廣州市主要園林樹種抗風性評價*

張勁藹 孫龍華 畢可可

我國風災頻繁且影響大，每年臺風導致的樹木被毀及其產生的次生災害造成的損失超過百億元，給我國國民經濟和人民生命財產安全造成巨大損失[1]。據統計，登陸我國沿海的臺風平均每年有9 個，90%集中在東南沿海，如廣東、福建、浙江、臺灣等地，多發生在每年7—10 月[2～3]。廣州位于中國大陸南部，瀕臨南海，屬于亞熱帶季風氣候，具有溫暖多雨、夏季長、臺風多發的特點。廣州市氣象局資料顯示，1998—2019 年入境廣州的臺風多達17 個，其中2016—2019 年發生的“妮妲”“洛克”和“艾云尼”3 個臺風突發性強、破壞力大、影響范圍廣。此外，與廣州擦身而過的臺風也會帶來強風大雨，如2018年的超強臺風“山竹”，曾導致廣州范圍內出現狂風暴雨，多地停水停電，多處樹木倒伏，給市民的出行帶來嚴重影響。2017 年的臺風“天鴿”“帕卡”“瑪娃”在12 d 內連續在廣東登陸，廣州等地區出現了超歷史實測記錄最高潮位，多地重復受災。

臺風的降臨往往會給園林樹木造成攔腰折斷、連根拔起、傾斜或吹斷樹枝等不同程度的損害[4]，對樹木的健康生長造成威脅。國內部分學者已開展一些沿海地區臺風對園林植物影響的研究，通過對不同樹種受損情況進行分級及受損量統計，將樹種抗風性強弱分為不同等級，分析影響樹種抗風能力的因素并提出對策[5～11]。國外學者借助靜態拉力試驗[12～14]和動態監測試驗[15～17]等方法研究樹木和風力之間的相互作用，評價樹木的抗風性，通過分析大風天氣后不同園林樹種的形態變化來評價樹木抗風性。但目前針對樹種生物學特性的抗風性評價研究鮮有報道。本文通過研究廣州市主要園林樹木的風害受損情況和形態學指標進行抗風性評價，建立了抗風性形態指標預測體系，期望為園林樹木樹種的選擇和養護管理提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 數據整理

1.1.1 廣州市綠化搶險資料整理

對2016—2019 年廣州市綠化搶險資料①廣州市綠化搶險原始數據（2016—2019 年）來源于廣州市林業和園林科學研究院承擔的廣州市林業和園林局項目“城區綠化養護日常巡檢”。進行整理統計，選擇應用較廣泛的26 種園林植物中胸徑大于10 cm 的樹木作為分析對象，以4 種受損形式作為受損評價指標（表1），計算各受損指標的發生率。

1.1.2 樹木安全性評估資料整理

對2016—2019 年樹木安全性評估采集的數據①樹木安全性評估原始數據（2016—2019 年）來源于廣州市林業和園林科學研究院在廣州市內日常做的樹木評估數據。進行整理，運用層次分析法對選定的形態指標進行權重計算。參考祖若川[10]和張華林[18]的方法，結合其他文獻資料和樹木安全性評估數據[19]，確定樹木形態學評價指標7 個（表2）。樹高、胸徑、冠幅指標數據為實測值，冠形、葉層狀況、根系情況和樹木類型為定性指標，其賦值標準見表2。

1.2 數據分析

1.2.1 層次分析法

參考高育慧的方法[7]，對各受損形式指標和選定的形態指標構建判斷矩陣，矩陣一致性檢驗使用yaahp 軟件進行，當CR ＜0.100 時，則檢驗通過，確定其權重W。

