山東生態造林項目植物配置與景觀效果評價

慕德宇孫舉永謝經霞王燕慕宗昭

(1.山東建筑大學 藝術學院，山東 濟南250101；2.山東省榮成市港灣街道辦事處，山東 榮成264309； 3.山東省濟寧市林業站，山東 濟寧272000；4.山東省泗水縣自然資源和規劃局，山東 泗水273200；5.山東省林業外資與工程項目管理站，山東 濟南250014)

0 引言

隨著人類城市化進程的發展，加之對土地資源的不合理開發與利用，導致森林覆蓋率下降、土壤條件改變，造成水土流失、土壤荒漠化、鹽堿化等嚴重后果。 據第九次全國森林清查統計表明，我國森林面積約2.2×108hm2，森林覆蓋率為22.96%，且主要分布于我國東北地區、中部地區[1]。 山東森林資源相對匱乏，以闊葉純林、針葉純林為主的喬木林占全省林木資源總面積＞71%[2]，其樹種單一，景觀效果欠佳，且荒山、鹽堿地地區植被覆蓋率低，多以灌木、草本植物為主，缺乏喬木樹種。 為此，2010 年，山東省啟動實施了世界銀行貸款山東生態造林項目(Shandong Ecological Afforestation Project，SEAP)。

在對退化山地、濱海鹽堿地、荒地植被恢復的研究工作中，國內外學者做了大量研究，目前最常見的途徑有封山育林、人工干預促進更新、人工樹種的選擇與造林[3-5]、工程排鹽堿、耐鹽堿植物選育等方面[6-8]。 20 世紀初期，有學者對水土保持、森林復墾中的生態學理論和方法進行了詳細研究，掀起了恢復生態學的研究熱潮[3，9]。 中國早在20 世紀50 年代開始從事廢棄礦山的生態恢復工作；20 世紀70年代實施了“三北”防護林建設；而20 世紀80 年代開始，利用世界銀行、亞洲開發銀行、歐洲投資銀行等國際金融組織貸款資金，先后在23 個省份相繼實施了20 多個林業項目，共利用外資達19.4 億美元，累計營造人工林面積達793.3 萬hm2[10-12]。 浙江省世行貸款造林項目[13]、遼寧歐投行生態造林項目[14]、世行貸款湖南森林恢復和發展[15]等項目的成功實施，有效地增加了森林資源，顯著提高了我國森林覆蓋率。 然而，在以往的森林植被恢復過程中，往往注重造林成活率與保存率，利用較為單一的樹種或者造林模式進行造林與生態修復，在退化林地生態恢復與再建過程中忽略了景觀效果的構建[16-17]。 因此，在造林過程中，如何選擇造林樹種，構建適宜的喬、灌、藤、草搭配模式，對退化山地與濱海鹽堿地區的生態、景觀恢復具有重要意義[18]。

SEAP 項目布局于退化山地植被恢復區和濱海鹽堿地改良區[19]，涉及9 個市、28 個縣(市區)，共完成投資10.2 億元人民幣，其中利用世界銀行貸款0.6 億美元，累計造林6.7 萬hm2，項目既定目標超額完成[6]。 2016 年，世界銀行竣工驗收專家組給出了為數不多的“非常滿意”的評價結論，被世界銀行譽為生態防護林營造的典范，其在項目植物配置模式方面有獨到之處[20]，對退化山地、濱海鹽堿地區植物配置模式及其景觀效果研究具有重要參考價值。 因此，如何在滿足生態修復的基礎上，開展不同立地條件下植物配置與景觀模式的生態、景觀等方面的綜合分析與評價，對提高山東省山區森林覆蓋率、擴大森林資源，及提高水源涵養能力、恢復區域內水土保持、防風固沙、保護沿海地區內陸環境、改善區域生態環境、確保山東省人民生存條件具有重要且深遠的意義。 為此，文章基于項目可行性研究報告及竣工驗收報告的數據，采用系統聚類評價方法評價了SEAP 項目的樹種配置、造林模式的景觀效果，并以固定樣地長期監測和幼林生長數據為依據驗證景觀效果的聚類結果，以期反映項目的樹種搭配與選擇及景觀效果，為同類及類似項目的樹種選擇、喬灌藤草的配置提供依據。

