北京园林绿地常见群落结构及其与绿量的相关性分析

郭 芮，秦 仲，李 扬，李湛东*(1.北京林业大学 园林学院，北京 10008； 2.城乡生态环境北京实验室，北京 10008；.北京市林业种子苗木管理总站，北京 10008)

北京园林绿地常见群落结构及其与绿量的相关性分析

郭 芮1,2，秦 仲1,2，李 扬3，李湛东1,2*
(1.北京林业大学 园林学院，北京 100083； 2.城乡生态环境北京实验室，北京 100083；3.北京市林业种子苗木管理总站，北京 100083)

为找出群落结构与绿量之间的联系，探求提高园林绿地群落绿量的途径，选取北京市10个公园绿地共324个植物群落进行调查，于2015年夏季测量群落绿量。从乔木层和灌木层及针阔叶组成情况对群落结构进行分类，将群落结构与绿量进行相关性分析。结果表明：在北京市公园绿地群落中，以乔木层为针阔叶混交、灌木层为阔叶树种的结构类型最为常见，占调查样本总数的58.33%。这类群落的针阔叶植物数量比集中分布在1∶9～1∶3，针阔叶植物盖度比集中分布在1∶5～1∶1.6。该类群落的绿量与针叶乔木盖度、阔叶乔木盖度之间呈极显著正相关关系。通过计算得出了这类群落绿量的多元回归方程：y=1.448x1+0.629x2+0.446x3+1.400,x1为针叶乔木盖度，x2为阔叶乔木盖度，x3为阔叶灌木盖度。

群落结构； 绿量； 植物群落； 园林绿地； 北京市

近年来，我国的城市环境日益恶化，雾霾沙尘天气时有发生，城市环境质量受到广泛关注。城市生态环境的破坏已成为影响城市经济发展，阻碍城市居民生活质量进一步提高的潜在因素。如何在有限的绿地空间中创造更大的生态效益，已成为改善城市生态环境的关键课题。

植物发挥生态作用、调节周围小气候的主要功能载体是绿叶。群落是绿地的基本组成单位，针叶和阔叶树的组成情况对群落结构具有重要影响[1]。不同的群落结构与配置方式绿量大小也会不同，这会直接影响到群落的生态效益[2-4]。绿量是连接园林设计与园林生态结构的纽带，探求群落结构与绿量之间的关系可以对园林的设计和建设提供新的指导规范。

美国、加拿大等外国学者及国内学者在遥感尺度对森林绿量的影响因素及影响规律方面提供了研究思路和方法，他们将森林群落视为一个整体，利用遥感光谱等方法由单位面积的绿量推算整个区域的森林绿量及林冠开阔度等[5-8]。也有国内学者利用遥感方法对城市绿量进行测算，并总结了不同绿地类型单位面积的三维绿量值[9-11]。然而这种方法并不适用于对城市园林群落的绿量测算，园林群落尺度较小，内部结构较为复杂，要测算绿量必须考虑到其群落结构的差异。也有学者对单株绿量进行了研究，构建了单株植物绿量与其胸径、冠高、冠幅等的回归方程[12-14]。这些研究将绿地中的单株参数与绿量的关系作为研究重点，对群落结构和绿量之间的相关性研究较少。在群落层面，有学者对城市公园进行研究发现，植物群落绿量与群落优势种平均胸径具有极显著相关性，与优势种平均高度、平均冠幅有显著相关性[15-16]。群落结构所包含的植株数量、乔灌木数量比、盖度比等参数是影响园林群落绿量的重要因子，它们对绿量的贡献各有不同，应对其做进一步的研究[17]。本研究通过调查选出北京园林绿地中最常见的群落结构类型，探求该类型群落针阔叶数量比和盖度比这2个指标与绿量之间的关系，以期找出提高绿地群落绿量的有效方法，为提高北京市公园绿地生态效益，优化植物配植模式提供新的参考。