1.2.2 綜合評價法

為消除指標間的數量級差異，在計算綜合評價得分前，對各指標受損率進行標準化處理，采用z-score 標準化方法如下：

其中，Cij代表i樹種j指標標準化處理后的數據，Xij代表i樹種j指標的測定值，和SDj分別為各樹種j指標測定值的平均值和標準差。

參考祖若川[11]的方法計算各風害受損樹種的綜合評價得分，方法如下：

其中，Y 代表樹木風害受損綜合評價得分，Wj為各風害指標的權重。Y值越大樹木受損越嚴重，抗風性越弱。

1.2.3 模糊隸屬函數法

參考李祿軍[20]的方法計算園林樹木形態學指標隸屬函數值，方法如下：

指標與抗風性呈正相關：

指標與抗風性呈負相關：

表1 受損指標含義

表2 形態性指標含義

式中Zij為i樹種j指標的抗風性隸屬函數值；Xij為i樹種j指標的測定值；Ximin和Ximax分別為各樹種該指標值的最小和最大的測定值。

將每個樹種各指標的抗風性隸屬函數值累加起來，計算方法如下：和形態指標抗風性隸屬函數總值（Z值）進行聚類分析。

其中，Z代表抗風性隸屬函數總值，Wj代表抗風性指標的權重。各形態指標中，樹高和冠幅與抗風性呈負相關，其余呈正相關。抗風隸屬函數總值越小，樹木受損越嚴重，抗風性越弱。

1.2.4 聚類分析法

通過SPSS 21 軟件分別對植物的風害受損指標綜合評價得分（Y 值）

2 結果與分析

2.1 主要園林樹木的損害情況

2.1.1 風害對受損指標影響的層次分析

由層次分析法結果可知（表3），CR ＝0.026 5，其值小于0.1，獲得很好的一致性，說明分析結果可靠。在所測定的指標中，權重值較高的是主干斷裂（A4）和主干倒伏（A3），權重值較低的是枝梢斷裂（A1）和主干傾斜（A2），說明風害受損指標中對園林樹木危害較大的是主干斷裂和主干倒伏，其余兩者對植株的危害較小。

2.1.2 風害對各受損指標影響的綜合評價

從對廣州市26 種主要園林樹種的風害受損綜合評價結果（表4）可知，糖膠樹、高山榕、陰香、馬占相思4 個樹種受風害影響較其他樹種小，其主干傾斜率和主干斷裂率基本接近0，即只有非常少量樹木出現主干傾斜或主干斷裂。白蘭的風害受損最嚴重，各受損指標發生率均較高，其次是南洋楹和宮粉羊蹄甲。綜合評分表明，糖膠樹的抗風能力最強，其次是高山榕，而白蘭的抗風能力最弱。本文計算的各指標受損率值較小，是由于單個樹種在全市的樹木基數大，有幾萬株到十幾萬株，1%風害受損率的實際受損量也達到幾百到上千株。

2.2 風害對樹木形態指標的影響

2.2.1 形態指標的層次分析由層次分析法結果可知（表5），CR ＝0.004 0，其值小于0.1，獲得很好的一致性，說明分析結果可靠。胸徑（B2）、根系（B6）、冠幅（B3）、樹高（B1）、冠形（B4）、樹木類型（B7）6 個指標的權重值較高，說明其對植株的抗風性影響較大；葉層狀況（B5）的權重值最低，其影響較小。

2.2.2 形態指標的模糊隸屬函數法分析

26 種主要園林樹木的形態學指標加權隸屬函數總值（表6）介于0.432 1～0.632 3，差異明顯。其中，海南蒲桃的隸屬函數總值最大，石栗的最小，表明從形態指標分析評價結果來看，海南蒲桃的抗風性較強。

2.3 樹木抗風性強弱聚類分析

對風害受損綜合評分及隸屬函數總值分別進行聚類分析，可將研究的廣州26 種主要園林樹木分為3 個類群：I 級的抗風性最好，II 級的居中，III 級的抗風性最差。在風害受損情況綜合評價得分聚類結果中，Ⅰ級樹種有14 種，Ⅱ級樹種有9 種，Ⅲ級樹種有3 種（圖1）；在形態學指標隸屬函數總值聚類分析結果中，Ⅰ級有10種，Ⅱ級有13種，Ⅲ級有3種（圖2）。2 種聚類分級結果中有14 種園林植物的分類結果完全一致，12 種園林植物分類相近（圖3），沒有出現相互矛盾。

