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    城市绿地植物群落构建与调控策略探讨

    关键词:园林植物;植物群落;结构;构建;特征;调控

    Key words:landscape plants; plant community; structure; construction; characteristics; management

    摘要:植物群落作为城市绿地的基本构成单元,其结构的合理性关系到绿地植物群落的健康、稳定及可持续性。首先从源头与过程两方面对绿地植物群落结构形成与发展进行解析,然后从种类、数量、组合3个关键特征入手,分析与总结绿地植物群落在构建过程中出现的问题与难题,最后提出植物群落结构的疏解、互补、重构策略,以期对城市绿地植物群落构建与优化提供有价值的参考。

    Abstract:Plant communities are the essential components of the urban green space. The health, stability and sustainability of the urban green space depend on the structure of the plant communities. The formation and development of the structure of plant communities are analyzed in the aspects of the origin and the process. The key features of variety, quantity and organization in the process of construction of structure of plant communities are analyzed and the problems are summarized. At last, strategies are put forward to give valuable suggestions to the construction and management of plant communities from the perspective of mitigation, complementation and reconstruction.

    内容:城市绿地植物群落的健康与稳定是衡量绿地质量的前提,而群落结构的合理性是关键。目前,城市绿地植物群落结构的研究主要集中在不同绿地类型的物种结构比较[1-2]与多样性评价[3-5],以及通过生态功能分析群落结构特征[6],利用生态学理论[7]或群落学理论[8]研究植物群落结构的设计与构建,探讨近自然植物群落构建方法[9]等方面。针对城市绿地植物群落结构形成特征、发展过程及优化调控方面缺乏系统性研究[10]。
    本文分析了绿地植物群落结构的形成特点及影响因素,解析了群落结构关键要素特征,提出群落结构优化调控策略,以期对绿地植物群落合理构建与科学管理提供参考。

    1  城市绿地植物群落结构形成特征及影响因素
    城市绿地植物群落是以城市环境为背景,由人为规划与管理而形成的生命系统,具有生境的特殊性、形成的人工性以及过程的动态性特征,即城市绿地植物群落的形成与发展是“人工形成—自然进程—人工调控”的动态过程(图1)。
    1.1  源头解析:人工选择主导的形成阶段
    第一,功能需求的影响。种植设计是城市绿地植物群落结构形成的主要源头。对绿地生态功能、美学功能、社会功能等的不同需求决定了不同形式的绿地类型。针对不同的绿地功能实施相应的种植设计,呈现绿地植物群落类型与结构分化的人为影响特征。
    第二,设计师个人主观色彩的影响。设计师对植物与设计风格的喜好在某种程度上决定了植物群落的存在形式(如物种构成、空间分布与结构类型等),但多数设计师对植物群落的设计常出于对自景观效果的考虑,对植物生态与生理特性的认知不足,很难对群落结构的动态变化做出正确判断。
    第三,甲方与建设项目类型的影响。城市的决策者与建设者在很大程度上决定了城市绿地建设的方向,其中,甲方对绿地项目建设的周期与投资产生重要影响。如在“一次成型”的建设模式下,有的绿地建设过分追求短时间形成景观效果,往往利用规格与规模实施高密度、大规格种植方式,很难对群落动态发育过程及远期发展做出合理评估,给植物群落结构的稳定性与景观效益的可持续性带来潜在隐患。
    人为选择决定了绿地群落结构的形成,只有对植物群落的动态过程做出科学预测,才能从源头上实现群落结构的合理性。
    1.2  过程解析:自然进程主导的适应阶段
    第一,植物间相互作用。植物相互作用对群落结构的影响主要体现在共生与竞争方面[11]。在种植设计过程中,树种选配不当、密度过大以及空间结构不合理等问题,会引发群落个体间对资源与空间的不合理竞争,引起植物生长势下降和群落结构的退化。
    第二,植物群落与环境相互作用。绿地植物群落在特殊的城市生境条件下,受到环境污染等胁迫因素的影响,导致植物形态与生理活动变化[12],影响植物群落结构。当然,植物群落也能改变周边环境,如形成特有的小气候。
    第三,植物群落生长发育过程的人工干预。主要有日常养护以及植物的调整,主要针对一些无法达到预期景观效果及生长不良或死亡的树种进行树种结构的调整。
    植物群落设计与构建中隐藏的问题在这个以自然进程主导的过程中逐渐暴露。绿地植物群落对城市环境变化的适应能力,也是检验群落结构合理性与否的关键。

