广州城区公园风景游憩林径级和高度级结构分布

赵 庆，许东先，杨 清，陈星澄，潘秋霞，唐洪辉

（广东省林业科学研究院 广东省森林培育与保护利用重点实验室，广东 广州 510520）

随着人们对城市自然生态功能要求的提高，单纯的园林景观已无法满足现代城市生活的需要，建立大尺度的城市森林、增强城市绿地生态功能逐渐成为众人追求的目标。风景游憩林是城市森林的一种类型，是“风景林”和“游憩林”的综合体，是同时具有观赏和游憩功能的森林，分布在自然保护地和城市绿地等地区，是可以为人们提供观赏性和综合游憩功能的森林群落[1-3]。已有大量学者以森林群落为研究对象，研究其物种组成、多样性、结构配置、种间关系等规律，从而反映城市森林群落在发育过程中的演替发展[4-6]，他们认为森林群落的径级结构和高度级结构是最基本的林分结构，能综合反映树木生长与环境的关系，是用于预测林分结构发展的重要指标[7-8]。然而，以上研究关注的热点大多在城市建成区外大面积连续分布的天然次生林或人工林[9-12]，对城市建成区范围的风景游憩林群落研究较少。本研究拟通过对广州市发展公园、华南农业大学校园和火炉山森林公园的风景游憩林群落径级和高度级结构分布格局的研究，揭示城市建成区内风景游憩林群落结构现状以及存在的问题，为广州市城市风景游憩林群落结构调整和配置优化提供理论依据。

1 研究区概况

广州市地处广东省中南部（22°26′～22°56′N，112°57～114°03′E），珠江三角洲北缘，总面积为7 434 km2，是广东省省会、国家中心城市。广州市属南亚热带海洋性季风气候，雨热充沛，干湿分明，年均气温为22.0 ℃，年均降水量 1 300～2 300 mm。

试验研究的风景游憩林样地均位于天河区，为人工营建的常绿阔叶森林群落。其中广州发展公园风景游憩林样地（23°11′N，113°30′E）位于城市 核心区；华南农业大学风景游憩林样地（23°16′N，113°35′E）位于城市次核心区；火炉山风景游憩林群落样地（23°19′N，113°39′E）位于城市近郊区。

2 研究方法

2.1 样地调查方法

采用森林群落生态学研究方法，每个样地中样方数量的选取方法参照周红敏等人的研究成果[13]， 以900 m2样方为单元分别在广州发展公园风景游憩林群落样地设置调查样方15个，华南农业大学风景游憩林群落样地设置调查样方25个，火炉山森林公园风景游憩林群落样地设置调查样方20个。所有样方的植被调查包括每木检尺记录胸径DBH ≥5.0 cm 的树种名称、胸径、树高、冠幅、活枝下高、健康状况等指标。

广州发展公园15个样方共有树种34 种，隶属于14 科26 属，树木平均胸径为33.3 cm，平均密度为141 株/hm2，其中优势树种为小叶榕、非洲楝、火焰木等；华南农业大学校园25个样方共有树种54 种，隶属于28 科45 属，树木平均胸径为21.5 cm，平均密度为220 株/hm2，其中优势树种为四季桂、阴香、麻楝等；火炉山森林公园20个样方共有树种56 种，隶属于27 科44 属，树木平均胸径为14.7 cm，平均密度为298 株/hm2，其中优势树种为红花羊蹄甲、凤凰木、美丽异木棉等。

2.2 风景游憩林径级和高度级划分

根据统计学原理，风景游憩林径级和高度级均采用按上限排外法划分[14]。5 cm ≤DBH ＜ 7 cm,为 第1 径 级，7 cm ≤DBH ＜9 cm 为 第2径级，每2cm 为1个递增单位，以此类推，当DBH ≥40 cm 时，每5 cm 为1个递增单位（除410 cm ≤DBH ＜45 cm 外）；当DBH ≥50 cm 时，50 cm ≤DBH ＜60 cm 为1个径级，60 cm ≤ DBH ＜80 cm 为1个 径 级，80 cm ≤DBH ＜ 100 cm 为1个径级，DBH ≥100 cm 为1个径级。高度级的划分方法与径级划分类似，3 m ≤H ＜ 5 m 为第1 高度级，5m ≤H ＜7 m 为第2 高度级，每2m 为1个递增单位，以此类推，当H ≥11 m 时，每3 m 为1个递增单位；当H ≥20 m 时，每4 m为1个递增单位。