1 材料和方法

1.1 研究地概况

北京位于东经115.7°～117.4°、北纬39.4°～41.6°，为典型的北温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温11.8 ℃，年平均降水量为638.8 mm。北京市总面积为16 410.54 km2，其中五环以内面积为652.2 km2[18]。根据北京市园林绿化局资料，截至2008年底，全市共有180个注册公园，其中城六区的注册公园共105个，城六区公园绿地面积共55 657 400 m2。其公园绿地类型多样，包括历史名园、郊野公园、游乐公园、植物园等。

1.2 调查内容

为了使调查具有普遍性，选取了北京市内10个公园进行群落调查。这些公园主要包括北京植物园、奥林匹克森林公园、中山公园、皇城根遗址公园、菖蒲河公园、东单公园、海淀公园、紫竹院、玉渊潭公园、北海公园。

本研究以群落木本层为主，共计调查324个植物群落(表1)。在调研公园选取生长状况良好、相对稳定、具有不同针叶阔叶比的植物群落，设置10 m×10 m的群落样方。这些群落主要分布在2级园路周围，均为人工群落，具有较好的景观特性。

表1 北京市10个公园绿地植物群落调查统计

调查中对群落的树种组成进行记录，调查内容主要包括：植物名称、叶型(针叶、阔叶)、生活型(乔木、灌木)、单株情况(树高、胸径、冠幅等)、不同树种类型的盖度和数量等。本研究将群落的叶面积指数等同于群落绿量的概念，在调查的基础上，用CI-110冠层分析仪测量后期选定群落的木本层绿量值，每个群落重复3次。试验时间为2015年6—8月，即群落一年中绿量最大时进行研究。

1.3 分析方法

对所调查群落按乔木层、灌木层以及针叶树、阔叶树进行分类，选出应用数量最多的群落类型。定义灌木为株高3.5 m以下，丛生且无明显主干的木本植物；乔木为树高3.5 m以上，由根部发生独立的主干，树干和树冠有明显区分的木本植物。测量群落中的针叶树盖度和阔叶树盖度，计算不同群落样方中的针阔数量比(针叶树株数/阔叶树株数)和针阔盖度比(针叶树总盖度/阔叶树总盖度)，统计其比例范围，找出常用的配植比例区间。

1.4 数据处理

利用Excel和SPSS软件对数据进行整理和分析。

2 结果与分析

2.1 植物群落类型统计与分析

统计10个公园的324个群落样方，将群落结构划分为12种类型(表2)。由表2可以看出，以乔木层为针阔叶混交、灌木层为阔叶树种的类型最多，即类型k，共189个样本，占58.33%。在北京公园绿地群落中，该类型具有一定的代表性，所占比例较高的原因是其具有良好的景观效果，生物多样性较高，生态效益较好。

表2 植物群落结构分类统计

2.2 植物群落针阔数量比、针阔盖度比分析

在前期调查的基础上，选出符合k种结构类型的111个群落进行绿量测定并分析。计算每个群落的针阔数量比和针阔盖度比，并统计不同比例区间出现的样本频次。调查过程中可以明显地判断，除极少数情况外，群落中针叶树的数量远小于阔叶树数量。为方便统计，将比值为1.0以下的按0.2为每个区间段的分隔单位，比值为1.0～3.0的按0.5为每个区间段的分隔单位，比值大于3.0的为单独统计项。其分布情况见图1和图2。

由图1可以看出，群落样本的针阔数量比有67%分布在0～0.4(比例为1∶9～1∶3)，为大多数。针阔数量比在1.0以下的占91%，说明群落中仍是阔叶树种占大多数。由图2可以看出，针阔盖度比主要分布在0.2～0.6(比例为1∶5～1∶1.6)，占总样本数的53%。数量比和盖度比均存在一定的集中区段，说明该类型群落在配植和种植时对针阔叶配植比例有一定的考虑，群落物种丰富度较高，群落景观的季节性变化较好。

