风景林植物群落质量的综合评价

风景林植物群落质量的综合评价¹王菁黎1,罗菊春2(11厦门大学生命科学学院,福建厦门361009;21北京林业大学,北京100083)摘要:文中在分析了国内外风景林资源质量评价研究状况的基础上,认为从充分发挥风景林植物群落各项功能的角度考虑,以往的研究只注重植物群落美化作用的评价是远远不够的,而应从森林植物群落的美化作用、生态效能和保健功能3个方面对森林植物群落进行综合、全面的评价1为此,文中采用数量化理论)))I 、层次分析法和综合性评估公式从植物群落的美化作用、生态效能、保健功能三个角度建立一种综合性评价模式,并在北京地区森林公园、风景区和自然保护区中选取了40个典型的植物群落应用此模式进行评价,研究发现具有复层结构的混交林的综合性得分值普遍较高,并在此基础上分析总结出营建、改造风景林的一定措施和规律1关键词:综合性评价;森林植物群落;美化作用;生态作用;保健作用中图分类号:S75919 文献标识码:A 文章编号:1001-389X (2004)04-0379-06The Synthetical Assessmentof Q uality of Landscape Forest CommunityWANG Jing -li 1,LUO Ju -chun2(11T he Life Sci ence College,Xiamen University,Xi amen 361009,C hi na;21Beiji ng Forestry University,Beijing 100083,China)Abstract:L andscape forest co mmunit y should be synthetically evaluated on three sides of beautification,ecological function,health care function but not be evaluated only on beautification accor ding to status of quality ev aluation of landscape forest in the wo rld.A kind of synthetical evaluat ion pattern on the three function w as established w ith quantification theor y Ñ,str atification analysis method and synthetical evaluation formulae in t his paper 140typical plant communities w er e evaluated w ith the sy nthet ic ev aluation patter n from forest parks,landscape ar ea and nature reserves o f Beijing.T he r esult show ed t he mix ed for est w ith more than one layer has high synthetical score 1Based on the result,the measures of constructing and refor ming landscape forest were put forward.Key words:synthetical analysis;forest community;beautification function;ecological funct ion;health function近年来,国内外关于森林风景资源质量评价的研究已有了较大的发展,国外主要是采用3种方法,既:描述因子法(Descriptive Inventories)、调查问卷法(Surveys and Questionnaires)、审美态度测定法(Per -ceptual Preference Assessment)又称心理物理学方法[1]1迄今为止,心理物理学方法已建立较为成熟的森林景观评价模型,关于森林群落美化作用部分的评价即是以此方法为理论基础1国内在定量评价森林风景资源质量方面也有较深入的研究1如李世冬采用数量化理论-I 和层次分析法即AHPQ-I 