2.3 指标计算方法

2.3.1 径级比重和优势度

将同一径级的所有树木视为同一物种，统计每个径级的树木数量，归一化处理后，得到每个径级所占比重；通过分析每个径级重要值的方法得出各样地风景游憩林群落径级的优势度。径级优势度计算方法参照种群重要值计算方法[15]，具体公式如下：

2.3.2 树高H 和胸径DBH

植株的胸径的增大表征着年龄的增长。树高和胸径的关系可以反映随着年龄的增长，乔木树高的变化情况，以及人为干预对森林群落发展的影响。本研究利用线性函数、对数函数、二项式函数、幂函数和指数函数等5 种模型对样地的风景游憩林的胸径—树高生长曲线进行拟合，确定最佳拟合曲线，探讨不同生态位风景游憩林的形成和生长规律。

2.3.3 高度级比重和频度

将同一高度级的所有树木视为同一物种，统计每个高度级的树木数量，归一化处理后，得到每个高度级所占比重；通过计算同一高度级的树木在全部样方中出现频率的方法得出各样地风景游憩林群落不同高度树木的分布情况。高度级指标的计算方法参照径级指标，具体公示如下：

2.3.4 高度级分布均匀度

聚集和均匀是风景游憩林分布的主要格局[16]。同一样地中，当各高度级的个体数相近时，相对高度级频度在一定程度上可反映各高度级在样地中的分布情况；然而，当各高度级的个体数存在较大差异时，相对高度级频度指标将无法准确判断各高度级的分布情况。因此，本研究尝试提出高度级分布均匀度指标来判断风景游憩林群落高度级分布情况。

高度级分布均匀度指标值在[0,0.8]范围时，判定风景游憩林中该高度级的树木分布较为分散；当高度级分布均匀度指标值在(0.8,1.2]范围时，判定风景游憩林中该高度级的树木分布较为均衡；当高度级分布均匀度指标值在(1.2,+∞)范围时，判定风景游憩林中该高度级的树木分布较为集中。

3 结果与分析

3.1 径级比重和优势度分析

广州发展公园样地风景游憩林的径级呈现不规则的“前小后大”分布格局（图1），群落构成以大、中径级乔木为主，平均密度为141 株/hm2。根据调查，5～19 cm 的径级范围个体百分比较低，而在21～33 cm 和45～80 cm 的径级范围内的个体百分比偏高，大（DBH ≥35 cm）、中（15 ≤DBH ＜35 cm）、小（5 cm ≤DBH ＜ 15 cm）径级乔木数量占比分别为33.5%，65.4%和1.1%，大径级乔木树种的主要有小叶榕（22.0%）、非洲楝（13.6%）、菠萝蜜（10.2%）、南洋楹（10.2%）等，中径级乔木树种主要有大花紫薇（13.3%）、火焰木（11.7%）、鸡冠刺桐（8.3%）、木棉（10.0%）、洋蒲桃（9.2%）等，小径级乔木树种为四季桂（36.4%）、黄金香柳（18.2%）。

图1 广州发展公园风景游憩林径级分布Fig.1 Diameter classes of the landscape-recreational forests in Guangzhou development park

根据相对优势度进一步分析表明该公园风景游憩林群落的构建以大、中径级乔木占绝对优势，小径级乔木相对优势度过低，导致大、中径级的乔木数量不能得到持续的补充，群落后期发展潜力不足，群落发展逐渐呈衰退趋势。

