植物根劈作用对江南园林假山遗产的影响

摘要：【目的】江南园林假山是园林遗产的重要组分。植物根劈现象广泛存在于各遗产园林之中，严重威胁着假山遗产的长久保存与发展。作为假山安全与保护的影响因素，将植物根劈现象纳入假山预防性保护体系，能够为假山预防性保护体系的构建和完善进而有效开展园林遗产保护提供依据。【方法】以南京瞻园为例，对假山受植物根劈的作用机理进行量化分析，总结南京瞻园假山现状中的问题树种，提出并验证了5个与植物根劈作用显著相关的植物变量，建立了有关植物根劈的裂缝面积回归预测模型。【结果】通过分析植物根劈现象的现状特征，认为直根系、深根系树种更容易导致假山裂缝问题，南京瞻园的此类树种中，朴树、女贞的根劈作用对假山的影响最为显著，枇杷、龙爪槐、广玉兰、木瓜的根劈作用次之。通过相关性分析发现，裂隙内根长、根径、植物冠幅、树高、基径是根劈作用的5种主要影响因子，与根劈作用产生的裂缝面积显著相关。其中，裂隙内根长、裂隙内根径与产生的裂隙面积呈正相关。通过多元回归性分析，初步构建假山裂缝面积预测模型，并设置相应的假山裂缝变化预警阈值，认为裂隙内根径不变而根长变化值超过11.25 cm时，即应考虑抑制单条根系的发育。【结论】植物根劈作用加剧了假山石体表面裂隙的发育和扩展，甚至有可能导致石体的断裂和山体的崩塌，严重威胁着假山遗产的长久保存与发展。根据量化分析的结果进一步筛选环境变量，划分监测等级并明确预警指标，可以提高假山遗产保护的预知能力和定量判断能力，达到及时预防、削弱植物根劈作用力并完善假山预防性保护体系的目的，为古典园林假山遗产的预防性保护工作提供参考。

关键词：江南园林；园林假山；根劈作用；岩体裂缝；预防性保护；南京瞻园

中图分类号：TU 986"""""" 文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1000-2006（2024）04-0271-08

The influence of plant root splitting on" garden rockeries in Jiangnan：

taking the Zhanyuan Garden as an example

ZHANG Qingping， CHEN Fengyi

（College of Landscape Architecture， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037， China）

Abstract： 【Objective】 Jiangnan garden rockeries are a critical aspect of garden heritage. The widespread issue of plant root splitting poses a serious threat to the longevity and preservation of these rockeries. Incorporating the study of plant root splitting into the preventive protection system for rockeries can strengthen the system’s foundation， leading to a" more effective preservation of garden heritage. 【Method】 This study uses the Zhanyuan Garden in Nanjing as a case study to quantitatively analyze the mechanism of plant root splitting in rockeries. It identifies problematic tree species， proposes and verifies five plant variables significantly related to root splitting， and establishes a regression prediction model for the area of cracks caused by this phenomenon. 【Result】 The study found that tree species with straight and deep roots are more likely to cause cracks in artificial rockeries. In the Zhanyuan Garden， the most significant root splitting was observed in Puja and privet， followed by loquat， Longjaya sophora， Magnolia， and papaya. Five factors，namely root length， root diameter， canopy width， tree height， and base diameter，were identified as highly influential in root splitting， showing significant correlations with the area of the resulting cracks. A multiple regression analysis helped to construct a preliminary prediction model for rockery crack areas， setting a warning threshold for changes in rockery crack dimensions. It was suggested that inhibiting the growth of a single root system might be necessary if the root length changes by more than 11.25 cm while the diameter remains constant. 【Conclusion】 Plant root splitting accelerates the development and expansion of cracks on rockery surfaces， potentially leading to stone fractures and structural collapse， thus endangering the heritage’s long-term preservation. Based on the quantitative analysis， refining environmental variables， categorizing monitoring levels， and defining clear warning indicators can enhance the predictive capabilities and quantitative assessments for rockery protection. These measures aim to facilitate timely interventions to mitigate the impact of root splitting and improve the overall preventive protection system for rockery heritage.

