中國35個城市行道樹樹種組成特征研究

王 可 肖 路 田盼立 張喜亭 王洪元 王文杰,*

(1.東北林業大學化學化工與資源利用學院，哈爾濱 150040；2.中國科學院東北地理與農業生態研究所，長春 130102)

城市森林為城市居民提供至關重要的生態服務功能如固碳釋氧、城市微氣候調節、凈化空氣、生物多樣性維持以及城市熱島調節等[1～2]。城市森林在城市生態環境保障中具有不可替代的作用，城市行道樹組成是生態服務評價以及功能提升的重要基礎[3]。Mcpherson等對美國22個城市的行道樹綜合研究，明確了美國行道樹的整體生態價值[4]。系統開展城市間樹種組成差異規律的研究，將有助于支撐城市森林的科學管理與多生態服務功能提升[5]。

隨著街景大數據的出現，使得對城市森林行道樹組成進行多城市、大范圍的研究成為可能。街景已被廣泛用于城市樹種調查[6]、城市綠色程度評價[7]、鳥類生境評估[8]以及城市環境計量[9]等研究。相對于傳統實地調查方法，基于街景的城市生態研究則更為省時、省力。此外，王文杰等利用百度街景測量樹木大小，表明街景網絡大數據在生態環境和城市街道樹木調查中的應用潛力巨大，工作效率提升50倍以上[10]。以上這些研究為多城市行道樹組成及比較提供了基礎。

中國非常重視城市森林在人居環境中的作用，正在構建國家森林城市和森林城市群(http://www.forestry.gov.cn/)。以往城市森林研究多局限于一個城市[11～14]，而對多個城市、區域間城市森林對比研究匱乏，限制了我國相關林業管理水平政策的提出。當前對城市森林樹種組成合理性評價主要標準為10/20/30經驗法則，其指出一個區域內最合理的配置是某一種的比例不能超過10%，某一屬的比例不能超過20%，某一種的比例不能超過30%[13]。此外，我們還運用了《國家森林城市評價指標》來對城市行道樹樹種配置合理性來進行評價。這樣的植物組成既能降低城市森林病蟲害的發生率，同時又能維持較高的生物多樣性[15]。按照中國常用的區域劃分方法，系統開展多城市、區域間差異對比研究，將有助于提升我國對未來城市森林的構建、發展和規劃以及林業管理政策的制定。基于上述，本研究利用街景大數據，選擇了全國35個主要城市進行行道樹相關調查，旨在解決3個方面內容：①我國主要城市行道樹組成情況；②城市行道樹樹種組成合理性評價；③根據本研究為城市森林樹種選擇與規劃提出建議。

1 研究地點與研究方法

1.1 研究區域

本研究選取全國35個典型城市分別為：北京、天津、西安、成都、長沙、沈陽、武漢、哈爾濱、長春、石家莊、昆明、南昌、南寧、合肥、鄭州、貴陽、呼和浩特、福州、烏魯木齊、蘭州、西寧、海口、三亞、桂林、銀川、鄂爾多斯、拉薩日喀則、克拉瑪依、武威、太原、杭州、濟南、南京、重慶等，共調查88 632個樣點(見表1)。上述城市均被百度街景覆蓋。地理分布從最北部的哈爾濱市到最南部的三亞市；從東部的杭州市到最西部的克拉瑪依市。依據我國的地域差異將上述城市劃分為北方地區(11)、南方地區(15)、青藏地區(3)和西北地區(6)4個區域(見表1)。

1.2 基于街景植物種類數據獲取

本研究將基于網絡街景圖像對我國35個主要城市森林的行道樹植被群落結構分布及其差異進行調查分析。首先在百度街景地圖中打開全景模式，在有全景的市區內對我國35個城市建成區面積約9 083 km2進行隨機布點，進行收藏標記。然后利用百度街景進入收藏樣點，觀測以樣點為中心100 m范圍內行道樹的樹木種類進行識別記錄。具體方法為：

首先查閱本研究所有城市樹種資料，熟悉其基本特征。進入百度街景收藏樣點，識別樹木種類并確定該樣方內每種喬木所占比例，記錄多度最多的前4種。本研究過程中會出現街景照片時間為冬季或落葉季節，則需要使用街景時光機功能調整為夏季圖像。

