珠海市城區風景游憩林三維綠量與林下游憩空間量特征

趙 慶，章 馳，胡柔璇，許東先，錢萬惠，魏玉晗，唐洪輝

（1.廣東省林業科學研究院 廣東省森林培育與保護利用重點實驗室，廣東 廣州 510520；2.廣東省嶺南綜合勘察設計院，廣東 廣州 510663）

“景觀”和“游憩”是城市森林的重要功能[1?3]。發揮城市森林“景觀”功能的主要載體是林冠的“綠量”，而“游憩”功能則通過建立林下空間來實現。國家林業和草原局于2019年提出GB T37342?2019《國家森林城市評價指標》，旨在建立城鄉一體化森林生態系統建設考核指標，并形成標準進行約束[4]。其中，涉及森林“綠量”的評價指標有市域森林覆蓋率、新造林面積、城區綠化覆蓋率、城區人均公園綠地面積、城區街道綠化(樹冠覆蓋率)、城區地面停車場綠化(喬木樹冠覆蓋率)等，用以表現城市總體綠化數量，但在推算城市綠化質量時會出現很大偏差。研究發現：2塊面積形狀相同、喬木數量和冠幅也相同的綠地，喬木高度不同時，其三維空間層面的綠量有顯著差異，從而影響城市森林景觀功能的發揮[5]。目前，中國城市森林建設中普遍存在過于講求增加森林覆蓋率的現象，對森林質量的要求相對忽視，樹木人為矮化、垂直結構不合理、修剪嚴重等現象時常出現，城市森林綠量較小。城市森林不同于自然林，它具有一定的區位特殊性[6?8]和功能側重性[9?13]，“游憩”是城市森林的重要功能之一，需要通過構建一定數量的林下空間來實現。林下空間是城市森林空間占有量的有機組成部分，是人們利用最充分的活動場所。城市中人口密集，休閑活動空間有限，且多被硬化場地、草坪等所占據，利用率極低；同時部分林木枝下高過低，通透性差，嚴重影響了林下空間，限制了林內的游憩行為。本研究以廣東省珠海市的城市公園風景林為研究對象，測算城市風景游憩林的林冠三維綠量(3DGQ)和林下游憩空間量(FRS)，分析城市森林空間分配策略，從而引導城市森林生態服務功能的高效發揮和健康發展。

1 研究林地概況

珠海市地處廣東省南部 (21°48′～22°27′N，113°03′～114°19′E)，珠江出海口西岸，是珠江三角洲中心城市之一、珠江口西岸的核心城市、粵港澳大灣區重要節點城市。屬南亞熱帶季風海洋性氣候，氣候濕潤，年平均氣溫為22.5 ℃，年平均相對濕度為80%，年平均降水量為2 061.9 mm。選定的風景游憩林均為城市人工營建的常綠闊葉林，其中前山公園位于城市近郊區(CUA)，林地面積約3.78 萬m2；北理工珠海學院位于城市次核心區(SUA)，林地面積約4.40 萬m2；梅華城市公園位于城市核心區(UFA)，林地面積約 8.07 萬m2。

2 研究方法

2.1 樣地調查方法

采用森林群落生態學研究方法，參照周紅敏等[14]方法選取樣方，在考慮調查時間和成本情況下，設置樣方大小為30 m×30 m，每1 萬m2抽取4個樣方以準確表達森林群落的空間分布格局。其中前山公園風景游憩林群落樣地設置調查樣方13個，北理工珠海學院14個，梅華城市公園26個。所有樣方隨機選取，盡可能互不相鄰，盡量選擇樹木種類、配植和體量有一定差異的樣方，水面、建筑、純草地占比面積不超過1/3。所有樣方的植被進行每木檢尺，記錄胸徑≥5.0 cm的樹種名稱，測定胸徑、樹高、冠幅、樹冠凈空高度等指標。

2.2 指標計算方法

2.2.1 三維綠量 三維綠量的計算參考郭雪艷等[15]，不同樹冠形態樹種樹冠體積計算公式不同。以x表示平均冠徑(m)，即東西和南北樹冠長度的平均值，以y表示冠高(m)，通過文獻查閱確定不同樹種的樹冠形態[16?22]，分別計算樹冠體積(V，m3)，確定樹冠三維綠量(表1)。

表 1 樹冠形態分類及樹冠體積Table 1 Classification of crown morphology and calculation of crown volume

2.2.2 林下游憩空間量 林下游憩空間量反映風景游憩林為人們提供通行和游憩空間的大小。根據GB 51192?2016《城市公園設計規范》規定[23]，公園集散場地種植的樹木枝下凈空應大于2.2 m。本研究定義林下游憩空間量為樹冠垂直投影覆蓋面積與喬木枝下凈空乘積(枝下凈空大于2.2 m)，具體公式為：

