城市綠地生態(tài)效能研究進(jìn)展

李 成，任文華，于寶春，田 賡

(1.山東建筑大學(xué)風(fēng)景園林規(guī)劃研究所，山東濟南 250101；2.山東建筑大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，山東濟南 250101)

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城市綠地生態(tài)效能研究進(jìn)展

李 成1，任文華2*，于寶春2，田 賡2

(1.山東建筑大學(xué)風(fēng)景園林規(guī)劃研究所，山東濟南 250101；2.山東建筑大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，山東濟南 250101)

城市綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)的主要生命支持系統(tǒng)，在維持城市生態(tài)平衡與改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量方面起著重要的作用。城市綠地的建設(shè)質(zhì)量也逐漸成為衡量城市現(xiàn)代化水平的重要因素。隨著生態(tài)城市的提出與建設(shè)，城市綠地生態(tài)效能的研究逐漸得到人們的重視，成為諸多學(xué)科的研究熱點。提高城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)效能是現(xiàn)代化城市發(fā)展的戰(zhàn)略方向，也是城市發(fā)展達(dá)到良性循環(huán)的必然趨勢。筆者通過對現(xiàn)有文獻(xiàn)資料的分析研究，從降溫、增濕、固碳放氧、降噪、抗污染、生態(tài)保健、生物多樣性保護(hù)7個方面論述了城市綠地生態(tài)效能的國內(nèi)外相關(guān)研究，系統(tǒng)歸納了生態(tài)效能的研究方法、城市綠地生態(tài)效益規(guī)劃的構(gòu)建途徑，以期為其深入研究提供理論依據(jù)。

城市綠地；生態(tài)效能；固碳釋氧；生物多樣性

城市綠地是指用以栽植樹木花草，布置配套設(shè)施，并由綠色植物覆蓋，且具備一定功能與用途的場地[1]。它是構(gòu)成城市系統(tǒng)內(nèi)唯一執(zhí)行納污吐新負(fù)反饋調(diào)節(jié)機制的子系統(tǒng)。城市綠地建設(shè)質(zhì)量已逐漸成為衡量城市發(fā)展?fàn)顩r的重要指標(biāo)。城市綠地系統(tǒng)的作用表現(xiàn)在社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益3個方面[2]。早期的城市建設(shè)中，人們更關(guān)注于城市綠地所帶來的社會效益和經(jīng)濟效益的提升。伴隨城市化進(jìn)程中出現(xiàn)的諸多環(huán)境問題，城市綠地的生態(tài)效益逐漸得到人們的重視，生態(tài)城市理念的提出更為其提供了理論支持。城市綠地對于優(yōu)化城市環(huán)境、保護(hù)生物多樣性、維持城市生態(tài)平衡與穩(wěn)定具有重要作用[3-4]。首先，城市綠地可以通過植物的固碳放氧來維持城市環(huán)境中的碳氧平衡，通過調(diào)節(jié)城市的溫度和濕度改善城市環(huán)境的小氣候；其次，植物發(fā)達(dá)的根系可以有效保持水土，起到涵養(yǎng)水源的作用；再次，城市綠地可作為城市的防護(hù)帶，綠地植物對污染有著較強的抗性及吸收能力，可有效降低城市環(huán)境中空氣污染物的濃度；同時，城市綠地還是城市生物多樣性保護(hù)的重要基地，是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的一項重要基礎(chǔ)設(shè)施。

城市綠地系統(tǒng)中包含多種不同的綠地類型，其所主導(dǎo)的生態(tài)效能也有所差異。不同的綠地類型要在相互補充中彼此滲透、相得益彰。提高城市綠地的生態(tài)效能是促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的正確選擇和必由之路[5]。筆者通過了解現(xiàn)階段城市綠地生態(tài)效能研究進(jìn)展，以期為實現(xiàn)城市綠地生態(tài)服務(wù)價值的最大化提供參考。

