珠三角彩叶林美学文化与功能评价指标体系构建

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 60, No. 2 (Mar. 2024)

广东省林业局科技项目(2021KJCX017)、深圳市南亚热带植物多样性重点实验室开放基金课题(2022—2024)和中国林业科学研究院热带林业研究所中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(CAFYBB2021SY003-1)资助

王淳1,* 郝泽周1,* 孙冰1 李乐1 高丙涛1 曾伟2 陈勇3 万利鑫4 柯欢4 裴男才1,5,†

1.中国林业科学研究院热带林业研究所, 广州 510520; 2.深圳市仙湖植物园, 深圳 518004; 3.广州市林业和园林科学研究院, 广州 510450; 4.佛山市林业科学研究所(佛山植物园), 佛山 528222; 5.粤港澳大湾区生态保护修复科技协同创新中心, 广州 510520; *同等贡献作者; †通信作者, E-mail: nancai.pei@gmail.com

摘要针对珠三角城市群中广州、深圳、佛山等地及周边地区常见的彩叶树种美学文化功能评价中的关键问题, 在文献梳理和理论实践的基础上, 运用专家评估法和层次分析原理建立综合指标法, 构建包括 3 个准则层(B1～3)、9 个次准则层(C1～9)和 27 个指标层(D1～27)的评价指标体系, 以期有效地评价珠三角彩叶林的美学与文化功能, 明确森林城市群生态系统文化服务保护与开发的重点, 提升彩色林相营建技术与美丽湾区建设的匹配性与实用性, 拓展城市林业和人居环境学科理论的内涵与应用。

关键词 森林生态系统服务; 城市林业; 森林城市群; 人居环境; 可持续发展

当代中国城市环境问题频发, 科学地绿化和修复城市生态成为热门话题[1]。20 世纪 60 年代以来, 许多科学家针对部分发达国家经济富足但城市环境日趋恶化等问题, 提出在市区和郊区同时发展城市森林[2], “让森林走进城市, 让城市融入森林”。城市森林是“城市之肺”, 是重要的绿色基础设施, 充分发挥城市森林的生态系统服务功能是改善生态环境、应对气候变化和环境变化的低成本方案。在沿海经济发达地区已出现“森林城市群”的区域联动发展趋势[3]。为应对区域环境问题, 2008 年珠三角城市群积极推进国家森林城市创建[4], 2021 年 4 月正式建成全国首个国家森林城市群, 是在区域尺度上开展森林和湿地等自然生态系统建设的一项重大创新实践[5]。基于珠三角国家森林城市群建设状况评价指标体系, 得到珠三角国家森林城市群建设状况综合得分(城市群森林建设水平得分+城市圈森林建设水平平均得分+城市单体森林建设水平平均得分)为 0.8678, 属于良好等级[6]。

森林景观是人类拥有的一种有限的自然美学资源, 是有着复杂作用的美[7]。生态文明时代的到来, 经济和社会发展机制发生变化, 人们的价值观念与生活方式也发生相应的变化, 对森林的认识从功利性发展到道德和审美阶段, 人与森林的审美关系进一步凸显与深化[8], 对森林的实践从改造发展到保护和美化。

当前, 珠三角地区的民众对具有较高美学价值的生态景观林的需求逐步增长。2022 年 12 月, 中共广东省委倡导“绿美广东生态建设”, 提出“多树种、多层次、多色彩的森林植被成为南粤秀美山川”等新目标, 强化森林的美学与文化及景观价值。针对该目标, 构建适合评价珠三角地区森林城市群的评价指标成为重点。在珠三角森林城市群的建设过程中, 需考虑岭南特色和多元文化[4], 同时也要在森林生态、景观生态、生态系统生态、环境生态和社会生态等维度开展理论研究与实践[9–10], 用来支撑良好的生态和宜居环境建设[11]。

本文以珠三角城市群为例, 在吸收并借鉴已有森林文化价值体系研究成果的基础上, 梳理当前存在的问题, 对珠三角多彩林相营建的关键技术和生态效益需求开展系统的分析, 构建珠三角城市群彩叶林美学文化与功能评价指标体系, 凝练城市森林景观构建与人居环境品质提升关键技术, 尝试为高品质珠三角国家城市森林群建设提供科技支撑。

1 研究现状

彩叶林是生态文明建设的重要载体, 与常规的造林绿化树种相比, 由彩色树种构成的风景游憩林能更好地调节针阔混交结构林分, 提升森林美景度(图 1), 促进区域生态旅游发展和森林文化传播, 集合了生态、社会、经济和文化等多种服务。