Keywords：Jiangnan gardens; garden rockeries; root splitting action; rock mass cracks; preventive protection; Nanjing Zhanyuan Garden

江南园林作为世界文化遗产瑰宝，高度浓缩了中国人“本于自然而高于自然”的审美理念，经过人为抽象和概括的假山更是典型的代表[1]。诸多遗产园林以假山为其最主要的特色，甚至将假山单独列为保护对象。如扬州何园中的片石山房，被陈从周先生称为石涛叠石的“人间孤本”[2]；南京瞻园的南假山，作为刘敦桢先生的传世之作，体现了瞻园珍贵所在[3]。如今古典园林中假山的保存与发展受到诸多挑战，如假山本体出现沉降、坍塌，假山表面受到风化侵蚀、出现裂缝等。植物的生长活动是导致石体表面裂缝扩大的原因之一。明代著名造园家计成[4]在《园冶》自序中强调： “令乔木参差山腰，蟠根嵌石，宛如画意。”这反映了山石乔木的共生是古典园林中自然画意的重要体现。然而随着时间的推移，共生的乔木根系在岩体裂隙内不断生长，使得岩体裂缝扩大及至岩体断裂，产生了严重的根劈作用。根劈作用不仅直接破坏了古典园林假山皴法[4]及营造山意，更是对园林假山遗产的稳定性造成严重威胁[5]。

一些学者从不同角度尝试探讨了植物根劈对石体的作用机理及保护办法。如樊维[6]构建力学理论模型，通过数理模型计算和计算机模拟辅助相结合的方式，解释了裂隙岩体内植物的根劈作用机理；张莉[5]总结苏州遗产园林植物造景的诸多问题，针对性提出了制定长远的植物更换计划，以期修缮植物与山石的共生关系；张青萍等[7]基于假山病害类型，阐述了假山裂缝监测及假山与植物共生关系监测的现实需求，提出构建预防性保护体系；梅雯[8]则分别整理了对山石和植物的监测内容、依据、方法手段和监测周期；程洪福等[9]在环秀山庄的假山和植物监测中首次使用相机主动精确重定位技术，并与传感器实时监测相结合，获得可视化的周期数据。也有研究人员使用SPSS统计阿房宫的植物病害，根据相关性分析，提取关键影响因子，为大型土遗址提出了科学有效的保护办法[10-11]。笔者认为，若能将SPSS中的相关性分析和回归性分析[12-13]等方法引入园林遗产保护范畴，或可通过分析根劈作用关键影响因子，为园林假山监测保护提供科学量化的指导。综合来看，当前研究多聚焦于理论构建、保护理念、监测手段等方面，植物根劈研究需要以实际园林推演验证影响机制，并以此为基础，针对性地完善具体监测标准。为此，本研究运用SPSS基于多元非线性回归理论，拟合出岩体裂缝面积预测模型，综合分析根劈作用各因素内在联系和特征，以期完善预防性保护体系，降低根劈作用对园林遗产的负面影响。

1 材料与方法

1.1 根劈作用及影响因素

根劈作用分为3个主要阶段：第1阶段为裂隙发育阶段，在水环境、温度环境与空气环境的共同作用下，岩体发生溶蚀或冻融风化作用[14]，产生裂隙，为植物根系的生长提供了有利条件[15]。第2阶段为根系膨胀阶段，植物根系与岩体接触的过程中不断释放应力，当岩体不足以承受根系产生的挤压力时，岩体裂隙将进一步扩展延伸，使得岩体产生塑性形变[16]。在岩体裂隙发育的过程中，还可以进一步细化为裂纹尖端钝化张开阶段和裂纹尖端失稳扩展阶段[6]。第3阶段即为岩体断裂阶段，岩体所受应力超过其断裂韧度，进而造成不可逆转的脆性破坏或延性破坏[17] （图1）。

根据生物破坏作用机理，石质文物的生物风化作用可以分为生物机械风化和生物化学风化作用[18]。植物根系对于石体的破坏作用是生物机械风化作用与生物化学风化作用的耦合，其中，根劈作用属于影响最为显著的生物机械风化作用。对形成根劈现象的影响因素进行分类，可以通过应力的作用对象进行划分，分别归纳为岩体特征[19-20]、植物特征[21-22]及作用环境[23-24]这3个方面（图2）。其中，在同一指定环境下，相比于岩体特征和作用环境，植物特征具有多维度特性，并具有显著差异性，因此成为本研究的主要对象。