1 研究區概況

1.1 退化山地植被恢復區

研究區地處東經116°02′～121°51′、北緯35°09′～37°08′，包括濰坊、濟寧、泰安、威海、日照、萊蕪、臨沂7 個市的19 個縣級項目單位。 研究區屬暖溫帶大陸性半濕潤季風氣候。 年均氣溫為12 ～14 ℃、極端最高氣溫為42.5 ℃、極端最低氣溫為-25 ℃，＞10 ℃的全年積溫為4 000～4 500 ℃，年平均降水量為600～900 mm，降水量主要集中在6 ～8 月份，占全年降水量的50%～60%，春季干旱，降水量占全年降水量的13%～14%。 全年日照時數為2 000 ～2 650 h，無霜期為190～200 d。

研究區山巒起伏，中山、低山、丘陵、臺地、盆地與山間平原交錯分布，河流眾多。 大部分地區海拔＞400 m，坡度一般為20°～25°。 現有宜林荒山荒地中土壤類別主要有棕壤、褐土、潮土等，棕壤與褐土交錯并存，呈復區分布，棕壤面積約占土地總面積的40%，質地以砂質土、黏質土為主，土層厚度多在15 ～30 cm，表層土石礫含量較高，一般為20%～30%。由于自然因素和人為活動的綜合影響，植被稀疏，主要有酸棗(Ziziphus jujubevar.spinosa)、黃荊(Vitex negundo)、 胡 枝 子(Lespedeza chinensis)、 扁 擔 木(Grewia biloba)、雜草等。

1.2 濱海鹽堿地改良區

研究區位于山東省黃河三角洲地區(東經117°29′～119°37′、北緯36°25′～38°16′)，包括東營、濱州、濰坊3 個市的9 個縣級項目單位。 屬暖溫帶大陸性季風氣候，氣候溫和、四季分明。 多年平均氣溫為12～18 ℃、極端最低氣溫為-18 ～-26 ℃、極端最高氣溫為40～42 ℃，年降水量為550～600 mm，日照時數為2 700～2 800 h，＞10 ℃的年均有效積溫約為4 300 ℃，全年無霜期約為200 d。 項目造林地土壤類型以潮土、輕度鹽化潮土為主，土壤母質以黃泛沖積母質為主，土體深厚、結構良好，土壤質地以壤土為主；地下水埋深一般約為3.0 m；地下水礦化度多＜3.0 g/L；土壤含鹽量為2‰～5‰；pH 值為7.1 ～8.5；土壤有機質含量大都為0.5%～1.0%，礦質養分鉀含量較豐富，氮、磷貧乏。 造林地為鹽堿荒地，植被稀少，主要有蘆葦(Phragmites communis)、堿蓬(Suaeda glauca)、檉柳(Tamarix austromongolica)等。

2 研究方法

2.1 樣地布設與數據采集

2.1.1 樣地布設

根據SEAP 植物配置方式和兩大區域立地條件，退化山地植被恢復區固定觀測樣地分別布設在乳山、莒縣、高密、新泰、雪野、蒙陰、泗水7 個縣級項目單位，代表M1～M8植物配置模式；濱海鹽堿地改良區固定觀測樣地分別布設在河口、沾化2 個縣級項目單位，代表M9～M13植物配置模式。 2009 年，樣地開始布設，每個縣級項目單位的監測樣點，包含了當地所有的SEAP 植物配置模式。

2.1.2 數據采集

2009 年，開展本底調查；2011—2015 年，每年10 月份分別跟蹤監測調查9 個縣級項目樣地的所有樣點，測量記錄每個植物配置模式的林木生長量、植物多樣性、搭配混交方式、優勢種與伴生種保存等相關信息。 2015 年12 月，在28 個縣級項目單位開展幼林摸底質量調查，采集相關數據。