1　城市綠地的生態(tài)效能

城市綠地生態(tài)效能的研究主要圍繞降溫、增濕、固碳放氧、降噪、抗污染、生態(tài)保健、生物多樣性保護(hù)7個方面進(jìn)行。對綠地生態(tài)效能的研究主要集中在3個層面：植物個體生態(tài)效能、植物群落生態(tài)效能、城市大范圍內(nèi)綠地生態(tài)效益評估。

20世紀(jì)50年代左右，城市化建設(shè)帶來了一系列環(huán)境問題，全球氣候變暖，城市溫度持續(xù)增長，“熱島效應(yīng)”顯著；環(huán)境污染使空氣中的有害氣體增多，城市環(huán)境質(zhì)量持續(xù)低下[6]。至70年代，人們逐漸發(fā)現(xiàn)城市綠地能有效改善城市氣候，生態(tài)效能相關(guān)研究隨之增多。早期研究多集中于分析植物個體降溫增濕效果的差異及影響因子，后期則主要針對植物群落或不同城市綠地生態(tài)效能的差異性；隨著生態(tài)城市概念的提出，研究逐漸轉(zhuǎn)向城市綠地生態(tài)效益價值評估，以期以此為導(dǎo)向，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)化城市景觀格局的目的。

國外對城市綠地生態(tài)效能的研究起步較早，研究內(nèi)容較為廣泛，多集中于降溫、增濕、固碳放氧等有效改善城市小氣候方面。國內(nèi)研究雖起步較晚，但仍取得了頗多成果。絕大多數(shù)研究基于傳統(tǒng)的實地觀測方法進(jìn)行，而且監(jiān)測通常只針對生態(tài)效能中的一項進(jìn)行分時間段的短期監(jiān)測。監(jiān)測地的選擇不具有全面性和對照性，可供參考的價值有限[7]。在定量遙感技術(shù)層面上的城區(qū)綠地生態(tài)效應(yīng)研究主要集中在綠地降溫效應(yīng)和綠地景觀格局的研究方面。

1.1降溫國外對城市綠地降溫作用的研究可追溯至20世紀(jì)70年代。Federer等通過研究發(fā)現(xiàn)，植物葉面的蒸騰作用可以降低氣溫，吸收太陽輻射，改善地表熱狀況，有效改善城市小氣候[8]。隨后，Bernatzky[9]、Taha等[10]探究了蒸發(fā)效應(yīng)、空氣濕度、季節(jié)、綠地面積、氣候等因子對綠地降溫效應(yīng)的影響，認(rèn)為蒸發(fā)效應(yīng)和空氣濕度都可影響降溫程度，不同空間、季節(jié)或時刻的降溫效果亦存在差異。

國內(nèi)的降溫研究多以某個特定區(qū)域為研究對象，對該研究區(qū)域的建設(shè)具有較好的引導(dǎo)作用，但對于綠地的降溫機理、影響因素等的研究較少。鄒敏以重慶市主城區(qū)綠地為對象，從綠地特征、居住區(qū)綠地植物群落等多個層次來研究城市綠地降溫作用，多尺度分析了綠地內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的熱環(huán)境效應(yīng)[11]。邱海玲為研究北京市綠地對城市“熱島效應(yīng)”的緩解作用，選擇了城市中的30塊綠地，利用遙感影像提取建筑及綠地相關(guān)信息，以Landsat系列影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，反演得到了北京市的溫度，綜合研究了北京市30塊綠地的降溫幅度與綠地面積之間的關(guān)系，得出了綠地降溫作用隨距離變化的梯度曲線，同時分析了城市綠地在東西南北4個方向?qū)徑狻盁釐u效應(yīng)”的影響差異，為接下來的研究提供了數(shù)據(jù)支持[12]。張彪等從生態(tài)經(jīng)濟的角度對北京市建成區(qū)綠地的降溫效能及價值做出了評估[13]。肖捷穎等以石家莊市區(qū)為研究對象，首次提出了降溫效應(yīng)包括速率、范圍和幅度3個方面，從降溫角度對公園設(shè)計提出了建設(shè)性意見[14]。蘇泳嫻等以廣州市17個公園作為研究對象，研究公園周邊溫度分布狀況[15]。