华南农业大学样地风景游憩林的径级结构为微双峰分布，呈现“两头高，中间低”格局，峰值在5～15 cm 的范围内（图2）。群落构成以中、小径级乔木为主，平均密度为220 株/hm2。根据调查，15～50 cm 的径级范围内个体百分比较低，而在5～15 cm 的径级范围内的个体百分比较高，大（DBH ≥35 cm）、中（15 ≤DBH ＜ 35 cm）、小（3 cm ≤DBH ＜15 cm）径级乔木数量占比分别为18.9%，29.3%和51.9%，大径级乔木树种的主要有台湾相思（12.1%）、麻楝（8.8%）、白兰（7.7%）等，中径级乔木树种主要有宫粉羊蹄甲（11.3%）、麻楝（9.2%）、香樟（9.2%）、阴香（9.2%）等，小径级乔木树种主要为四季桂（44.4%）、阴香（15.2%）、宫粉羊蹄甲（7.6%）等。

图2 华南农业大学风景游憩林径级分布Fig.2 Diameter classes of the landscape-recreational forests in South China Agricultural University

根据相对优势度进一步分析表明华南农业大学样地风景游憩林群落的构建中，小径级乔木相对优势明显，中径级乔木相对优势度低。群落处于两级分化期，小径级乔木逐渐成长，然而部分大径级树种开始衰退，未来森林景观表现不稳定，中小径级乔木的更新能力将决定群落的未来发展。

火炉山样地风景游憩林的径级结构明显单峰的分布，个体百分比随着径级的增加呈现显著的先上升后下降趋势，呈现“正偏态”格局，峰值在9～15 cm 范围内。群落构成以中、小径级乔木为主，平均密度为298 株/hm2。根据调查，径级≥ 29 cm个体百分比较低，而在7～19 cm 的径级范围内的个体百分比偏高，大（DBH ≥35 cm）、中（15 ≤DBH ＜35 cm）、小（3 cm ≤DBH ＜15 cm）径级乔木数量占比分别为2.0%，40.2%和57.8%，大径级乔木树种的主要有凤凰木（33.3%）、高山榕（20.0%）等，中径级乔木树种主要有凤凰木（20.9%）、尾叶桉（16.0%）、美丽异木棉（12.6%）等，小径级乔木树种主要为宫粉紫荆（23.8%）、银叶金合欢（14.5%）、美丽异木棉（10.6%）等。

根据相对优势度进一步分析表明该公园风景游憩林群落的构建以中、小径级乔木占绝对优势，大径级乔木相对优势度过低，且树种较少，群落处于为快速成长期，未来森林景观表现不稳定，中、小径级乔木的更新能力将决定群落的未来发展。

3.2 树高和胸径的关系分析

广州发展公园样地的风景游憩林群落树木平均密度为141 株/hm2，树高分布在3.5～19 m 的范围。乔木胸径在20～40 cm、树高在6～15 m范围内的占所有乔木总数的74.8%。处于森林群落顶层的树种胸径主要分布在20～45 cm 范围内，其主要树种为小叶榕、南洋楹、火焰木、非洲楝等速生树种。风景游憩林群落的树高-胸径之间最佳拟合函数为二项式函数，随着胸径增大，树高随之先增高后下降，出现衰退现象（图4）。

华南农业大学样地的风景游憩林群落树木平均密度为220 株/hm2，树高分布在3～19 m 之间，胸径小于40 cm、树高小于14 m 范围的乔木占所有乔木总数的63.0%。处于森林群落顶层的树种胸径主要分布在20～60 cm 范围内，主要树种为柠檬桉、台湾相思、大王椰子等速生树种。群落树高与胸径之间最佳拟合函数为对数函数，随着乔木胸径增大，树高首先出现急速上升，然后逐渐缓慢上升（图5）。

图3 火炉山风景游憩林径级分布Fig.3 Diameter classes of the landscape-recreational forests in the Huolu mountain forest park

图4 广州发展公园风景游憩林树高和胸径关系Fig.4 Height and diameter relationship of the landscape- recreational forests in Guangzhou development park

图5 华南农业大学风景游憩林树高和胸径关系Fig.5 Height and diameter relationship of the landscape- recreational forests in South China Agricultural University

