基于SBE法的毛竹林林內景觀質量評價及經營管理

周 璞,王瑞輝,劉凱利,周陽超,沈 興

(1.中南林業科技大學 林學院，長沙 410004；2.永州師范高等?？茖W校，湖南 永州 425000)

我國森林資源豐富,穩居世界前列,但森林的整體質量較低,難以滿足人們日益增長的多種需求。近年來,隨著森林游憩和森林康養的興起,與森林相關的戶外體驗受到越來越多人的喜愛,森林的主要功能不再局限于木材生產和生態保護,景觀效果也是林業工作者們致力的目標之一。森林景觀被劃分為7個觀賞層次[1],其中,林內景觀空間是森林游憩功能的重要承載,具有極強的發展價值。毛竹(Phyllostachysedulis)形體飄逸、挺拔秀麗、清新溫潤、虛心有節,是亞熱帶地區重要的觀賞植物之一。毛竹林是我國最面積最大、分布最廣的竹林種類[2],是我國森林資源重要組成部分。毛竹林景觀以其歷史悠久的文化底蘊和獨特的美感體驗受到大眾的青睞,如四川長寧竹海、浙江余杭竹海水韻、湖南桃花江竹海等景點均以氣勢恢弘、清新雋永的毛竹林而聞名,每年吸引大量游客。但目前我國毛竹林景觀質量整體較低,普遍存在密度過大、枯竹倒稈較多、林下植被缺失、年齡結構不合理等問題,這會對竹林的觀賞性和游玩體驗產生消極影響。隨著“智慧林業”的興起,精準提質培育是今后我國林業發展的重中之重[3],因此,對毛竹林景觀進行科學有效的質量評價,進而提出有針對性的經營管理措施,是當前毛竹林經營管理中的重要任務。

目前,森林景觀評價主要分為四大學派,其中以心理物理學派中的美景度評價法(Scenic Beauty Estmation Method,簡稱SBE法)的應用最為成熟和普遍[4]。它是基于人們對外界刺激的反應,利用測量方法評定其感受或知覺的心理量值。這種方法以大眾審美為評判基礎,客觀反映森林景觀的實際美學價值,并與森林經營措施結合起來,從而對森林經營者具有更直接的指導意義。因此,該方法在森林景觀評價中一直占據著主導地位[5]。從20世紀80年代開始,國外學者就大量應用SBE法對風景游憩林進行評價,并提出一系列經營改造技術原則[6-7];國內學者從21世紀開始應用SBE法對城市及周邊風景游憩林進行評價并提出相應的經營管理措施[8],評價層次以林內景觀為主[8-11],研究范圍以城市周邊森林[9,12-13]、城市林業[14],以及自然保護區[15]等地區為主,鮮有針對毛竹林林內景觀質量評價的研究報道。

本研究以湘東山地毛竹林(瀏陽大圍山國家森林公園的毛竹林)林內景觀為研究對象,應用SBE法進行美景度評價,并對景觀要素進行分解。通過相關性分析,篩選出顯著影響景觀質量的要素,同時運用多元數量化理論,建立景觀美景度的預測模型;通過對模型的分析,找出影響景觀質量的關鍵因素,提出經營改造措施。通過本文的研究,以期為毛竹林林內景觀改造和經營管理提供理論依據。

1 研究區概況

研究區位于湘東羅霄山脈北段(28°17′30″—28°30′00″N,114°00′00″—114°15′00″E),屬于亞熱帶季風濕潤氣候區。最高海拔1 607.9 m;山地氣候明顯,全年平均氣溫15℃;雨量充沛,四季分明;土壤以紅壤、山地黃壤為主。研究區適宜毛竹生長。毛竹多分布研究地海拔1 000 m以下的山地坡面、洼地等位置,竹林內常伴生杉木(Cunninghamialanceolata)、鵝掌楸(Liriodendronchinense)、燈臺樹(Bothrocaryumcontroversum)等喬木以及柃木(Euryajaponica),胡頹子(Elaeagnuspungens)等灌木,并多有淡竹葉(Lophatherumgracile)、求米草(Oplismentlsundulatifolius)、芒草(Miscanthussinensis)等草本。

