強臺風后城市園林樹木的風災損傷及其抗風能力研究
——以深圳大學后海校區為例

劉瑞雪

許曉雪

中國是風災活動頻繁且受風災影響較大的國家之一，其中臺風是影響我國沿海地區及部分內陸地區重要的天氣系統，是極具破壞力的熱帶氣旋[1]。作為城市景觀的重要組成部分，沿海地區的城市園林樹木常因臺風侵襲而遭受重大損失[2]。在臺風多發區域，有效判斷和預測園林樹木的抗風能力，選擇抗風能力良好的樹種用作城市綠化，以減輕風災損傷是城市建設的迫切需要。目前國內關于樹木風害的研究主要集中在風對樹木的力學作用機理、樹木風害評價等方面。如艾曉秋等建立樹木風災破壞評估有限元模型，采用頻域分析法對樹木失效風速進行研究[3]；彭勇波等建立樹木風振響應分析的簡化理論模型，分析影響樹木動力學特征的材料物理參數，提出樹木風振響應分析方法[4]；祖若川等利用層次分析法和綜合評價法對樹木形態學相關指標進行評分，建立樹木抗風性形態性狀預測體系[5]；吳小寧等面向橡膠樹熱帶氣旋風險評估及保險應用，對橡膠樹風災易損性進行量化評估等[6]。關于易受風害樹種的研究，已有研究指出在我國沿海地區菩提、人面子、大葉桃花心木、黃槿和銀樺等樹種易受風害影響且損傷較嚴重[7-8]。國際上一些易受颶風災害影響的國家如美國、墨西哥等，也針對樹木風害展開大量研究。研究多針對沿海松樹林、紅樹林等脆弱生態系統，分析颶風對其植物群落結構和空間分布等的影響，以及對風害后生態系統的變化趨勢進行預測[9-10]。綜合現有研究，雖已有一些專門針對城市園林樹木抗風能力的研究，但多是通過災害現場調查獲取樹木的受損情況，從直接外因(風力和風向)和間接外因(綠地、施工與養護管理等)對樹木抗風能力進行經驗推測性分析，定量論證尚不多見[2，7]，而且針對內因(樹木功能性狀)來解析樹木抗風能力的研究寥寥無幾[11-12]。

深圳地處我國東南沿海，經常遭受臺風襲擊，嚴重影響城市園林景觀，因此有效判斷園林樹木的抗風能力，科學選擇抗風樹種是城市建設亟待解決的問題。通過調查臺風侵襲后深圳園林樹木的損傷情況，王勇進曾對園林樹種進行損傷評估[13]；吳顯坤也分析過臺風對樹木的作用機理并對樹木抗風能力因素進行探討[14]。2018年9月16日，超強臺風“山竹”在廣東沿海登陸，登陸時中心附近最大風力17級。受臺風影響，深圳陸地風力11～13級，沿海最大陣風14～16級，9月15日0時—17日0時最大累計雨量324mm。對深圳城市園林景觀造成嚴重破壞，樹木受損達17萬株，其中倒伏8 074株[15]。本文通過實地調查，統計深圳大學后海校區校園內園林樹木在臺風中的受損情況，評估常見園林樹木的抗風能力，并通過定量分析樹種抗風能力相關性狀與風害指數之間的關系，確定影響城市園林樹木抗風能力的關鍵性狀，以期為易受臺風侵襲城市的抗風樹種選擇及綠地規劃設計和栽培養護管理提供科學依據。

1 研究方法

1.1 研究區域概況

深圳地處廣東中南沿海，珠江入海口之東偏北，屬亞熱帶海洋性氣候。常年主導風向為東南偏東風，年均溫22.4℃，雨量充足，4—9月為雨季，年均降雨量1 882.8mm。日照時間長，年均日照數為2 120.5h。平均每年受臺風影響4～5次[16]。地帶性植被為南部熱帶常綠闊葉林和北部亞熱帶常綠闊葉林，植物資源豐富。深圳大學后海校區位于深圳市南山區，地處深圳市西南部，靠近深圳灣海域。校園內園林植物種類繁多，種植有常見的城市園林樹木如大王椰子、黃葛樹、南洋杉和洋紫荊等。

表1 園林樹木風害程度等級

1.2 數據收集

強臺風山竹過后第3天，對校園內園林樹木受災情況進行實地調查并拍照記錄。根據文獻資料[17-18]，結合實際受災情況，制定樹木風害程度分級(表1)。

對校園園林樹木進行實地調查，采用每木調查法，根據樹木風害程度等級(表1)記錄每株樹木的風害情況。調查中如果樹木表現為1種以上的風害癥狀，則受害等級的樹木株數需重復統計。根據每株樹木的風害程度等級，計算每種樹木的平均風害級和風害指數[17]，分析樹木的抗風能力。平均風害級越大，風害指數越大，樹種抗風能力越弱。計算公式為：