森林生态系统具有多重价值[12], 其中生态价值和经济价值已形成一套较成熟的核算体系和评价指标[13–14]。随着国民对生态环境和生态文化功能以及具有较高美学价值景观林的需求不断增长, 评估森林文化服务功能的理论与方法也逐步深入。国外学者通常采用指标体系法或概念分析法对森林文化服务功能进行评估[15–17], 国内学者尝试采用条件价值法评估区域森林文化服务功能[18–19], 也有学者基于理论分析与案例验证结合的方法[20], 采用“人林共生时间”的核心理论和“文年评估法”对森林文化服务的价值量和物质量开展评估[21], 还有学者构建了自然保护地森林文化服务评价体系[22]。然而, 关于彩叶林的美学文化与功能价值研究尚处于起步阶段。

2 相关概念及内涵

2.1 相关概念

彩色树种植物指叶片和枝干具有装饰效果的植物。彩叶植物指在生长期内叶色与自然绿色有明显区别的植物类群, 具备一致的变色期、较长的观赏期和整齐的落叶期[23], 基本特征之一是在生命过程中有非绿色叶片呈现[24]。

彩叶林是彩色树种组成的林分, 有较强的立体感和色彩感, 其美化效果好于单纯的绿化风景林, 因而在园林中常处于主导地位[24]。彩叶林相指由彩色树种组成的林分的结构特征, 包括其外貌特征、树种组成和树木高度等。森林景观是以森林生态系统为主体的景观, 由相互作用的各种类型的森林群落斑块组成, 在空间上形成一定的分布格局[25], 森林景观之美是多形态的、多成分的和多层次的[26]。依托彩叶树种组成的彩叶林是重要的森林景观, 不仅是重要的物质资源, 也是重要的美学资源。

2.2 概念之间的联系

改善林相景观, 培育稳定、健康、优质和高效的森林生态系统, 是打造人与自然和谐共生的重要基础。随着生态文明建设和快速城镇化的推进, 森林的文化价值、美学价值和生态价值日益凸显[27]。德国近自然林业理论认为, 森林的文化功能是“森林通过丰富人们的精神生活、发展认知、大脑思考、生态教育、消遣娱乐、美学欣赏以及景观美化等方式, 而使人类从生态系统中获得的非物质的服务效益”[28]。森林的文化功能随着人类的产生而产生, 并随着人与森林的相互作用和社会的发展而不断丰富[29]。本文将森林文化概念归纳为森林生态系统服务的文化服务。

目前, 越来越多的学者开始研究森林生态系统服务、森林文化和森林美学, 并给出不同的定义(表 1)。本文对“森林美学文化”这一概念做一个界定: 森林美学文化基于森林美学和森林文化概念而提出, 是针对人与自然的生态关系而形成的文化现象与服务, 与生态系统服务紧密相连, 与环境保护、艺术和景观等各方面紧密相连。

3 彩叶林美学文化与功能指标体系

3.1 构建彩叶林美学文化与功能指标体系的基本思路

在珠三角国家森林城市群建设过程中, 传播生态文化和美学文化是一项重要内容[4]。在人体的各项知觉中, 最主要的感觉是视觉感受, 植物色彩是植物景观的重要观赏特征之一, 其色彩搭配直接影响景观质量[36]。彩叶林是森林生态系统与森林景观的重要组成部分, 有显著的森林美学与文化特征, 彩叶植物绚丽的叶色具有强烈的感染力, 能激发人们丰富的情感, 丰富园林景观, 增强景观活力[24]。如何保护、利用和提升彩色林相营建技术, 如何建立一套指标体系对彩叶林之美进行合理的评价, 是提升彩色林相营建技术与美丽湾区建设的匹配性与实用性, 拓展森林城市群理论内涵与应用技术的关键, 也是满足民众多元化需求的关键。因此, 在将城市群作为一个生态环境共同体[14]的基础上, 彩叶林美学文化与功能评价指标应重点关注彩叶林带来的美学、文化和生态价值, 并用来规范未来城市森林景观建设, 在保障城市群生态安全和可持续发展的同时, 满足民众的美学与文化需求。