2 研究方法

2.1 樣地調查

調查研究時間為2022年5—9月,在全面踏查的基礎上,設置10個標準樣地(具體大小根據立地條件與實際透視情況確定),樣地大小為10 m×10 m,15 m×10 m,15 m×15 m,20 m×10 m。樣地調查:記錄竹子的數量,計算出林分密度,并測量竹高、胸徑和枝下高;記錄灌木、地被的種類、數量與高度,同時計算出地被蓋度。10個毛竹樣地特征如表1所示。

表1 毛竹林林內樣地特征

2.2 景觀照片獲取

在樣地調查的同時拍攝景觀照片。為保證拍攝效果基本一致,本研究拍攝采用同一相機,共拍攝近千張原始照片。取景以客觀反映林內景觀特征為原則[16],參考文獻[8],本文遵循:1)相同的拍攝條件,如:采用統一的焦距,拍攝高度基本一致,拍攝者為同一人;采用橫向拍攝;選擇晴朗天氣,拍攝時間在9:00—15:00之間,且不使用閃光燈。2)拍攝時避開與景觀無關的異質體,如人群、公共設施、建筑等。

2.3 景觀要素分解

參考文獻[16]、[17],結合研究地毛竹林林內景觀的實際,確保篩選出來的景觀要素能夠基本反映毛竹林的林內景觀特征。研究共選擇了12個景觀要素,其中7個為定性要素(表2),5個為定量要素(表3),分解的景觀要素均與實際經營技術相關。

表2 毛竹林林內景觀美景度定性要素分解

表3 毛竹林林內景觀美景度定量要素分解

2.4 景觀評價

依據照片的挑選原則[18],篩選出蘊含景觀要素的照片,本文評價選取25張照片作為評價的樣片。評判者為林學、森林培育、園林相關專業老師、研究生和大學生,共計40人。反應尺度采用7分制,即用3,2,1,0,-1,-2,-3分別代表評判者對景觀所展現的7個態度(很喜歡、喜歡、較喜歡、一般、不太喜歡、不喜歡、很不喜歡)。評判前,將景觀照片隨機編號,按照規定流程進行評價[8],讓評判者按照片編號依次進行打分。

2.5 美景度值(SBE值)標準化

為了消除不同評判者審美尺度的差異性,需要對評價得到的SBE值進行標準化處理。本研究采取傳統標準化處理法[16,18],具體公式如式(1)所示。通過標準化處理后,采用式(2)進行美景度計算。

(1)

Zi=∑Zij/Ni

(2)

3 結果與分析

3.1 毛竹林林內景觀美景度評分值

表4為毛竹林林內景觀評價美景度得分值。由表4可知:SBE值為-1.00～1.42,平均值為0.00,評價者對于該地竹林林內景觀整體喜好一般。1)美景度分值小于0的景觀樣本數為15張,表明多數毛竹林林內景觀照片評價不高。研究區的毛竹林長期缺少人為養護,處于自生自滅的狀況。部分毛竹林枯落物和枯竹倒稈很多,且林齡結構不合理、新竹率低,枯落物、死竹、倒稈與老齡竹的表皮均呈現灰褐色,增加了林內的灰色比例,降低了林內景觀的美景度;部分竹林過密或過稀,過密的透視度不足,可及性不好,過稀的參差不齊且地表裸露;區內冬季最低氣溫常在0 ℃以下,霜凍冰雪會使竹稈彎曲,降低了竹林的統一度。以上情況都會對游客的觀賞體驗造成負面影響。2)美景度值大于0的樣本數為10張,其中4張景觀照片的美景度值大于1.00,美景度得分值較高的景觀樣本共同的特點為林相整齊、枯竹倒稈少、地被覆蓋率高、立竹度合理、林內有較好的視野以及較高的綠色比。

