城市森林群落结构研究方法

城市森林群落结构研究方法Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022城市森林群落结构研究方法资料收集收集沈阳市的航片和卫片。

沈阳市的航片拍摄需要特定的时间进行，根据目前最新的拍摄的沈阳市（三环范围）航片（，比例尺：１：15000和１：1000），以及1998年拍摄的航片（１：10000）作为参考，为便于对比，卫片的选择与航片时间上基本一致，也是2001年8月，采用Landsat TM7 7个波段的数据，并选用1997年的沈阳市Landsat TM５卫片作为对照。

查阅沈阳市有关的数据，进行调查和走访，对沈阳市有关的单位，包括沈阳市城建局、沈阳市林业局、沈阳市建委、沈阳城市规划设计院、沈阳市各区绿化管理部门等，获得记录数据和感性数据。

查阅和检索本研究有关的各项研究成果，包括国内外发表的各种期刊文章、博士学位论文、硕士学位论文、各种会议论文、研究成果报告等。

野外调查与数据分析野外调查样方的设置方法对沈阳市城市森林进行调查，样方的设置采用均匀分布的方法。

首先对城市森林进行分类（分类方法见城市森林分类部分），样方的设置按照类型进行分配，做到按比例进行。

样方的位置如图2-7和2-8所示。

图2-7 三环内调查样方分布Fig. quadrats distribution of the 3rd zone图2-8 三环外调查样方分布图Fig. 2-8 quadrats distribution out of the 3rd zone 通过对航片进行扫描，按照城市森林分类方法对其进行数字化，确定下各类型的面积分配，然后按照面积比例进行样方分配。

在计算机上按照城市森林的分布及类型，均匀的布点，共选择调查样方２８２个，具体分布如调查分布图所示。

调查样方的规格有3种：20m×20m，40m×40m，20m×80m。

对于样方大小，按照各种类型进行分配：对于具有自然林性质的密集森林类型，选用20m×20m的样方大小，对于在居民区、企事业单位等被各种建筑物所分割的附属林类型，采用40m×40m的样方设置，对于道路型的采用20m×80m样方设置。

在每个样方内，按照均匀分布的方法，在设置5个1 m×1 m的小样方，对其内的草本进行调查。

调查内容与方法对确定的样方，进行样方内的植被调查，群落调查，以及景观美学调查等，并对每个样方进行GPS定位记录，与航片和卫片进行比对。

植被调查：对样方内的树木进行每木检尺，记载树种名称、地径、胸径、健康状况、树高、枝下高等内容；对样方内的草本植物，记录植物名称，并记录植物的分布比例。

群落调查：对每个样方，按照群落学的常规调查方法，进行群落内的层次分布、郁闭度等进行调查并记录。

景观美学调查：对城市森林所处的位置，按照景观美学的调查原则进行景观美学调查并记录。

对调查中的分类标准如下：树木的健康等级划分：0．枝条干枯，整株濒死，甚至死亡，观赏价值丧失；1．生势衰弱，病虫害为害严重，树相残破，有碍观赏；2．生势较好，姿态一般，时有病虫害或风折，有一定的观赏价值；3．姿态及生势良好，有少量病虫害，具有较大观赏价值；4．姿态优美，生势旺盛，无病虫害，抵抗自然灾害能力强，具有相当高的观赏价值。

群落总体配置状况：1：群落中乔灌草搭配不合理，各层次植物生长极差，整体分布散乱，林木覆盖度极低（<20％）2：群落中乔灌草搭配不合理，各层次植物生长较差，整体分布不均匀，林木覆盖度低（20～40％）3：群落中乔灌草搭配基本合理，各层次植物生长较旺盛，整体分布松散，林木覆盖度较低（40～60％）4：群落中乔灌草搭配基本合理，各层次植物生长旺盛，整体分布均匀，林木覆盖度较高（60～80％）5：群落中乔灌草搭配合理，各层次植物生长旺盛，整体分布均匀，林木覆盖度高（80％以上）树木混交状况：1：群落中仅有一种树木2：群落中树木种类较少（2～4种），相互混交不均，整体混交尚可3：群落中树木种类较多（4～6种），相互混交不均，整体混交尚可4：群落中树木种类较多（6～8种），相互混交均匀，整体错落有致5：群落中树木种类较多（8种以上），相互混交均匀，整体错落有致色调对照状况：1：整体色调暗绿（有褪绿感），层次不分明，变化较少2：整体色调淡绿，层次不分明，变化较少3：整体色调淡绿，层次分明，具有变化4：整体色调浓绿（充满生机的颜色），层次不分明，变化较少5：整体色调浓绿（充满生机的颜色），层次分明，具有变化与周边建筑物等非生命物体的协调程度：1：群落与周边的建筑物等格格不入，非常不协调2：群落与周边的建筑物等不相协调，美感较差3：群落与周边的建筑物等基本相呼应，较协调，美感一般4：群落与周边的建筑物等相呼应，相互协调，具有较好的美感5：群落与周边的建筑物等相映相绘，相互协调，具有共同的美感总体感觉状况：1：群落非常不协调，感觉极差，让人有厌烦的感觉2：群落不相协调，感觉较差，让人有不适感觉3：群落基本协调，感觉一般4：群落错落有致，较耐观赏，让人感觉舒适宜人5：群落错落有致，耐观赏，让人有留连不已的感觉，非常怡人基础数据处理与分析将调查所获得的数据输入计算机，按照各自要求并分别以城区和环城区（中心城区和环城九区）对数据进行处理。