從植物自身或群落的空間結(jié)構(gòu)來分析降溫效應(yīng)也是研究熱點之一。郭太君等以9個園林樹種為研究對象，將樹冠從外向內(nèi)分為4部分，分別研究各部分單位面積內(nèi)的蒸騰降溫量，對合理取樣提供了參考依據(jù)[16]。閆偉姣等以5個結(jié)構(gòu)相似的植被群落為研究觀測點，定量研究了綠地降溫作用的日變化規(guī)律，分析了影響降溫效應(yīng)的因子[17]。

1.2增濕Yilmaz等學(xué)者對增濕機理進(jìn)行了研究，認(rèn)為綠地的增濕主要來源于植被冠層的影響[18]。國外增濕效應(yīng)的研究多集中于綠地內(nèi)外結(jié)構(gòu)的差異性比較。如Koh等研究發(fā)現(xiàn)綠地內(nèi)部和外部的空氣濕度相差5%，植被覆蓋地相對于非覆蓋地有著較好的增濕作用[19]。

相比于國外，國內(nèi)關(guān)于增濕效應(yīng)研究涉獵的程度較深，范圍較為廣泛。張艷麗等以綠地樹種為研究對象，通過測定其光合生理生態(tài)指標(biāo)，對其降溫增濕作用進(jìn)行了分析研究[20]。張明麗等選取上海市14個典型植物群落，對其降溫增濕效果進(jìn)行測定研究，得出植被結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、葉面積指數(shù)越大、郁閉度越高的群落結(jié)構(gòu)具有更顯著的降溫增濕效果[21]。王紅娟等從不同下墊面的增濕效果入手，研究不同植被類型在各時段增濕的縱橫向變化規(guī)律[22]。武小鋼等研究了綠地結(jié)構(gòu)特征，從綠量、面積、周長及葉面積指數(shù)4個方面分析綠地增濕效應(yīng)與綠地結(jié)構(gòu)的相關(guān)性[23]。

1.3固碳放氧國外研究者，如Pataki 等多關(guān)注于固碳放氧的機理特征，認(rèn)為植被可以通過葉面的光合作用以及其他生長機能進(jìn)行二氧化碳固定；通過樹蔭改善空氣溫濕度，進(jìn)而促進(jìn)土壤對于二氧化碳的吸收；綠地結(jié)構(gòu)效能也影響著城市綠地固碳放氧的能力[24]。

樹種的光合強度不同，對應(yīng)的固碳放氧能力也存在差異。國內(nèi)的研究更注重林齡、地域、時刻、綠量等因子對綠地固碳放氧的差異。夏新豐[25]、朱美玲等[26]對不同林齡的人工純林開展固碳放氧研究。陳玉娟等對珠江三角洲地帶的區(qū)域植被進(jìn)行固碳放氧能力的研究，發(fā)現(xiàn)郊區(qū)植被固碳放氧能力相比城區(qū)低1/3[27]。馬長欣等通過計算森林生態(tài)系統(tǒng)固碳放氧的實物量，對其經(jīng)濟價值進(jìn)行評估[28]。王忠君選取福州植物園的28種植物，測量其綠量，對光合生理指標(biāo)進(jìn)行分析測定，量化研究植物的固碳放氧能力[29]。譚慶定量評價31種地被植物固碳放氧的生態(tài)效益，對其進(jìn)行了分類[30]。

1.4降噪劉佳妮選擇了8種園林植物、兩條綠帶、3片林地和5種地表材料，運用容器式栽植，采用統(tǒng)一噪聲源，從高度和距離上分別對植物降噪效能進(jìn)行研究[31]。王慧等在公路綠化帶旁分梯度設(shè)置噪音測試點，研究綠化帶對噪音的作用，建立擬合回歸模型，對植被降噪機理進(jìn)行反推[32]。張慶費等利用因子分析法，選取上海城市綠地中的19處植物群落，分析噪聲衰減量與群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系[33]。上述研究均采用統(tǒng)一噪聲源，主要研究影響降噪效果。祝遵凌等選取11種純林為研究對象，在不同的聲源背景環(huán)境下進(jìn)行實驗，檢測其噪聲衰減值[34]。巴成寶對北京市4種不同類型植物進(jìn)行測定分析，加入噪音傳播方向的溫度和濕度等氣象因子，建立降噪評價量與植物結(jié)構(gòu)特征因子的模型[35]。

