基于生態(tài)功能量分析的綠地改造案例*

關(guān) 賽 張明娟 陳 宇

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 南京 210095

基于生態(tài)功能量分析的綠地改造案例*

關(guān) 賽 張明娟 陳 宇

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 南京 210095

在生態(tài)功能量分析的基礎(chǔ)上對(duì)城市綠地進(jìn)行合理改造，對(duì)于提升園林綠地的生態(tài)功能具有重要意義。文章以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)校園為例，在調(diào)查分析綠地的綠量、固碳釋氧、降溫增濕3方面生態(tài)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)功能欠佳的典型區(qū)域提出了相應(yīng)的植物優(yōu)化改造方案。

綠地改造,綠量,生態(tài)功能量,南京

過度重視城市綠化景觀，忽略城市綠化的生態(tài)功能，是目前城市綠化普遍存在的問題。因此，在對(duì)城市綠地生態(tài)功能進(jìn)行科學(xué)評(píng)估的基礎(chǔ)上，調(diào)整綠地的布局、結(jié)構(gòu)和植物種類等，改善綠地生態(tài)功能，是當(dāng)前中國城市綠化工作的迫切要求。雖然早在1998年，陳自新等[1-5]已經(jīng)對(duì)城市綠地在常見樹種固碳釋氧等方面做了探索性研究。此后，針對(duì)各地區(qū)常見喬木、灌木、草本、攀緣植物等的生態(tài)功能都做了有關(guān)研究。但是這些研究主要是基于植物的生態(tài)功能，對(duì)成片綠地的綜合生態(tài)功能量研究較少。

本文提出以生態(tài)功能量為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，依靠已有數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)代城市綠地進(jìn)行優(yōu)化改造。以南京農(nóng)業(yè)大學(xué)校園為例，分析了校園綠化的綜合生態(tài)功能量，并就如何優(yōu)化改造做了詳細(xì)分析。由于常見園林物種的各類生態(tài)功能指標(biāo)測(cè)定尚不完善，本文只選取數(shù)據(jù)較為齊全的降溫增濕和固碳釋氧兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行探索性研究。

1 研究區(qū)概況

南京(31°14″—32°37″N，118°22″—119°14″E)位于長三角地區(qū)，為中緯度亞熱帶地區(qū)，年平均溫度15.4 ℃，其自然植被屬于北亞熱帶闊葉、常綠闊葉混交林帶。研究區(qū)域?yàn)槟暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)主校區(qū)(不含教職工家屬區(qū))，地處南京主城區(qū)東部。研究區(qū)面積約為410 000 m2，其中綠地面積128 625 m2。

2 研究方法

2.1 綠地調(diào)查

研究調(diào)查了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)主校區(qū)綠化情況。根據(jù)物種高度將植物分為喬木層、灌木層、地被(藤本)層及草坪層。對(duì)喬木層進(jìn)行胸徑、冠幅、高度的調(diào)查，對(duì)灌木層進(jìn)行地徑、蓬徑、高度的調(diào)查，對(duì)地被層、草坪層進(jìn)行高度、面積的調(diào)查，并記錄生長狀況、配置方式等。此外，還專門選取代表性綠地10塊，計(jì)算了單位綠地面積綠量及生態(tài)功能量，并選擇功能量較低的綠地進(jìn)行了詳細(xì)的綠化改造分析。

2.2 生態(tài)指標(biāo)的選取與計(jì)算

2.2.1 綠量

綠量是綠地發(fā)揮生態(tài)功能的重要基礎(chǔ)，也是計(jì)算生態(tài)功能量的必要條件，因此研究首先計(jì)算了各植物的綠量。不同文獻(xiàn)計(jì)算植物生態(tài)功能量的方法各有差異，本文綠量及生態(tài)功能量計(jì)算方法主要參考郭雪艷[6]、薛仁龍[7]的研究,其中大部分物種計(jì)算模型參考郭雪艷(南京)、王麗勉等[8](上海)的研究，因研究數(shù)據(jù)不足，部分植物參考北京、河南等地的研究。對(duì)于文獻(xiàn)中尚未涉及的植物，則根據(jù)植物形態(tài)、種屬、個(gè)體大小等，取其近似種數(shù)值，或形態(tài)類似植物的綜合平均值[6-20]。在計(jì)算各植物生態(tài)功能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，迭加得出研究綠地的綜合生態(tài)功能量。其中，對(duì)喬灌木及地被(藤本)進(jìn)行葉面積及葉體積總量計(jì)算，對(duì)草坪進(jìn)行葉面積的計(jì)算，公式如下：