法对张家界国家森林公园风景质量进行定量评价[2];李春阳等人利用多元线性回归模型分析帽儿山景观质量与各景观要素之间的关系[3];诸如此类,不胜枚举1前人大量细致而广泛的研究为森林公园的风景质量由定性评价到定量评价开阔了途径1但迄今为止大部分的评价工作都是以森林公园或风景区整体为对象进行的评价,很少有以森林风景资源的基本结构单位(风景林植物群落)为对象进行的质量评价研究1即使有也主要侧重于评价风景林植物群落的视觉质量评价如陈鑫峰利用心理物理学派的理论方法及多元数量化理论)))Ñ建立京西山森林景观美景评价模型[4]1以森林公园、风景区、自然保护区内的森林植物群落为研究对象,从森林植物群落的美化作用、生态效能、保健功能三个方面对其进行评价1其研究的目的在于:1)从充分发挥森林植物群落各项功能的角度¹作者简介:王菁黎(1979-),女,山东龙口人,硕士研究生,从事植物生态学研究;通讯作者:罗菊春(1937-),男,湖南隆回人,教授,博士生导师,从事森林生态学、森林保护生物学、森林调查规划设计研究1收稿日期:2004-06-28;修回日期:2004-09-021福建林学院学报 2004,24(4):379~384Jour nal of Fujian College of Forestr y出发,有别于以往的纯视觉质量评价,尝试对森林植物群落建立一种综合性评价的模式1为今后的有关森林方面的评价提供更为广阔的思路和方法12)在对所选取的植物群落进行评价后,总结出一定的可以充分发挥森林植物群落各项功能(包括美化作用、生态效能、保健功能)的配置方式,从而从更为广阔的视角为植物群落配置、植物造景、植物设计等领域提供一定的思路和方法11 综合评价模式的建立111 评价因子的确定11111 综合评价模式中美化作用评价因子的确定 风景林植物群落美化作用的评价因子通过数量化理论)I 的方法确定11)将风景林植物群落进行分解得到风景要素,称之为初级评价因子(模型自变量),并确定各个初级评价因子下的不同水平12)通过现场评判或室内评判的方法获得评判者对风景林植物群落的评判值,然后鉴于个体间审美尺度的差异,对评判值进行标准化,本项工作采用传统的标准化方法1此评判值的标准化值可称为视觉质量标准化值,作为模型因变量13)利用数量化理论)I 建立风景林植物群落的视觉质量评价模型,若在定性的说明变量中存在h 个定量变量时Y =r mj=1r rjk=1D i (jk )b jk +r hu =1b u X i (u )+E i(1)式中,E i 代表随机误差,b jk 代表仅依赖于j 项目k 类目的常数系数1在建模过程中可以删去与因变量相关性不显著的自变量,从而得到综合评价中风景林植物群落美化作用的评价因子111112 生态效能和保健功能评价因子的确定 生态效能和保健功能的评价因子及评价因子的不同水平是通过分析整理大量的资料和已有的数据同时考虑评价对象的具体情况筛选出1112 权重的确定采用层次分析法(Analytical Hierarchy Process,简称AHP)确定权重111211 建立层次结构 综合评价指标体系分为目标层(A)、要素层(B)、指标层(C)等层次结构111212 构造判断矩阵 判断矩阵元素的值反映了人们对各因素相对重要性的认识1一般用1~9极其倒数的标度方法,即1、3、5、7、9分别表示2个因素相比,一个因素与另一个因素同样重要、稍微重要、明显重要、强烈重要、极端重要,2、4、6、8分别表示1和3,3和5,5和7,7和9的中值1按照上述层次结构关系,通过专家进行判断比较,分别构成A-B 、B 1-C 、B 2-C 、B 3-C 判断矩阵111213 层次单排序及其一致性检验 然后用和积法计算出各矩阵的最大特征根K max 及其相应的特征向量W ,并用CI =CR /RI 进行一致性检验11)将判断矩阵每一列进行正规化,即b ij =b ij (r nk=1b ij );i,j =1,2,,,n (2)2)每一列经正规化后的判断矩阵按行相加,即W i =r n j =1b ij ;i,j =1,2,,,n (3)3)对向量W =[W 1,W 2,,,W n ]T 正规化,即W i =W ir ni=1W j;i,j =1,2,,,n(4)所得到W =[W 1,W 2,,,W n ]T即为所求特征向量14)计算判断矩阵最大特征根K m ax K max =r ni =1(A W )in W i(5)式中,A 为第i 个元素值,n 为矩阵阶数,W 为向量15)检验判断矩阵的一致性CI =K max -n n -1,CR =CI RI(6)380福 建 林 学 院 学 报第24卷式中,CI 为一致性指标,n 为矩阵阶数,RI 为平均随机一致性指标,CR 为随机一致性指标1当CR <0110时,则判断矩阵有满意的一致性;否则,重新判断,直至满意111214 层次总排序及其一致性检验 层次总排序就是计算最后一层对于第一层的相对重要性排序,实际上是层次单排序的加权组合1得到风景林植物群落综合性评价的各个评价因子的权重值1并进行一致性检验1113 综合评价分值的确定通过景观综合评价指数法得出1景观综合评价指数法,即:B =r F i X i式中,B 表示某植物群落综合评价指数,X i 表示某评价因子的权重值,F i 