彩叶林是多功能的生态系统, 当选择某一功能作为主要目标时, 也存在其他方面的功能[37]。作为一种政策导向, 评价体系将影响社会的各个层面[3], 并不是各子系统的简单相加, 而是整体协同的结果。因此, 在评价指标体系建立过程中, 应充分遵循系统性原则与连续性原则, 确保评价体系的连续性与实用性。同时, 考虑到美学文化与功能是一个较为模糊且宽泛的概念, 评估过程中应将定量与定性相结合, 便于对比分析。本文主要采用专家评估法、层次分析法、综合指标法和灰色统计法来确认指标。将相互联系的各个指标进行定性和定量分析, 分层分级, 建立目标层、准则层、次准则层和指标层 4 个层级及对应的指标及其影响因子。通过综合分析为各指标赋值, 最后计算各层体系指标对系统目标的合成权重[4]。

3.2 各准则层指标选择与评价

评价指标体系构建的科学性是开展评价工作的基础[38]。彩叶林美学文化与功能价值是一个较为抽象的概念, 具有无形性和主观性, 其评价指标体系(A)的构建以珠三角彩叶林目前存在的问题为导向, 采用层次分析法(analytic hierarchy process), 以评价体系中的指标分为若干层次, 以彩叶林美学文化与功能评价指标体系为目标层, 以彩叶树种观赏性状(B1)、美学文化(B2)和生态功能(B3)为三大准则层, 构建评价体系的子系统, 并进一步选取各子系统的评价指标(表 2)。

3.2.1彩叶树种观赏性状层面的指标选择与评价

森林资源中的美学因素由形态、色彩、声音和嗅味等部分组成[39]。本研究从植物生理、生态和分子层面评价其观赏性状, 收集珠三角地区自然分布区域与人工引种的种源, 对比不同种源的生长状况和彩叶性状表现, 开展彩叶树种优良种源的筛选、良种适应性分析和叶片色泽机理研究与评价, 并遴选优良彩叶树种进行造林试验示范。在现状调查的基础上, 选择 3～5 类不同色系的木本花卉组群, 定期观测不同组群的适应性、生长表现及美景呈现, 通过美景度评价、彩色特征分析和配比试验, 筛选彩叶林适宜组群, 获得春季和秋季彩叶林的景观影响因子, 提出春季和秋季彩叶林结构调控指引和低成本持续经营技术, 最终确定叶片性状(C1)、花果型性状(C2)及环境适应性(C3)为次准则层, 考虑到数据获得的客观性和准确性, 在这 3 个次准则层的基础上进一步细化。

树种的观赏价值与彩叶树种的叶片性状(C1)息息相关, 叶片的颜色、数量及色彩的饱和度与明度都会影响彩叶树种的观赏价值。在整个生长季节的一定阶段或在生长期间, 彩叶植物的叶片全部或部分呈现红色、金黄色和紫红色等不同于绿色的色彩, 色彩的不同组成方式对植物的观赏价值具有重要作用。同时, 彩叶的饱和度和明度也是决定彩叶树种观赏价值的关键指标。饱和度指色彩的纯度, 明度指色彩的亮度。饱和度越高, 明度越高, 颜色表现越鲜艳, 反之, 表现则较黯淡。不同饱和度和纯度的彩叶林呈现的景象不同。由于树种的不同, 有些彩叶树种为全株彩色, 而有些仅部分彩色。彩叶数量的变化特征直接决定彩叶树种在不同阶段的观赏价值, 因此选取叶片颜色(D1)、彩叶数量(D2)以及饱和度与明度(D3) 3 个指标来评价叶片性状。

在花果型性状(C2)方面, 彩叶植物的花朵及植物的大小、形状、颜色和数量是重要的景观构成要素, 同时, 树干与树姿对景观意境的创造也有很大作用, 因此选取花型与花色(D4)、果形与果色(D5)、树干与树型(D6) 3 个指标来评价花果型性状。

在环境适应性(C3)方面, 光照、水分、热量和土壤等环境因素是对植物生长发育有重要影响的生态因子。因此, 彩叶植物的生态适应性是一项重要的评价指标。同时, 土壤养分是植物生长发育的基础。耐瘠薄植物对土壤中的养分量要求不严格, 能在土壤养分量低的情况下正常生长。立地条件与树种特性相互适应, 也是选择彩叶林树种的一项基本原则。因此, 将生态适应性(D7)、耐贫瘠程度(D8)和适地适树(D9)作为环境适应准则层的 3 项重要指标。

