太原市园林绿化树种生态适宜性分类

王金璐，冯晓宇，郭晋平

（1.山西农业大学 城乡建设学院，山西晋中 030800；2.山西农业大学 林学院，山西晋中 030800）

城市园林绿化树种是城市园林绿化的主要植物材料，是城市绿地生态系统的主体[1-2]，在丰富城市景观、改善城市环境等方面发挥着重要作用[3]。树种选择与应用是城市园林绿化规划设计的核心内容[4]。一般认为，树种的生态适宜性、景观功能适宜性和栽培适用性是树种选择与应用的基本依据[5]，生态适宜性是首要考虑因素[6]。由于树种的多样性和树种自身的生物学和生态学特性，了解和掌握一个城市全部树种的生态适宜性是一项巨大挑战。因此，针对某一城市现有树种开展生态适宜性分类与评价，是城市园林绿化建设的现实需求。

许多学者就树种的生态适宜性，针对特定城市的不同园林绿地开展研究，探索树种生态适宜性分级评价与适宜树种筛选方法和技术路径。运用层次分析法（AHP），构建多层次指标体系和指标权重，进行树种综合评价是常用方法[7-8]；有些研究采用专家打分、主成分分析（PCA）等方法，在进行指标筛选的基础上，进行综合评价[9-10]。评价指标体系一般考虑树种的生态适应能力，如耐热性、抗寒性、抗盐碱性及抗病性等指标[11-12]；部分研究将生态适宜性与景观观赏性或生态效益等一起考虑，进行综合评价与分级[13-14]。总结现有研究成果，发现大部分研究利用适宜性综合评价进行树种分级，没有进行适宜性多指标分类，模糊了树种具体的生态适宜性指标特性。依据各项生态指标进行细化分类，既能满足深入认识树种生态适宜性的需要，也能更有针对性地进行园林绿化树种选择和栽培应用。因此，针对特定城市现有可供选择的树种，面向园林绿化工程对树种规划设计的需要，探索科学合理的依据、方法和路径，划分不同的树种生态适宜性类型有重要意义。

太原市是山西省的省会，建成区绿地率为38.3%，绿地覆盖率为43.4%，绿地观赏性和园艺水平及节约型园林、立体绿化等城市绿化建设水平不断提高，也对城市园林绿化、城市生态环境改善、城市生物多样性保护和木本植物应用提出了更高的要求。为探索生态适宜性类型划分方法和路径，满足太原市园林绿化树种选择对生态适宜性评价的实际需要，本研究以太原市园林绿化现有340 个树种为研究对象，从树种的本地生长发育状况、生态要求、抗逆性和抗污染性4个方面，构建树种生态适宜性评价指标体系，运用层次分析法，计算每个树种各项指标评分值，以评分值为基础数据进行系统聚类分析，将现有树种划分成不同的适宜性类型，明确各类型的树种组成及其生态适宜性共性特征，为太原市园林绿化树种选择与应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

太原市（111°30′～113°09′E，32°27′～38°27′N）地处山西中部，太原盆地北端，东、西和北三面环山，中南部为汾河冲积平原；市域总面积6 988 km2，中心城区695 km2；属暖温带大陆性季风气候，全年盛行偏北风，年均气温9 ～10 ℃，年均降水量442 mm，多集中在7—9月，年均日照时长2 825 h，日照率60%以上[15]，主要灾害性天气有春旱、霜冻。在中国主要城市园林植物区划中，太原市属北部暖温带落叶阔叶林区。土壤种类繁多，垂直带谱较明显，海拔900 m以下为草甸土和耕作土，海拔900 m 以上为褐土[16]。太原城市绿地土壤基本呈碱性，pH值为7.65[17]。

目前，太原市应用的园林绿化树种有340种；乔灌木树种比为1.34∶1，乔木的常绿落叶比为1∶6.11，灌木的常绿落叶比为1∶1.91；木本植物本地种159种，归化种24 种，驯化种129 种，外来种28 种，本地木本植物指数0.92。

1.2 研究方法

1.2.1 评价指标选取及体系构建

根据太原市的园林绿化现状，考虑树种生态要求、抗逆性和抗污染性，结合树种本地生长发育状况，通过现有文献和资料总结归纳出20 项生态指标；通过问卷调查法，选定17 项指标，建立3 层次综合评价指标体系（表1）。

表1 树种生态适宜性指标及其权重Tab.1 Ecological suitability indexes of tree species and weights

1.2.2 树种本地生长发育状况指标确定

针对太原市目前栽培应用的340 个树种，通过查阅《中国植物志》[18]、《中国树木志》[19]、《中国主要树种造林技术》[20]及相关研究报告和文献，确定树种在正常情况下一定林龄时的树高、胸径和冠幅生长指标标准。