表2 園林樹木抗風能力相關性狀

表3 常見園林樹種的平均風害級

DG=Σ[(Dn/N)×G]

DI=Σ[(Dn×G)/(N×SG)]

式中，DG為平均風害級；DI為風害指數；Dn為某風害等級株數；N為總株數；G為代表級值；SG為受災最重代表級值。

根據文獻閱讀和實地調查[14，19]，選取相對穩定且能反映樹種抗風能力的性狀進行調查記錄，包括2個方面：樹種形態性狀(15種)和木材材質性狀(8種)，相關性狀的調查內容描述詳見表2。

1.3 數據分析

首先使用Spearman秩相關系數分析風害指數與樹木形態性狀和木材材質性狀之間的相關性；采用多元回歸模型，以樹種風害指數為因變量，抗風能力相關性狀為自變量，分析抗風能力相關性狀與樹種風害指數之間的關系，確定影響樹種抗風能力的關鍵性狀。所有數據分析由SPSS20.0完成。

2 園林樹木風害情況及其抗風能力評估

本次調查共記錄園林樹木137種14 452棵，隸屬于47科109屬，其中以棕櫚科(8種2 332棵)、桑科(12種2 272棵)為主。根據生活型分類，喬木109種13 096棵，灌木28種1 356棵。外來樹木39種2 804棵，鄉土樹木98種11 648棵。受害樹木達7 080棵，占調查樹木總量的48.99%，隸屬于34科88屬111種，其中以桑科(10種1 064棵)、豆科(21種976棵)和桃金娘科(7種864棵)為主。根據生活型分類，喬木92種6 600棵，灌木19種480棵。外來樹木30種2 076棵，鄉土樹木81種5 004棵。受害樹木以枝條不同程度的折斷為主，占受害樹木總量的67.63%。

表4 常見園林喬木樹種24種

對樹種株數占樹木總株數0.2%以上的63種樹木計算平均風害級DG，根據每種樹木的平均風害級對其風害情況進行分析，分為未受風害、輕度風害、中度風害和重度風害(表3)。由表3可知，63種樹木中57.14%的樹種屬于輕度風害，包括6種外來樹種和30種鄉土樹種，抗風能力較強，所受風害主要表現為樹干稍傾斜和葉片部分脫落，如美麗異木棉、小葉欖仁、秋楓和大花紫薇等；38.10%的樹種屬于中度傷害，包括10種外來樹種和14種鄉土樹種，抗風能力一般，所受風害主要表現為枝條不同程度折斷，如金葉假連翹、樟、大葉桃花心木和黃槿等；沒有重度風害的樹種；基本未受風害的僅有3種，為大王椰子、酒瓶椰子和蘇鐵，抗風能力強。

3 影響園林樹木抗風能力的關鍵性狀

樹木受風害的程度，除了取決于風力風向等臺風因素和空間環境因素以外，樹種自身抗風能力是非常關鍵的因素。不同樹種的抗風能力存在差異，與樹種的形態和材質密切相關[11-12、24]。調查中樹種株數占樹木總株數1%以上的樹種共35種，其中包括棕櫚科植物6種(大王椰子、假檳榔、魚尾葵、蒲葵、散尾葵和美麗針葵)。由于已有文獻研究過棕櫚類植物的抗風性，因此本文將棕櫚科植物納入分析[25]。其余29種常見園林樹木主要以喬木為主，由于喬木和灌木在形態和材質上有顯著的差別，因此本研究以24種喬木樹種為研究對象進行抗風能力分析(表4)。

對喬木樹種的風害指數和23個抗風能力相關性狀進行相關性檢驗(圖1)。風害指數與形態性狀中的枝條是否輪生和主干分枝數呈極顯著負相關，與分枝角為極顯著正相關；與木材材質性狀中的木纖維長度和抗彎強度顯著負相關。結果表明喬木樹種枝條不輪生、主干分枝數越少、分枝角越大、木纖維長度越短、抗彎強度越小，則風害指數越高。

以風害指數為因變量Y，以抗風能力相關性狀為X，進行多元回歸分析。由表5可知，分枝角X11、枝下高X4和順紋抗壓強度X23所對應的P值分別為0.000、0.007和0.009，均小于0.01，說明回歸檢驗具有極顯著性，即分枝角、枝下高和順紋抗壓強度對風害指數的影響極顯著。而且方差膨脹系數VIF值分別為1.018、1.042和1.058，均小于3，說明自變量之間的多重共線微弱，可忽略不計。根據表5所得的風害指數與抗風能力相關性狀的回歸方程為：Y=-1.083+1.859X11+0.594X4-0.994X23。從方程可知，23個抗風能力相關性狀中，與喬木樹種風害指數相關性最大的是分枝角，為顯著正相關；其次是順紋抗壓強度，為顯著負相關；枝下高也與喬木樹種風害指數相關性顯著，為正相關。結果表明，喬木樹種分枝角越大、枝下高越高、順紋抗壓強度越小，則風害指數越高。