表4 毛竹林內景觀照片SBE值

3.2 評價模型的構建與分析

3.2.1景觀要素的逐步剔除

利用SPSS 22.0進行相關性分析。首先,依據美景度公式[式(2)]對12個景觀要素進行運算,根據運算結果對偏相關系數進行t檢驗,把偏相關系數較小的項目刪除;其次,對剩下的項目繼續運算。以此類推,共進行了7次運算(表5),剔除了6個景觀要素,保留的6個景觀要素分別為林下層統一度(X2)、枯竹倒稈(X3)、枯落物(X4)、立竹密度(X5)、平均胸徑(X8)和平均枝下高(X10)。通過t檢驗分析,保留的6個要素與SBE值的相關性均達到顯著及以上水平,其中枯竹倒稈、枯落物和立竹密度與SBE值為極顯著相關。

表5 毛竹林林內景觀評價模型建模偏相關系數運算結果

3.2.2評價模型的建立

根據多元數量化模型理論,將保留的6個要素通過SPSS 22.0的回歸線性選項進行運算,得出景觀美景度數據模型如式(3)所示。

Z=0.742+0.417X2-1+0.218X2-2-0.359X3-2-

0.436X3-3-0.300X4-2-0.787X4-3-0.737X5-1-

0.612X5-3-0.077X8+0.134X10

R2=0.918P<0.01

(3)

通過方程F檢驗(n=25,m=6,F=15.609>F0.01(9,15)=4.962**),均達到極顯著水平,同時該模型復相關系數(R2)為0.918,模型擬合程度達到90%以上,較為精準。因此,式(3)可以作為毛竹林林內景觀預測模型。

3.2.3景觀模型分析

根據得到的回歸系數可以得到不同要素的貢獻率(表6)。

表6 各景觀要素貢獻率

由表6可以看出公眾對于林內景觀的喜好規律:

1)枯落物對于竹林景觀貢獻率最高,達到了30.4%,表明公眾更愿意接受衛生條件良好,生機勃勃的林內景觀。當枯落物較多時,成堆分布的枯落物影響林內衛生狀況和游玩環境,帶給游人消極的體驗,影響景觀美景度;自然分布的枯落物對景觀的消極影響比成堆分布的枯落物要小。這表明一旦林內形成低明度、灰色的視覺焦點,對美景度產生很大的消極影響。

2)立竹密度貢獻率達到28.5%。當立竹密度在2 000～3 600株/hm2時,回歸系數最高,表明合理的林分密度對景觀有較大的積極作用[19]。由于毛竹形成的竹冠較小,林分密度過低時,游客在其中無法感受到成片竹林的群體之美;而密度過高時,競爭指數大,不僅影響到竹子本身的生長發育,也影響了林內的空間和透視,給人以心理上的擁擠感和壓迫感。

3)枯竹倒稈在林內景觀的貢獻率達到16.8%。由于竹材質剛脆,很容易產生折斷現象。在自然竹林內,枯竹倒稈情況十分常見。健康生長的竹稈為綠色,枯竹倒稈則呈暗灰色或黑褐色,色彩對比明顯。林內一旦出現明顯的枯竹倒稈,整個景觀畫面灰色比例大,給游客以雜亂感,大大降低了景觀的美景度。

4)林下層統一度的貢獻率為16.1%。說明公眾更傾向于整齊、統一的地被環境,這與陳鑫峰等[8]的研究結果相同。統一的林下層特點為地被植物的水平分布較均勻、高度基本一致、無其他異質體,這樣的地被環境更能襯托竹林“翠、秀、幽”的特點;當林下層不統一時,視覺上的雜亂、不整齊感會降低愉悅感,從而影響到游客的喜愛度。

5)枝下高的貢獻率為5.2%。枝下高與公眾喜好度呈正比。在一定的范圍內,當枝下高較高時,林間的透視越好,空間也越開闊,易獲得更高的SBE值。

6)平均胸徑的貢獻率為3.0%。樣地胸徑范圍為6.8～13 cm,毛竹林的平均胸徑與美景度呈負相關。表明游客在進行林內觀賞時,更偏好修長的竹稈,胸徑較小的竹稈更能表現竹子的柔韌、靈逸感,更加符合文學作品中對于竹子“仙秀、輕盈”的描寫;過于粗壯的竹稈容易給人以笨重感,不受游客喜愛。