1.2 研究对象

瞻园位于南京市秦淮区瞻园路128号，坐北朝南，具有600多年的历史，是南京唯一保存完好并且对外开放的明代王府建筑。瞻园曾与上海豫园、无锡寄畅园、苏州拙政园和留园，并称为江南五大名园，同时位列金陵古典园林之首，具有重要的历史地位和景观价值[25]。1949年以来，瞻园共经历3次修整与扩建，20世纪60年代由刘敦桢先生主持的一期修建工程，因奇峰叠嶂、草木葱茏，获得了广泛的肯定和赞誉。假山面积占比超过46%，是瞻园独具风格的重要园林要素[26]，其中的北假山具备明显的明代叠山特征，南假山则是刘敦桢先生的传世之作。然而，随着洞顶裂缝的逐渐扩大，考虑到假山山体的稳定性问题，为保证游客的安全，瞻园北假山内部通道已封闭。

南京瞻园地处亚热带季风气候区域，年降水量约1 200 mm，年平均温度为15.4 ℃[27]，为植物的生长提供了优越的环境条件。据统计，南京瞻园共有乔木34株分属24种、灌木6类、草本植物3类。瞻园中的假山主要由湖石组成，其岩性属于碳酸类可溶性石灰岩，是一种软弱岩体。由于不同层理之间存在软弱夹层，湖石在园林堆叠过程中整体分布不均，产生塑性变形、流动或挤出。多重因素的复合作用，使得南京瞻园内出现大量植物根劈现象（图3）。

目前，南京瞻园有6种乔木发生了10处根劈现象，并影响产生了31条裂缝。产生根劈现象的植株与水体保持在0～15 m的距离、与岩体保持在0～2 m的距离。其中植株距离岩体0.5 m范围内有6处，占根劈现象总体的60%;距离植株0.5 m范围内的裂缝有18条，占总裂缝数的58.1%。经观察发现，乔木种植点与水体距离小于10 m或与岩体距离小于1.5 m时，根劈现象产生的概率大幅度上升。

1.3 数据采集及处理

本研究调查时间选择在植物未萌发新叶的1月，此时石体裂缝没有遮挡，便于开展测量工作。在调研过程中，使用数码相机对既有裂缝进行拍照，记录裂缝位置、走向，同时用围尺测量并记录产生根劈作用的植物及其胸径、基径。另外，使用钢尺和游标卡尺两者结合，将游标卡尺锚固在裂缝两侧，准确记录裂缝的长度、宽度及其最大值，以及缝隙内植物根径、根长等信息。高度则采用激光测距望远镜进行测量，测量数据有缺漏处，以球形树冠约等于高度、伞形树冠约等于高度2/3的估算方式[28]进行补充。同时在裂缝旁以小型标志物做好标记[29]，于同年10月以同样的方式再次获取同样数量的裂缝信息，对比两组裂缝宽度最大值的变化。

通过PS软件进行相机照片分辨率处理，然后通过图像分析法[30]获得裂缝面积的具体数据。通过SPSS24.0对植物胸径、基径、裂隙内根长、根径以及两者距离与裂隙面积进行相关性分析，总结提取关键影响因子。

2 结果与分析

2.1 乔木树种根劈作用对假山体的影响

在南京瞻园距离南北主假山山体5 m的范围内，对产生根劈作用的乔木种类、位置及数量统计显示，瞻园共有2株朴树、3株女贞、2株枇杷、1株龙爪槐、2株广玉兰、1株木瓜发生了不同程度的根劈现象，而在调查范围内共有朴树2株、女贞4株、枇杷3株、龙爪槐1株、广玉兰3株、木瓜1株。这说明，虽然产生根劈现象的乔木数量不多，但关键树种发生根劈现象的频率较高。

不同乔木产生的缝隙数量与石体缝隙现状如表1所示。结果显示，各乔木根系引发的裂隙数量和裂隙面积具有高度的一致性。朴树和女贞根系引发的裂隙数量和裂隙总面积尤为显著，远超过其他树种，木瓜根系根劈作用最不显著。其中，枇杷根系引发的裂隙数量、平均宽度、平均最宽及裂隙总面积均处于前三的数值水平，而龙爪槐根系引发裂隙的平均长度仅次于朴树和女贞根系，广玉兰根系的显示中等。