表示某群落在某评价因子下的得分值1在本项研究工作中,确定各个风景林植物群落的评价因子的水平值,将此值与评价因子的权重值相乘,即得到各个风景林植物群落的综合评分值1最后利用公式CEI =S/S 0@100%确定风景林植物群落的等级1其中:CEI -综合评价指数;S -评价分数值;S 0-理想值(取每一个因子的最高级别与权重相乘叠加而得)1CEI 作为分级的依据,并以差值百分比分级法划分为Ñ、Ò、Ó、Ô级12 综合评价方法的应用在北京市的百花山自然保护区、鹫峰森林公园、妙峰山风景名胜区、香山公园、紫竹院、通州生态公园进行本项评价工作1为了计算的需要,还添加了若干个散点,总共调查、评价了40个风景林植物群落1211 植物群落美化作用评价因子的确定1)首先在各个风景林植物群落进行样地调查12)确定评判的反应尺度,把反应尺度定为7分制,即3,2,1,0,-1,-2,-3分别代表极漂亮,很漂亮,漂亮,一般,难看,很难看,极难看13)通过评判者对40个植物群落进行室内评判14)对得到的评判结果进行标准化计算得到40个植物群落视觉质量标准化值(即评价模型的因变量)15)根据实际调查的数据,同时参考专家的意见,总结出风景林植物群落的构成要素即各项初级评价因子(项目)及其不同水平(类目),即获得视觉质量评价模型的自变量,如表1所示16)在确定各植物群落所对应的评价因子水平值以后,利用唐守正编制的/多元数量化模型)0程序Forstar 建立视觉质量评价模型,同时根据初级评价因子的偏相关系数选择对植物群落视觉质量相关性大的评价因子,并分析评价因子的不同水平对植物群落视觉质量的影响1表1 森林植物群落视觉质量初级评价因子Table 1 T he evaluation factors of vision quality in fores t com munity初级评价因子类 目123411树皮颜色深色浅色深浅结合 21叶色对比不明显对比明显一种颜色 31树干形态较通直较弯曲二者对比明显 41枯落物数量较多均匀分布数量较少散乱分布几乎无 51林分层次结构4~5层3层2层61树种组成优势种比例大于85%优势种比例50%~80%优势种不明显 71林分郁闭度<0.20.3~016>016 81树干分布方式行状规则式散生不规则式散生 91地被物总盖度>80%50%~80%<50%几乎无地被 101灌木总覆盖度>80%50%~80%<50%几乎无灌木111林下植物统一度不统一较统一统一注:初级评价因子:121灌木平均高度;131乔木平均胸径;141乔木平均枝下高;151乔木平均高4项为定量因子1分析结果如表2所示,1号树皮颜色评价因子的F 值217823大于P 值011052,所以否定原假设,即1号评价因子对植物群落的视觉质量有显著影响1同理,3号树干形态、4号枯落物、6号树种组成、7号林分郁闭度、12号灌木平均高、15号乔木平均高评价因子对植物群落的视觉质量有显著影响1同时从表3可以分析出不同评价因子的不同水平是如何影响植物群落的视觉质量的1从/树皮颜色0381第4期 王菁黎等:风景林植物群落质量综合评价研究382福建林学院学报第24卷来看,当深浅结合的时候植物群落的视觉质量最好1从/树干形态0上来看,较弯曲和较通直的树干形态效果最好,从/枯落物0上来看,几乎无枯落物的时候分值最高1从/树种组成0来看,优势种的比例为50%~80%时视觉质量最高,从/林分郁闭度0来看,郁闭度013~016时,植物群落的视觉质量高1通过以上的计算和分析可以得到风景林植物群落美化作用最终的评价因子和水平值如表4所示1表2评价因子运算结果T able2T he operati on resul ts of evaluati on factors评价因子平方和自由度偏相关系数F值P评价因子平方和自由度偏相关系数F值P 1113462016730217823011190129793010993014105017487 20115220107610131450174100140873011362015633016504 31183120191533178410106110108032010402011661018491 40152720126371109010137120169141016914218583011190 5011420107000128930175130100051010005010021019643 60143420121720189790144140103291010329011359017194 70184520142271174760122150129491012949112192012931 80116420108210133950172表3类目(不同水平)得分表T able3The grades of the different