2.2 植物配置模式生態景觀效果量化

(1) 林分生長適應性量化評分方法 依據SEAP 造林檢查驗收辦法規定的各樹種生長量指標[21]和2015 年12 月幼林摸底質量調查分類結果[22]，規定幼林摸底調查分類結果:Ⅰ類林占比≥95.0%，得10 分；90.0%≤Ⅰ類林占比＜95.0%，得8 分；Ⅰ類林占比＜90.0 %，得6 分。

(2) 植物多樣性量化評分方法 根據專業技術人員意見和喬灌草在項目建設中的重要程度，結合項目終期(2015 年)驗收時植物增加的實測值，確定實測每增加1 種喬木的，得5 分；每增加1 種灌藤的，得2 分；每增加1 種草本的，得1 分。

(3) 搭配方式量化評分方法 依據SEAP 植物配置模式綜合分析，規定凡是造林小班采用3 種或以上搭配方式的，得10 分；造林小班采用2 種搭配方式的，得8 分；造林小班僅采用1 種搭配方式的，得6 分；植物配置模式標注可優勢種間混交搭配的，減1 分。

(4) 優勢種與伴生種量化評分方法 依據13 種植物配置模式，將每一種植物配置模式中的優勢種與伴生種兩者累計，規定每有1 種植物得1 分，種類越多，得分越高。

(5) 彩葉植物占比量化評分方法 依據人們的普遍觀感和專家意見，規定在植物配置模式中，彩葉植物占優勢種和伴生種總數量的比值乘以10，為其得分。

(6) 觀花(果)植物占比量化評分方法 根據專家意見和人們對植物花果的偏好程度，規定在植物配置模式中，觀花(果)植物占優勢種和伴生種總數量的比值乘以10，為其得分。

(7) 常綠(或半常綠)植物占比量化評分方法

依據北方人對常綠植物的喜好以及專業技術人員意見，確定配置模式中沒有常綠(或半常綠)植物的，得0 分；每增加1 種常綠(或半常綠)植物的，增加1 分。

2.3 植物配置模式景觀效果數據處理

根據各指標量化評分原則與方法，結合SEAP的13 種造林模式的配置及實際驗收效果，對各造林模式進行評分，采用統計產品與服務解決方案(SPSS 21.0)軟件對SEAP 植物配置模式的生態景觀效果量化數據進行聚類分析[23]。

系統聚類方法采用最長距離法[23]，由式(1)表示為

式中GK、GL為類；DKL為GK與GL之間的相對距離；dij為第i個樣品與第j個樣品之間的相對距離。 聚類初期每個樣品自成一類，類與類之間的相對距離與樣本之間的相對距離相同。

GK和GL合并成新類GM后，GM與任一類Gj之間的相對距離由式(2)表示為

式中DMj為GM與Gj之間的距離矩陣；DKj為GK和第j個樣品之間的相對距離；DLj為GL和第j個樣品之間的相對距離。

3 結果與分析

3.1 植物配置模式中選擇的喬灌藤草

根據SEAP 退化山地植被恢復區和濱海鹽堿地改良區的立地條件，按照“適地、適樹、適品種”的原則，選擇喬木、灌木、藤本和草本植物共52 種，均用于項目混交搭配栽植，見表1。 在SEAP 植物配置模式中，以喬木型植物為主，其數量為31 種，占項目植物配置模式中總數量的59.62%；灌木數量為18 種，占項目植物配置模式中總數量的34.62%；藤本數量為2 種，占項目植物配置模式中總數量的3.85%；草本數量為1 種，占項目植物配置模式中總數量的1.92%。 SEAP 植物配置模式中的植物種類選擇是經過世界銀行和國內專家反復論證確定，匯總收集的植物種或品種具備適應性強、生長穩定性好、抗病蟲、耐水濕、抗干旱、耐鹽堿等特點，同時具有陽性、中性和耐陰性植物的合理配比等條件，便于植物間的搭配混交栽植。 由于栽植植物種和品種多，同時將花灌木和彩葉植物搭配栽植，有效阻隔了病蟲害的侵襲、發生、傳播、發展或蔓延危害，確保了生態防護林的健康生長，增加了林分的景觀效果。