从裂缝特征数据看，朴树和女贞根系的根劈作用对假山体裂缝面积的影响最为显著，木瓜根系引发的根劈作用尚处于初级阶段，并未造成显著影响。从根系形态来看，直根系深根性的乔木更容易产生根劈作用。因此，在瞻园的园林植物养护与管理工作中，应重点关注朴树、女贞、枇杷、龙爪槐以及广玉兰的生长状态，避免在植被修缮和植物更新中再次使用直根系深根性的树种。

2.2 植物根劈作用的影响因素及相关性分析

引发植物根劈作用的影响因素及其影响程度不一，因此，判定影响因子相关性的显著与否将成为古典园林假山预防性管理保护体系构建的重要依据。针对南京瞻园因根劈现象产生的38条裂隙，统计其对应的裂隙内根径、根长以及裂隙距离植株种植点的数据，因各种指标间有着较大差异，将无法准确测量的数据筛除后，选择31条裂缝数据和10个植株主要生长指标进行相关性分析，结果见表2、表3、表4。

分析表2可知，排除个别极端数据，裂隙内根长、裂隙内根径、裂隙距离植株种植点距离、植株胸径、基径、树高、冠幅呈正态分布，且P-P图均围绕着实时累计概率均匀分布，其结果均呈现线性规律，符合相关性分析条件。

相关性分析以P值（皮尔逊系数）解释变量之间的相关程度（表3）。由表3可知，单条裂缝与其对应的裂缝数据共31组，裂缝面积与各调查因子的皮尔逊相关系数为0.305～0.792。其中裂缝面积与裂隙内根长、裂隙内根径之间呈极显著正相关，相关系数大小为裂隙内根长（0.792）＞裂隙内根径（0.499）。同时，裂缝面积同种植点与裂缝距离无显著相关。

单株乔木与其对应的裂缝数据共10组，裂缝面积与各调查因子的皮尔逊相关系数为0.517～0.778（表4）。其中裂缝面积与冠幅呈极显著正相关，裂缝面积与基径、树高呈显著正相关，相关系数大小依次为冠幅（0.778）＞树高（0.760）＞基径（0.755）。同时，裂缝面积与乔木胸径无显著相关（表4）。

2.3 植物根劈作用产生裂缝面积的预测模型及多元线性回归分析

预防性保护概念认为“文物保护不应只关注单体，而应该关注环境对文物的影响”[31]，它强调通过监测评估的方法分析损毁变化规律，探究事物发展规律。与因子分析方法相比，具有可选取高度相关变量（而非因子）、可验证可行性（而非筛选公因子）、可剔除无显著性变量且变量数量不受限制等特征的回归性分析方法，适合本研究对象。因此，在相关性分析的基础上，剔除无显著性影响的变量，建立两个根劈作用产生裂缝的面积预测模型，模型1为单条裂缝预测模型，模型2为单株乔木根劈作用预测模型。选择的变量见表5，模型其他参数包括最终引入模型的变量及常数项的系数（B），调整后的R2Adjusted，德宾-沃森值（DW值），显著性P值以及共线性VIF值。其中：B值为建立模型时每个方程自变量的回归系数；调整后的R2值与德宾-沃森值反映变量对事物的描述程度，即模型的有效性；显著性P值与共线性VIF值则体现了对各变量是否适用于多元线性回归的检验（表5）。

其中模型1调整后的R2值为0.629，即自变量对应变量进行62.9%的解释程度，DW值为1.715，介于1.5～2.5，因此预测模型有效，具有统计学意义。另外，模型1的显著性（P值）均大于0.05，即具有显著相关性；共线性（VIF值）均小于5，即在统计学意义上，变量之间不存在自相关。同时，模型1的回归标准化残差正态P-P图显示数据围绕着渐近线分布，说明残差分析呈明显的正态分布，即预测模型确有意义。又因为常量系数（B值）均大于0，由此推断出裂隙内根长、根径与根劈作用所产生的裂缝面积呈正相关（图4）。

