城市綠地系統中火炬樹根蘗苗空間分布格局及預測

摘 要：【目的】分析不同城市綠地系統中火炬樹及其根蘗苗特性，為火炬樹的管理與控制提供理論依據。

【方法】以烏魯木齊市和庫爾勒市不同綠地系統中的火炬樹及根蘗苗為研究對象，采用標準地法、標準行法和標準株法進行調查。

【結果】庫爾勒市火炬樹母株及根蘗苗生長優于烏魯木齊市，路邊綠化帶中火炬樹根蘗能力最強；各類型綠地系統中火炬樹根蘗苗呈現聚集分布，且主要分布在距母株1.5 m范圍內，存活曲線趨向于Deevey-Ⅱ型，且Ⅲ～Ⅳ齡級根蘗苗死亡率較高。

【結論】火炬樹根蘗苗數量總體呈現下降趨勢。

關鍵詞：城市綠地系統；火炬樹；根蘗苗；空間分布格局；數量動態

中圖分類號：S75 ""文獻標志碼：A ""文章編號：1001-4330（2024）08-2023-11

收稿日期（Received）：2023-12-06

基金項目：國家林業和草原局科技項目“新疆林業外來物種調查與研究”（KJZXZH202001）

作者簡介：張怡然（1999-），女，新疆和靜人，碩士研究生，研究方向為入侵生態學，（E-mail）1768112935@qq.com

通訊作者：葉爾江·拜克吐爾漢（1976-），男，新疆人，副教授，碩士生導師，研究方向為植被生態學，（E-mail）erjan0701@163.com

0 引 言

【研究意義】火炬樹（Rhus typhina L.）是漆樹科鹽膚木屬植物，落葉小喬木。20世紀50～60年代開始引種新疆［1］。火炬樹耐旱、耐寒、耐鹽堿，具有良好的抗病蟲害能力和水土保持能力，常用作荒山綠化、鹽堿荒地風景林的先鋒樹種［2］。但其極強的根蘗能力和種間競爭能力，使其在適宜的條件下極易通過根蘗繁殖建立種群并大肆擴散蔓延，使本地植物失去生存空間，造成生物多樣性的喪失［3］。因此，探究不同綠地系統中火炬樹根蘗苗種群的空間分布格局及其發展規律，對科學合理管控該樹有實際意義。【前人研究進展】關于火炬樹是否為入侵樹種一直存在爭論［4-5］ 。火炬樹在一般土壤條件下主要依靠根蘗苗擴散繁殖建立種群，因其種皮上具有一層不易透水的蠟質，需經過野兔、鳥類等動物的消化系統排出后才可萌發，故在自然條件下其種子的發芽率很低［6-8］。【本研究切入點】目前關于火炬樹對林下植被及土壤理化性質影響［9］、清潔生物能源生產［10］、提取物用于疾病治療及抗氧化劑等領域［11-12］研究較多。但暫無足夠針對不同綠地系統中火炬樹根蘗苗特性的研究。需分析不同城市綠地系統中火炬樹及其根蘗苗特性。【擬解決的關鍵問題】研究選擇烏魯木齊市和庫爾勒市作為研究對象，在不同綠地系統中開展火炬樹現狀調查，分析不同區域不同綠地系統中根蘗苗的高度、基徑、擴散距離、空間分布格局并進行預測。通過野外調查，確定不同城市綠地系統中火炬樹根蘗苗的分布與發展規律，為火炬樹的管理與控制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

烏魯木齊市地處北天山北坡，準噶爾盆地南緣，三面環山，地勢東南高，西北低（86°37＇～88°58＇E，42°45＇～44°08＇N），海拔680～920 m，屬中溫帶大陸性干旱氣候，晝夜溫差大；年均降水量為194 mm，年均日照時數2 775 h，無霜期為105～168 d。植被型包括森林植被、灌叢植被、荒漠植被、草原植被，草甸和沼澤植被，人工植被等。

