兰州市不同区域行道树结构特征研究

The structural characteristics of street trees in different regions in Lanzhou

摘要

目的 调查分析兰州市行道树结构特征和应用现状，为行道树的规划设计和绿化建设提供理论指导。 方法 采用随机抽样调查的方法，对兰州市4区（城关区、七里河区、安宁区和西固区）82条道路的行道树进行调查，分析比较4区行道树的应用频度、多样性、胸径、树高和冠幅等结构特征。 结果 兰州市4区行道树共有16种，隶属于11科12属，均为落叶乔木，整体上国槐应用最多，频度达43.90%，Simpson diversity指数小于1，4区行道树的胸径主要集中分布在15~30 cm范围内，树高在5~15 m范围内分布较多，占各区调查样本数的90%以上，冠幅主要处于4~8 m范围内，占兰州市行道树的56.72%，枝下高<2.8 m的分布较多，均占本区调查样本数的45%以上。 结论 兰州市4区行道树结构特征不尽相同，安宁区小径阶行道树占的比例大，西固区则相反，4区行道树中国槐应用较多，存在树种分布不均和一定程度上树种单一性问题。

Abstract

Objective To analyze the structure characteristics and application status of street trees, and to provide theoretical guidance for the planning, design and greening construction of street trees in Lanzhou. Method The method of random sampling and investigation of the street trees on 82 roads were adopted in four districts (Chengguan District, Qilihe District,Anning District and Xigu District) in Lanzhou.The structural characteristics were analyzed and compared, such as application frequency, diversity, chest diameter, height and crown width of border trees. Result A total of 16 species of street trees are planted in four districts, which belongs to 11 families and 12 genera, and are deciduous trees. Simpson diversity index is less than 1. The DBH of street trees is mainly distributed in the range of 15 cm to 30 cm. The height is widely distributed in the range of 5 m to 15 m, accounting for more than 90% of the samples in each district. The crown width is mainly in the range of 4 m to 8 m, accounting for 56.72% of the border trees. The branch height smaller than 2.8 m is widely distributed, accounting for more than 45% of the total number of samples. Conclusion The structural characteristics of street trees in four districts of Lanzhou are different. The proportion of small-diameter street trees is large proportion in Anning District, while the opposite is in Xigu District, Sophora japonica is widely used. The problems are uneven distribution and singleness of tree species in four districts of Lanzhou.

Graphical abstract

关键词

行道树 / 结构特征 / 频度 / 多样性 / 兰州市

Key words

street trees / structural characteristics / frequency / diversity / Lanzhou

城市道路绿化是城市园林绿化的重要组成部分，道路绿化以线的形式分布于城市，联系着城市中分散的“点”和“面”的园林绿地，结合形成完整的城市园林绿地系统^［1-2］。行道树在创造美丽城市环境和改善城市生态系统中发挥了重要作用，是城市的一面窗口，直观反映和展示了城市的整体形象和市民的精神风貌，不仅有丰富城市景观、美化城市环境、为人们提供阴凉幽雅的生活环境等优点，还有调节环境小气候、净化空气、滞尘灭菌、减低噪音等生态服务功能^［3-5］。行道树结构一直是城市森林研究的一个重要课题，目前国内大多仅限于城市街道绿化树种资源调查，对城市行道树结构方面的研究较少^［6-9］。研究城市街道绿化树木是如何发挥生态服务功能，首先应该掌握其结构组成^［10］，兰州市在这方面的研究尚处于空白。近年来，兰州市改建新建了多条城市道路，并对道路进行了绿化美化，取得一定的成效，但道路绿化仍存在许多问题，特别是作为道路绿化主体的行道树存在树种单一和结构简单等问题，严重影响了兰州城市道路行道树的健康和可持续发展。因此，对行道树的结构特征进行分析研究，了解行道树生长状况，优化兰州市行道树结构，提高其健康水平是当前兰州市园林绿化的迫切任务。本研究通过系统分析兰州市4区行道树的树种组成、胸径、树高、枝下高和冠幅等指标，为兰州市建成区科学规划和选择城市行道树提供指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区为兰州市建成区，包括城关区、七里河区、安宁区和西固区。地理坐标N 35°34′~37°7′，E 102°36′~104°34′，平均海拔1 520 m。区域属温带大陆性气候，干燥少雨。年均气温9.8 ℃，极端最高温39.8 ℃，极端最低温-19.7 ℃，气温平均日较差12.9 ℃，年较差29.1 ℃，≥10 ℃的积温为3 242.0 ℃；年均降水量324 mm，降水主要集中在6~9月，占全年降水量的60%以上；全年日照时数平均2 446 h，年蒸发量1 600 mm，为年降水量的4~6倍，年相对湿度58%；无霜期185~200 d，最大冻土层1.2 m，主要土壤类型为黄绵土^［11］。