处理软件用Excel和SPSS 进行。

物种结构数据处理与分析将所调查样地内的树种数据综合，获得城区和环城区的每个树种的平均胸径、胸径的分布范围，平均健康状况、健康状况分布，平均树高、树高分布，平均冠高、冠高分布，以及树种在不同森林类型中的分布数量，并分别就城区和环城区按乔木类型和灌木类型统计树种得的相对频度、相对优势度、相对基面积、相对树冠面积，最终获得每个树种的重要值（2个），最后分别统计城区和缓城区的总体树种的平均状况以及各森林类型种的平均状况。

对各样方内的草本按小样方统计，获得整个城区的草本植物分布种数和盖度分布。

空间结构数据处理与分析利用地理信息系统——，对沈阳市的航空照片（城区）和遥感卫片（环城区）分别数字化后，获得沈阳市的总体城市森林覆盖状况，以及按城市森林分类所获得的五种类型以及整个水平分布状况，分别按疏密度大小分别进行统计，获得城区和环城区的各样地地径断面积，并将其转化为单位面积的地径断面积。

对城区和环城区分别就样地统计每个样地内树种的空间分布，分别统计树高和绿量，以及在不同空间层次上的分布数量，并将乔灌草分布比率进行统计，将各统计数据制表和成图。

绿量结构数据处理与分析将每个样地内的树木按照单株三维绿量的计算公式分别进行统计，并进一步获得城区和环城区每个树种的平均单株三维绿量以及每个样方内的总三维绿量，按照Nowak（1994）模拟公式进行沈阳市各树种的叶面积的模拟计算，并将利用冠层分析仪所获得的叶面积指数进行统计综合，最后，按照航片数字化所获得的类型与实际调查类型相统一，并进行纠正处理，进一步综合，获得不同类型不同密度单位面积的三维绿量以及叶面积，最终获得沈阳市城区和环城区的总三维绿量、叶面积绿量。

利用Nowak 1994年得出的城市树木叶面积回归模型（单株植物叶面积的求算法）进行沈阳城市森林的验证。

Y=Exp+++ (r2=Y: 总叶面积(m2).H: 树冠高(m).D: 树冠直径(m).S＝πD(D+H)/2.Sh: 遮荫系数,某一植物树冠垂直投影面积所占地面面积的比例（朱文泉等对沈阳树木园的研究采用各树种组合后的平均值(标准差为）。

景观结构数据处理与分析将航片和卫片数字化所获得的所有板块数量与分布进行综合统计分析，按照不同森林类型分别获得总体斑块数和总斑块面积，不同级别的板块数量和斑块总面积，并利用景观生态学的各项指标要求进行相应的景观分析指标的计算，获得各项指标值：a.斑块特征值计算：包括各类景观单元斑块的尺度和形状，采用以下公式：斑块形状指数(SI i )：现实斑块的周长和相同面积圆形斑块周长的比的面积加权平均值。

ij N i ij i i A P A SI i∑==121π 式中，P ij 为第i 类景观要素斑块中的第i 斑块的边界周长；A i 是第i 类斑块总面积。

斑块的近圆指数(SIC i ）：根据Miller 的近圆指数式，即某类景观要素各斑块面积与具有相同周长圆形面积之比的面积加权平均值。

21)(4∑==i N j ij ij i i P A A SIC π分维数(Df i )：反映空间实体几何形状的不规则性，其值愈高，说明该类景观要素的班块形状愈复杂。

∑∑∑∑====--=i ii i N j N j iji ij N j N j ij i ij ij i AN A P N P A Df 11211ln 1)(ln ln 1ln ln 2b ．景观斑块密度景观斑块密度(PD)，为景观中包括全部异质要素斑块的单位面积斑块数。

∑==mj i N A PD 11 式中，PD 为景观总体斑块密度；m 为研究范围某空间分辨率上景观要素类型总数；A 为研究范围内景观总面积A =∑=mi i A 1景观要素斑块密度(PDi)，景观中某类景观要素的单位面积斑块数。

i i i A N PD =式中，PD i 为第I 类景观要素的斑块密度。

c ．景观多样性指数与均匀度多样性指数(H)，采用Shannon-Weiner 指数i mi i AP AP H 21log ∑=-=AP i 为第i 类景观要素面积占景观总面积的比。

均匀度(E)，景观实际多样性与最大多样性指数(H max ）的相对比值m axH H E = m H 2max log = 式中，m H 2max log =，意为各类型景观所占比例相等时，景观拥有的最大多样性指数。

d ．景观要素优势度(Di)i mi i P P H D 21max log •+=∑=将景观美学调查指标进行总体统计，获得各类型及总体的各项评价指标值，以此进一步就城区和环城区进行分析。

生物多样性指标的计算将各样地按树种分布进行树种多样性的各项指标计算。

最优化结构选择数据的处理与分析将按不同森林类型能够进行评价的指标进行总体排序，按照每一指标中的最大值为分母，获得各样地的相对指标值，并将所有指标进行累加，获得一个样方的综合统计值，以此进行排序，获得所有样地的综合排名。