按绿地类型选定典型地段，确定代表性植株。2020年7— 8月，实地调查和记录选定植株的绿地类型和局部环境特点等，测定和记录树龄、树高、胸径和冠幅；根据现实生长势、开花结实状况和景观表现，对生长势、发育状况和景观特征表现程度进行现场打分，填写调查表格。树高、胸径和冠幅的相对生长指标用调查值占标准生长指标的百分数表示。

1.2.3 专家问卷调查

针对树种生态要求、抗逆性和抗污染性3 方面的10个三级指标和本地生长发育状况中的“正常生长发育程度”，设计选项式专家问卷调查表，编制指标说明和评分细则。根据业务背景和树种熟悉程度，从高校、科研单位和园林单位的技术人员中选定30 位专家，发送问卷调查表，请专家们根据树种对太原市生态环境适应的具体表现进行评分，共收回有效问卷28 份。逐项统计各专家给予不同树种各项指标的平均值，记为专家打分值。

1.2.4 指标权重的确定

采用“1-9 标度法”构造判断矩阵，采用专家打分法确定指标的重要程度，最终得到各级指标相对前一级及目标层的权重值；计算一致性指标（Consis⁃tency index, CI）的随机一致性（Consistency ratio,CR），使CR 小于0.1，满足指标权重计算的合理性[21-22]。各项指标的权重结果见表1。

1.2.5 指标评分值计算

综合各树种本地生长发育状况各项指标的百分比或打分值，树种生态要求、抗逆性及抗污染性3方面各项指标的专家打分值，及对应的指标综合权重，计算每个树种17 项三级指标最终的评分值（Fi），计算公式为[23]：

Fi=BiWi

式中，Bi为评价指标的权重值；Wi为评价指标的百分比或打分值。

1.2.6 聚类分析与类型划分

以树种生态要求、抗逆性及生态适宜性各项指标的最终评分值为基础数据，进行系统聚类分析，采用类平均法进行系统聚类[24]，运用R 语言得出聚类树图。

以树种类间区分度明确、类内共性特征易于把握及分类结果有利于实际应用为原则，采用多方案比选的方法，确定类型划分的距离阈值，进而确定分类数和各类所含树种。根据分类结果总结类内树种的共性特征，综合成类型特征。

2 结果与分析

2.1 树种生态要求类型划分

以树种生态要求中3个指标的评分值为基础数据，对340个树种进行系统聚类，获得树种生态要求聚类分析树图（图1）。根据距离阈值确定原则，经多方案比选，以距离阈值5 将全部树种分为7 个类型，总结各类型树种生态要求指标的共性特征，并据此确定各类型名称（表2）。灌木和藤本多归入前3 类，对土层厚度要求不高；Ⅳ～Ⅵ类以乔木居多，对土层厚度要求较高。类型Ⅰ和Ⅴ对土质要求较低；类型Ⅱ、Ⅲ和Ⅵ对土质要求较高，适宜栽植在疏松的土壤中。类型Ⅴ和Ⅶ耐碱性较强，类型Ⅵ为耐弱酸性土壤。

图1 树种生态要求聚类分析树图Fig.1 Cluster analysis tree graph of ecological requirements for tree species

表2 树种生态要求类型统计Tab.2 Classification statistics of ecological requirements for tree species

2.2 树种抗逆性类型划分

以树种抗逆性中5 个指标的评分值为基础数据，对340个树种进行系统聚类，获得树种抗逆性聚类分析树图（图2）。根据距离阈值确定原则，经多方案比选，以距离阈值4 将全部树种分为7 个类型，总结各类型树种抗逆性指标的共性特征，并据此确定各类型名称（表3）。类型Ⅰ和Ⅳ耐寒性良好，耐旱性和耐瘠薄性也较好，适应性较强，耐粗放管养；类型Ⅱ耐荫性较强，可种植于光线不好的空间或树种较密集的环境；类型Ⅲ有一定的耐旱性；后3类部分树种环境适应性较差，不适宜大范围种植，可种植于局部环境较好或养护条件较好的地段。

图2 树种抗逆性聚类分析树图Fig.2 Cluster analysis tree graph of resistance for tree species

表3 树种抗逆性类型统计Tab.3 Classification statistics of resistance for tree species

2.3 树种生态适宜性类型划分

以树种生态适宜性准则层及指标层各项指标的评分值为基础数据，对340个树种进行系统聚类，获得树种生态适宜性聚类分析树图（图3）。根据距离阈值确定原则，经多方案比选，以距离阈值5将全部树种分为8 个类型，总结各类型树种生态适宜性指标的共性特征，并据此确定各类型名称（表4）。类型Ⅰ和Ⅱ本地生长发育状况较好，生长势和发育情况具有普遍优势，也具有相对较强的耐旱性和耐寒性，是值得推荐使用的园林绿化树种；类型Ⅲ和Ⅳ的抗逆性一般，栽植过程中需根据类型特性采取不同的养护措施；后4类树种由于自身生态特性，在本地生长发育状况较差，部分树种需更多的后期维护才能取得较好的种植效果，不适用于没有条件实施养护的公共地段。