1.2 研究方法

通过随机抽样确定调查样点，涉及兰州市82条道路，其中城关区25条，七里河区20条，安宁区21条，西固区16条。每条道路随机取行道树20株，记录每棵行道树的名称、胸径（D）、冠幅（W）、树高（H）、枝下高（L）、偏冠度等相关数据，其中胸径在离根颈1.3m处用胸径尺测量。将行道树按胸径分为D<15 cm、15 cm≤D<30 cm、30 cm≤D<45 cm、D≥45 cm 4个组；冠幅分为W<4 m、4 m≤W<8 m、W≥8 m 3个组；树高分为H<5 m、5 m≤H<10 m、10 m≤H<15 m、H≥15 m 4个组；枝下高分为L<2.8 m、2.8 m≤L<3 m、L≥3 m 3个组^［12］。

1.3 数据处理

采用Excle2010进行数据统计分析，并计算4区行道树的百分比、应用频度、多样性及均匀度指数^［13-14］。其中：

频度（%）=（某树种出现的样地数/全部样地数）×100%

Shannon-Weiner index （H）= -∑（P_i ）（log₂P_i ）

式中：P_i 是指第i种的个体数量占所有样方中个体总数的比例。

Simpson diversity index（D）=1-∑（N_i （N_i -1））/［N（N-1）］

式中：N_i 为群落中第i种的个体数，N为群落中所有种的个体数。

Pielou均匀度指数是群落中不同物种分布的均匀程度。通常用观察多样性和最高多样性的比来计算。最高多样性是指所有物种的多度都相等时样方的多样性。

可以用基于Shannon-Wiener指数计算物种均匀度指数，物种均匀度的计算公式为：

J=H/lnS

式中：J为Shannon-Wiener指数，S为总体物种数目，H为Shannon-Wiener多样性指数。

Simpson diversity index反映的是调查样本中，物种自身分布的不确定性，不确定性越高，物种组成的多样性也就越高；Pielou均匀度指数反应的是不同物种的分布均匀度^［15］。

2 结果与分析

2.1 不同区域行道树树种分析

兰州市行道树有16种，隶属于11科12属，均为落叶乔木（表1）。所调查的样地中，频度排列前5的分别为国槐（Sophora japonica，43.90%）、刺槐（Robinia pseudoacacia，12.20%）、臭椿（Ailanthus altissima，8.54%）、银杏（Ginkgo biloba，7.32%）、英桐（Platanus× acerifolia，6.10%），其余树种数量较少，频度均在4.00%以下（表2）。国槐在4个区域均有分布，在城关区分布最多，占全区道路的64.00%；刺槐和臭椿主要分布在七里河区，均占七里河区道路的20%；银杏主要分布城关区和安宁区，分别占全区道路的16.00%和9.52%；英桐主要分布在七里河区、安宁区和西固区，分别占各区道路的10.00%、9.52%和6.25%（表2）。

2.2 不同区域行道树多样性分析

兰州市不同区域行道树物种多样性指数（Simpson diversity index）为城关区＞安宁区和西固区＞七里河区，物种分布均匀度指数 （Pielou index）为安宁区＞七里河区＞西固区＞城关区（表3）。整体上4个区的行道树树种选择比较多样化，种类相对较为丰富，这说明4个区在行道树的选用中树种数量间的差距很大，这与各区“国槐一统天下”的现状相符合，尤其是城关区，物种分布均匀度指数只有0.35。

2.3 不同区域行道树胸径 、树高、冠幅的结构特征

2.3.1 不同区域行道树胸径分析

除安宁区外，城关区、七里河区、西固区的行道树胸径主要集中分布在15 cm≤D<30 cm范围内（图1），其所占各区调查样本数比重为60.60%、46.75%、44.06%；安宁区行道树D<15 cm的较多，占安宁区调查样本数的45.76%。七里河区和西固区行道树在胸径30 cm≤D<45 cm范围内占比较其他两个区高，分别占本区调查样本数的30.75%和30.63%。当D≥45 cm时，西固区行道树占比较大，占本区调查样本数的9.38%；依据4组不同胸径平均值判断（图2），4区行道树胸径大小排序依次为西固区＞七里河区＞城关区＞安宁区。

2.3.2 不同区域行道树树高分析

城关区和七里河区的行道树平均树高差别不大，分别为9.26 m和9.47 m，安宁区的行道树平均树高相对较低，为7.93 m，西固区的行道树平均树高最高，达10.40 m，比安宁区高2.47 m（图4）。从图3可知，4区行道树树高在5 m≤H<10 m和10 m≤H<15 m范围内分布较多，占各区调查样本数的90%以上，但变化不尽相同，安宁区行道树在5 m≤H<10 m范围内占本区样本数的75%，在10 m≤H<15 m范围内只占本区样本数的19.05%；树高H<5 m时，仅安宁区行道树占本区样本数的5.71%外，其余3个区均在3.5%以下；4区行道树树高大于15 m的所占比例很少，西固区占本区样本数的5.00%，安宁区仅占本区样本数的0.24%。