表1 本研究城市列表及每個城市位置與樣點個數情況

1.3 數據處理

樹種相對多度計算方法：計算出35個城市行道樹的每個種的相對多度。計算公式為：

(1)

式中：Si為城市內種的數目，S為城市記錄的所有種的數目之和。再對城市樹種進行排序，選擇15個占主要優勢的樹種。根據城市劃分求得相對應平均值。

依據10/20/30法則對各地理區域城市道路林配置合理性進行評價，該經驗法則建議城市管理區域最常見種的相對多度是否低于10%，若低于則該地理區域種的配置合理，反之則不合理[13]。國家森林城市建設要求指出城市某一個樹種的栽植數量不超過樹木總量的20%，城區鄉土樹種利用應該達到80%[15]。

2 結果

2.1 我國主要城市行道樹樹種組成

在我國35個城市內共調查到常見行道樹共99種，其中楊樹(Populusspp.)、柳樹(Salixspp.)、香樟(Cinnamomumcamphora)、雪松(Cedrusdeodara)、國槐(Sophorajaponica)、榕樹(Ficusmicrocarpa)是我國城市行道樹中常見樹種(見表2)。本研究選取常見的15個種進行分析。如表2所示，我國不同城市行道樹不同樹種所占比例不同。一些北方城市，如哈爾濱、長春、呼和浩特等楊樹占主導作用(>31%)。長沙、杭州等南方城市香樟所占比例較大，占本地總數的50%以上。其他樹種如女貞(Ligustrumlucidum)、桂花樹(Osmanthusfragrans)、椰樹(Cocosnucifera)等非主要樹種所占比例較小，有些城市如北京、天津、沈陽等幾乎沒有此樹種。僅有昆明和桂林城市森林的各常見種所占比例相對比較均衡。除常見優勢樹種外，南寧、三亞和桂林的其他樹種所占比例超過59.5%。根據35個城市平均來看，占顯著地位的是楊樹(15.16%)，其次是香樟(12.93%)，椰樹所占比例最小，為1.36%。

2.2 不同區域城市行道樹樹種組成

由表3可以看出，北方和西北地區行道樹以楊樹、國槐和柳樹(>7%)為主；南方地區香樟(25.5%)、榕樹(3.81%)等闊葉樹占的比重較大；青藏地區以楊樹、柳樹以及針葉樹為主，樹木種類較少不足南方地區樹種的1/2。北方地區相對多度最高的樹種是楊樹(23.07%)，是南方地區的7倍以上；南方地區香樟(25.51%)相對多度最高，遠遠高于其他三個地理區域，其余的樹種均在8%以下；青藏地區的柳樹相對多度最高為29.33%，其次為松樹(28.17%)；西北地區的楊樹(32.60%)和國槐(24.23%)相對多度高于其他地區1.4～11.0倍。

3 討論

3.1 基于百度街景的行道樹組成研究

新興的技術方法，如本文所使用的街景網絡大數據，在城市森林評價方面有很大的優勢。目前街景大數據已經用在了很多方面，如在城市街道綠化方面，基于網絡街景照片自動綠色可視指數計算方法[7]獲得進展，在城市樹木特征識別與樹木大小測量方面，軟件機器學習實現了行道樹計數與分類，計數比例能達到實測的>70%，識別樹種達到實測的80%以上[6]；我們課題組開發出了樹木胸徑、樹高、枝下高和冠幅測量方法，測量精度>0.90,測量效率提高50倍以上[10]。本文的研究也發現， 其在主要城市森林樹種調查方面，

表3 不同地理區域行道樹常見種的相對多度

Table 3 The relative abundance of common species of street trees in different geographical areas

樹種Species北方Northern南方Southern青藏QinghaiTibet西北Northwestern楊樹Populusspp.23.13.818.632.6香樟C.camphora0.725.50.00.0懸鈴木P.acerifolia9.47.00.00.3國槐S.japonica13.11.24.224.2柳樹Salixspp.11.71.029.38.5欒樹K.paniculata5.04.01.14.5白蠟F.chinensis4.20.16.79.0榕樹F.microcarpa0.27.90.00.0雪松C.deodara5.91.428.21.7銀杏G.biloba2.43.60.00.0椿樹A.altissima3.34.20.02.9榆樹U.pumila3.60.20.86.1女貞L.lucidum1.41.70.00.0桂花樹O.fragrans1.12.40.00.0椰樹C.nucifera0.02.70.00.0其他Other15.133.511.210.2