表1 SEAP 喬灌草植物種類及其類型表

3.2 植物配置模式

為構建適合的SEAP 植物配置模式，項目主管單位廣泛采納了世界銀行、省內(或省外)知名專家以及基層林業鄉土專家的意見，編制了一套適合山東退化山地植被恢復區和濱海鹽堿地改良區立地條件的植物配置模式，并經項目實施期的造營林檢驗，再次進行修改和完善，構建了最終版本的SEAP 植物配置模式，見表2、3 和4。

由表2、3 和4 可知，植物配置模式中設計了優勢種與伴生種共52 個，既有常綠的又有落葉的，其中觀葉植物10 種，占優勢種與伴生種總數量的19.2%；觀花植物17 種，占優勢種與伴生種總數量的32.7%；觀果植物18 種，占優勢種與伴生種總數量的34.6%。

構建植物配置模式的主要治理目標是保持水土、涵養水源、改良土壤、防風固沙、改善生態環境，其主要林種有生態型防護林、經濟型防護林、用材型防護林、茶園型防護林4 種。 植物配置模式的構建，不僅考慮了兩大區的地形、地貌、坡向、坡位等因子，而且還兼顧了土壤類型、鹽堿度、土層厚度以及地下水位等因子。 植物配置模式充分考慮了優勢種、伴生種、栽植密度、搭配方式、小班布局、優勢種占比、單一植物連片栽植面積、劃分單一植物的隔離帶等方面，將適地、適樹原則做到極致，其目的是有利于項目林分的生長，將林分配置成色彩斑斕的馬賽克狀的森林景觀。

表2 SEAP 石灰巖山地植被恢復區植物配置模式表

表3 SEAP 砂石山地植被恢復區植物配置模式表

表4 SEAP 濱海鹽堿地改良區植物配置模式表

3.3 不同植物配置模式的景觀效果

3.3.1 不同植物配置模式生態景觀綜合效果量化分析

由各項量化得分標準，求算出13 種植物配置模式生態景觀主要綜合因子量化表，見表5。 由此可知，植物配置模式M1～M13總得分分別為24.0、31.0、30.1、39.4、24.0、34.7、40.4、21.6、29.3、27.3、24.0、23.0、27.2。 其中，植物配置模式M7得分均值為8.1，其彩葉植物占比最低為1.0%，優勢種與伴生種數量最高為19，總得分最高為40.4，在所有排序中為首位；植物配置模式M8得分均值為4.4，搭配方式得分最高為10，常綠(半常綠)植物數量最低為2，M8總得分為21.6，在所有排序中是第13 位。

綜上所述，通過對生態景觀主要綜合因子量化得分分析可知，13 種植物配置模式的排列順序為:M7＞M4＞M6＞M2＞M3＞M9＞M10＞M13＞M11＞M5＞M1＞M12＞M8。

表5 13 個植物配置模式生態景觀主要綜合因子量化表

3.3.2 不同植物配置模式生態景觀綜合效果聚類分析

通過對SEAP 不同植物配置模式的生態景觀綜合效果的搭配方式、優勢種與伴生種數量、彩葉植物占比、觀花(果)植物占比、常綠(半常綠)植物數量5 大類指標的得分數值進行聚類分析，由圖1 可知，聚類分析將SEAP 的13 種植物配置模式分為3 類，A 類包括M2、M3、M6、M9、M10、M11、M13共7 個植物配置模式；B 類包括M4、M7共2 個植物配置模式；C類包括M1、M5、M8、M12共4 個植物配置模式。