1.5抗污染專家學(xué)者多研究二氧化硫、氯氣、氟及氟化氫等大氣污染物對城市綠地的影響。魯敏等[36]、潘文等[37]對植物吸收二氧化硫的機理和能力進(jìn)行研究。研究表明，二氧化硫可被植物解毒轉(zhuǎn)化成為硫酸根離子，不同樹種對二氧化硫的吸收能力不同，闊葉林對二氧化硫的吸收量大于針葉林。杜國堅等[38]對37種常見園林植物吸收氯氣能力進(jìn)行分析研究，吸收能力較好的一般為葉片光滑、小枝無毛的植物，且樹木吸收氯氣的體積也與植物的科屬有關(guān)，尤以薔薇科最佳。

史曉麗[39]對北京行道樹滯塵能力進(jìn)行了研究，Cai等[40]、Fang等[41]從不同角度對滯塵能力進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，樹木種類、樹冠高低、葉片大小、葉面粗糙程度等均對滯塵能力有影響。葉冠大而濃密、粗糙或能分泌油脂的植物有較強的滯塵效果，植物吸滯粉塵能力與葉量呈現(xiàn)正相關(guān)。不同結(jié)構(gòu)綠地滯塵效果存在差異，喬灌草結(jié)構(gòu)滯塵能力最高，其次是灌草結(jié)構(gòu)，最差的是草坪。園林植物個體滯塵能力取決于單位綠地面積綠量，以喬木為主的復(fù)層結(jié)構(gòu)綠地可以最有效地提高整體的滯塵效益。

1.6生態(tài)保健鮑風(fēng)宇[42]、張志永等[43]通過測定發(fā)現(xiàn)，公共場合含菌量最高，其次是街道、公園、城郊植物園，相差可達(dá)幾倍至25倍，種植能分泌殺菌素的植物可有效凈化環(huán)境，有利于防治肺結(jié)核等多種傳染?。痪G化區(qū)域的空氣含菌量比非綠化區(qū)平均低85%，各類林地和草地的殺菌效果也存在差異[44]；植物可以通過分泌殺菌素和揮發(fā)性物質(zhì)來減少空氣中的細(xì)菌含量，如側(cè)柏、柏木、圓柏等裸子植物具有較強的殺菌能力，所以在松柏林所處的環(huán)境中，基本上都是無菌的。

1.7生物多樣性保護(hù)城市綠地是生物多樣性保護(hù)的重要基地，而生物多樣性保護(hù)主要體現(xiàn)在植物和動物兩個方面。城市綠地可為動植物提供棲息、繁衍、遷徙的場所，因而具有較多的生物種群，對生物多樣性的保護(hù)作用顯著。國內(nèi)外研究的側(cè)重點不同，國外側(cè)重于動物多樣性的保護(hù)，國內(nèi)則側(cè)重于植物多樣性的保護(hù)。

關(guān)于城市綠地生物多樣性的保護(hù)研究，國內(nèi)外都尚處于初級階段。國外的學(xué)者如Imai等[45]研究了城市綠地中影響動物種群分布的因素，發(fā)現(xiàn)動物種群的組成和多樣性與城市綠地的種類結(jié)構(gòu)有關(guān)，植物種類越豐富，群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，動物種群越多，越能體現(xiàn)生物的多樣性。國內(nèi)的專家學(xué)者如Cao等[46]則主要研究外來樹種對本地生物多樣性的影響。