喬灌木：S=LAI×CA;V=LVI×CA

(1)

地被(藤本)：S=LAI×CA;V=CV×V1

(2)

草本：S=LAI×GA

(3)

公式(1)(2)(3)中，S為葉面積總量(m2)，LAI為葉面積指數(shù)，CA為樹冠面積(m2)，V為葉體積總量(10-3m3)，LVI為葉體積指數(shù)(10-3m3/m2)，CV為樹冠體積(m3),V1為單位體積葉體積(10-3m3/m3),GA為草坪面積(m2)。

2.2.2 固碳釋氧

研究表明，目前大部分城市的二氧化碳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大氣正常含量3×10-4的指標(biāo)，直接危害人們的健康，而植物光合作用成為緩解這種情況的重要辦法。植物固氮釋氧指標(biāo)值及其與綠量的換算關(guān)系如下：

DO2=ZO2×S；DCO2=ZCO2×S

(4)

公式(4)中，DO2為每平方米單株植物釋氧量(g/d)，ZO2為釋氧標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)[g/(d·m2)],DCO2為每平方米單株植物固碳量(g/d)，ZCO2為固碳標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)[g/(d·m2)]，S為植物綠量(m2)。

2.2.3 降溫增濕

植物的降溫效應(yīng)通過樹冠的遮蔽減少太陽的直接輻射和植物蒸散冷卻作用完成，而增濕作用則是通過植物的蒸騰作用完成，園林綠化對(duì)城市小氣候有明顯的改善作用。樣地氣候夏季炎熱冬天干燥，植物降溫增濕的效果尤其重要。植物降溫增濕指標(biāo)值及其與綠量的換算關(guān)系如下：

DJW=ZJW×S;DZS=ZZS×S

(5)

公式(5)中，DJW為每平方米單株植物降溫量(℃/d)，ZJW為降溫標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)[℃/(d·m2)]，DZS為每平方米單株植物增濕量(g/d)，ZZS為增濕標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)[g/(d·m2)]，S為植物綠量(m2)。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠地概況及植物組成

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)研究區(qū)內(nèi)綠地類型以疏林草地為主，喬木共1 490株，平均高度9.1 m，冠幅5.2 m，胸徑30 cm；灌木共762株，平均高度2.1 m，蓬徑1.9 m；地被覆蓋面積16 516 m2；草坪覆蓋面積34 186 m2。攀緣植物較少，垂直綠化面積約500 m2；水體面積僅1 990 m2，水生植物覆蓋極少。在植物組成方面，共有55科、94屬，共計(jì)124個(gè)種(含種及種以下，下同)，其中鄉(xiāng)土植物27科41屬51種。常綠植物51種，喬灌木數(shù)量1 267株；落葉植物73種，喬灌木數(shù)量979株。常綠落葉樹種比約為5∶7，反映出研究區(qū)落葉樹種居多，常綠落葉數(shù)量比約為12∶7，即常綠樹種數(shù)量比落葉多，會(huì)影響到群落季相變化效果，但冬季景觀效果會(huì)相對(duì)較好。

3.2 總體生態(tài)指標(biāo)分析

3.2.1 綠量

校園整體綠地的總綠量值(以葉面積量代表綠量值)為120.4 hm2。其中，喬木綠量占總綠量的62.2%；由于覆蓋面積廣大，草坪類也貢獻(xiàn)了25.1%的綠量；地被(藤本)類占10.7%；灌木綠量僅占2.0%。從各物種綠量來看，喬木類中香樟、蜀儈、二球懸鈴木等植物單株綠量較高；灌木類中桂花、海桐單株綠量較高；地被類中紅花檵木、細(xì)葉麥冬單位面積綠量較高；草坪類中馬尼拉單位面積綠量最高。