庫爾勒市位于天山支脈霍拉山南麓、塔里木盆地東北緣，地勢北高南低，西高東低（85°12′～86°27′E，41°11′～42°14′N），海拔890～950 m，屬暖溫帶大陸性干旱氣候，多年平均氣溫約11.4℃，總日照數2 990 h，多年平均降水量約50 mm，多年平均蒸發量約2 800 mm。土壤主要以棕漠土為典型的地帶性土壤為主；植物資源豐富，植被以荒漠植被、沼澤植被、鹽生植被和農田植被等類型為主。

2022和2023年5～9月，以新疆庫爾勒市和烏魯木齊市的公園、單位、住宅小區以及路邊綠化帶四種城市綠地系統類型作為調查點，分別采用標準株法、標準行法（30 m×5 m）和標準地法（20 m×20 m）對樣地內火炬樹進行每木檢尺并觀察其生長狀況。針對散生的火炬樹，以母株為圓心，記錄半徑3 m以內所有根蘗苗的數量、高度、冠幅、基徑以及擴散距離；針對成片種植的火炬樹采用樣方法，在林分內隨機取3個5 m×5 m的樣方采集火炬樹根蘗苗的數量、冠幅、高度等數據不取高密度或過于稀疏的樣方。表1

1.2 方 法

1.2.1 齡級結構劃分

參照李亞等［13］采用空間代替時間的方法，利用體積大小代替年齡，即植株冠幅與株高之積的立方根。將火炬樹根蘗苗分為5個齡級：0 cm＜V≤5 cm為Ⅰ齡級，5 cm＜V≤10 cm為Ⅱ齡級，10 cm＜V≤15 cm為Ⅲ齡級，15 cm＜V≤20 cm為Ⅳ齡級，V＞20 cm為V齡級。

1.2.2 空間分布格局

采用偏離指數C，負二項式參數K，平均擁擠度m*，聚塊性指數Cx和 Morisita指數IΔ對火炬樹根蘗苗的空間分布格局進行描述［14］。

偏離指數C=S2.

式中，為樣本平均數；S2為樣本顯方差。當C=1表示種群分布呈隨機分布，C＞1表示呈聚集分布，C＜1表示呈均勻分布。采用t檢驗來確定實測與預期的偏離程度。

負二項式參數K=2S2- .

K值越小，聚集度越大，當K值趨向于無窮大時，表示種群呈隨機分布。

平均擁擠度m*=S2+-1.

式中，m*＞m表示聚集分布，m*=m表示隨機分布，m*＜m表示均勻分布。m為樣本平均數，下同。

聚塊指數Cx=m*m.

若Cx=1，種群呈隨機分布；若Cx＞1，種群呈聚集分布，若Cx＜1，種群呈均勻分布。

Morisita指數IΔ=（ΣX2i-ΣXi）（ΣXi）2-ΣXi×n.

式中，Xi為第i個樣方中的樣本數；n為樣方數。若IΔ=1，種群呈隨機分布，若IΔ＞1，種群呈聚集分布，若IΔ＜1，種群呈均勻分布。

1.2.3 靜態生命表編制

采用勻滑技術對各齡級根蘗苗進行勻滑修正［15］。

Ix=axa1×1 000.

dx=Ix-Ix+1.

qx=dxIx×100%.

Lx=Ix-Ix+12.

Tx=ΣkxIx.

ex=TxIx.

Kx=InIx-InIx+1.

1.2.4 存活曲線繪制和生存

以齡級為橫坐標，標準化存活數的自然對數值ln（lx）為縱坐標，繪制不同綠地類型火炬樹根蘗苗的存活曲線。參考張曉鵬等［16］方法，采用指數函數Nx=N0e-bx和冪函數Nx=N0x-b進行擬合。

參考徐建峰等［15］方法，利用生存函數Si、積累死亡率函數Fi、死亡密度函數fi和危險率函數λi。對火炬樹根蘗苗種群進行生存分析。

Si=P1×P2×P3×…×Pi.

Fi=1-S.

fi=Si-1-Sihi=qiSi-1hi.

λ1=fiSi.

Pi=1-qi.