圖1 喬木的風害指數和抗風能力相關性狀之間的相關性

4 結論與討論

4.1 深圳常見園林樹木的抗風能力

強臺風“山竹”對深圳園林樹木影響巨大，通過對園林樹木的受損情況調查統計可知，大王椰子、蘇鐵、酒瓶椰子、散尾葵、蒲葵和美麗針葵等單子葉植物所受臺風損害程度較輕，平均風害級屬于未受風害或輕度風害，表明其抗風能力較強，這與前人的研究結果一致[25]。調研中也發現受臺風侵襲后假檳榔零星出現主干折斷或連根拔起，金山葵落葉嚴重，造成一定的安全隱患。美麗異木棉、南洋杉、幌傘楓、秋楓、小葉欖仁、荔枝、龍眼、垂葉榕和小葉榕等這些華南地區常見的喬木樹種在臺風中表現良好，所受損傷程度較輕，表明其抗風能力較好，所受損傷主要表現為樹干稍傾斜和葉片部分脫落，災后可快速恢復。而大葉桃花心木、洋紫荊、黃槿、白千層、阿江欖仁、大葉相思和木麻黃等樹種受損較嚴重，主要表現為枝干不同程度折斷，表明其抗風能力一般。在調研中發現洋紫荊、大葉相思和黃槿出現一些主干折斷或連根拔起倒伏的損傷，存在較大的安全隱患。前人研究已證明，大葉桃花心木和洋紫荊的抗風能力弱，在多地多次臺風中受災較嚴重[2，17]。在調查中發現大部分的灌木樹種受臺風損傷較輕，如華南地區的常見灌木紅檵木、葉子花、金葉假連翹和基及樹等，輕度風害等級的灌木株數占灌木總數的74.44%。大部分灌木冠高較低、分枝角低，抗風能力較強。同時大部分灌木樹種修剪成球形或成片種植，而且灌木層上多有喬木層庇護，在一定程度上減輕了臺風傷害。

4.2 影響喬木樹種抗風能力的關鍵性狀

影響樹木抗風能力的性狀主要包括2 個方面，樹木形態性狀和木材材質性狀。通過Spearman相關性檢驗和多元回歸可知，喬木樹種的枝條是否輪生、主干分枝數、分枝角、枝下高、木纖維長、順紋抗壓強度與樹種風害指數有顯著相關性，樹木的形態性狀相對于木材材質性狀具有更明顯的影響力。

喬木的形態性狀中，枝條是否輪生和主干分枝數與樹種風害指數呈顯著負相關。即樹木枝條非輪生且主干分枝數越少，所受臺風損害越大，抗風能力越弱。在實地調研中發現，像南洋杉和幌傘楓等枝條近輪生且主干分枝數較多的樹種，所受臺風影響較小，多表現為基本無傷害或葉片脫落，偶有小枝條折斷。分枝角和枝下高與樹種風害指數顯著正相關，即樹木枝下高越高、分枝角越大，則抗風能力越差，所受臺風損傷越嚴重。調研中發現，校園中的洋紫荊樹木高大、樹枝開展、枝下高較高，受臺風的影響較為嚴重。前人研究中通過現場觀察結合經驗分析推測得出樹木冠形、胸徑、根系類型與樹木抗風能力有重要相關性[7，26-27]。吳顯坤通過樹木形態數據資料的現場調查與收集，結合樹種在臺風中的受害情況，采用聚類和主成分分析，得出樹種冠形、根系類型和樹冠濃密程度是樹種抗風能力差異的主要原因[14]。而本研究中通過臺風過后的現場調查，采用Spearman相關性檢驗和多元回歸，得到樹木冠形和根系類型與樹木風害指數并沒有顯著相關性。結果存在差異的原因可能是臺風屬偶然極端天氣情況，無法進行重復試驗，而且樹木形態如冠形、冠幅等極易受到空間形態、種植形式、土壤類型和養護管理等人為影響，所以研究中無法做到精確的定量研究。而且現有研究主要都局限在通過臺風后植物的損傷情況來進行分析，難以通過風洞試驗來精確定量分析樹木在哪種級別的風力和哪個風向時會受到哪種傷害，以及樹木的形態性狀如樹高、冠形、冠幅、枝下高等與其抗風能力的關系[1]。