其中：VC表示林下游憩空間量(m3)，n表示枝下凈空大于2.2 m的喬木數量；Mi表示第i株喬木樹冠垂直投影覆蓋面積(m2)，Hi表示第i株喬木的枝下凈空(m)。

3 結果與分析

3.1 風景游憩林三維綠量特征分析

研究可知：前山公園風景游憩林總綠量為4 442.60 m3，單位面積綠量0.38 m3·m?2，其中單木綠量最大的樹種為白蘭(262.00 m3)，綠量排名前5%的單木綠量合計2 259.23 m3，占總綠量的50.85%，主要樹種為白蘭、小葉榕和樟樹。北理工珠海學院風景游憩林總綠量為8 122.39 m3，單位面積綠量0.64 m3·m?2，其中單木綠量最大的樹種為荔枝(261.67 m3)，綠量排名前5%的單木綠量合計2 183.33 m3，占總綠量的26.88%，主要樹種為荔枝、非洲楝、樟樹。梅華城市公園風景游憩林總綠量為18 986.74 m3，單位面積綠量0.81 m3·m?2，其中單木綠量最大的樹種為小葉榕(283.58 m3)，綠量排名前5%的單木綠量合計4 855.09 m3，占總綠量的25.57%，主要樹種為小葉榕、高山榕、鳳凰木、陰香。

從3個研究林地的三維綠量核密度(KDE)分布圖來看(圖1)，0～100 m3綠量級內，前山公園風景游憩林的三維綠量分布極不均衡，主要分布于0～25 m3，北理工珠海學院和梅華城市公園風景游憩林的三維綠量主要分布于0～50 m3。100～200 m3綠量級內，前山公園風景游憩林的綠量分布極不均衡，主要集中于100～150 m3，北理工珠海學院和梅華城市公園的三維綠量分布較為均勻，分布密度均小于0.015。200～300 m3綠量級內，前山公園和北理工珠海學院風景游憩林的三維綠量分布相對集中，在210～275 m3內分布密度較高，梅華城市公園分布較為均勻，分布密度小于0.015。

圖 1 風景游憩林三維綠量核密度分布Figure 1 KDE of 3DGQ distribution in study forests

3.2 樹冠形態與三維綠量

分析3個研究林地每木胸徑和三維綠量的關系(圖2)可知：三維綠量大于200 m3的樹種，單木胸徑多為30～50 cm，樹冠以卵形、扁圓形和球扇形為主。隨著胸徑增加，扁圓形、卵形、圓錐形、球扇形和圓柱形樹冠的樹種三維綠量明顯上升，而球缺形和球形樹冠的樹種三維綠量并無明顯提升。不同樹冠形狀樹種胸徑與單木三維綠量的正相關系數從大到小依次為扁圓形、卵形、圓錐形、球扇形、圓柱形、球缺形、球形。

圖 2 樹木胸徑和三維綠量相關關系Figure 2 Relationship between the DBH and 3DGQ

3.3 風景游憩林林下游憩空間量特征

研究得知：前山公園風景游憩林林下空間總量為5 543.75 m3，林下游憩空間量為2 148.86 m3，占比38.88%，單位面積游憩空間量0.18 m3·m?2，其中單木林下游憩空間最大的樹種為樟樹(66.55 m3)，林下游憩空間量排名前5%的單木游憩空間量合計813.05 m3，占游憩總空間量的37.84%，主要樹種為樟樹、鳳凰木、海南蒲桃、秋楓、刺桐等。北理工珠海學院林下空間總量為10 534.72 m3，林下游憩空間量為7 880.47 m3，占比74.80%，單位面積游憩空間量0.63 m3·m?2，其中單木林下游憩空間最大的樹種為樟樹(235.20 m3)，林下游憩空間量排名前5%的單木游憩空間量合計2 017.77 m3，占游憩總空間量的25.60%，主要樹種為樟樹、木棉、非洲楝、小葉欖仁等。梅華城市公園林下空間總量為16 662.62 m3，林下游憩空間量為12 914.97 m3，占比77.51%，單位面積游憩空間量0.55 m3·m?2，其中單木林下游憩空間最大的樹種為高山榕(252.00 m3)，林下游憩空間量排名前5%的單木游憩空間量合計4 649.33 m3，占游憩總空間量的36.00%，主要樹種為高山榕、鳳凰木、美麗異木棉。

3.4 三維綠量和林下游憩空間量的分配策略

對3個研究林地中三維綠量和林下游憩空間前5%且種群數量較大的9個樹種進行分析，比較不同樹種冠層空間與林下游憩空間的分配策略。從圖3中可以得出：所有9個樹種，50%以上單株的三維綠量和林下游憩空間比值小于1.0，表明在城市公園風景游憩林中，樹木傾向于分配更多的林下游憩空間。其中，鳳凰木、美麗異木棉、木棉和秋楓的三維綠量和林下游憩空間比值均小于0.5，表明這些樹種的空間分配策略，林下游憩空間占據了絕對優勢；非洲楝、海南蒲桃、小葉榕和樟樹的三維綠量和林下游憩空間比值總體為0.5～1.0，表明這些樹種的空間分配策略為林下游憩空間稍優于三維綠量；而白蘭的三維綠量和林下游憩空間比值總體為0.5～2.0，表明白蘭的空間分配策略有較強的多樣性。