    2  城市绿地植物群落构建关键特征解析
    植物群落设计与构建是由一定数量、不同种类与规格的植物在空间组织关系的体现,其本质就是解决一个“种什么(种类)、种多少(数量)、如何种(组合)”的问题。针对城市绿地植物群落构建的关键特征进行分析,并审视了可能出现的问题。
    2.1  种类:绿地植物群落的物种构成分析
    城市绿地植物群落物种构成取决于植物种类的选取。种植设计前期植物的选配通常在单一物种的性状或功能等方面考虑较多,但对物种构成的多样性、动态性等缺乏整体观念。目前,群落物种结构单一、多样性较低等已成为城市绿地植物群落结构所面临的普遍问题。吴泽民[2]、达良俊[5]等分别针对合肥、上海等城市不同区域、不同绿地类型的植物群落结构进行调查,指出功能多样的绿地(如公园绿地、单位附属绿地等)群落物种丰富度要高于功能单一的绿地(如道路绿地等)(图2)。此外,城市绿地风格与艺术倾向之间的差异,也影响植物种类的选择。一些雷同的绿地设计形式严重约束了植物种类的应用。随着时代潮流的发展,城市绿地建设过程中不乏出现各种新的绿地形式,在满足设计风格和艺术需求的前提下,应给予植物种类配置更多的考虑。
    2.2  数量:绿地植物群落的密度特征分析
    密度是表征植物群落数量特征的重要指标,更是影响群落结构的最直接因子。过大的种植密度易引发植物群落个体间对资源与空间的激烈竞争,影响植物生长速率的快慢以及生物量的积累,体现在冠幅、胸径、高度、叶面积等方面的差异[13-14]。一般地,随着植物群落密度的增大,竞争强度也随之增强。具有资源或空间优势的个体在竞争中胜出,而处于劣势的植物则被淘汰(图3)。
    “疏则走马,密不透风”是对园林植物空间营造的经典描述,“密林”并不是植物在空间的无序堆积,而是根据植物的生长特性与形态所进行的具有逻辑关系与秩序的组织。诱发绿地植物群落密度问题的因素概括为2种:一是初始种植密度过大;二是缺乏动态监测与后期管理。前者在群落形成初期就出现了竞争,属于恶性竞争;后者则是植物群落发展过程中缺乏充足的生长空间,进而诱发竞争效应。两者的区别主要在竞争强度上,前者比后者大得多,群落结构越不稳定。张静等[15]针对上海市不同绿地类型的植物群落密度进行了调查,指出群落构建初期,由于种植密度偏大,普遍出现竞争加剧且分化严重,对植物群落正常发育造成较大影响,大大降低了植物群落的景观效益。
    2.3  组合:绿地植物群落的空间组织分析
    植物群落结构决定了群落个体间竞争状态与生态位分布。绿地植物群落构建的核心在于不同个体在空间的组合关系以及对资源的利用状况,体现在水平分布与层级结构两方面。
    绿地植物群落水平分布是不同种植形式与结果的直接体现,体现植物群落不同数量、种类(图4C)、规格(图4D)植物个体间的水平布局形式(图4)。目前,绿地植物群落水平分布呈现了机械化与均质化的趋势。一方面体现在群落布局形式的过于僵化,缺乏自然气息;另一方面,群落间各物种在水平布局上混交度不高、规格与比例失调,导致群落种间关系不协调[16]。达良俊等[5]依据水平分布格局的配置模式,将上海中心城区绿地群落划分为纯林式与混交式,并指出上海绿地植物群落多采用纯林模式(香樟、银杏、女贞等)为主,群落水平布局较为机械,呈现均匀式、有规律的分布形式。
    合理的层级结构是群落个体之间以及与环境之间相互作用的结果,实现了不同个体间对资源利用的一种动态平衡[17]。城市绿地植物群落层级结构是人为地将不同类型的植物在竖向空间上搭配与组织的结果,通常分为冠层空间以及林下空间(图5)。达良俊[5]、衣官平[6]通过对上海市绿地植物群落结构调查,指出乔灌草复层结构已成为绿地植物群落结构的典型模式。值得思考的是,由于缺乏对这种复层模式的深层认知,盲目地追求群落空间层次的丰富以实现植物群落景观效果的追求,对不同物种的生理性状以及对资源的需求是否得以满足并未深入考虑。因此,植物群落中的一些个体由于受到光照等生态资源的限制,其自身的生长发育受到严重影响,这种不能满足各个层级生态位需求的结构是不稳定且不可持续的。