levels评价因子组类目系数标准差评价因子组类目系数标准差110796218997树种组成2-110530112085树皮颜色3-0137301133613010113018993 1-0165401131161020林分郁闭度2017138019111树干形态31100181102583014760019521 1-0103101134751020灌木平均高-013820014044枯落物3-011740110520乔木平均高-010*********212生态效能及保健功能评价因子的确定森林植物群落生态效能的发挥是一个长期的不断发展变化的过程,因而确定的生态效能评价因子及不同水平值如表4所示1植物群落对人体的保健主要表现在生理和心理上1因而确定的保健功能评价因子及其不同水平值如表4所示1213确定植物群落各评价因子权重值并进行检验21311层次单排序结果及一致性检验B层对A层的单排序即风景林植物群落的美化作用、生态效能、保健功能相对于综合评价分值而言,三者的权重值分别是012684、016144、011172,CR值为010714,小于011,符合满足一致性,排序结果得到认同1C层对B层的单排序结果及一致性检验为表5121312层次总排序结果及一致性检验由表5、表6可知,评价因子的单排序结果和总排序结果的CR 值都小于等于011,均符合满足一致性,排序结果即各项评价因子的权重值可得到认同1214确定各个群落的综合得分值利用综合性评估公式计算出各个风景林植物群落的综合得分值并根据CEI分出评价等级1表4 风景林植物群落综合评价体系[5,6]T able 4 The synthetical evaluation system of forest community评价因子等 级 含 义树皮颜色深浅结合(15分);深色(10分);浅色(5分)树干形态弯曲和通直对比明显(15分);较通直(10分);较弯曲(5分)枯 落 物几乎无(15分);数量较多均匀分布(10分);数量较少散乱分布(5分)树种组成优势种比例50%~80%(15分);优势种不明显(10分);优势种比例大于85%(5分)郁 闭 度0.3~016(15分);>016(10分);<0.2(5分)灌木平均高>115m (10分);015~115m (15分)乔木平均高5~10m (10分);10~20m (15分)群落稳定性11复杂的异龄结构,龄级3个以上;有明显的优势种及多个伴生种;乔木具有主林层、更新层、演替 层,群落具有灌木层、活地被物层;更新幼苗幼数大于3000株/hm 2(15分);21异龄林,有伴生种;乔灌草只有3~4层;更新幼苗幼树数1000~3000株/hm 2(10分);31单优结构,同龄林;群落只有1~3层;更新幼苗数为1000株/hm 2(5分)群 落 对环境的影响11平均树高为16m 以上,平均直径20cm 以上,林郁闭度018以上,树龄处于中、近熟阶段(15分);21林木平均树高8~16m,平均直径10~20cm,郁闭度014~018,树龄处于成熟与过熟阶段(10分);31林木低矮、稀疏,平均树高为4~12m,平均直径为4~10cm,郁闭度<013,是中幼龄林(5分)资源利用效率11郁闭度>016,但灌木层与草本层的盖度仍在013以上(15分);21郁闭度013~016;灌木层与草本层的盖度均在015以上,或二者中一层>016或<013(10分);31郁闭度<013;灌木层与草本层盖度均在013以上;或者一层>016,另一层<013(5分)面积适宜性11有效面积适宜>1hm 2,足以保持生态系统的结构功能及物种多样性(15分);21有效面积较适宜015~1hm 2,基本保持生态系统的结构功能及物种多样性(10分);31有效面积较小<015hm 2,不易保持生态系统的结构功能及物种多样性(5分)植 物 种多样性 11高等植物种树在热带与亚热带地区达400种以上,在温带为80种以上(15分);21高等植物种树在热带与亚热带地区达200~400种,在温带为40~80种(10分);31高等植物种树在热带与亚热带地区为200种以下,在温带小于40种(5分)负氧离子浓度 11空气质量评价指数CI>019,负离子个数>2000个/cm 3,对多种疾病有辅助治疗作用(15分);21空气质量评价指数CI 在017~019,负离子个数为1000~2000个/cm 3有益于人体健康(10分);31空气质量评价指数CI 在015~017,负离子个数为1000~700个/cm 3无益于人体健康(5分)绿色在人的视野中所占比重 11绿色在人的视野中达到50%以上时,可以消除眼睛和心理的疲劳,使人的精神和心理最舒适(15分);21绿色在人的视野中为25%~50%时,感觉较为舒适(10分);31绿色在人的视野中小于25%时,感觉不舒适(5分)噪 声11群落宽度>50m 降低噪音26~43dB (15分);21群落宽度40m 降低噪音10~15dB (10分);31群落宽度30m 