i-Tree 模型在城市森林景觀績效量化中的應(yīng)用評析

邱雯婉，張敏霞,2，鮑沁星,2

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 311300；2.不列顛哥倫比亞大學(xué) 溫哥華 V6T 1Z4）

1 模型背景

1.1 i-Tree 模型的發(fā)展

i-Tree 模型是由美國農(nóng)業(yè)部林務(wù)局（USDA Forest Service）發(fā)布的城市森林生態(tài)效益評估模型，經(jīng)過同儕評閱論證其科學(xué)性。并且其以易于操作、準(zhǔn)確性高的特征，被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、公眾自然教育、公共景觀項(xiàng)目管理等方面，量化評價(jià)城市綠色空間的結(jié)構(gòu)特征、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的各項(xiàng)功能，并將效益以貨幣形式呈現(xiàn)。

自2006年發(fā)布以來，i-Tree 從最初的生態(tài)效益分析（UFORE）和行道樹種資源分析（STRATUM）兩大模塊[1]發(fā)展到2018年發(fā)布的i-Tree V6 系列，主要包括i-Tree MyTree、i-Tree Landscape、i-Tree Design、i-Tree Canopy、i-Tree Eco、i-Tree Hydro 6個(gè)核心旗艦?zāi)K，i-Tree Species、i-Tree Projects、i-Tree Database、i-Tree Glossary、i-Tree Eco Mobile Data Collection、i-Tree Pest 6個(gè)補(bǔ)充模塊，i-Tree Storm、i-Tree Vue、i-Tree Streets、MCTI 4個(gè)功能已被新版模塊取代的舊版工具[2]。

各模塊分別適用于不同規(guī)模、類型綠地，能夠進(jìn)行不同功能分析，主要針對減少雨水徑流、節(jié)能減排、提高空氣質(zhì)量、減少二氧化碳排放等功能，進(jìn)行城市森林的生態(tài)效益量化評估。各模塊運(yùn)行模式類似，都是基于樣地調(diào)查，收集研究區(qū)域內(nèi)樹高、冠幅、胸徑、與建筑物之間的距離、健康狀況等植被數(shù)據(jù)，研究地區(qū)空氣污染、空氣溫濕度、降雨等的氣象數(shù)據(jù)，以及當(dāng)?shù)厝丝?、面積、植樹養(yǎng)護(hù)成本等經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，并將各類數(shù)據(jù)導(dǎo)入i-Tree模型，經(jīng)由美國林務(wù)局對數(shù)據(jù)進(jìn)行評定與處理，生成研究區(qū)域的植被效益報(bào)告[3]。其中在科學(xué)研究與景觀項(xiàng)目管理中被廣泛使用的是i-Tree Eco、i-Tree Streets 和i-Tree Canopy 3個(gè)模塊；在公眾自然教育方面，i-Tree 在網(wǎng)站中為不同年級的學(xué)生提供了一系列植物測量分析實(shí)踐教程（Teaching with i-Tree），主要使用的是i-Tree Design與i-Tree Species 模塊[4]；此外，i-Tree Design 和i-Tree MyTree 也為家庭的庭院種植策略提供參考[5]。

1.2 i-Tree 模型與景觀績效的關(guān)聯(lián)

景觀績效定義為“對景觀實(shí)現(xiàn)其預(yù)設(shè)目標(biāo)以及為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出的貢獻(xiàn)的衡量指標(biāo)”[6]。其指標(biāo)包括與對雨水、能源、空氣、土壤等要素產(chǎn)生影響的生態(tài)績效，與建造成本、收益相關(guān)的經(jīng)濟(jì)績效，以及對娛樂、教育等方面產(chǎn)生影響的社會(huì)績效?；谶@個(gè)概念的提出，越來越多的景觀設(shè)計(jì)師、管理者開始重視對建成后的景觀項(xiàng)目進(jìn)行量化評估。隨著景觀績效研究的推進(jìn)，風(fēng)景園林設(shè)計(jì)不再局限于關(guān)注主觀的審美與公眾的使用偏好，逐漸往更加“科學(xué)、客觀、可量度、可循證”的方向發(fā)展[7]。

i-Tree 作為將城市森林效益以貨幣形式呈現(xiàn)的評價(jià)模型，在景觀績效量化方面有著積極的推進(jìn)作用，在量化了生態(tài)績效的同時(shí)，兼顧其與經(jīng)濟(jì)績效的關(guān)系。并且在社會(huì)績效方面，量化了植物與房產(chǎn)價(jià)值相關(guān)的美學(xué)效益。在景觀設(shè)計(jì)階段，i-Tree Design 模塊可以用于比較針對某一具體場地的不同景觀方案帶來的效益[8]。同時(shí)，i-Tree 軟件套組中的i-Tree Streets 與i-Tree Eco 模塊作為綠化樹種效益計(jì)算器，被收錄為美國風(fēng)景園林基金在2010年開展景觀績效系列研究計(jì)劃（landscapes performance series,LAF）網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)提供的績效工具包中評價(jià)工具之一[7]，被更多的研究者所了解與使用。