4 基于評價結果的經營管理

為了提高毛竹林林內景觀質量,根據評價結果和研究區實際,應采取以下經營管理措施:

1)林間清理。林間清理主要為清理林中枯死、折斷的毛竹和枯落物,將其移至林外,原則上清理到林內不再有形成視覺焦點的枯落物或者倒稈為宜。對研究區的毛竹林進行了撫育前后的對比試驗[20],林內毛竹枯死率應控制在10%以內,一旦超過10%,枯竹倒稈在視域中就特別明顯。對于數量特別多的枯竹林分,可用竹木粉碎機,就地粉碎成竹屑,均勻灑落在地表上。

2)間伐。在林內疏伐,留下形態通直、竹稈修長翠綠的植株,對密度大的竹林進行及時的撫育間伐。數據模型[式(3)]表明,過低的立竹密度和過高的立竹密度皆對美景度的評分造成消極影響。由表6可知,立竹密度理論保持在2 000～3 600株/hm2時最佳。間伐還可以適當降低林間的郁閉度,也可改善林內光照條件,為地被植物的生長創造良好環境[19]。

3)修枝。通過修枝可提高和統一枝下高度,開辟林內透視線,營造開闊又整齊的游憩空間。由式(3)可知,SBE值與枝下高呈正相關。高分枝點在保證林下游憩空間足夠開闊的同時,分枝高度與竹高形成黃金比例,在視覺上顯得十分協調。

4)林下種植。對于地表裸露明顯的區域,可進行墾地翻新,補植地被植物。整齊、覆蓋率高的林下植物可以增加林下層的統一度,適當掩蓋枯落物,提高林內綠視率,增強景觀效果。種植以喬草生活型為主要營造類型,并適當增加喬灌草結構層次,豐富林下空間,林下層高度以小于0.5 m最宜[20]。由于毛竹林林內景觀色彩較單一,在保證地被蓋度的同時,可考慮觀賞價值高的開花植物在林下的種植,運用色彩原理進行林下景觀的營造[21]。由于山地地形復雜、氣候多變,栽植品種以研究區原生品種為主,并兼顧適宜性和觀賞性。通過實地調研,本文篩選出20種適宜在毛竹林林下種植的灌木和草本(表7)。

5 結語

本文以毛竹林林內景觀為對象,進行野外調查,建立標準樣地,觀測林分內部結構特征指標和景觀要素相關指標,并以景觀照片為媒介,用美景度評分法進行評價,建立了景觀評價模型。評價結果表明,影響林內景觀質量的主導因子共6個,其影響大小排序為枯落物>立竹密度>枯竹倒稈>林下層統一度>枝下高>胸徑。

研究區毛竹林林內質量存在較大的提升空間,現有毛竹林整體存在地面裸露、竹干彎曲、枝下高不統一、林分致密、枯竹倒稈多等問題,改造潛力很大。林內景觀質量與林內空間結構特征密切相關:枯竹倒稈和枯落物少、綠視率高、整齊和自然富有生機的林內環境更容易獲得評判者的喜愛;開闊的林下空間,較好的透視距離也能顯著提高SBE值;立竹密度為2 000～3 600株/hm2的竹林能給予游人最舒適的游憩體驗。研究根據評價結果與評價模型,直接找出影響毛竹林林內質量的關鍵要素,提出了林間清理、間伐、修枝和林下種植等4項經營管理措施。

本文將公眾審美與林內景觀要素和林分經營管理結合起來,對大圍山國家森林公園內毛竹林林內景觀采用SBE法開展定量景觀評價分析,建立的景觀模型能夠客觀真實地反映景觀要素與景觀美景度的相互關系,取得了較好的評價效果,具有很強的實用性。本文不僅對區域內毛竹林的經營管理具有科學的指導意義,也可為亞熱帶山區的毛竹林林內景觀的提質改造提供理論依據。