降低噪音5~10dB (5分)空气含菌量11森林植物分泌大量萜烯类杀菌素及精气,空气含菌量为<900个/m 3(15分);21空气含菌量为900~1500个/m 3,空气质量较高(10分);31空气含菌量为>1500个/m,空气质量一般(5分)表5 C 1、C 2、C 3层对B 层的单排序结果Table 5 T he result of si ngle taxis about Level C 1、C 2、C 3to Level B视觉质量单层权重值CR 生态效能单层权重值CR 保健功能单层权重值CR 树皮颜色011946010031林分稳定性01254801026负离子浓度01483201005树干形态013864林分对环境影响014639绿色在人的视野中所占的比重 010882枯 落 物010507资源利用效率011083空气含菌量012717树种组成010507面积适宜性010645降低的噪音分贝数011569林分郁闭度010832植物种多样性011083灌木平均高011837383第4期 王菁黎等:风景林植物群落质量综合评价研究384福建林学院学报第24卷表6评价因子总权重值及一致性检验Table6Th e gen eral proportion of evaluation factors and the test of consi stency评价因子视觉质量(权重)评价因子生态效能(权重)评价因子保健功能(权重)树皮颜色010722林分稳定性011766负氧离子浓度010766树干形态010951林分对环境的影响011282绿色在人的视野种所占的比重010626枯落物010396资源利用效率010771空气含菌量010440树种组成010226面积适宜性010270降低的噪音分贝数010626林分郁闭度010242植物种多样性010270灌木平均高010353乔木平均高010293CR0100080101590100063结果分析根据评价结果,Ñ级景观如zz1,zz3等大都是植物群落具有复层结构且是多树种的混交林1由评价结果可以看出,纯阔叶林的得分值都不高,主要原因是纯林群落结构单一,自身稳定性差,但daxing5号的刺槐纯林不仅综合得分值高于dax ing4号的毛白杨纯林,而且美化作用的标准化值得分也较高,这是因为刺槐具有根瘤,有改善土壤的功能,因而林下充盈着生长旺盛的各种灌木和小乔木及草本植物,形成了垂直郁闭型的植物群落结构,结果其综合得分值就高于了层次结构简单的毛白杨纯林,这说明多层次的植物群落结构在全面发挥植物群落的美化作用、生态效能及保健功能上占有优势1要更好的发挥落叶阔叶树种的各种功能尤其是生态效能,最好的方法是营造混交林,在本文评价结果中,tongzhou1号的毛白杨和刺槐的混交林的得分值高于fangshan3号、dax ing5号的纯刺槐林,更高于dax ing1号、dax ing3号的纯杨树林1毛白杨与刺槐混交,可以充分发挥刺槐的有利特性,提早幼林郁闭,提高林地土壤肥力,加速林木生长1尽管针叶植物杀菌、滞尘能力较强,而且由于曲率半径较小,具有/尖端0放电的效果,而使空气中的负氧离子浓度较高,但是其综合评分值并不高1主要是由于纯针叶林林下草本植物、灌木都不发达,从而形成很多弊端1因而要提高其综合分值最好的方法是将针叶纯林改造为混交林1改造成混交林能较大程度地提高生物多样性,以使得这类景观的抗性和稳定性增强1如可以和橡栎类树种作带状或块状混交1另外在低山地区,油松与侧柏的混交效果较好,可提高林分稳定性,提高病虫害,油松侧方遮荫对侧柏生长有利1如jf3号群落的评价值会明显的高于其他油松或侧柏纯林1从评价结果中可以看出郁闭度大的植物群落综合得分值都较低,如dax ing41这是因为风景林郁闭度大必然导致了可及性差,而且较高的植物群落的密度不利于迅速形成乔)灌)草的复层结构,从而使植物群落的美化作用和生态效能降低1另外,植物群落郁闭度过大,容易形成阴湿的环境,从而滋养细菌,降低植物群落的对人体的保健效能1同样郁闭度过小的群落,综合评分值也不高,如tongzhou3-71参考文献:[1]俞孔坚1风景资源评价的主要学派和方法[M]1北京:青年风景师(文集)城市设计情报资料,1988131-411[2]李世东1张家界国家森林公园风景质量评价[J]1南京林业大学学报,1993,17(4):43-471[3]李春阳1帽儿山森林景观质量评价[J]1东北林业大学学报,1991,19(6):91-951[4]陈鑫峰,贾黎明1京西山区森林林内景观评价研究[J]1林业科学,2003,39(4):59-661[5]赵惠勋,周晓峰,王义弘,等1森林质量评价标准和评价指标[J]1东北林业大学学报,2000(5):58-611[6]但心球1森林公园的疗养保健功能及在规划中的应用[J]1中南林业调查规划,1994(1):54-571(责任编校:卢凤美)。