图1 植物群落针阔数量比分布

图2 植物群落针阔盖度比分布

在所研究的群落中，乔木层树种相对丰富，为群落的主体景观。乔木层结构的差异会对群落整体的生态效益和景观效果产生较大影响。采用相同方法对乔木层针阔叶比例结构进行统计分析，其分布情况见图3和图4。

图3 植物群落乔木层针阔数量比分布

由图3可以看出，乔木层的针阔数量比在不同梯度的分布都较为均匀。出现频次最高的比例范围为0.2～0.4，占17%；比例0.6～1.0的占30%；比例在0.2以下的明显减少。乔木层针阔数量比在1.0以下的占58%。说明乔木层针阔叶数量比值较为分散，阔叶树种稍多。针阔盖度比出现频次集中在0.2～0.6(比例为1∶5～3∶5)的范围，占40%(图4)。乔木层阔叶树盖度较大，可以提供较好的遮阴作用。

图4 植物群落乔木层针阔盖度比分布

2.3 植物群落结构与绿量的关系

2.3.1 针阔数量与绿量的关系 对于k类型群落，将每个群落测得的3次绿量值取平均数，记为该群落的绿量值。调查样本的绿量值范围为1.276～2.778，平均值为1.971。用SPSS软件对群落绿量和群落中植物总数量进行相关性分析，结果发现二者无显著联系。将绿量分别与针叶乔木数量、阔叶乔木数量、阔叶灌木数量做相关性分析。结果(表3)显示，针阔叶数量与绿量均不相关，原因是在单位面积内，植株数量越多则个体越小，统计结果也验证了数量与单株平均盖度之间存在显著的负相关关系。单纯地增加数量与绿量的增加并没有明显联系。且在样方范围内，某一类型(针叶树、阔叶树)数量的增加也会导致其他类型数量的减少。

表3 绿量与阔叶灌木数量、阔叶乔木数量、针叶乔木数量的相关性

注：**表示相关性极显著(P<0.01)，下同。

2.3.2 针阔盖度与绿量的关系 将群落绿量值与该群落的针叶乔木盖度、阔叶乔木盖度、阔叶灌木盖度做相关性分析(表4)，发现绿量与针叶乔木盖度的相关系数为0.371，P<0.01，相关性达极显著水平。绿量与阔叶乔木盖度的相关系数为0.220，P<0.05，具有显著相关性。另外，阔叶灌木盖度对绿量的大小有一定的影响，但两者的相关系数未达到显著水平。

表4 绿量与阔叶灌木盖度、阔叶乔木盖度、针叶乔木盖度的相关性

注：*表示相关性显著(P<0.05)。

为了建立群落结构数值与绿量之间的线性相关关系，对以上研究数据按一定步骤依次将自变量针叶乔木数量、阔叶乔木数量、阔叶灌木数量、针叶乔木盖度、阔叶乔木盖度、阔叶灌木盖度代入回归方程进行检验，选出对因变量绿量(记为y)影响最大的自变量，建立最优的回归方程。其中针叶乔木盖度(记为x1)和阔叶乔木盖度(记为x2)对应的P值均小于0.01，阔叶灌木盖度(记为x3)的P值小于0.05，说明针叶乔木盖度、阔叶乔木盖度和阔叶灌木盖度的变化对回归方程的影响显著。最终的回归结果见表5。

对回归方程影响最大的变量进行相关的偏回归系数及t检验，得出了最优的回归模型，y=1.448x1+0.629x2+0.446x3+1.400。其中针叶乔木盖度的回归系数最大，对绿量的贡献比例最高，其次是阔叶乔木盖度和阔叶灌木盖度。针叶树种单叶叶面积远小于阔叶树，但其树形较为统一，多为塔形或伞形，其枝干较为紧密，分枝点低，叶量大且叶密度高，对绿量影响较大。阔叶树树型开阔，且不同的阔叶树种之间的树型、体量、单叶叶面积和叶量差异都较大，与绿量的相关性相对较弱。阔叶灌木体量较小，树型开阔，枝叶开阔，不同树种间形态差异较大，加上可能存在人工修剪的情况，对绿量的贡献较小。

