台风对粤港澳大湾区城市森林群落结构的影响*

陈星澄 宋 磊 赵 庆 许东先 章 驰 钱万惠 唐洪辉

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

以往关于台风对森林群落的影响研究较为单一，主要集中在两方面：一方面是台风对森林群落中树木个体的影响研究，如不同树种的受害类型和毁坏程度等[13-14]、台风对城市森林群落破坏的损失预测模型研究等[15]、城市森林树木抗风性研究[16-18]；另一方面则为台风对森林群落结构的影响，如台风对城市森林树种组成和密度的影响[19]、台风对改变森林树种多样性演替轨迹的影响研究等[20]。然而，上述研究均未阐明台风多发区的树木胸径、树高、冠幅等群落结构特征指标，这恰是基于精准优化城市森林群落结构配置策略所亟需的。

基于以上问题，本文通过调查广州市、佛山市和珠海市等3 个粤港澳大湾区典型城市的森林群落样地，分析在台风影响下不同城市区位的森林树木胸径、树高、冠幅等群落结构因子的变化，以期为构建抗台风力强的粤港澳大湾区城市森林提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域

粤港澳大湾区由香港、澳门两个特别行政区和广东省广州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、东莞市、中山市、江门市、肇庆市9 个珠江三角洲城市组成，总面积5.6 万km2，是中国开放程度最高、经济活力最强的区域之一，与美国纽约湾区、旧金山湾区、日本东京湾区并称为世界四大湾区，在国家发展大局中具有重要战略地位。

表1 近10 年来影响粤港澳大湾区城市强台风Tab.1 Strong typhoons landed in the GBA during nearly 10 year

粤港澳大湾区属南亚热带海洋性季风气候，雨热充沛，干湿分明，2019 年年均气温为23.5℃，年均降水量2 164.1 mm[21]。粤港澳大湾区常年受台风影响，其中近10 a 年间直接登陆或间接影响的强台风就有8 次（中心附近风力为14～15 级）[22]，上述8 次强台风登陆时的台风中心距离上述3 个城市的距离均小于300 km（表1）。本研究在广州市、佛山市和珠海市按照不同区位选取了3 个城市森林群落作为研究区，分别在城市核心区（Core urban area, CUA）选择了广州市发展公园（23°11′ N，113°30′ E）、佛山市千灯湖公园（23°02′ N，113°08′ E）、珠海市梅华城市公园（23°17′ N，113°32′ E）；在城市次核心区（Semi urban area, SUA）选择广州市华南农业大学（23°16′ N，113°35′ E）、佛山市文华公园（23°00′N，113°07′ E）、北京理工大学珠海学院（23°22′N，113°33′ E）；在城市近郊区（Urban fringe area,UFA）选择广州市火炉山（23°19′ N，113°39′ E）、佛山市平洲公园（23°04′ N，113°21′ E）、珠海市尖峰山公园（23°18′ N，113°31′ E）作为研究点。

1.2 研究方法

1.2.1 研究区抽样和类型划分 采用随机抽样研究方法，综合考虑调查时间和经济成本，参照周红敏等人[23]的研究成果，每个群落设置样方大小为30 m×30 m，每1 万m2抽取4 个样方以满足抽样的合理性和可行性， 共调查186 个样方，调查时间为2017 年9 月—2019 年10 月期间。所有样方在满足随机选取的前提下，均互不相邻，同时水面、建筑、草地占比面积小于1/3。样方进行每木检尺，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。