圖1 13 種植物配置模式聚類分析圖

表6 是A、B、C 類不同指標的類平均值表。 由表6 可知，3 類不同植物配置模式的搭配方式、彩葉植物占比等五類指標的類平均值的各項數值在0.6～14.5 之間，其值符合預期結果。

(1) SEAP 植物配置模式中的M2、M3、M6、M9、M10、M11、M13模式劃分為A 類組，其立地條件相對較好，適宜搭配的優勢種和伴生種植物種類較多，景觀效果較佳。

(2) SEAP 植物配置模式中的M4、M7模式劃分為B 類組，其景觀效果最佳。 兩大區內立地條件最好的是M4、M8、M9、M10，其次為M3、M7、M13。 M4和M7模式劃為景觀效果最佳組，是因為項目植物配置模式中搭配的優勢種與伴生種數量、彩葉植物占比、觀花(果)植物占比以及常綠植物數量均高于其他11 種配置模式。

(3) SEAP 植物配置模式中的M1、M5、M8、M12模式劃分為C 類組，其景觀效果較差。 主要原因是M1、M5、M12在項目區所處的立地條件最差，適宜的優勢種與伴生種數量最少；雖然M8在項目區所處的立地條件較好，但是由于配置模式中優勢種與伴生種數量只有3 種，因此景觀效果最差，與實際情況相吻合。

表6 13 種植物配置模式不同指標的類平均值表

3.3.3 不同植物配置模式生態景觀綜合效果驗證

根據項目區幼林摸底質量調查和樣點監測數據，將生長適應性(Ⅰ類林占比)和植物多樣性相關指標值的得分整理于表7 中，以驗證僅依據項目設計的13 種植物配置模式評價與生態景觀綜合效果的符合程度。

由表7 可知，植物配置模式M1～M13，其排列順序為M7＞M4＞M13＞M6＞M10＞M3＞M9＞M11＞M5＞M8＞M12＞M2＞M1，參考模糊聚類分析結果，也可將其分為3 組，A 類組包括M3、M6、M9、M10、M11、M13，其生態景觀效果較佳；B 類組包括M7、M4，按照得分多少，排在第1 位和第2 位，其生態景觀效果最佳；C 類組包括M1、M2、M5、M8、M12，排在最后5 位，其生態景觀效果較差。

綜上所述，13 種植物配置模式景觀評價結果與實地監測調查的景觀評價結果基本相符。 實地監測調查驗證結果與模糊聚類分析結果分組不同的是M2模式，由A 類組(較佳)變成C 類組(較差)，主要是因其所處的立地條件相對較差，植物生物多樣性增加較少，因而得分較低，又因其在植物配置模式中設計的彩葉、常綠、觀花(果)植物相對較多，因而其排序比較靠前。

表7 13 種植物配置模式生長適應性和植物多樣性量化表

4 結論

通過上述研究可知:

(1) 項目植物配置模式中共選擇了52 種植物，根據項目退化山地植被恢復區和鹽堿地改良區的立地條件，采取“適地、適樹、適品種”的原則，選擇植物種類包括喬木、灌木、藤本和草本，其中喬木最多為31 種、灌木為18 種、藤本為2 種、草本為1 種。

(2) 項目構建了13 種植物配置模式，每1 種植物配置模式，不僅代表1 種立地類型，而且還規定了優勢種、伴生種、搭配方式、栽植密度、栽植小班面積、單一植物連片栽植面積、劃分單一植物的隔離帶、優勢種占比等必選條件，13 種植物配置模式適宜13 種立地條件和必選的其他條件。

(3) 通過模糊聚類分析，將13 種植物配置模式生態景觀效果分為3 類，其中A 類包括M2、M3、M6、M9、M10、M11、M13模式，其景觀效果較佳；B 類包括M4、M7模式，其景觀效果最佳；C 類包括M1、M5、M8、M12模式，其景觀效果較差。

(4) 項目構建的植物配置模式景觀效果評價結果與實地監測調查驗證結果基本吻合。