表5 多元回归及t检验

注：因变量为群落绿量。

3 结论与讨论

本试验通过对324个群落进行分析发现，北京公园绿地常用的群落结构类型(木本层)为乔木层针阔叶混交、灌木层阔叶树的配植模式。群落整体针阔数量比集中分布在0～0.4(1∶9～1∶3)的区间，盖度比集中分布在0.2～0.6(1∶5～1∶1.6)的区间。乔木层针阔数量比分布较为分散，没有比值相对集中的区间。

本试验结果表明群落结构和绿量之间存在相关性。在已知乔(针阔混交)+灌(阔叶)这一群落结构的构成和比例后，可利用得到的绿量回归方程y=1.448x1+0.629x2+0.446x3+1.400(x1为针叶乔木盖度，x2为阔叶乔木盖度，x3为阔叶灌木盖度)，估算群落的整体绿量。而这种类型在公园绿地中出现的频次有58.33%，可据此计算公园大部分区域的绿量值。在园林建设实践中，可采用适量增大单位面积上植物盖度的方法来提高绿量，其中增加针叶乔木盖度对绿量的提升效果最明显。其他类型的群落结构是否与绿量存在相关关系，需要在以后的研究中做进一步探讨。

绿量是反映植物生态效益的关键参考量，很多有关绿地生态效益的研究中都将绿量作为研究指标[19-21]。将群落结构与绿量的关系进行定量研究，能够为群落生态效益研究提供新思路，使群落结构、绿量和生态效益之间建立较好的相关性。综合考虑这些因素，可以在进行植物群落配植时更好地兼顾景观效果和生态效益。

整体看来，北京城市公园的景观配植以阔叶树为主，搭配适量的针叶乔木，体现了群落的景观季相变化。综合考虑群落的生态效益和景观特性，可适当提高针叶树种的比例，以提高群落绿量值。例如北京常见的绿量较大的针叶树有油松、雪松、桧柏等[12]。灌木层应加入一些具有良好观赏特性的树种，使群落更富有层次，同时增加群落的物种多样性，增强群落的美景度。

[1] 达良俊,杨永川,宋永昌.浙江天童国家森林公园常绿阔叶林主要组成种的种群结构及更新类型[J].植物生态学报,2004,28(3):376-384.

[2] 车生泉,宋永昌.上海城市公园绿地景观格局分析[J].上海交通大学学报(农业科学版),2002,20(4):322-327.

[3] 吴菲,李树华,刘剑.不同绿量的园林绿地对温湿度变化影响的研究[J].中国园林,2006,22(7):56-60.

[4] 武小钢,蔺银鼎,闫海冰,等.城市绿地降温增湿效应与其结构特征相关性研究[J].中国生态农业学报,2008,16(6):1469-1473.

[5] Asner G P,Scurlock J M O,HickeA J.Global synthesis of leaf area index observations:Implications for ecological and remote sensing studies[J].Global Ecology and Biogeo-graphy,2003,12(3):191-205.

[6] Masson V,Champeaux J L,Chauvin F,etal.A global database of land surface parameters at 1-km resolution in meteorological and climatemodels[J].Journal of Climate,2003,16(9):1261-1282.

[7] Goldstein A H,Hultman N E,Fracheboud J M,etal.Effects of climate variability on the carbon dioxide,water,and sensible heat fluxes above a ponderosa pine plantation in the Sierra Nevada(CA)[J].Agricultural and Forest Meteorology,2000,101(2):113-129.

[8] 陈厦,桑卫国.暖温带地区3种森林群落叶面积指数和林冠开阔度的季节动态[J].植物生态学报,2007,31(3):431-436.

[9] 周坚华.城市绿量测算模式及信息系统[J].地理学报,2001,56(1):14-23.

[10] 陈芳,周志翔,王鹏程,等.武汉钢铁公司厂区绿地绿量的定量研究[J].应用生态学报,2006,17(4):592-596.