式中，Pi為存活率；hi為齡級間隔；qi為靜態生命表中的死亡率。

1.2.5 時間序列預測

根據時間序列分析分別對四種不同類型綠地系統中火炬樹根蘗苗種群年齡結構進行預測［17］。

Mt（1）=1nΣtk=t-n+1×Xk.

式中，n為預測時間；t為徑級；Xk為k齡級的個體數；Mt（1）為經過n時間后未來t齡級的種群個體數量。

2 結果與分析

2.1 不同生境下火炬樹生長情況及根蘗能力

研究表明，火炬樹母株在兩地區的4種不同綠地類型中生長狀況均處于上等水平；平均胸徑、樹高、活力、根蘗能力以及根蘗苗密度均表現為烏魯木齊市＜庫爾勒市。所有根蘗苗調查樣方中，庫爾勒市住宅小區中火炬樹根蘗能力最強，可達12.60%，烏魯木齊市最弱，僅有5.5%；各綠地系統平均根蘗能力表現為路邊綠化帶＞住宅小區＞單位＞公園，分別為10.6%、9.88%、9.11%和7.78%。表2

2.2 不同生境火炬樹根蘗苗生長狀況及分布

2.2.1 不同生境下火炬樹根蘗苗生長狀況

研究表明，烏魯木齊市和庫爾勒市單位綠地中根蘗苗高度與其它綠地系統根蘗苗高度差異顯著；庫爾勒市單位、住宅小區與烏魯木齊市住宅小區、庫爾勒市路邊綠化帶中根蘗苗基徑差異顯著。烏魯木齊市和庫爾勒市火炬樹根蘗苗平均高度和平均基徑均表現為烏魯木齊市＜庫爾勒市；除住宅小區外其余各類型綠地系統中火炬樹根蘗苗高度和基徑均表現為烏魯木齊市＜庫爾勒市。圖1，表2

2.2.2 不同生境下根蘗苗的分布距離

研究表明，火炬樹根蘗苗最遠可距母樹3.0m以上，但主要分布在以母樹為中心1.50 m范圍內，占總根蘗苗植株的72.11%；隨著距離的增加，火炬樹根蘗苗多株叢狀生長數量逐漸減少，單株生長數量逐漸增多。不同類型生境中火炬樹根蘗苗集中分布區域不同，烏魯木齊市公園、住宅小區及庫爾勒市公園、路邊綠化帶根蘗苗集中分布距母株在0.26～0.50 m，分別占總根蘗苗植株的40.00%、23.08%、21.21%和26.26%；烏魯木齊市路邊綠化帶和庫爾勒市住宅小區根蘗苗集中分布距母株在1.26～1.50 m，分別占總根蘗苗植株的14.29%、20.00%；兩市單位中根蘗苗分別集中在分布距母株0.51～0.75 m、0.76～1.00 m，占總根蘗苗植株的37.50%、19.66%。表3

2.3 不同生境火炬樹根蘗苗空間分布

研究表明，烏魯木齊市和庫爾勒市兩地不同類型城市綠地系統的各樣地方差均值比在1.600～33.303，均大于1；且偏離指數的t檢驗達到顯著水平；負二項式參數K值在1.031～2.667，聚塊性指數Cx與 Morisita指數IΔ數值均大于1；同時使用SPSS對m*和m進行線性擬合，結果為m*=1.115 m+3.236，β值為1.115，大于1，表現為聚集分布。以上5個聚集度指標表征結果一致，即烏魯木齊市和庫爾勒市兩地各類型城市綠地系統中火炬樹根蘗苗呈聚集分布。表4

2.4 不同綠地類型下火炬樹根蘗苗生命表、存活曲線與生存

研究表明，隨著樹木的長，標準化存活數、存活率和生命期望等指標呈下降趨勢，而消失率和死亡率呈上升的趨勢。各齡級中路邊綠化帶內火炬樹根蘗苗生命期望值最大，在所有綠地類型中路邊綠化帶內火炬樹根蘗苗生長最為旺盛。各綠地類型中火炬樹根蘗苗存活率總體均呈下降的趨勢；但高齡級根蘗苗死亡率較高，具有明顯的下降趨勢。4種綠地類型的F檢驗值和判定系數R2均表現為指數函數模型大于冪函數模型；各綠地類型中火炬樹根蘗苗種群存活曲線均趨向于Deevey-Ⅱ型。表5～6，圖2