3.2.2 固碳釋氧

植物通過光合作用發(fā)揮固碳釋氧的功能,對(duì)改善城市空氣質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)具有重要意義[21]。研究區(qū)總固碳量約為9.9 t,總釋氧量約為7.6 t，其中固碳釋氧量最高的喬木類植物占總固碳量的68.6%，總釋氧量的76.2%。

3.2.3 降溫增濕

研究區(qū)總降溫量約276 404 ℃，總增濕量約1 758.9 t(相應(yīng)草坪植物降溫增濕指標(biāo)暫缺)。以研究區(qū)面積為410 000 m2計(jì)算，校園綠化每天降溫0.7 ℃/m2，增濕4 289.9 g，能有效緩解校園內(nèi)的熱島效應(yīng)及干島效應(yīng)。喬木類降溫增濕效果最為顯著，占總降溫量的87.3%，總增濕量的88.0%。

4 典型綠地生態(tài)功能量及改造思路

研究計(jì)算了校園整體及10個(gè)典型綠地單位綠地面積綠量及生態(tài)功能量(表1)，選取生態(tài)效率偏低的綜合樓、逸夫樓、蓮塘水榭及食堂游園4個(gè)區(qū)域，并探討了相應(yīng)改造方法，改造前后生態(tài)指標(biāo)值對(duì)比如表2(生態(tài)功能量計(jì)算以研究區(qū)植物調(diào)查數(shù)據(jù)為參考)。

表1 校園整體及典型綠地單位綠地面積生態(tài)指標(biāo)值

表2 綠地改造前后單位綠地面積生態(tài)指標(biāo)值對(duì)比

注：改造后數(shù)值由下劃線標(biāo)記。

4.1 綜合樓

綜合樓面積共計(jì)9 500 m2，綠地面積6 003 m2。在物種組成上，植物有23科、40屬，共計(jì)42種。喬木64株,灌木86株,地被覆蓋面積3 054 m2,草坪面積2 172 m2。雖然單位面積綠量比整體水平高，但生態(tài)效率偏低，建議補(bǔ)種生態(tài)效率較高的物種，例如喬木喜樹、圓柏、雪松，灌木海桐、桂花，地被海桐、紅葉石楠等，將剪股穎草坪更換為馬尼拉。方案共增加喜樹4株(冠幅7 m，胸徑35 cm)，黃山欒樹3株(冠幅5 m，胸徑20 cm)，圓柏10株(冠幅3 m，胸徑9 cm)，衛(wèi)矛2株(蓬徑2 m，高度2.5 m)，海桐球4株(蓬徑1.5 m，高度1.6 m)，紅葉石楠球4株(蓬徑1 m，高度0.8 m)，將草坪更換為馬尼拉草坪(2 172 m2)，改造后景觀效果更加豐富，生態(tài)功能量顯著增加。

4.2 逸夫樓主入口綠地

逸夫樓面積共計(jì)16 358 m2，綠地面積7 676 m2，生態(tài)效率較低。在物種組成上，植物有23科、40屬，共計(jì)42種。喬木56株，灌木115株，地被覆蓋面積3 054 m2，草坪面積2 172 m2。逸夫樓作為主入口綠地，為了突出氣勢(shì)宏大、嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)整的大學(xué)氛圍，景觀格局以大面積草坪為主，道路旁僅配置綠籬及兩排小型香樟樹(冠幅4.5 m，胸徑20 cm)，造成綠地整體生態(tài)效率偏低，因此建議將草坪替換成觀賞效果更佳、層次變化豐富的綠籬。以大葉黃楊、側(cè)柏、紅花檵木3種植物組成的綠籬為例(每種面積724 m2，共計(jì)2 172 m2)，替換后綜合生態(tài)功能量超過原來的2倍，改造效果十分顯著。