3.2.2彩叶林美学文化层面的指标选择与评价

美学文化是相对模糊且宽泛的概念, 很难完全排除人为因素导致的偏差。因此, 本文在美学文化层面采用灰色统计法, 对彩叶林美学文化层面的指标进行选择。以珠三角彩叶林为实验地点, 对彩叶树种进行物候观测, 构建美景度评价模型, 筛选适于特定立地条件的新优彩叶树种, 从个体与整体层面挖掘特定类群植物与林分的美学文化内涵。彩叶林美学文化层面的准则层、次准则层及细分的指标主要来源于森林美学。森林文化主要为人类服务, 彩叶林的美学文化价值在一定程度上体现在人与森林的交互活动中, 形成各种各样的新型文化, 满足人类物质和精神方面的需求。经过专家讨论与实证研究, 最终确定在彩叶林美学文化(B2)为准则层选取景观性(C4)、文化性(C5)和经济性(C6)作为 3 个次准则层。

森林美学在一定程度上体现为森林为人提供的美的享受, 相比于常规的造林绿化, 彩叶林的景观效果更加明显, 带来的视觉体验也更丰富。景观绿地应采用色彩丰富的植物来展示其群体美, 色彩的丰富度是景观性的一项重要指标。彩叶植物在景观绿地所有植物中的占比对景观效果具有重要作用。同时, 彩叶林在一年四季均有一部分植物处于观赏期, 四季有景可赏, 彩叶林季相丰富能够提升彩叶林的景观性。因此, 选择色彩丰富度(D10)、彩叶林比例(D11)和季相变化(D12)指标作为景观性(C4)次准则层的 3 个细化指标。

作为文化精神的载体, 森林为人们提供认知与学习的环境。彩叶植物能通过色彩搭配, 营造出植物景观的独特意境, 为人们的艺术创作提供灵感, 引起观赏者的情感共鸣和认同。因此, 选择精神内涵(D13)、文化感知(D14)和情景交融(D15)作为文化性(C5)层面的指标。

彩叶林是重要的美学资源, 是开展森林旅游的物质基础, 造林过程的经济性也是应该考虑的重要因素, 因此选择建设成本(D16)、养护成本(D17)以及市场价值(D18)作为经济性(C6)评估的 3 个关键指标。

3.2.3彩叶林生态功能层面的指标选择与评价

彩叶林是重要的森林生态系统之一, 生态功能(B3)层面的指标选取基于生态系统的生态系统服务中的支持功能(C7)、调节功能(C8)以及供给功能(C9)。结合生态监测平台林内气象、生物、负离子和芬多精浓度等定位监测数据, 筛选关键影响因子, 评价生态健康效益。

在支持功能(C7)的层面, 随着人们对生物多样性互相关系研究的不断深入, 保持和保护生态系统中物种的多样性, 特别是植物物种的多样性, 有助于生态系统的平衡, 更好地实现可持续发展[40]。植物类型的多样性能够间接地反映景观绿地物种多样性、群落结构丰富度与异质性等因素, 对生态系统的稳定性和发挥生态效益等方面具有重要意义。同时, 也要关注其他生物(例如动物和微生物等)的多样性。同其他森林一样, 彩叶林为鸟类等其他动物创造必要的生境, 对维护野生生物多样性具有重要的生态功能, 彩叶林群落构成适宜微生物生存的生境空间, 对维护森林群落的微生物多样性具有重要的支持功能。因此, 选择动物多样性(D20)和微生物多样性(D21)作为反映彩叶林生态功能的重要指标。

森林群落生态系统具有调节功能, 例如调节小气候、净化环境和防火固碳等。森林小气候的主要表现为林冠内外的辐射、温度、湿度、降水和风都有相当大的差异。森林对温度、湿度、蒸发、蒸腾及雨量可起调节作用, 能够在局部小气候的调节方面发挥重要作用。彩叶林群落具有净化大气、土壤和水质等环境因素的生态功能, 部分彩叶林树种同时具有表皮质厚、少蜡、富含水分等特性, 满足防火树种的选择标准。通过光合作用, 可以吸收和固定大气中的二氧化碳, 发挥巨大的碳汇功能, 创造除色彩景观之外的重要生态服务价值。因此, 在调节功能(C8)层面, 选取小气候调节(D22)、净化环境 (D23)和防火固碳(D24)作为指标层。

森林群落蕴藏着丰富的生物资源、景观资源和文化资源。森林是天然的大粮库, 植物的果实、种子或叶子中含有人体所需的各种营养元素, 提供了巨大的木本粮食资源。同时, 丰富多彩的森林景观、沁人心脾的森林环境和内涵浓郁的生态文化进一步促使林业与健康养生融合, 发展新的业态, 利于开展以修身养心和调适机能为目的的森林游憩、度假、疗养和保健等活动。彩叶林是重要的景观资源库, 携带具有可利用价值的遗传物质。因此, 在供给功能(C9)层面, 选择森林食物(D25)、森林康养(D26)和种质资源(D27)作为指标因子。