隨著齡級的增加，各綠地類型中火炬樹根蘗苗種群的生存率均呈下降趨勢，累計死亡率逐漸上升。路邊綠化帶較其他3種類型綠地系統中的火炬樹根蘗苗生存率和累積死亡率達到平衡的齡級高，路邊綠化帶中的根蘗苗種群較其它類型綠地系統更晚進入衰退期。4種綠地類型火炬樹根蘗苗種群的危險率總體表現為隨齡級單調遞增；死亡密度雖在局部齡級之間存在波動，但總體呈隨齡級增加而逐漸降低的趨勢。圖3

2.5 不同綠地類型時間序列模型預測

研究表明，在不同綠地系統中均火炬樹根蘗苗數量變化趨勢大致相同，均表現為第Ⅱ齡級數量呈現逐漸減少，而Ⅲ～Ⅴ齡級存活個體數量呈增加趨勢。4種綠地類型中路邊綠化帶內低齡級根蘗苗數量最多，隨著根蘗苗的生長，更高一齡級個體數量得到補充的比例相對較高。低齡級根蘗苗比例越高，增長潛力越大。圖4

3 討 論

3.1

研究結果表明，各類型綠地系統中火炬樹母株及根蘗苗均表現為庫爾勒市生長優于烏魯木齊市。兩市雖氣候類型一致，但庫爾勒市光熱水土資源優于烏魯木齊市。對火炬樹根蘗苗進行調查發現，路邊綠化帶中火炬樹根蘗能力最強，其原因是相對于其它3種綠地類型，路邊綠化帶中火炬樹更接近于純林，且林下植被種類相對較少，使得火炬樹母株可得到更多的資源繁殖幼苗；各類型綠地系統中根蘗苗的最小密度為32株/100m2，最大密度為504株/100m2，平均密度在32～380株/100m2。與穆曉紅等［18］研究結果相似。火炬樹根蘗苗主要分布在距母株1.5 m范圍內，最遠可在距母株3.34 m處；多株叢狀生長情況由近至遠逐漸減少，與新疆野蘋果根蘗苗、野生櫻桃李根蘗苗分布特征一致，但野生櫻桃李叢狀生長情況很少［19-20］。烏魯木齊市和庫爾勒市各類型綠地系統中根蘗苗呈現聚集分布，與城市森林中火炬樹更新苗研究結果一致［14］。

3.2

由火炬樹根蘗苗種群靜態生命表分析可知，根蘗苗生命期望隨著齡級的增加逐漸較小，第Ⅰ齡級生命期望值最大，而死亡率和消失率逐漸增加；4種綠地系統中Ⅲ～Ⅳ齡級根蘗苗死亡率比Ⅰ～Ⅱ齡級高；其原因是火炬樹屬于淺根系植物［21］，由根系萌發出的幼苗與母株根系相連，前期可依靠母株獲取養分［19，22］，隨著齡級的增大，根蘗苗與母株以及其它存活根蘗苗之間的競爭逐漸增大［23］，導致幼苗生長受到限制，死亡率增加。存活曲線經過模擬驗證趨向于Deevey-Ⅱ型，表現為各齡級死亡率相近，與遼東山區天然更新紅松幼苗種群和黃土丘陵區天然杜松種群存活曲線類型一致［16，24］。當生存率等于累計死亡率時，處于動態平衡狀態［24］。生存分析表明除路邊綠化帶外，其余3種綠地類型的火炬樹根蘗苗種群在第Ⅰ至Ⅱ齡級間達到平衡狀態；路邊綠化帶中的火炬樹根蘗苗種群則在第Ⅱ至Ⅲ齡級間達到平衡狀態，進入衰退期；空間和資源配置的是種群進入衰退期的關鍵因素［25］，相對其他3種綠地類型，路邊綠化帶中喬木較為單一，林下灌木、草本植物相對較少，使得更多的資源分配給火炬樹根蘗苗。第Ⅲ齡級后死亡密度平穩下降，危險率逐漸增加，表明火炬樹根蘗苗種群抵抗力穩定性逐漸增強，而恢復力穩定性相反，與南京紫金山糙葉樹種群研究結果一致［15］。通過對火炬樹根蘗苗種群進行時間序列預測可得出，隨著時間的增加，除第Ⅱ齡級外，其余各齡級火炬樹根蘗苗數量呈現逐漸增加的趨勢，與遼東山區天然更新紅松幼苗種群預測結果相似［16］。