對于廣域范圍內、國家不同區域間比較，通過短期的植物分類學培訓，就可以達到與野外實測結果相當的水平。我們研究發現南方城市行道樹樹種多選用以香樟為主的闊葉樹，北方和西北城市行道樹則以楊樹、柳樹和槐樹為主，青藏地區行道樹以楊樹和針葉樹為主(見表3)。前人的研究也指出北方城市森林以楊樹、柳樹、槐樹類植物以及一些常見的針葉樹(如油松、紅皮云杉)為主[13～14,16～17]。與北方相比南方城市森林則以樟樹、榕樹等闊葉樹為主要樹種[18～20]。西北地區地廣人稀，城市森林植物組成與北方城市類似[21～23]。西部、青藏地區城市森林植物以楊、柳樹植物以及一些常綠針葉樹為主如松樹[24～26]。由此可見，基于街景的測定結果不僅與前人野外測定結果大體一致，還能進一步彌補相關多度方面的欠缺。本文共測定88 632樣地，測定的精度相當于0.65～1.30 km網格。野外實地測定將花費大量的經費、人力和物力。我們的研究結果進一步說明，基于網絡街景大數據開展城市主要樹種研究具有可行性。

3.2 我國城市行道樹樹種配置合理性評價及未來城市樹種選擇建議

當前對城市森林樹種組成合理性評價主要標準為10/20/30經驗法則，其指出一個區域內最合理的配置是某一種的比例不能超過10%，否則將影響生態系統的穩定[13]。國家森林城市建設要求指出城市森林應樹種豐富多樣，行成多樹種、多層次、多色彩的森林景觀、城市某一個樹種的栽植數量不超過樹木總量的20%，城區鄉土樹種利用應該達到80%[15]。我們依據以上兩個標準結合上述研究結果對我國城市行道樹樹種配置進行評價并提出建議。我們的結果表明中國城市行道樹的物種多樣性還有很大的上升空間。沈陽、哈爾濱、長春、呼和浩特、烏魯木齊、銀川和克拉瑪依幾個城市楊樹占主導地位(>31%)，樹種組成單一。香樟在成都、長沙、南昌、杭州、合肥、貴陽和福州幾個城市所占比例在30%以上，單個樹種優勢明顯，因而導致該城市植物配置不均衡。綜合來看4個區域行道樹樹種水平上配置均不合理(見表2)。由于研究區域的城市森林大多屬于行道樹，因而樹種的組成相對單一，以楊、柳和松樹為主，這種的樹木配置極易引發病蟲害，某個季節也會因毛絮導致污染及過敏反應。因此，在行道樹種選擇時北方、西北和青藏區域城市應減少楊樹、柳樹、松樹和槐樹等的利用，南方地區應增加除香樟、懸鈴木外的本地種。西北、青藏地區增加闊葉樹種如胡楊、新疆楊等，南方地區提高針葉樹種的種植比例，并將它們的種植策略調整到能最大限度地提升我國城市森林生態服務效益。

4 結論

基于街景調查我國城市常用行道樹共99種，其中最常見的樹種是楊樹、柳樹、香樟、雪松和國槐。在地理區域上，我國南方城市行道樹種多選用以香樟為主的闊葉樹，北方和西北城市行道樹則以楊樹、柳樹和槐樹為主，青藏地區行道樹以楊樹和針葉樹為主。依據10/20/30經驗法則，僅有昆明和桂林城市森林在種植水平上配置較為合理，其他城市植物配置均不合理，尤其克拉瑪依市的楊樹相對多度高達61.2%，長沙市和杭州市的樟樹比例超過樹種總數的50%，單個樹種優勢明顯，導致該城市植物配置不均衡。4個區域行道樹樹種水平上配置均不合理。建議對我國北方、西北和青藏區域城市減少楊樹、柳樹、松樹和槐樹的種植，南方地區增加適宜本地生長的本地種。我們還建議在行道樹規劃中加大針葉林和常綠闊葉林的種植，尤其是增加西北、青藏地區闊葉樹種，南方地區針葉樹種的種植，并將他們的種植策略調整到最大限度地提升我國生態效益。本研究為我國合理規劃城市森林、科學評價與構建、系統開展多城市對比、支撐城市森林管理和綜合提升生態服務功能提供了重要參數。