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《华东师范大学》 2010年
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上海环城林带群落生态学与生态效益及景观美学评价研究

张凯旋  
【摘要】: 城市森林是由人类和自然过程相互作用所形成的复杂生态系统,其结构和功能是城市森林的首要特征,了解城市森林的结构及其与功能的关系、协调城市森林多种功能的发挥是更好地管理城市森林生态系统的关键。 本研究以上海城市森林的重要组成部分环城林带为对象,在对环城林带进行全面群落调查和典型群落功能测定的基础上,从群落类型和结构特征,生态效益以及景观美学效益三个方面进行分析研究,以阐明环城林带的结构特征和健康状况,探究群落结构与生态效益和景观美学效益之间的关系,揭示影响生态效益和景观美学效益发挥的主要因子,既为上海环城林带结构优化和生态系统服务功能的提升提供理论依据,也为城市森林的建设和改造实践提供参考。主要结论如下: 共记录维管植物87科184属226种,但少数树种主导整个林带,在树种构成上具有明显的集聚性。并且乡土树种应用比例低,乡土树种和外来树种的比例仅为1:3。群落类型丰富,分为7种植被类型,67个群落类型,以落叶阔叶林和常绿阔叶林为主,但缺乏地带性植被类型。群落物种多样性低,乔木层的平均物种数为1.68,灌木层平均物种数为0.92。群落结构过于简单,多呈中间稀疏两头多的“哑铃型”特征,以“乔木+自然草本”模式最多。主要建群种的种群结构以单峰型更新类型为主,只有少部分树种呈现间歇型,大多数群落难以实现自我更新,且生长势水平一般,从发展趋势上看是衰退的。林分密度过高,树木生长受限,呈现出随密度增加,树木胸径和冠幅减小的格局,并由此推断目前群落的最适密度为1000株/hm2左右,最适合树木的生长。 群落多样性低下、生长不良主要是由于种植模式和管护方式造成的,由于大量引种外来种,忽视了乡土树种的应用,加之多采用纯林式的种植模式,造成群落的地带性差,结构不合理,而密植的种植模式增加了个体间的竞争,导致生长不良,同时高强度的管理和养护,清除了乔灌木幼苗和枯枝落叶层,造成了群落更新维持能力下降,养分归还能力差。此外上海地区土壤类型以高盐碱、高粘性为主,地势较低而地下水位较高,地形比较单一,促使上述问题更为突出。 在群落类型划分的基础上,选取典型的植物群落对其调节温湿度、提供负离子、抑菌、降噪、净化大气和土壤改良6个方面的生态效益进行测定,并结合群落结构参数,探究影响生态效益的关键结构特征。 在夏季,落叶针叶林池杉群落除抑菌功能以外,在其他功能上均具有较好的效果,而落叶阔叶林最差,其他类型的群落居中。在冬季,常绿阔叶林女贞群落在各方面均具有较高的生态效益,其次为常绿落叶阔叶混交林,而落叶阔叶林、针阔混交林和落叶针叶林表现较差。植物群落对土壤的改良作用主要表现在表层(0-20cm),其中落叶阔叶林悬铃木群落和落叶针叶林池杉群落的效果较好。 在夏季,除土壤改良外,其他效益中的降温、增湿、空气负离子、降噪4种效益的大小受群落结构因子调控,这其中最显著的是叶面积指数、郁闭度和林分密度,叶面积指数与上述4种效益均呈显著正相关,而郁闭度和林分密度与其中的部分效益呈正相关。冬季,除土壤改良外,各种生态效益的大小均与群落结构因子相关,其中主要因子为叶面积指数、郁闭度和疏透度。整体上,叶面积指数、郁闭度越大,疏透度越小时,群落效益就越大。 叶面积指数和郁闭度在一定程度上体现植物叶量,反映了光合、蒸腾等生理代谢活动的强度,同时,这两个因子在夏冬两季均与多项生态效益呈显著正相关,因此,叶面积指数和郁闭度是指示群落生态效益高低的重要结构参数。 在群落类型划分的基础上,选取典型的植物群落评判各季相景观的美景度,并结合群落结构参数,探究影响景观美学效益的关键结构特征。 不同植被类型中,落叶针叶林在不同季节均表现出最高的美景度,竹林的美景度最低。针叶林中,常绿针叶林的美景度四季均低于落叶针叶林;阔叶林中,落叶阔叶林的美景度在春季和夏季高于常绿落叶林,常绿阔叶林在秋季和冬季高于落叶阔叶林;混交林中,除秋季外,针阔混交林的美景度均高于常绿落叶阔叶混交林;林内景观平均和林外景观均表现为夏季最高,冬季最低。 影响环城林带林内景观的结构因子主要为胸径因子(平均胸径和胸径变异系数)、郁闭度和疏透度。在春季,随着树木胸径的增长美景度增加;在夏季,郁闭度高会提升植物群落的美景度;在秋季,胸径变异较小的群落具有更好的观赏性;而在冬季,疏透度对林内景观美景度贡献最大。 除结构特征外,群落的季相特征也是影响群落美景度的重要因子,在不同的季节,影响群落美景度的季相特征也会不同。黄色、紫色等明度较高的色相和开花量适中的群落在春季美景度最佳。在夏季生长势好、林冠层变化较小、树干清晰度的群落具有较高的美景度,观花相比于非观花可以显著提高夏季群落的美景度。彩叶色调变异性会影响群落秋季的美景度,色彩越纯,美景度越高。在冬季,具有深颜色树皮的群落美景度最高。 群落外貌特征对林外景观美景度有显著的影响,其中林冠线对林外景观美景度贡献最大,其次为林缘线。林冠线起伏不大,竖向结构层次丰富会提高林外美景度,具有自然形林缘线的林外景观美景度最高。 夏季,落叶针叶林池杉群落除抑菌效益外,其他生态效益和美景度均最大;常绿阔叶林、针阔混交林和常绿落叶阔叶混交林生态效益和景观美学效益的表现均低于落叶针叶林;落叶阔叶林虽然美景度较高,但生态效益却最低。 冬季,常绿阔叶林女贞群落的各种生态效益和美景度均较高。落叶阔叶林、针阔混交林和常绿落叶阔叶混交林在生态效益和景观美学效益上表现均低于常绿阔叶林;落叶针叶林生态效益较差,但美景度最高。 从群落结构特征对生态效益和景观美学效益的影响上看,夏季,郁闭度是影响群落生态效益和美学效益的主要因子,并且郁闭度越高,生态效益和美学效益越高,即通过提高群落的郁闭度,可以使生态效益和美景度得到同步增加。 冬季,疏透度是影响两种效益发挥的主要因子,并呈现群落越紧密,生态效益越高,而群落越疏透,美景度越高,疏透度并没有对两种效益产生一致性的影响。在进行生态效益测定的群落中,郁闭度和疏透度呈显著负相关,即通过提高群落的郁闭度,也会使冬季生态效益增加。由于结构特征和季相特征均可以影响美景度,因此,可以通过增加群落中具有深颜色树皮的树种来提高冬季美景度,保证群落在冬季具有较好的生态效益同时也具有较高的美景度。
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