[11] 周一凡,周坚华.绿量快速测算模式[J].生态学报,2006,26(12):4204-4211.

[12] 陈自新,苏雪痕,刘少宗,等.北京城市园林绿化生态效益的研究[J].中国园林,1998,14(1):57.

[13] Barclay H J,Goodman D.Conversion of total to projected leaf area index in conifers[J].Canadian Journal of Botany,2000,78(4):447-454.

[14] 王希群,马履一,张永福.北京地区油松、侧柏人工林叶面积指数变化规律[J].生态学杂志,2006,25(12):1486-1489.

[15] 潘桂菱,靳思佳,车生泉.城市公园植物群落结构与绿量相关性研究——以成都市为例[J].上海交通大学学报(农业科学版),2012,30(4):56-62.

[16] 芮文娟,阚丽艳,靳思佳,等.上海社区不同类型绿地植物群落结构特征与绿量相关性研究——以瑞金社区、莘城社区、方松社区为例[J].上海交通大学学报(农业科学版),2015,33(4):77-87.

[17] 赵娟娟,欧阳志云,郑华,等.北京城区公园的植物种类构成及空间结构[J].应用生态学报,2009，20(2):298-306.

[18] 孟雪松,欧阳志云,崔国发,等.北京城市生态系统植物种类构成及其分布特征[J].生态学报,2004,24(10):2200-2206.

[19] 秦仲,巴成宝,李湛东.北京市不同植物群落的降温增湿效应研究[J].生态科学,2012,31(5):567-571.

[20] 秦仲,李湛东,成仿云,等.夏季栾树群落冠层结构对其环境温湿度的调节作用[J].应用生态学报,2015,26(6):1634-1640.

[21] 晏海,王雪,董丽.华北树木群落夏季微气候特征及其对人体舒适度的影响[J].北京林业大学学报,2012,34(5):57-63.

Analysis of Common Plant Community Structure and Their Correlation with Vegetation Quantity in Urban Parks of Beijing

GUO Rui1,2，QIN Zhong1,2，LI Yang3，LI Zhandong1,2*
(1.College of Landscape Architecture,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China; 2.Beijing Laboratory of Urban and Rural Ecological Environment,Beijing 100083,China；3.Forest Seed and Seedling Center of Beijing,Beijing 100083,China)

In order to find out the relationship between the plant community structure and the vegetation quantity,and explore the way to improve the green quantity of the garden green space community,324 plant communities from 10 urban parks were selected as samples in Beijing,and the vegetation quantity were measured.The plant community were classified according to the tree layer and shrub layer as well as the coniferous tree and broadleaved tree,and the correlation between the plant community structure and vegetation quantity was studied.The results showed that the most common types of the plant community structure in urban green spaces were coniferous trees,broadleaved trees and broadleaved shrubs,accounting for 58.33% of the total number of samples.In this type of plant community structure,the ratio of quantity between coniferous and broadleaved plants were concentrated in the range of 1∶9—1∶3,and the ratio of cover degree between coniferous and broadleaved plants were concentrated in the range of 1∶5—1∶1.6.The vegetation quantity were significantly positively correlated with the coniferous tree cover degree and broadleaved tree cover degree.The multiple regression equation for the vegetation quantity(y) of this plant community structure was estimated:y=1.448x1+0.629x2+0.446x3+1.400,x1was the cover degree of coniferous tree,x2was the cover degree of broadleaved tree,x3was the cover degree of broadleaved shrub.

plant community structure； vegetation quantity； plant community； urban park； Beijing

2016-01-20

北京市科学技术委员会项目(D141100004014004，D141100004014002)

郭 芮(1990-)，女，河南开封人，在读硕士研究生，研究方向：园林生态与园林植物应用。 E-mail：gr1031@163.com

*通讯作者：李湛东(1964-)，男，河南新乡人，副教授，博士，主要从事植物生态学研究。E-mail：lizhandong@126.com

TU986

A

1004-3268(2016)06-0116-05