1.2.2 径级、高度级和冠面积等级的划分 根据统计学原理，样方乔木的径级（DBH）、高度级（H）和冠面积等级（CD）均采用上限排外法划分[24]，当5 cm ≤DBH ＜10 cm 时为第1 径级，每5 cm 为1个递增单位，10 cm ≤DBH ＜40 cm 时，每10 cm为1 个递增单位；40 cm ≤DBH ＜100 cm 时，每20 cm 为1 个递增单位；DBH ≥100 cm 以上时，为1 个径级；其中，5 cm ≤DBH ＜20 cm 为小径级，20 cm ≤DBH ＜40 cm 为 中 径 级，DBH ≥40 cm为大径级。高度级的划分方法：当3 m ≤H ＜5 m为第1 高度级，5 m ≤H ＜7 m 为第2 高度级，每2 m 为1 个递增单位，11 m ≤H ＜20 m 时，每3 m 为1 个递增单位；H ≥20 m 以上时，每4 m为1 个递增单位；其中，3 m ≤H ＜7 m 为低层，7 m ≤H ＜11 m 为中层，H ≥11 m 为高层。冠面积等级的划分方法：当0 m2≤CD ＜4 m2时为第1 等级，4 m2≤CD ＜16 m2为第2 等级，16 m2≤CD ＜36 m2为 第3 等 级，36 m2≤CD ＜64 m2为第4 等 级，64 m2≤CD ＜100 m2为 第5 等 级，100 m2≤CD ＜144 m2为第6 等级，144 m2≤CD＜196 m2为第7 等级，CD ≥196 m2以上时，为第8 等级；其中，0 m2≤CD ＜16 m2为小冠面积乔木，16 m2≤CD ＜64 m2为中冠面积乔木，CD ≥64 m2为大冠面积乔木。

1.3 指标计算方法

1.3.1 重要值分析 用以下公式计算确定研究区的优势树种。

1.3.3 树高和胸径关系 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[25]。本研究针对树木的胸径—树高生长曲线进行拟合，探讨应对台风影响下树木胸径和树高之间的关系。

2.对黑名单的处罚。黑名单与欧盟国家之间的交易和资金往来将面临欧盟更为严格的反洗钱审查。欧盟可能对这些交易征收惩罚性预提所得税。

1.3.4 统计方法 研究借助R（Version 3.4.4）的ggplot2 包进行数据分析并绘制相关图标，其中对于树高和胸径关系的拟合采用局部加权多项式（loess 曲线）模型。

2 结果与分析

2.1 群落组成结构

根据186 个样方的调查数据，对3 个城市群落的树木种数、种植密度、优势树种占比进行分析，结果见表2。广州市和佛山市的城市森林群落随着由核心区向近郊区过渡，其树木种数和种植密度逐渐变大，而优势树种（重要值≥0.05 的树种）重要值总和逐渐变小；珠海市则相反，城市森林群落随着由核心区向近郊区过渡，其树木种数逐渐变少，而优势树种（重要值≥0.05 的树种）重要值总和逐渐变大。

表2 广州、佛山和珠海市城市森林群落组成结构分析Tab.2 Analysis on the composition and structure of tree species in urban forest community of Guangzhou, Foshan and Zhuhai

图1 广州、佛山和珠海市城市森林群落径级结构特征Fig. 1 Diameter class of urban forests in Guangzhou, Foshan and Zhuhai

2.2 径级结构

图1 展示了3 个城市不同区位的城市森林群落径级结构，结果表明：广州市和佛山市的城市核心区森林群落径级呈现出类似“正态分布”的格局，群落构成均以中径级乔木（20 cm ≤ DBH＜40 cm）为主（广州市60.50%，佛山市63.64%）；随着向城市近郊区过渡，城市森林群落的群落构成逐渐趋向于以小径级乔木（5 cm ≤DBH＜20 cm）为主的“正偏态分布”格局（广州市次核心区56.44%，近郊区58.06%；佛山市次核心区46.30%，近郊区45.20%），逐步趋向于天然森林群落较为稳定的径级“反J 型”结构（reverse J type）[26-27]。不同于广州市和佛山市，珠海市的城市森林群落径级结构呈现出“前大后小”分布格局，3 个区位的城市森林群落均为以小径级乔木为主的“正偏态分布”格局（核心区68.40%，次核心区54.75%，近郊区92.95%）。

森林群落树种的径级分布决定群落状态，当径级分布呈反“J”型时，径级主要分布在较低级别，森林群落更新旺盛；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还处于相对稳定阶段；当径级结构分布呈“前小后大”的“J 型”分布时，表明此时的森林群落已呈现衰退趋势[28-30]，不利于抵御台风袭击。在3 个城市中，仅佛山市和广州市的核心区径级结构呈现“正态分布”，处于较为稳定的状态，同时随着向城市次核心区、近郊区过渡，其径级结构逐渐呈现反“J”型分布。而作为台风影响最大的珠海市（尤以尖峰山公园受害最重），3 个区位的城市森林径级结构均受到较大的自然和人为干扰。在台风的强烈作用下，大量大径级树木被损坏，通过人为的生态修复，配置了大量的小径级树木，并占据了绝对优势，使径级结构呈现出反“J”型分布。