2　城市綠地生態(tài)效能研究方法

城市綠地生態(tài)效能研究分為幾個階段，早期研究多為定性描述或定量研究，一般是小面積的植物或群落，采樣點較為集中，多采用分時間段短期監(jiān)測，監(jiān)測通常只針對生態(tài)效能的單項。研究借助相關(guān)儀器，利用實驗室測定法、景觀格局分析法等相關(guān)分析方法來揭示其生態(tài)效能的差異性，或?qū)G地生態(tài)效能進(jìn)行量化研究。隨著遙感反演技術(shù)的成熟，研究擴展到大面積區(qū)域中，采用定量與定性相結(jié)合的研究方法，并結(jié)合電腦輔助軟件的運算，對研究區(qū)域的數(shù)據(jù)特征進(jìn)行分析。

生態(tài)效益價值的評估也是研究熱點之一。李成等從城市綠地生態(tài)評價著手，研究影響城市綠地質(zhì)量的評價因子，為綠地規(guī)劃和管理提供新的參考依據(jù)，為改造和建設(shè)綠地提供保障[47]。評價方法采用如模糊數(shù)學(xué)綜合評判模型賦分法、層次分析法(AHP)等定性、定量或定性與定量結(jié)合的方式進(jìn)行。研究范圍從微觀逐漸向宏觀發(fā)展，重點關(guān)注于效益評價及價值化的研究。

巫濤以長沙市為研究對象，以長沙市綠地現(xiàn)狀為分析底圖，利用3S技術(shù)及輔助電腦軟件對景觀格局?jǐn)?shù)據(jù)特征進(jìn)行分析運算，獲得相應(yīng)的空間信息，最后提出綠地斑塊格局的優(yōu)化政策[48]。武文婷也對城市綠地的生態(tài)服務(wù)價值進(jìn)行評估，但從評估體系入手，針對國內(nèi)外城市綠地評估體系中出現(xiàn)的一些“瓶頸”問題，如缺乏公眾評估和創(chuàng)新、指標(biāo)計量方法混亂等，構(gòu)建并創(chuàng)新了專家和公眾信息相融合的城市綠地生態(tài)服務(wù)效能指標(biāo)體系[49]。

3　城市綠地生態(tài)效益規(guī)劃構(gòu)建途徑

首先，通過構(gòu)建科學(xué)的城市綠地生態(tài)景觀格局，實現(xiàn)城市綠地生態(tài)綜合效益。城市化的發(fā)展對城市綠地建設(shè)提出了更高的要求，城市綠地結(jié)構(gòu)與規(guī)模會在現(xiàn)有水平上有所調(diào)整。在城市綠化現(xiàn)狀、城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃和諸多綠地效能評價基礎(chǔ)上，以生態(tài)學(xué)原理和景觀生態(tài)學(xué)原理為指導(dǎo)，合理規(guī)劃城市景觀空間，構(gòu)建景觀斑塊與廊道，形成“斑塊-廊道-生態(tài)網(wǎng)絡(luò)”的城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)景觀格局，使城市綠地生態(tài)效能在此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中得以最大化發(fā)揮[4]。

在規(guī)劃設(shè)計中，以大中型斑塊為主，小斑塊為其補充的分布模式既能滿足城市居民的游憩需求，又能最大化地發(fā)揮綠地生態(tài)效益。在斑塊內(nèi)部設(shè)計上，以喬、灌、藤、草的復(fù)合模式為主，協(xié)調(diào)速生樹及慢生樹比例，加強景觀異質(zhì)性，豐富景觀類型，提高植物群落抗干擾能力，穩(wěn)定斑塊內(nèi)部生態(tài)系統(tǒng)[50]。廊道決定城市中的景觀格局和人口分布狀況，對經(jīng)濟文化、環(huán)境改善起著重要作用。根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能差異，可將其分為綠帶廊道、綠色道路廊道及綠色河流廊道，基于河流、交通和城市森林來構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，將廊道之間、斑塊之間、廊道與斑塊之間連為整體。設(shè)計中以綠地景觀結(jié)構(gòu)和生態(tài)過程關(guān)系為著手點，設(shè)計不同類型的景觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到控制景觀生態(tài)功能的目的，使城市綠地的生態(tài)綜合效益得以最大化發(fā)揮。