2.3.3 不同区域行道树冠幅分析

兰州市4区行道树的冠幅主要处于4 m≤W<8 m范围内（图5），占兰州市行道树的56.72%；其次是大冠幅行道树（W≥8 m），城关区和西固区行道树冠幅差别不大，分别占各区调查样本数的34.60%和36.88%，七里河区和安宁区行道树冠幅接近，分别占各区调查样本数的21.5%和22.38%，安宁区冠幅<4 m的行道树占本区调查样本数的29.29%。整体上4区行道树冠幅平均在5.84~7.27 m之间（图6），除安宁区行道树平均冠幅小于6 m外，其余3区行道树平均冠幅均在6.5 m以上。

2.3.4 不同区域行道树枝下高分析

由图7可知，各区枝下高L<2.8 m的行道树分布较多，均占本区调查样本数的45%以上（图7），安宁区占比最高，达74.29%。城关区、七里河区和西固区各区段（L<2.8 m、2.8 m≤L<3 m、L≥3 m）枝下高高度所占各区比重顺序均为L<2.8 m、L≥3 m和2.8 m≤L<3 m，安宁区的顺序为L<2.8 m、2.8 m≤L<3 m和L≥3 m。4区行道树的平均胸径，只有安宁区的行道树枝下高低于2.8 m，其余3个区的枝下高均大于2.8 m（图8）。

3 讨论

物种多样性指数能反映城市森林结构和功能复杂性以及组织化水平，能比较系统和清晰地表现各群落的一些生态学特征，是衡量群落稳定性和健康性的一个重要指标^{［10，16］}。行道树的物种多样性仍是一个尚不为人注目的问题^［17］，Simpson多样性指数值越大说明该区域的树种结构复杂，树种多样性丰富^［18］。本次调查的兰州市行道树有16种，隶属于11科12属，整体上4个区树种选择比较多样化，种类相对较为丰富，物种分布均匀度指数均小于0.5，说明各区在行道树的选用中树种数量间的差距很大。Clark在城市森林可持续发展的模式研究中指出一种树种的种群数不宜超过总数的10%^［19］，本研究中，城关区、七里河区、安宁区和西固区国槐应用频度分别为64%、35%、38.10%和31.25%，已经远超适宜范围，国槐比例过大，容易导致抵御病虫害和外界环境风险的能力下降，增加养护成本，不利于生态和景观效益的充分发挥，树种的单一应用也导致景观丰富度的降低。因此，建议在行道树下增加适应性较强的观赏灌木和地被植物，以便充分发挥生态服务功能。

行道树树高和胸径大小的配置上要有一定的差异和科学选择，最应遵循森林群落的正态分布型。影响行道树胸径和高度分布的原因主要是树种种类和绿地建设时间^［20］，以速生树种为优势种和绿地建设早的地区，行道树平均胸径和树高偏大。行道树冠幅大小和生态功能关系紧密，冠幅越大，遮阴效果越好，能发挥更好的生态功能。冠幅小的行道树，一方面生态效应较弱^［21］，生长势较差；另一方面在夏季，行道树为行人、非机动车等遮阴效果差。要保证城市行道树有一个良好的冠幅结构，在做好行道树树种选择的基础上，栽植时，除了保证成活率外，还要做好树冠结构的保护，不宜过度修剪。本研究发现，兰州市西固区行道树以速生刺槐为优势种，占本区调查样本数的31.25%，并且多栽植于20世纪50年代末60年代初，故此区的大径阶树较多；安宁区行道树平均冠幅小于6 m外，其余3区行道树平均冠幅均在6.5 m以上。枝下高是研究树冠的主要指标，树木枝下高直接影响树木的生长模式和树干形状。行道树枝下高还影响行车的安全问题^［22］。一般落叶乔木的分枝点高度应不低于2.8 m^［23］。整体上4个区枝下高在2.8 m以下的行道树占本区调查样本数的45%以上。因此，在养护管理过程中，必须加强小冠幅行道树的养护管理，使树木达到冠大浓荫；在整形修剪时，把下部枝条逐年剪除，提高行道树的枝下高水平。

4 结论

通过实地调查和兰州市4区各项指标的综合分析得出，4区行道树树种结构的不合理性，存在一定程度的物种单一性和物种分布均匀度偏小等问题，这将会对道路的景观丰富度及生态系统的稳定性带来不良的影响。此外，也会提高行道树病虫害的发生率和生长衰弱等问题。围绕政府提出的“一路一树、一街一景”的规划构思，选用树种时不必一味追求大规格，更应注重行道树发展的连续性，注重新老交替，在增加选用小胸径（10~15 cm）行道树的同时，注意大径阶行道树的保护，循序渐进地更替大龄树种，丰富行道树的群落结构，避免单一树种的过量种植，可以适当增加适应性强和观赏价值高的树种，譬如：栾树（Koelreuteria paniculata）、兰考泡桐（Paulownia elongata）、梓树（Catalpa ovata）等，使行道树树种结构更加科学，提高城市群落的稳定性，从而发挥出行道树最佳的生态服务功能。

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基金资助

兰州市人才创新创业项目(2018-RC-41)

甘肃省林业和草原局科技项目(2021KJ001)