表3 判斷矩陣及各風害受損指標權重

表4 廣州26 種主要園林樹木風害受損綜合評分

3 結論與討論

通過整理2016—2019 年廣州市綠化搶險樹種數據和安全性評估樹種數據，對廣州市26 種主要園林植物進行風害受損指標統計和形態學指標評估，根據結果進行抗風性聚類分析。26 種植物按受損指標統計和形態學指標評估分別分成3 個類群，有14種植物的風害受損指標分類結果和形態指標分類結果完全一致，有12 種植物類別相近，沒有出現相互矛盾。在分類結果相同的植物中，抗風性Ⅰ級樹種有8 種，為樟、海南蒲桃、陰香、木棉、紅花羊蹄甲、高山榕、雞冠刺桐和糖膠樹；Ⅱ級樹種有5種，為非洲楝、榕樹、黃葛樹、秋楓和白千層，Ⅲ級樹種有1 種，為宮粉羊蹄甲。相近分類的植物主要是人面子、鳳凰木、白蘭等。結果表明，抗風性最好的樹種有樟、海南蒲桃、陰香、木棉、紅花羊蹄甲、雞冠刺桐、高山榕和糖膠樹8 種；介于抗風性最好和中等之間的有木麻黃、杧果、小葉欖仁、大琴葉榕、臺灣相思、馬占相思、美麗異木棉和人面子8 個樹種；抗風性居中的有白千層、榕樹、非洲楝、秋楓和黃葛樹5 種；介于抗風性居中和最差的有鳳凰木、石栗、南洋楹和白蘭4 種；抗風性最差的是宮粉羊蹄甲。

圖1 樹木風害受損情況綜合評分聚類分析

圖2 樹木抗風性隸屬函數總值聚類分析

表5 判斷矩陣及指標權重值

表6 廣州26 種主要園林樹木抗風性隸屬函數總值排序

黃義鈞等[6]構建形態指標抗風模型評價結果表明，宮粉羊蹄甲、南洋楹、石栗等樹種抗風能力較差，小葉欖仁、木麻黃等樹種抗風能力較好；張東穎等[8]對珠海市園林樹木臺風后受損調查結果表明，白蘭、宮粉羊蹄甲、黃葛樹等樹種抗風能力較差；祖若川[10]利用模糊隸屬函數法評價海口市公園植物樹種抗風性，結果表明樟、陰香、雞冠刺桐等樹種抗風能力強，白蘭、宮粉羊蹄甲等樹種抗風能力弱；張華林[18]利用層次分析法構建形態指標判斷矩陣對不同樹種進行抗風性綜合評價結果表明，南洋楹、石栗、非洲楝、馬占相思等樹種抗風能力較弱。本研究結果與上述研究結果基本一致，也表明抗風性強弱與樹木形態學因子有較強的關聯性。

樹木風害受損的原因很多，歸結為內因和外因，內因包括樹木種類、高矮、樹冠形狀、木材材性、根系類型等樹木自身特點，外因包括風向、風力、樹木的種植形式、長勢、立地環境及栽培管理水平等因素[21～22]。吳志華等[23]利用綜合評價法和灰色關聯度法建立的模型對湛江綠化樹種抗風性進行評價，結果表明杧果、白千層等樹種抗風性能較好，樟、石栗等樹種抗風性較差。本研究結果與該研究結果差異較大，這可能與評價樹種所在位置不同時承受風力的差異有關。本研究選擇的形態學指標基本涵蓋影響樹木抗風能力的內在因素，其中樹木類型、葉層狀況、冠形、根系為植物特定指標，樹高、胸徑、冠幅3 個指標在植物生長的不同階段是可變的。因此，本研究中各樹種的抗風級別劃分可能只代表該生長階段下樹種相互之間的抗風等級關系。但是上述形態學指標便于采集，不需要借助大型儀器設備，適合快速評價樹木的抗風能力。目前研究的樹種抗風性形態指標預測體系集中在比較有限的幾個樹種，尚處于起步探索階段，未建立系統的樹種抗風性能評價標準。本研究利用層次分析法和模糊隸屬函數發法構建的樹木形態學指標評價模型，可為今后深入開展樹種抗風性能預測提供理論參考和技術支持。

圖3 2 種聚類分析結果的對比分析