火炉山样地的风景游憩林群落树木平均密度为298 株/hm2，树种高度分布在3～27 m 之间，乔木胸径小于30 cm、树高小于10 m 范围内的占所有乔木总数的84.1%。由图6 可知，在树种胸径20～30 cm 的分布区内出现了树高异常值，这主要是由于该样地内有尾叶桉这一特殊的速生树种。除了尾叶桉外，处于森林群落顶层的树种胸径主要分布在20～30 cm 范围内，主要树种为非洲楝、凤凰木、美丽异木棉、格木等。群落树高与胸径之间最佳拟合函数为幂函数，随着乔木胸径增大，树高出现缓慢上升。

图6 火炉山风景游憩林树高和胸径关系Fig.6 Height and diameter relationship of the landscape- recreational forests in Huolu mountain forest park

3.3 高度级比重、相对频度和分布均匀度分析

广州发展公园样地的风景游憩林群落高度级可分为7个层级（图7），在11～14 m 高度级范围内的比重和相对频率均最大，分别为33.5%和20.9%，在17～20 m 高度级范围内的比重和相对频率均最小，分别为2.9%和4.5%。根据高度级分布均匀度指标分析，在11～14 m 和14～17 m高度级范围的树木分布均匀度大于1.2，表明该高度级树木在所在样方内分布较为集中，在5～7 m 和9～11 m 高度级范围的树木分布均匀度在0.8～1.2 之间，表明该高度级的树木在所在样方内分布较为均匀，而其余高度级的树木分布均匀度小于0.8，表明该高度级的树木在所在样方内分布较为分散。

华南农业大学样地的风景游憩林群落高度级可分为7个层级（图8），在3～5 m 高度级范围内的比重最大为21.4%，在14～17 m 高度级范围内的相对频度最大为19.5%，在17～20 m 高度级范围内的比重和相对频率均最小，分别为1.7%和4.2%。根据分布均匀度指标分析，在3～5 m 高度级范围的树木分布均匀度大于1.2，表明该高度级树木在所在样方内分布较为集中，在5～7 m 和7～9 m 高度级范围的树木分布均匀度在0.8～1.2 之间，表明该高度级的树木在所在样方内分布较为均匀，而其余高度级的树木分布均匀度小于0.8，表明该高度级的树木在所在样方内分布较为分散。

图7 广州发展公园风景游憩林高度级分布Fig.7 Height classes of the landscape-recreational forests in Guangzhou development park

图8 华南农业大学风景游憩林径级分布Fig.8 Height classes of the landscape-recreational forests in South China Agricultural University

火炉山样地的风景游憩林群落高度级可分为7个层级（图9），在5～7 m 高度级范围内的比重和相对频度均为最大，分别为40.2%和28.2%，在24～28 m高度级范围内的比重和相对频率均最小，分别为1.9%和2.7%。根据分布均匀度指标分析，在5～7 m 和20～24 m 高度级范围的树木分布均匀度大于1.2，表明该高度级树木在所在样方内分布较为集中，在3～5 m 和7～9 m 高度级范围的树木分布均匀度在0.8～1.2 之间，表明该高度级的树木在所在样方内分布较为均匀，而其余高度级的树木分布均匀度小于0.8，表明该高度级的树木在所在样方内分布较为分散。

图9 火炉山风景游憩林径级分布Fig.9 Height classes of the landscape-recreational forests in the Huolu mountain forest park

4 讨 论

众多研究表明，森林群落树种的径级分布决定群落状态，当径级分布呈倒“J”型时，径级主要分布在较低级别，森林群落更新旺盛，其在水平方向上具有较大的发展潜力，随着林龄的增长，大径级的树木会越来越多，最终趋近于顶级群落状态；当径级结构分布呈现“两头少，中间多”的正态分布时，表明此时的森林群落相对稳定；当径级结构分布明显“前小后大”的负偏态分布时，表明此时的森林群落已呈现衰退趋势[17-20]。翟石磊等曾对广州市内帽峰山、白云山和天河公园森林群落的径级结构进行研究，结果显示帽峰山和白云山森林群落的径级分布呈倒“J”型，表现出天然混交林或人工-天然混交林的特点，而天河公园的径级分布呈现正偏态的形态，反映出人工种植的特点[21]。这与本研究的结果相似，本研究所选样地均为人工种植的风景游憩林群落，其与帽峰山和白云山的森林群落的径级分布明显不同，呈现明显的人工种植特点。这一研究结果也证明了梁建平、刘奎等关于天然林和人工林径级结构具有显著差异的结论[22-23]。