模型2调整后R2值为0.493，即自变量对应变量进行49.3%的解释程度，低于50%；植株基径的VIF值低于10，但植株树冠及冠幅的VIF值均处于50～100，在统计学上具有一定的共线性，即变量之间存在自相关。由以上两点得出，模型2的变量不适合进行多元线性回归。相关性分析得出，乔木冠幅与裂缝面积的相关程度高于乔木高度，因此，筛除乔木高度这一变量，由乔木基径与乔木冠幅这两个变量重新修正模型2。修正后，模型2的VIF值（5.513）＞5，仍存在一定的共线性，最终不予采用。

综上，以SPSS24.0分析得出裂隙内植物根长、根径、植物冠幅、树高、基径与根劈作用产生的裂缝面积显著相关，而裂隙内根长、裂隙内根径与产生的裂缝面积呈正相关。构建的裂缝面积模拟方程为：

S1=-12.291+1.093×L+2.919×W。

式中：S1为裂缝面积，cm2；L为裂隙内根长，cm；W为裂隙内根径，cm。

3 根劈作用下园林假山体的保护策略

3.1 建立假山受根劈作用影响的描述性统计数据库

分析发现，假山体裂缝面积与周边植物根径、根长、基径、树高及冠幅有着显著的相关性，因此，公园假山管理中，需要建立用来进行SPSS分析的基础数据库，为假山周边乔木与每条山体裂缝进行编码，跟踪记录乔木及裂缝的各项数据，为日后扩充园林样本数量、优化样本模型奠定基础。单株乔木唯一的识别编号（ID）包含园林名称、假山编号、植物品种拉丁学名和同类型同品种不同植物单体编号等信息；单条裂缝唯一识别编号包含园林名称、假山编号、假山区域编号、乔木单体编号、裂缝单体编号等信息。最后，将信息完整纳入描述性统计数据库。

3.2 设置加剧假山受损的植物变量预警阈值

在裂缝受损程度的评价分析中，裂缝最大宽度值往往是实际检测中最为重要的一点[32]，甚至是唯一的指标。如程洪福等[9]在环秀山庄假山遗产的监测过程中，将1 mm设置为固定的裂缝宽度变化预警值。这样的保护方法，不但忽视了环境变化对裂缝产生的不同影响，而且往往具有严重的滞后性。在监测到假山石明显的形变后，由于裂缝的扩展不可逆转，假山遗产保护常采取粗糙的工程手段进行补缝，大大影响了园林景观整体的美观度。本研究通过针对根劈作用建立裂缝面积的预测模型，拓宽了假山遗产保护工作中的监测内容，将裂隙内植物根长、裂隙内根径等乔木变量纳入日常的监测中，动态掌握裂缝变化趋势，及时阻止裂隙内植物根系的过度生长。如南京瞻园裂隙内根径不变、根长变化值超过11.25 cm时，即应考虑抑制植物单条根系的发育。

3.3 优化假山裂缝面积预测模型

单个园林对象的数据是有限的，这意味着扩大研究范围与样本数量，将会进一步优化分析结果，筛选其他重要影响变量。本研究通过实地调研数据，综合考虑假山所处的真实园林环境，可以根据量化分析结果进一步筛选环境变量，划分监测等级，明确预警指标，提升假山遗产保护中的预知能力和定量判断准确性。当然，本研究仍存在局限性，如样本量不够大，预测模型对事件的解释程度仍有待提高。另外，植物与石体接触的土壤环境、大气环境以及假山石体本身的岩性对植物根劈是否存在促进作用，也需进一步的研究。

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（责任编辑 郑琰燚）

收稿日期Received：2023-01-29""" 修回日期Accepted：2023-05-29

基金项目：2023年江苏省科技计划专项资金（重点研发计划社会发展）项目（BE2023822）；江南园林遗产保护与活化江苏省文化和旅游重点实验室课题（2022）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（PAPD）。

第一作者： 张青萍（qpzh@njfu.edu.cn），教授。

引文格式：张青萍，陈凤仪.植物根劈作用对江南园林假山遗产的影响——以南京瞻园为例[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2024，48（4）：271-278.

ZHANG Q P，CHEN F Y. The influence of plant root splitting on garden rockeries in Jiangnan：taking the Zhanyuan Garden as an example

[J]. Journal of Nanjing Forestry University （Natural Sciences Edition），2024，48（4）：271-278.

DOI：10.12302/j.issn.1000-2006.202301025.