圖 3 不同樹種三維綠量和林下游憩空間分配Figure 3 Allocation strategy of 3DGQ and recreation space of different tree species

4 討論

城市森林的三維綠量一定程度上反映城市森林生態服務功能的強弱。LIANG等[24]對上海公共綠地喬木的研究結果表明：喬木三維綠量與樹冠投影面積呈現顯著正相關；李曉婷[25]研究發現：隨著研究林地的地理位置由城市核心區向城市近郊區過渡，喬木平均冠幅呈現逐漸減小趨勢，單位面積三維綠量逐漸減小，綠量分布趨于集中。本研究中，0～300 m3綠量區間內，梅華城市公園綠量分布密度呈現“平緩均衡”的趨勢，北理工珠海學院呈現“中間均衡，兩頭集中”的趨勢，前山公園呈現“由集中急速向均衡”改變的趨勢。與鄭紹偉等[26]得出的大徑級喬木數量隨綠量級增大逐漸減小的結論略有差異，極有可能是樹種形態不同導致的。本研究發現：每木胸徑和三維綠量的正相關關系受樹冠形態影響；相同胸徑的球形喬木和扁圓形喬木，三維綠量差異較大。因此推測，相同綠量級的喬木徑級很有可能處于不同區間，這也是北理工珠海學院綠量分布密度“中間均衡，兩頭集中”的原因。

林冠空間的三維綠量提供了生態服務功能，林下空間提供了有效的游憩功能。城市公園風景游憩林三維綠量和林下游憩空間量的比值不同，反映出不同樹種在空間分配策略上的差異。鳳凰木、美麗異木棉、木棉屬于典型的觀花景觀樹種，林冠空間是決定景觀效果的關鍵性因子；然而從空間分配策略上看，這3個樹種的林下游憩空間占據絕對優勢，與樹種自身的特點有矛盾。林下游憩空間的主要影響因子為樹冠投影面積與最低分支點。然而在實際城市環境中，游憩空間主要由林下空曠地和林下少量植被共同構成[27]，林下的小喬木和灌木對林下游憩的真實活動空間具有直接影響；平衡林下游憩真實的活動空間和林下植被量，關系到風景游憩林群落中下層的配置和游憩功能的發揮。因此，今后需構建反映林下游憩真實的活動空間和林下植被量的綜合評價指標參數，從而更加真實地反映和評價城市風景游憩林林下游憩空間配置。

林木樹冠三維綠量和林下游憩空間的分布格局，演替、生長、物候等引起的時間動態變化，森林群落學與生態學等相關學科的融合交叉，是進一步深入研究城市森林、城市植被提供生態與景觀服務功能的有效途徑[28]。本研究針對城市風景游憩林的林冠空間和林下空間展開，重點集中在體量、空間分布、分配策略等方面，是一種靜態研究結果；而樹冠三維綠量和林下游憩空間實則為一個動態過程，群落演替、生長、物候等都將引起時間、空間的動態變化。因此，構建反映動態過程的指標參數，可以更加科學地反映和評價城市風景游憩林的景觀游憩功能。本研究基于樹冠、樹形、枝下高等數據測算出三維綠量和林下游憩空間，人力、時間成本巨大。今后可以利用搭載多光譜鏡頭的無人機監測城市森林斑塊的冠層動態演變[29]，運用孔徑雷達估測大面積城市森林地上生物量的空間格局[30]，從而快速獲取更高精度的包括樹冠結構、林下空間、生長演替、物候變遷在內的城市森林多維時空尺度數據，提升研究者對城市森林生態與景觀功能的認知。

5 結論

珠海城市公園風景游憩林單位面積綠量由城市核心區向近郊區逐漸降低。從三維綠量密度分布上看，處在城市近郊區的前山公園風景游憩林綠量分布較為集中，而處在城市核心區的梅華城市公園綠量分布較為均衡。單木綠量較大的樹種有白蘭、小葉榕、樟樹、荔枝、非洲楝、高山榕、鳳凰木、陰香。從每木胸徑和三維綠量的關系分析，不同樹冠形狀樹種胸徑和三維綠量的正相關系數從大到小依次為扁圓形、卵形、圓錐形、球扇形、圓柱形、球缺形、球形。三維綠量和林下游憩空間量的比例關系一定程度上反映樹木對提供觀賞和生態服務功能的冠層空間和提供游憩功能的林下空間的分配策略；在風景游憩林構建過程中，應結合不同樹種的自身特點分配冠層空間和林下空間。