2 文獻(xiàn)來源

本文以中國知網(wǎng)作為中文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，以Web of Science 作為英文數(shù)據(jù)庫，以“i-Tree”“UFORE”“STRATUM”作為檢索詞，收集截至2019年7 月的相關(guān)文獻(xiàn)。共收集與城市森林景觀績效量化相關(guān)的25 篇中文文獻(xiàn)、59 篇相關(guān)英文文獻(xiàn)。利用VOS viewer 等文獻(xiàn)計(jì)量可視化軟件，結(jié)合人工檢閱進(jìn)行分析。

從文獻(xiàn)題目、摘要中篩選出的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（圖1、圖2）中，可以看出文獻(xiàn)中，基于i-Tree 軟件輸出的效益報(bào)告內(nèi)容，量化的景觀績效主要為城市森林對固碳和空氣質(zhì)量的影響。從文獻(xiàn)的發(fā)表時(shí)間（圖3）可以看出，國內(nèi)外研究近3年來，對i-Tree 的關(guān)注顯著增加，且兩者總體上都呈現(xiàn)出文獻(xiàn)量逐年上升的趨勢。由此可以得出，基于i-Tree 的研究屬于當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。

3 應(yīng)用評析

從城市森林景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)的角度，本文將基于i-Tree 模型的景觀績效量化評價(jià)研究分為3個(gè)重點(diǎn)研究領(lǐng)域，包括針對用地規(guī)劃、災(zāi)害應(yīng)對、樹種選擇3 方面的景觀規(guī)劃策略研究，以案例研究與評價(jià)方法研究為主的建成景觀評價(jià)研究，以及在同行評議中對i-Tree 模型績效量化準(zhǔn)確性與適用性評價(jià)的研究。并且從關(guān)于i-Tree 的新聞報(bào)道與相關(guān)文獻(xiàn)中了解到，i-Tree 模型在科學(xué)研究之外，主要在公眾自然教育與景觀設(shè)計(jì)項(xiàng)目被公眾所使用。

3.1 景觀規(guī)劃

圖1 i-Tree 相關(guān)英文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(數(shù)據(jù)來源：Web of Science)Figure 1 i-Tree related English literature keywords co-occurrence network

圖2 i-Tree 相關(guān)中文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)（數(shù)據(jù)來源：中國知網(wǎng)）Figure 2 i-Tree related Chinese literature keywords co-occurrence network

圖3 i-Tree 相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)文量（數(shù)據(jù)來源：Web of Science，中國知網(wǎng)）Figure 3 The number of literature related to i-Tree

3.1.1 用地規(guī)劃 在景觀項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，通過i-Tree 模型模擬，對相應(yīng)策略下的建成景觀績效有合理的預(yù)判，可以有效提高設(shè)計(jì)的合理性?，F(xiàn)有i-Tree 相關(guān)景觀規(guī)劃策略研究中，包括對用地規(guī)劃方式進(jìn)行模擬，指導(dǎo)種植用地的布局；模擬不同綠色基礎(chǔ)設(shè)施組合帶來的生態(tài)效益，指導(dǎo)場地設(shè)計(jì)方向；模擬自然災(zāi)害對城市森林的影響，以增強(qiáng)種植管理規(guī)劃的防災(zāi)功能；對不同樹種進(jìn)行特定地域的效益評價(jià)，指導(dǎo)當(dāng)?shù)鼐坝^樹種選擇。

城市森林提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與環(huán)境質(zhì)量、公眾健康等方面密切相關(guān)，因此越來越多研究者認(rèn)為，應(yīng)該將其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分析列入城市規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。通過對規(guī)劃情景的模擬，衡量不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的景觀績效，有助于實(shí)現(xiàn)城市森林景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)的效益最大化。