    3  城市绿地植物群落结构优化调控策略
    群落结构的形成与完善是一个由不稳定向稳定逐步过渡、呈现动态而有序变化的系统发育过程。在充分发挥植物群落自组织潜力的同时,结合人工辅助调控,使之形成结构相对稳定、功能趋于完善、动态特征明显的植物群落。
    3.1  植物群落空间结构的疏解策略
    由于前期植物种植密度过大以及生长空间的弹性不足,导致群落结构的烦冗及空间的拥挤。通过疏解群落结构的途径来释放竞争压力,满足植物群落对生长空间的需求。首先,选取恰当的时机。区分植物群落所处的年龄结构如幼龄期、中龄期或衰老期,依据不同生长期的植物生长特性以及表观特征(如冠层)来确定恰当的疏解时机。其次,选择合适的方法。以群落自然演替规律为参照,结合抽稀等手段创建林隙,改善植物群落生境。人工抽稀应遵循劣势种避让优势种、速生种避让慢生种、灌木避让乔木等原则,通过制定密度控制表,有可能实现群落密度的定量化控制[18]。最后,把握适宜的强度。抽稀的强度主要是依据冠层结构的特征,如冠型完整度、冠积重叠率、郁闭度等确定。对于郁闭度高、冠积重叠率高、树冠缺失以及枝干畸形等,可适当提高抽稀强度以激发群落结构的恢复潜力。
    3.2  植物群落空间结构的互补策略
    植物群落空间结构互补体现在资源利用的互补以及空间关系的协调两方面,目的是提升植物群落结构对资源的利用率与空间的占有率,主要通过群落冠层结构的组织实现。
    植物群落对资源的有效利用是通过改善群落结构间资源的分布状况得以实现的,其本质是对其资源生态位的配置。将植物群落结构的生态资源分布进行梳理,合理配置植物的生理特性以及种间的营养结构,提升群落间植物个体对光照、水分、土壤养分等资源利用效率。这不仅要满足植物群落个体对不同环境资源的基本需求,同时要使环境资源的利用率达到最优化。
    在生境相似的区域,光照是重要的可预先获取性资源,对植物群落结构影响最为密切的因子之一。光合有效辐射(PAR)是影响不同层级结构光照资源可利用水平的重要因素。不同层次、不同方位的光资源分布与冠层结构及辐射角度关系密切。首先,整合不同类型植物的光合与耐阴特性[19]以及冠层肌理,使得长日照与短日照植物以及喜光与耐阴植物之间各得其所;其次,对植物群落不同层级结构的有效光合辐射以及影响梯度范围进行评估及分级(图6),据此有针对性地指导植物种类的选配以及群落层级结构的组织。
    通过植物个体形态互补(图7)来实现群落层级结构在空间上的有效利用。本质上,通过植物群落在冠层空间结构的组织,缓解或避免了植物群落冠层空间的过度重叠。在满足植物群落功能与服务的前提下,对不同植物形态类型进行梳理与划分,体现在树型、冠型、冠层结构与肌理等方面的分异。种间形态上的差异丰富了群落的外貌结构,而群落种间混交度的增大,可有效地提升植物对光的截获能力以及抵御干扰与风险的弹性[20]。针对结构单一的植物群落,在不破坏现有结构的前提下,筛选满足生理特性(光照、温度、湿度等)、符合形态指标(高度、体量、质感与肌理等表观性状)的植物种类进行空间关系的模拟与协调,不仅丰富空间层级结构以提升绿量,同时满足群落林冠线、层次丰富与变化等景观需求。
    3.3  植物群落空间结构的重构策略
    出于植物群落景观提升或更新等目的,对于不能满足植物对资源与空间的需求并出现不良表征的植物群落,应本着延续原有群落空间特征与完善群落生态景观功能的原则,通过群落物种的重构来提升植物的适应性,以及群落格局的重构来优化群落外貌结构。
    首先,群落物种的重构。生境之间的差异以及群落结构内部的分化,使得一些植物长期处于不利环境下,加之前期选种不当,某些植物的生长习性不适宜、抗逆性不足等缘故导致生长势退化甚至死亡。因此,重点调查群落生境,分析其内在的制约因子,结合植物的生长习性及种间关系,选用适应性强且满足景观功能需求的植物进行原位替换,不仅延续了原有的群落外貌,也有利于群落生境的改善,维系群落结构稳定。其次,群落格局的重构,针对群落分布格局均质化等问题,采取水平混交和垂直混交途径提升与完善群落格局,一方面调整群落间植物规格的同质化、尺度搭配不当以及分布形式单一等,另一方面通过有选择性地保护更新植被,创造自然更新物种生存和繁衍空间,引入管理演替(managed succession)技术,强化进展演替过程,逐渐达到相对稳定、多样化的近自然植物群落结构[21]。此外,群落结构的重构应遵循“留余”的原则。结合地域生境,研究常用园林植物生长规律,获取植物胸径、冠幅、树高以及生物量等变化量,定量模拟绿地植物群落5、10、20年等不同生长发育阶段的群落结构变化特征,预测植物群落发育空间,实施群落结构的动态监测与人工干预。

    4  结语
    城市绿地植物群落往往是一个不稳定、未成熟系统的临时框架,不仅在历史中形成和演替中发展,更在人为干扰中嬗变[22]。因此,对城市植物群落结构营建与优化调控方面的研究具有重要的理论价值与实践意义。城市绿地植物群落结构是多重因素综合作用的结果,是人工形成、自然进程、人工干预的动态过程的体现。因此,植物群落构建与调控的关键体现在以下两方面。
    首先,始于源头控制。源头指植物群落结构的设计与营造层面,即植物群落构建初期,着眼于满足近期景观需求的同时,对植物群落结构未来发展空间以及所要达到的景观效果进行合理评估与预测,形成具有近期与远期相结合的植物群落结构。其次,重在过程调控。过程指植物群落结构的调控与管理层面,应加强对植物群落结构动态过程发展的内在机制与规律的认知与把握。鉴于植物群落结构涉及多个研究层面,有待继续深化综合研究,并逐步形成和完善绿地群落调控技术体系。

    注:文中图片均由作者提供。


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    (编辑/王媛媛 王珮涵)