4.3 蓮塘水榭

蓮塘水榭面積共計(jì)3 597 m2，其中水體面積865 m2，綠地面積1 773 m2。在物種組成上，植物有11科、15屬，共計(jì)17種，喬木25株，灌木88株，地被覆蓋面積193 m2，而水體沒有綠化覆蓋。喬灌木規(guī)格低于平均值，這是因?yàn)閱棠径酁殡u爪槭、紫葉李等小喬木，主要灌木桂花因?yàn)榭拷搪毠な程门棚L(fēng)口，長勢(shì)不佳。蓮塘水榭作為休閑綠地，建議在水體中增加植物，豐富植物層次，將原來雜草地面替換為馬尼拉草坪，在單一的細(xì)葉麥冬上叢植木槿、梔子，并增加紫葉李等，增加單株生態(tài)功能量較高的植物如圓柏、廣玉蘭等。方案共增加了5株圓柏(冠幅4 m，胸徑13 cm)，2株桂花(蓬徑3.5 m，高度3 m)，6株木槿(蓬徑2.5 m，高度3.5 m)，5株梔子(蓬徑2 m，高度2.5 m)，140 m2水生植物(暫缺水生植物指標(biāo))，替換340 m2馬尼拉草坪，改造后可達(dá)到綜合生態(tài)功能量翻倍的效果。

4.4 食堂游園

食堂游園面積共計(jì)2 005.5 m2，其中綠地面積1 513.9 m2，各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)都偏低。在物種組成上，植物有6科、9屬，共計(jì)11種，喬木42株，灌木23株。食堂游園為自然式小游園風(fēng)格，缺點(diǎn)較多，如草坪因管理不善已被雜草替代，植物層次較為單一等。建議豐富植物層次，將單一的小喬木雜草結(jié)構(gòu)改造為豐富的喬灌草復(fù)式結(jié)構(gòu)，喬木層可增加單株生態(tài)功能量較高的圓柏、蜀儈和廣玉蘭等植物，灌木、地被層可增加海桐、大葉黃楊和構(gòu)骨等植物，同時(shí)重視植物的養(yǎng)護(hù)管理工作。方案共增加黃山欒樹6株(冠幅5 m，胸徑20 cm)，蜀儈7株(冠幅5 m，胸徑22 cm)，龍爪槐3株(冠幅2 m，胸徑5 cm)，金葉女貞籬600 m2(高度0.6 m)，高羊茅草坪2 000 m2，改造后生態(tài)功能量大大提升，效果顯著。

5 結(jié)語

當(dāng)前城市生態(tài)建設(shè)的重要目標(biāo)是提高城市綠地的生態(tài)功能。本文綜合前人對(duì)各種常見植物綠量、固碳釋氧、降溫增濕等生態(tài)指標(biāo)的研究成果，探索了測(cè)定綠地生態(tài)功能量并進(jìn)行改造的方法，得出以下結(jié)論：1)不同植物生態(tài)功能量差別較大，規(guī)劃前必須考慮生態(tài)效益值，在綠地中少量添加生態(tài)效率較高的植物可以顯著提高綠地生態(tài)效益；2)由于不同研究者對(duì)各物種生態(tài)功能的研究結(jié)果不同，可比性較差，今后應(yīng)按統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)方法和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)以便增加可比性。此外，各類生態(tài)功能指標(biāo)測(cè)定尚需完善。

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A Case of Transformation of Green Space Based on Ecological Functions Analysis

Guan Sai Zhang Mingjuan Chen Yu

(College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, Jiangsu, China)

The rational transformation of urban green spaces on the basis of ecological functions analysis is of important value for enhancing the ecological functions of landscapes. The paper investigated and analyzed the ecological indicators such as green quantity, oxygen releasing and carbon sequestration, temperature cooling and humidity increase in Nanjing Agriculture University. Based on the analyses, the corresponding plant optimization plan was proposed for the typical area with poor ecological functions value.

transformation of green space, green quantity, ecological function value, Nanjing

2016-08-18

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：特大型城市中公園綠地的生態(tài)用地效率研究——以南京市為例(31200530)

關(guān)賽(1994-)女，碩士，研究方向?yàn)榫G地環(huán)境。E-mail: seiner29@hotmail.com

張明娟(1979-)，女,博士,副教授,研究方向?yàn)橹参锱c景觀生態(tài)學(xué)。E-mail:zhang-mj@njau.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.01.006