第二，加強城市綠地與生態(tài)城市、“海綿城市”銜接的關(guān)聯(lián)研究，實現(xiàn)與時俱進(jìn)、同步發(fā)展。生態(tài)城市建設(shè)與城市綠地息息相關(guān)，人們愈來愈注重城市綠地生態(tài)效益。城市綠地與生態(tài)城市建設(shè)相結(jié)合是必然趨勢，是現(xiàn)代化城市發(fā)展的戰(zhàn)略方向。加強城市綠地與生態(tài)城市銜接的研究，有利于形成城市區(qū)域內(nèi)完善的生態(tài)園林綠化體系，為人類創(chuàng)造清潔、舒適、優(yōu)美、和諧和富有生命力的最佳生態(tài)環(huán)境，使生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟效益融為一體[51]。

“海綿城市”是現(xiàn)階段研究的熱點之一。加強城市綠地與“海綿城市”的關(guān)聯(lián)研究可以發(fā)揮城市綠地本身的美學(xué)價值和生態(tài)效益，此外，城市綠地作為“海綿城市”建設(shè)的主要載體之一，還能在城市大環(huán)境中結(jié)合其他要素，如水體、透水鋪裝等，提高城市建設(shè)的綜合效益，進(jìn)而在相互作用中提升城市綠地質(zhì)量，使城市綠地系統(tǒng)發(fā)揮更大的生態(tài)效能[52]。

4　結(jié)語

隨著世界人口的不斷增加、城鎮(zhèn)建設(shè)的加快，全球環(huán)境問題日益嚴(yán)重，通過綠化緩解和改善環(huán)境問題得到充分重視。國內(nèi)外風(fēng)景園林設(shè)計師越來越注重綠化景觀效果和效能的協(xié)調(diào)發(fā)展，且優(yōu)先突出生態(tài)效能。

我國關(guān)于城市綠地生態(tài)效能的研究起步較晚，但近些年發(fā)展迅速，研究內(nèi)容主要集中在生態(tài)效能的技術(shù)和方法層面，已基本形成比較系統(tǒng)的理論體系和技術(shù)方法?；诓煌赜蚝筒煌鞘芯G地類型的生態(tài)效能研究以及生態(tài)景觀型城市綠地的構(gòu)建途徑研究正在深入和細(xì)化。加強相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新可為今后的研究提供新的方法與思路，并將新技術(shù)應(yīng)用到城市綠地的實際建設(shè)中，逐步實現(xiàn)城市綠地生態(tài)景觀綜合效能的最大化。

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Advances in Research on Ecological Function of Urban Green Space

LI Cheng1, REN Wen-hua2*, YU Bao-chun2et al

(1.Landscape Architecture Planning Institute, Shandong Jianzhu University, Jinan, Shandong 250101; 2.Department of Art, Shandong Jianzhu University, Jinan, Shandong 250101)

Urban green space, the major life-support system of urban ecosystem, plays an important role in maintaining ecological balance and improving the quality of urban ecological environment. The construction quality of urban green space has gradually become an important factor which is used to measure urban modernization level. With the construction of ecological cities increasingly getting people’s attention, studies on the ecological function of urban green space have gradually become the focus of many disciplines.Improving the ecological function of urban green space system is both a strategic direction of development of modern cities, and an inevitable trend of urban development to achieve a virtuous cycle. In this paper, based on the existing literature data,advances in research on ecological function of urban green space in the world were discussed from seven aspects such as cooling, humidification, carbon fixation and oxygen release, noise reduction, resistance to pollution, ecological health and biodiversity protection. In addition,methods of studying ecological function and ways of constructing ecological function planning of urban green space were summarized to provide theoretical basis for the further research on ecological function of urban green space.

Urban green space; Ecological function; Carbon fixation and oxygen release; Biodiversity

李成(1968- )，男，山東臨沂人，教授，碩士，碩士生導(dǎo)師，從事園林植物應(yīng)用、風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計等方面的教學(xué)與研究。*通訊作者，碩士研究生，研究方向：風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計。

2016-07-01

S 181；X 171.1

A

0517-6611(2016)24-173-03