3.3 评价指标权重系数

通过专家评估打分、层次分析以及多目标决策中的综合提炼, 对同一层次之间的要素进行重要度比较, 构建标度为 1～10 的判断矩阵, 按照计算公式A=B1+B2+B3=C1+C2+C3+…+C7+C8+C9=D1+D2+D3+…+D25+D26+D27=100 (满分 100 分赋值), 邀请专业领域的专家对彩叶林美学文化与功能评价指标进行评分, 结果表明准则层中彩叶林树种观赏性状(B1)、彩叶林美学文化(B2)与彩叶林生态功能(B2)的指标权重占比分别为 39.4%, 31.2%和 29.4%。通过计算, 可以得到各评价指标的权重(表 3)。由此得到彩叶林美学文化与功能评价指标体系计算公式如下:

4 结论与讨论

珠三角地区已基本上实现以木材生产为主的传统林业向以生态建设为主的现代林业的重大转变, 但现有的森林中存在树种单一、森林结构较为简单、色彩单调、季相景观不鲜明、森林美景度和游憩吸引力低下以及森林生态效益较低等问题, 质量有待提升。彩叶林是珠三角地区重要的美学与文化资源, 对珠三角地区的森林景观塑造有重要作用。本文在已有的森林文化价值体系研究结果基础上, 针对珠三角彩叶林的美学与功能特点, 筛选影响彩叶林生态康养功能的关键因子, 构建统计预测模型, 提出彩叶林生态健康效益优良的营造模式, 丰富了彩叶林相关的理论研究和实践案例, 可为高品质珠三角国家城市森林群建设评价、区域彩叶林营建及提升人居环境品质相关政策的制定提供基础数据和科技支撑, 也为珠三角及周边区域彩叶林营建和人居环境品质提升等政策的制定提供基础数据。同时, 本研究丰富了彩叶林的研究内涵, 可为城市林业及相关学科的前沿交叉研究提供新的视角。

本文采用的测算方式也存在一些缺陷, 如问卷调查数据量不够大、部分指标设置定性描述偏多以及国内外可借鉴的案例较少等。另外, 本文研究对象为珠三角地区的彩叶林, 未来需考虑不同地区在林分构成和功能定位等方面的差异, 进一步权衡不同指标体系中各因子的重要性。在未来的彩叶林美学文化与功能评价中,可补充完善珠三角地区主要造林、绿化树种的生理生态性状综合分析和文化生态系统服务功能核算等内容, 为构建“鸟语花香、秀色可餐”示范点和森林景观提供更多理论和技术支撑。

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Index System Construction of Aesthetic Culture and Functional Evaluation on Colored Leaf Forests in the Pearl River Delta, China

WANG Chun1,*, HAO Zezhou1,*, SUN Bing1, LI Le1, GAO Bingtao1, ZENG Wei2, CHEN Yong3, WAN Lixin4, KE Huan4, PEI Nancai1,5,†

1. Research Institute of Tropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Guangzhou 510520; 2. Fairy Lake Botanical Garden, Shenzhen & Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518004; 3. Guangzhou Institute of Forestry and Landscape Architecture, Guangzhou 510450; 4. Foshan Institute of Forestry, Foshan 528222; 5. Scientific Collaborative Innovation Center of Ecological Conservation and Restoration for the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area, Guangzhou 510520; * These authors contributed equally to this work; † Corresponding author, E-mail: nancai.pei@gmail.com

Abstract To address the key issues in the evaluation of the aesthetic and cultural functions of commonly used colorful foliage tree species in southern China (focusing on Guangzhou, Shenzhen and Foshan cities in the Pearl River Delta), the authors initially constructed a system of evaluation indicators with 3 criterion layers (B1–3), 9 sub-criteria layers (C1–9) and 27 indicator layers (D1–27) and established a comprehensive indicator method, based on literature combing and theoretical practice, the method of expert evaluation (Expert Survey Method) and the principle of hierarchical analysis. The paper mainly aims to effectively evaluate the aesthetic and cultural functions of the colorful leaf forests in the Pearl River Delta, to clarify the key points of conservation and development of cultural ecosystem services in the forest city agglomeration, to enhance the compatibility and practicality of colorful forest construction technology with the construction of a beautiful bay area, and to expand the theoretical connotation and application technology of urban forestry and human habitat.

Key words forest ecosystem services; urban forestry; forest city agglomeration; human habitat; sustainable development