3个样地风景游憩林的胸径—树高拟合曲线出现一定差异，这与人工干预的程度密切相关[24]。广州发展公园样地处于城市核心区，人工干扰最强，随着树木胸径增大，树高随之增高随后随之下降，其原因有2个：一是顶层乔木生长出现衰退；二是该样地处于城市核心区，顶层乔木会被截干以便控制在一定的高度。华南农业大学样地处于城市次核心区，人工干扰较强，小径级乔木占据一定优势，同时小径级树种中存在大量的速生树种（如阴香等），导致胸径—树高曲线在初期迅速增高，但是等增长到一定高度时，开始保持平缓，再往后发展会发生衰败；火炉山样地处于城市近郊区人工干扰相对最弱，结构配置拟自然化，胸径—树高曲线增长较为平稳，下降的趋势比广州发展公园样地和华南农业大学样地偏小。

本研究所开展的对不同生态位风景游憩林径级和高度级结构分布研究是一个静态空间的过程，是基于现状的差异评价，而城市风景游憩林群落发展实则为一个动态过程，群落演变过程中，径级和高度级分布会随着群落内部树种差异而反映出不同的特征。然而，城市风景游憩林处在城市之中，受到人为因素的直接影响，需要开展长期观测，建立反映风景游憩林群落生长的各类指标，如管护程度、人工修剪和台风影响等指标，从而更加全面和真实地反映出城市风景游憩林的径级和高度级分布差异。

5 结 论

3个样地风景游憩林的径级结构表现出明显差异。广州发展公园样地风景游憩林以大、中径级乔木占绝对优势，群落发展逐渐呈衰退趋势，须通过人工辅助补充一定数量的小径级开花乔木，以达到风景游憩林群落在较长时间范围内的稳定发展，并可增强样地的季向变化景观；华南农业大学样地风景游憩林小径级乔木相对优势明显，中径级乔木相对优势度低，大径级树种开始衰退，群落处于两级分化期，可通过人工辅助补充一定数量的中径级乔木或定向培育小径级乔木，并人工择伐部分大径级乔木，如台湾相思，以加速森林群落演变达到稳定阶段；火炉山样地风景游憩林群落以中、小径级乔木占绝对优势，大径级乔木相对优势度低，群落处于为快速成长期，可通过人工辅助补充一定数量的特定大径级乔木或定向培育中、小径级乔木，以加速森林群落演变达到稳定阶段。

群落中个体的胸径和树高的相关关系与受到的人工干扰强度有关。广州发展公园样地风景游憩林位于城市核心区，人工干扰强度最大，随着胸径增大，树高随之先增高后下降；华南农业大学样地的风景游憩林位于城市次核心区，人工干扰强度较大，随着乔木胸径增大，树高首先出现急速上升，然后逐渐缓慢上升；火炉山样地的风景游憩林位于城市近郊区，人工干扰强度最小，随着乔木胸径增大，树高出现缓慢上升。

城市风景游憩林构建应考虑高度级结构和分布。广州发展公园样地风景游憩林的高度级比重、相对频度和分布均匀度呈现较为相似的变化趋势，均由低到高，再变低的趋势，中、大高度级树木比重较大，且分布更为集中，建议均匀补植一定量的小高度级乔木，以达到群落垂直层面的更新能力，这也与径级分析的结论相呼应；华南农业大学样地风景游憩林的高度级比重和分布均匀度呈由高到低的趋势，小、中高度级的树木所占比重较高，小高度级树木分布更为集中，建议集中补植一定量中高度级乔木，以加速群落在垂直结构上的稳定；火炉山样地风景游憩林高度级比重变化、相对频度呈现相似的变化趋势，均由高到低，分布均匀度在20～24 m 高度级范围内出现异常升高，与其拟自然化的森林群落属性不符，建议适当分散种植大高度级乔木。同时，该样地在14～20 m 高度级范围出现断档，建议补植14～20 m 高度级的乔木。