道观附近的近原始林，由于人为干扰很少，已具备顶级植物群落的组成结构特征。通过模拟崂山近自然景观评价较高的群落，结合植物的观赏价值和层次搭配，可以构建5种不同的群落配置模式，这些模式是青岛市园林绿地人工林近自然经营的良好范本。

(1) 模式Ⅰ：“麻栎+元宝枫—郁李+三裂绣线菊—青岛薹草+求米草”群丛。乔木伴生种可选择野茉莉，灌木伴生种可选择三桠乌药(Linderaobtusiloba)，草本伴生种可选择糙苏(Phlomisumbrosa)、大油芒(Spodiopogonsibiricus)等。该模式适应性较强，较耐寒抗旱，但不耐水湿，喜光也耐阴，从阴坡到阳坡均可生长，适宜应用于海拔300 m以下区域。春季郁李、三裂绣线菊、野茉莉依次盛开粉色和白色繁花，观赏性很高；夏季是糙苏和大油芒的花期，两者均为适应力很强的观赏草；秋季则可观赏元宝枫的红叶。

(2) 模式Ⅱ：“赤松+山合欢—卫矛+三裂绣线菊—求米草+唐松草(Thalictrumaquilegifolium)”群丛。乔木伴生种可选择山樱花、山胡椒(Linderaglauca)，灌木伴生种可选择郁李、菝葜(Smilaxchina)，草本伴生种可选择吉祥草(Reineckiacarnea)等。该模式群丛适应性很强，所有植物种均耐干旱贫瘠，喜阳也稍耐阴，在海拔600 m以下地区均生长良好。该模式以常绿植物为底色，四季均有较高的观赏性。春季山樱花、山合欢依次开花，色彩主要以粉色系为主，充满浪漫风情；秋季的卫矛既可观叶，也可观果；冬季赤松的红色枝干也具有观赏价值。

(3) 模式Ⅲ：“梧桐+楸树+黄连木—山楂叶悬钩子+野蔷薇—络石+求米草”群丛。乔木伴生种可选择臭椿(Ailanthusaltissima)、桑树(Morusalba)，灌木伴生种可选择牡荆(Vitexnegundo)，草本伴生种可选择日本蹄盖蕨(Athyriumniponicum)。该模式对环境要求较高，喜温暖湿润气候，耐寒性不强，喜肥沃、湿润、深厚而排水良好的土壤，不耐旱，适宜栽种于阳坡或半阳坡，适宜应用于海拔100 m以下区域。楸树、梧桐、黄连木都是树形良好的园林观赏植物，栽种时不要过密以便于观赏其优美的枝叶。春季楸树、野蔷薇依次盛开粉色花朵；夏季梧桐可观花，桑树可观果；秋季黄连木可观黄叶和红果。

(4) 模式Ⅳ：“日本落叶松+水榆花楸—三桠乌药+山楂叶悬钩子—牛尾菜+藜芦(Veratrumnigrum)”群丛。乔木伴生种可选择枫杨(Pterocaryastenoptera)、北枳椇(Hoveniadulcis)、君迁子(Diospyroslotus)，灌木伴生种可选择郁李，草本伴生种可选择崂山百合(Liliumtsingtauense)。该模式喜肥沃湿润的土壤，宜栽植于湿润的河滩、沟谷两侧等排水良好的区域，喜光也稍耐阴，可栽种于半阴坡或阳坡，适宜应用于海拔300 m以上区域。春季三桠乌药、水榆花楸花朵繁茂，缀满枝头；夏季崂山百合、藜芦争相开放，花叶皆具观赏性，水榆花楸的红色浆果鲜艳夺目；秋季日本落叶松、三桠乌药和水榆花楸的叶色分别变为金黄色和猩红色，可形成观赏性极高的风景林。其中，崂山百合(又称青岛百合)作为青岛地区特有的植物种，观赏价值很高，值得在园林绿化中推广应用。

(5) 模式Ⅴ：“华北落叶松+辽东桤木—华山矾+山胡椒—牛尾菜+崂山百合”群丛。乔木伴生种可选择山樱花、榉树，灌木伴生种可选择金银花、木通，草本伴生种可选择唐松草等。该模式喜肥沃湿润的土壤，耐寒但不抗旱，喜光稍耐阴，适宜栽种于半阴坡或阳坡，适宜应用于海拔300 m以上区域。春季山樱花可观花；夏季崂山百合、唐松草亦可观花；秋季华北落叶松可观黄叶，同时山胡椒可观果。

由Ward数量分类可知，崂山森林群落的组成类型十分丰富，不同群落类型评价得分差距较大，其中，黑松群落、刺槐群落大部分样地的评分明显低于其他群落类型，应该作为近自然化改造的主要目标。另外，部分麻栎群落、榉树群落评分也较低，可根据样地各评价指标的具体分值，采取适当改造措施以促进近自然化发展。从组内评分差距来看，黑松群落、刺槐群落和麻栎群落的组内评分差距较大，对得分低的样地的改造可以参考得分高的样地的结构特征来进行。