3.3

火炬樹具有許多的生態功能同時還具有較高的經濟價值以及觀賞價值，因此近年來已被廣泛用于水土保持以及廢棄礦的植被恢復等綠化工程中［26］。但有些地區火炬樹在高強度人為管理下仍出現入侵現象，導致城市中森林的功能受到影響，增加了生態系統的脆弱性［27］。有研究提出從植物生長激素抑制劑方面入手可控制火炬樹入侵風險［14］。研究通過分析火炬樹根蘗苗種群生存情況以及空間分布，結合時間序列預測結果可以看出，若火炬樹在各類型綠地系統中出現大肆擴散現象時，可通過平茬、割草機割草等處理方法控制根蘗苗擴散，防止火炬樹對生態系統造成危害。

4 結 論

4.1 庫爾勒市火炬樹母株及根蘗苗生長優于烏魯木齊市，路邊綠化帶中火炬樹平均根蘗能力最強。

4.2 烏魯木齊市和庫爾勒市各類型綠地系統中火炬樹根蘗苗呈現聚集分布，主要分布在距母株1.5 m范圍內，最遠可距母株3.34 m。

4.3 4種綠地系統中Ⅲ～Ⅳ齡級根蘗苗死亡率較高，存活曲線趨向于Deevey-Ⅱ型，路邊綠化帶中的火炬樹根蘗苗種群較其它類型綠地系統更晚進入衰退期；火炬樹根蘗苗數量總體呈現下降趨勢。

4.4 當火炬樹呈現擴散現象時，可通過平茬、割草機等方式加以管理。

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Spatial distribution pattern and prediction of Rhus typhina L.

roots sucker in urban green space system

ZHANG Yiran1，Yeerjiang Baiketuerhan1，Baihetiguli Kayier2， QI Zhiying1

（1.College of Forestry and Landscape Architecture， Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China; 2. Tikeqi Township Agricultural Development Service Center， Korla Xinjiang 841000， China）

Abstract：【Objective】 To investigate the characteristics of Rhus typhina L. and its root sucker seedlings in different urban green space systems in the hope of providing a theoretical basis for the management and control of Rhus typhina L.

【Methods】 Rhus typhina L. and root sucker seedlings in different green space systems in Urumqi and Korla were taken as research objects， and standard plot method， standard row method and standard plant method were used to conduct investigation according to the actual planting situation.

【Results】 The growth of mother plant and root suckers of torch tree in Korla City was better than that in Urumqi City， and the root suckers of Rhus typhina L. in roadside green belt were the strongest; In all types of green space systems， the root suckers of Rhus typhina L. were clustered and mainly distributed within 1.5 m from the mother plant. The survivorship curve tended to be Deevey -II type， and the mortality rate of root suckers of Ⅲ - Ⅳ age classes was higher.

【Conclusion】" Through time series prediction， it was found that the overall number of root suckers and seedlings of the Rhus typhina L. showed a decreasing trend.

Key words：urban green space system; Rhus typhina L.; root suckers; spatial distribution pattern; population dynamics

Fund projects：The Xinjiang Forestry Alien Species Investigation and Research Project（KJZXZH202001）

Correspondence author：Yeerjiang Baiketuerhan（1976-），male， from Xinjiang，associate professor， master tutor， research direction： vegetation ecology， （E-mail）erjan0701@163.com