图3 树种生态适宜性聚类分析树图Fig.3 Cluster analysis tree graph of ecological suitability for tree species

表4 树种生态适宜性类型统计Tab.4 Classification statistics of ecological suitability for tree species

续表4 Continued

3 讨论与结论

3.1 讨论

从树种的观赏性、生长发育状况和生态适应性等方面对特定地区（城市）园林绿化树种进行评价和分级，对城市园林绿化树种选择与应用具有现实指导意义。层次分析法是常用的评价方法，能将定性指标定量化，提供树种的定量化相对指标，最后对综合评分值进行排序和分级[25-26]。聚类分析法可用于森林立地类型[27]、树种生态特性[28-29]等的多指标分类，但园林绿化树种特性分类的现有研究中，聚类分析法多用于对评价结果的单一指标聚类，分析结果也侧重于对评价指标的分级[30-31]。各级树种的具体特性不明确，影响树种选择和应用。本研究结合层次分析和聚类分析方法，对340 个树种进行多指标系统分析并划分类型，明确各类型的生态适宜性特征，便于因地制宜地根据树种特性及具体需求选择树种。

太原市340个园林绿化树种按照生态要求分为7 个类型。类型Ⅰ有大叶醉鱼草（Buddleja davidii）、黄芦木（Berberis amurensis）、巧玲花（Syringa pubes⁃cens）、花叶连翘（Forsythia suspensa'Variegata'）、糯米条（Abelia chinensis）、辽东丁香（Syringa wolfii）和变叶木（Codiaeum variegatum）等71 个树种；类型Ⅱ有金银忍冬（Lonicera maackii）、大花溲疏（Deutzia grandiflora）、葡萄（Vitis vinifera）和皱叶荚蒾（Vibur⁃num rhytidophyllum）等69 个树种；类型Ⅲ有壮花月季（Rosa'Grandiflora Group'）、红瑞木（Cornus alba）、丰花月季（Rosa hybrida）、凤尾丝兰（Yucca gloriosa）、腺齿蔷薇（Rosa albertii）和丝兰（Yucca smalliana）等17 个树种；类型Ⅳ有侧柏（Platycladus orientalis）、梅（Armeniaca mume）、俄罗斯红叶李（Prunus cerasiferavar.atropurpurea'Russia'）、金叶榆（Ulmus pumilacv.jinye）、绚丽海棠（Malus'Radiant'）、杏（Armeniaca vul⁃garis）、白梨（Pyrus bretschneideri）、小叶杨（Populus simonii）、梧桐（Firmiana platanifolia）和河北杨（Pop⁃ulus hopeiensis）等111个树种；类型Ⅴ有毛白杨（Pop⁃ulus tomentosa）、千头椿（Ailanthus altissima'Qian⁃tou'）、北京杨（Populus×beijingensis）、灰楸（Catalpa fargesii）、新疆杨（Populus albavar.pyramidalis）、花曲柳（Fraxinus rhynchophylla）、少脉椴（Tilia paucico⁃stata）和美国红梣（Fraxinus pennsylvanica）等36个树种；类型Ⅵ有刺槐（Robinia pseudoacacia）、南方红豆杉（Taxus wallichianavar.mairei）、蜡梅（Chimonan⁃thus praecox）和二乔玉兰（Magnolia soulangeana）等29 个树种；类型Ⅶ有高卢柽柳（Tamarix gallica）、柽柳（Tamarix chinensis）、牛奶子（Elaeagnus umbellata）和木瓜（Chaenomeles sinensis）等7个树种。

太原市340 个园林绿化树种按照抗逆性分为7个类型。类型Ⅰ有沙枣（Elaeagnus angustifolia）、柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、柽柳、树锦鸡儿（Caragana arborescens）、胡枝子（Les⁃pedeza bicolor）、叉子圆柏（Sabina vulgaris）、杜松（Ju⁃niperus rigida）和山杏（Armeniaca sibirica）等78 个树种；类型Ⅱ有金焰绣线菊（Spiraea bumalda'Gold Flame'）、栓皮栎（Quercus variabilis）、黄芦木、花楸树（Sorbus pohuashanensis）和白鹃梅（Exochorda racemo⁃sa）等53 个树种；类型Ⅲ有美国红栌（Cotinus obova⁃tus）、葛罗槭（Acer grosser）、细裂枫（Acer pilosumvar.stenolobum）和流苏树（Chionanthus retusus）等32个树种；类型Ⅳ有酸枣（Ziziphus jujubavar.spinosa）、枸杞（Lycium chinense）、毛叶水栒子（Cotoneaster submulti⁃florus）、铺地柏（Sabina procumbens）、灰栒子（Cotoneas⁃ter acutifolius）、水栒子（Cotoneaster multiflorus）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、五叶地锦（Parthenocissus quin⁃quefolia）、三叶地锦（Parthenocissus semicordata）和荆条（Vitex negundovar.heterophylla）等118 个树种；类型Ⅴ有山樱花（Cerasus serrulata）、大花圆锥绣球（Hydrangea paniculata'Grandiflora'）、木芙蓉（Hibis⁃cus mutabilis）、玉兰（Magnolia denudata）、毛核木（Symphoricarpos sinensis）、银芽柳（Salix× leucopithe⁃cia）和枫杨（Pterocarya stenoptera）等26 个树种；类型Ⅵ有丝兰、三球悬铃木（Platanus orientalis）和女贞（Ligustrum lucidum）等24 个树种；类型Ⅶ有刚竹（Phyllostachys sulphureavar.viridis）和樟（Cinnamo⁃mum camphora）等9个树种。