喬木的木材材質性狀中，木纖維長度、順紋抗壓強度和抗彎強度與樹種風害指數有顯著的負相關性。抗彎強度與風害指數呈負相關，即木材所能承受逐漸施加彎曲荷載的最大能力越大，風害指數越小，抗風能力越強；順紋抗壓強度與風害指數呈負相關，木材受到外壓力時，能抵抗外力壓縮變形破壞的能力越強，風害指數越小，則樹木抗風能力越強；木纖維長度越長說明樹木由木質化增厚的細胞壁和具有細裂縫狀紋孔的纖維細胞所構成的機械組織的長度越長，樹木越堅硬。因此喬木樹種的木纖維長度越長，順紋抗壓強度越大，抗彎強度越強，抗風能力越強[28]。前人研究中較少涉及樹木的木材材質性狀與抗風能力的關系，雖有研究提到木材的韌性、易曲性與抗風能力有關，但結論是通過現場觀察結合經驗分析推測得出，并未經過定量分析或實驗驗證[27]。吳顯坤對廣東沿海常見行道樹的抗風性能進行研究，提出樹種的木材抗彎強度與抗風能力密切相關[14]74；段溪對杭州灣地區海岸7種防護林樹種的抗風性能進行研究，提出樹種的氣干密度和抗彎強度與抗風能力密切相關[29]，這都與本研究的結論較為一致。

樹木抗風能力除了受到自身形態和木材材質的影響外，空間形態、周邊建筑分布情況、種植方式、群落結構、土壤條件和養護管理等因素對樹木抗風能力也有影響[7]。本研究進行樹木臺風傷害實地調查的場地主要包括硬質場地(主要是生態停車場和樹陣廣場)、道路綠地、建筑周邊綠地和草地樹叢。調研中發現道路兩側樹木受臺風傷害最為嚴重，其次為硬質場地和建筑周邊綠地，草地樹叢所受風害最小。究其原因可能是周邊建筑使道路成為天然風道，風速較大，且樹木等距分散種植，土壤條件較差，因此樹木受害最嚴重；硬質場地由于場地較為空曠開敞，缺少建筑圍合與遮擋，且樹木種植較為分散，樹池面積小根系生長受限，受臺風影響也較大；建筑周邊樹木由于受到建筑遮擋，受到風害損傷相對較小；草地樹叢植物種植較密集，形成叢生效果，且土壤條件較好，樹木根系可充分接觸土壤，受到臺風影響最小。綜合以上分析，受臺風侵襲較頻繁的城市應優先選擇冠幅適中、根系深廣、枝條柔韌和材質堅硬的鄉土樹種進行城市綠化。

表5 各變量的回歸系數和T檢驗

4.3 臺風應對策略

強臺風“山竹”風力強勁，已超過大多數樹木所能承受的風力，是造成園林樹木受災嚴重的重要因素。雖然園林樹木的抗風能力與眾多因素密切相關，但在實際工作中可以從樹種選擇、設計施工和養護管理等方面增強其抵御臺風的能力，以期在災害中降低損失。1)抗風樹種的選擇。對于臺風頻繁侵襲的城市，城市園林樹木的選擇要兼具觀賞性和抗風性。以多樣性原則為依據，在保證生態系統穩定的情況下增加抗風樹種選擇，減少抗風能力較差的樹種。盡量選擇樹冠適中、深根系、枝條柔軟、木材緊致、抗彎能力強的樹種。可種植幌傘楓、荔枝、龍眼、杧果、小葉欖仁、菠蘿蜜和美麗異木棉等優良園林樹木和大王椰子、假檳榔、酒瓶椰子等棕櫚科植物，減少種植木麻黃、洋紫荊、大葉相思和白千層等抗風性較弱的樹木。此外，在城市風環境數據模型的基礎上，在城市多發強風位點和地段種植抗風能力較強的樹種。還應注意避免易受病蟲害的樹種，以免加重風害損失。2)種植設計施工。在設計之初應盡量考慮到立地條件，設計合理的植物種植方式，少出現單個樹木孤植的情況，并注重形成多層復合的植物群落，利用群體效應來增強樹木的抗風性。施工時應注意保證土壤質量和樹木生長空間，保證樹木根系的健康生長。3)養護管理。對于生長迅速、樹冠濃密的樹種應適時修剪，提高樹木的透風性，在一定程度上避免枝條或者主干的折斷。平時的養護管理中培養樹干骨架、樹枝結構和樹冠形狀，從根本上提高樹木的抗風性。對于樹冠濃密，根系較淺的樹種，如大葉桃花心木、洋紫荊、大葉相思和黃槿等，應加強修剪，梳理冠內過多分枝，調整合理根冠比，避免樹大招風，達到增強抗風性的目的。對新栽和老弱的樹木應及時搭建護樹架，以增強抗風能力。

注：文中圖片均由作者繪制。