2.3 高度级结构

针对3 个城市不同区位的城市森林高度级分布来看（图2）：广州市的城市核心区森林群落构成以高层乔木（H ≥ 11 cm）为主（57.69%）；佛山市的城市核心区森林群落构成以中层乔木（7 m ≤H＜ 11 m）为主（47.44%）；随着向城市近郊区过渡，广州市的城市森林群落构成逐渐趋向于以低层乔木（3 m ≤H＜ 7 m）为主（广州市次核心区33.65%，近郊区65.82%）；佛山市的城市森林群落构成仍以中层乔木为主（次核心区46.30%，近郊区45.20%）。不同于广州市和佛山市，珠海市的城市森林群落构成均以低层乔木为主（核心区66.30%，次核心区61.54%，近郊区89.44%）。

图2 广州、佛山和珠海市城市森林高度级结构特征Fig. 2 Height class of urban forests in Guangzhou, Foshan and Zhuhai

图3 广州、佛山和珠海市城市森林冠面积等级结构特征Fig. 3 Crown class of urban forests in Guangzhou, Foshan and Zhuhai

在3 个城市中，佛山市和广州市的城市森林高度级结构呈现随着核心区、次核心区、近郊区的过渡，逐渐转向低层树木占优势。而作为台风影响最大的珠海市，3 个区位的城市森林高度级结构均受到较大的自然和人为干扰，均以低层树木为主。在台风的强烈作用下，一方面大量高层树木发生倒伏、折干等，降低了树木的高度，另一方面通过人为的生态修复，配置了大量的低层树木，并占据了绝对优势，使高度级结构呈现出以低层树木占优势的现象。

2.4 冠面积等级结构

针对3 个城市不同区位的城市森林冠面积等级分布来看（图3）：广州市和佛山市的城市核心区森林群落均以中冠面积乔木（16 m2≤CD＜ 64 m2）为主（广州市53.41%，佛山市64.94%）；随着向城市近郊区过渡，广州市的森林群落构成逐渐趋向于以小冠面积乔木（0 m2＜ CD＜ 16 m2）为主（次核心区54.16%，近郊区58.57%），佛山市的城市森林群落构成仍以中冠面积乔木为主（次核心区53.95%，近郊区46.12%）。不同于广州市和佛山市，珠海市的城市森林群落构成均以小冠面积乔木为主（核心区63.49%，次核心区58.70%，近郊区96.12%）。

在3 个城市中，佛山市和广州市的城市森林冠面积等级结构呈现随着核心区、次核心区、近郊区的过渡，逐渐转向小冠面积等级占优势。珠海市3 个区位的城市森林冠面积等级结构均受到较大的自然和人为干扰，在台风的强烈作用下，一方面冠层较大的树木由于枝繁叶茂，在台风影响下，受风力较大，容易倒伏、折干、断枝等，另一方面通过生态修复，配置了大量的小冠幅、树冠舒展疏透的树木，如黄花风铃木（重要值为0.22），使冠面积等级结构呈现出以小冠层树木占优势的现象。

2.5 树高和胸径关系

针对城市森林径－高关系分析（图4）：广州市城市森林表现出更明显的高生长趋势；在胸径5～40 cm（中、小径级）的区间内，广州市城市森林高层乔木（H ≥11 m）的平均树高为13.4 m，平均胸径为28.0 cm；佛山市城市森林高层乔木树高为12.0 m，平均胸径为29.8 cm；珠海市城市森林高层乔木的平均树高为11.6 m，平均胸径为32.0 cm。珠海市城市森林的径－高关系与广州市和佛山市不同，其平均胸径比广州市和佛山市高，但平均高度却比广州市和佛山市小，有利于城市森林更好的抵御台风。

针对城市森林径－高关系数量分布密度上看：珠海市城市森林的树木分布集中区均在DBH＜ 40 cm 和H ＜ 7 m 的范围内，属于中、小径级和低层乔木的范畴；而广州市城市和佛山市的城市森林树木分布集中区位于DBH＜ 40 cm 和H ＞7 m 的范围，属于中、小径级和中、高层乔木的范畴。3 个城市相比，珠海市的城市森林径-高关系的集中分布区处在低层乔木的范围，这种分布形式在一定程度上能减轻台风对城市森林的破坏。珠海市城市森林的径－高关系的分布形式与高度级结构特征形成呼应，进一步表明了珠海市城市森林配置符合台风多发地区的现实特点。