太原市340个园林绿化树种按照生态适宜性分为8个类型。类型Ⅰ有三叶地锦、花叶连翘、华北珍珠梅（Sorbaria kirilowii）、毛叶鸡树条（Viburnum opu⁃lusvar.calvescens）、野蔷薇（Rosa multiflora）、美蔷薇（Rosa bella）、葱皮忍冬（Lonicera ferdinandi）、红王子锦 带（Weigela florida'Red Prince'）和金花忍冬（Lonicera chrysantha）等89 个树种；类型Ⅱ有槐（So⁃phora japonica）、枣（Ziziphus jujuba）、垂柳（Salix bab⁃ylonica）、龙爪槐（Sophora japonica'Pendula'）、香花槐（Robinia pseudoacacia'Idaho'）、白蜡树（Fraxinus chi⁃nensis）、山楂（Crataegus pinnatifida）和栾树（Koelreu⁃teria paniculata）等119 个树种；类型Ⅲ有金丝垂柳（Salix alba'Tristis'）、山皂荚（Gleditsia japonica）、鸡爪槭（Acer palmatum）和柿（Diospyros kaki）等26 个树种；类型Ⅳ有美丽茶藨子（Ribes pulchellum）、香茶藨子（Ribes odoratum）、偃柏（Sabina chinensisvar.sar⁃gentii）和长白茶藨子（Ribes komarovii）等32 个树种；类型Ⅴ有蒙椴（Tilia mongolica）、黄金树（Catalpa speciosa）和辽东栎（Quercus wutaishanica）等33 个树种；类型Ⅵ有一球悬铃木（Platanus occidentalis）、三球悬铃木、紫玉兰（Magnolia liliflora）和枫杨等19 个树种；类型Ⅶ有毛核木、石楠（Photinia serrulata）和佛肚竹（Bambusa ventricosa）等17 个树种；类型Ⅷ有樟和钝叶桂（Cinnamomum bejolghota）等5个树种。

3.2 结论

本研究结合层次分析法与系统聚类分析，从本地生长发育状况、生态要求、抗逆性和抗污染性4方面构建树种生态适宜性评价指标体系，对太原市340 个现有园林绿化树种进行生态适宜性评价和多指标系统聚类分析，明确各类型的生态适宜性特征。按树种生态要求，分为中性至弱碱性-耐粘重-浅土、中性-轻壤-中土、中性-沙壤-浅土、中性至弱碱性-中壤至轻壤-较深土、耐碱-中壤-深土、弱酸性-轻壤至沙壤-较深土和耐碱-中壤至轻壤-中土树种，共7 个类型；按树种抗逆性，分为耐寒-耐旱-耐瘠薄、较耐寒-较耐水湿-较耐荫、不耐寒-较耐旱、较耐寒-较耐旱-较耐瘠薄、不耐寒-不耐旱-不耐瘠薄、不耐寒-不耐旱-较耐水湿和不耐瘠薄-耐水湿-较耐荫树种，共7 个类型；按树种综合生态适宜性，分为较耐寒-较耐旱-较耐荫-浅土、耐寒-耐旱-较深土、不耐寒-较耐水湿-较深土、较耐寒-较耐瘠薄-耐荫-中性-中土、较耐寒-不耐荫-不抗污染-中性至弱碱性-深土、不耐寒-不耐旱-不耐瘠薄-轻壤至沙壤-中性-较深土、不耐寒-不耐旱-较耐水湿-轻壤至沙壤-中土和不耐瘠薄-较耐荫-不抗污染-沙壤-较深土树种，共8 个类型。分类结果可为太原市园林绿化规划和设计的树种选择与应用提供参考，便于规划设计人员在满足树种生态适宜性的基础上兼顾绿地设计的不同需求，为提升太原市城市园林绿化建设管理水平、实现生态园林城市建设目标奠定基础。