图4 广州、佛山和珠海市城市森林树高和胸径关系Fig. 4 Height and diameter relationship of urban forests in Guangzhou, Foshan and Zhuhai

在城市森林群落中，由胸径和树高的关系变化（图4）表明，距台风登陆点的距离是城市森林群落结构的重要调控因子，距离越远，其组成城市森林群落树木的平均胸径越小，而树高则越大，反之亦然。

3 讨论与结论

在3 个城市中，珠海市作为受台风影响最大的城市，除了核心区外，树种丰富度均小于等于其他城市，而优势树种重要值总和大于其他城市。由于2017 年天鸽台风在珠海市金湾区和斗门区正面登陆，位于近郊区的尖峰山公园受到强台风影响最大，抗风性较差的树种均受到损害，台风过后立即选择少数抗风能力较强的树种进行人工生态修复，如根系发达的樟树、秋枫、白兰，属于小乔木且树冠较为通透的宫粉紫荆和黄花风铃木，使其总体树种丰富度低，优势树种较为集中。这种人工生态修复的措施对抵御台风，降低台风对城市森林的破坏起到了一定的作用。2018 年山竹台风袭击时，其对尖峰山公园研究区的破坏程度不到2017 年天鸽台风的十分之一，达到了较好的抵御台风效果。

众多研究表明，树木会改变原有的生长趋势以应对城市台风多发的情况。相关学者曾开展过2003 年袭击弗吉尼亚州的最大、最具破坏性的伊莎贝尔飓风对城市森林影响的研究，发现胸径大小是影响树木损坏的重要因素，DBH＜10 cm 的树木受台风直接损害的几率最低，这表明在城市森林中增加一定比例的小径级乔木能有效应对城市的台风多发问题[31-32]。同时，Van 等人[33]研究发现树木的小冠幅现象与台风高发密切相关。以上结论与本研究结果相似，在3 个城市中，珠海市受到台风影响最大，自1961 年有气象资料以来，平均每年严重影响珠海市的台风约有1 到2 个，历史上直接登陆或擦肩而过的台风，均给珠海市造成了严重影响。因此，在面对台风高发的实际问题上，珠海市城市核心区、次核心区和近郊区均选用了以小径级、低层和小冠层乔木作为城市森林建设的主体，以减少台风事件中树木损害的风险。

Ruiz 等人[34]指出在台风影响下，树木高度损伤与DBH 级的增加呈正相关。本研究中3 个城市森林树木的胸径—树高拟合曲线表现出一定的差异，广州市的城市森林与佛山市和珠海市相比表现出更为明显的高生长趋势；珠海市城市森林的径－高关系，在中、小径级的范围内，平均胸径分别比广州市和佛山市高14.3%和7.4%，而平均树高比广州市和佛山市低13.4%和3.3%。在自然状态下，树木高度随着DBH 的增加而增高，其受到台风损伤的风险更大；同时，受台风影响越大的城市，其城市森林的树木高度将向变低的趋势发展[35]。珠海市属于典型滨海城市，受到台风的危害比广州市和佛山市更大，因此，珠海市的城市森林建设在面对台风高发的实际问题上，应充分考虑选用抗风能力强的树种，选择增大树木平均胸径、降低平均高层树木高度的策略，这有利于降低台风对城市森林群落的破坏。

珠海市城市森林树木的生长指标特征与广州市和佛山市的城市森林相比表现出一定的差异。广州市和佛山市的生长指标特征均呈现区位的差异：随着区位由城市核心区向次核心区和近郊区过渡，径级、高度级和冠面积等级趋向于更小的等级；而珠海市城市森林树木的生长指标特征并不随区位的变化而变化，均处在较小的等级，这是一种应对台风灾害高发、减轻城市森林损害的策略。采用增大平均胸径、降低平均树高的群落结构策略，有利于减轻台风对城市森林群落带来的损失，最大程度发挥城市森林生态系统的服务功能。