在用地規(guī)劃布局方面，將i-Tree 模型的效益報(bào)告導(dǎo)出數(shù)據(jù)集成到規(guī)劃設(shè)計(jì)輔助軟件中，可以將城市森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)信息整合起來，以量化其在不同情景規(guī)劃下帶來的生態(tài)效益。Hilde 等[9]以美國德克薩斯州（Texas,USA）某一可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃社區(qū)為例，將i-Tree Eco 導(dǎo)出的植被生態(tài)效益報(bào)告內(nèi)容集成到情景規(guī)劃軟件工具Envision Tomorrow 中，模擬不同用地布局下，密度不同的街道綠化水平帶來的生態(tài)效益，用以分析植物景觀績效的高低與用地布局模式、植樹的規(guī)模和種類等因素的關(guān)系。類似的是，Vaughn 等[10]將i-Tree Eco 模型與ArcMap結(jié)合使用，進(jìn)行樣地的植被數(shù)據(jù)分析，比較了美國佛羅里達(dá)州（Florida,USA）中北部一發(fā)展初期地塊在不同的開發(fā)模式前后植物的基準(zhǔn)碳儲(chǔ)量和固碳率，發(fā)現(xiàn)減少建設(shè)用地、提高建筑密度的緊湊型建筑布局可提高該地的植物固碳能力。

在用地規(guī)劃要素方面，綠墻、綠色屋頂、街道綠化樹種等綠色基礎(chǔ)設(shè)施在城市用地中的空間布局是影響景觀績效的一個(gè)重要因素。Currie 等[11]使用i-Tree 模型中的UFORE 模塊量化了綠色植物和綠色屋頂減少空氣污染的績效。此后，Jayasooriya 等[12]在該研究基礎(chǔ)上，利用i-Tree Eco 模塊進(jìn)行深化研究。以實(shí)測的城市綠色空間為基準(zhǔn)情景，在此基礎(chǔ)上建立各綠色基礎(chǔ)設(shè)施組合布置于城市空間中的模擬情景，從利用i-Tree Eco 評估的6種不同綠色基礎(chǔ)設(shè)施組合設(shè)計(jì)情景中得出結(jié)論，街道綠化樹種的空氣污染物吸收率高于綠墻和綠色屋頂，成本也較低。而綠色屋頂或綠色墻壁與街道綠化樹種相結(jié)合，雖然沒有顯著增加空氣污染的吸收，但更加有利于能源節(jié)省與人類居住。

在城市用地類型中，空置土地作為對城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)最具潛力的用地類型，受到了業(yè)界學(xué)者的廣泛關(guān)注。其中Kim 等[13-15]以美國弗吉尼亞州羅阿諾克市（Virginia,USA）作為研究地點(diǎn)，使用i-Tree Canopy 定義空置土地的覆蓋類別，并使用i-Tree Eco 量化植被的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和服務(wù)，對城市空置土地的現(xiàn)狀進(jìn)行全面調(diào)查，并形成空地類型學(xué)理論。研究表明，有植被的空置地能提供較高的生態(tài)效益，在開發(fā)時(shí)應(yīng)以保護(hù)其現(xiàn)有生態(tài)價(jià)值的方式進(jìn)行；而生態(tài)價(jià)值較低的后工業(yè)用地，可以優(yōu)先發(fā)展住宅、商業(yè)等土地類型；與交通相關(guān)的廢棄土地可以為整個(gè)城市的開放空間提供綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。該類型學(xué)研究也為城市中各類空置土地利益最大化再利用及相關(guān)城市規(guī)劃的政策制定提供了有價(jià)值的參考。

3.1.2 災(zāi)害應(yīng)對 城市森林處于不同的城市景觀中變得十分脆弱，并且常常遭受不同程度的人為侵害和自然災(zāi)害干擾[16]。通過i-Tree 模擬評估應(yīng)對災(zāi)害的城市林業(yè)管理模式則是應(yīng)對災(zāi)害的有效手段之一。

將降低脆弱性列為城市植物景觀設(shè)計(jì)前期的考慮因素，可避免災(zāi)害來臨時(shí)承受巨大的損失，提高城市景觀穩(wěn)定性。Steenberg 等[16]研究利用i-Tree 模型模擬加拿大多倫多（Toronto,Canada）在基于不同城市森林脆弱性水平的管理模式下，無災(zāi)害影響、病蟲害干擾和暴風(fēng)雪干擾3種情景中城市森林結(jié)構(gòu)和提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在未來45 a 中的變化，以此確定未來潛在的災(zāi)害損失，并提出應(yīng)對措施。研究表明，通過增加植樹造林，擴(kuò)大城市森林資源，去除不良入侵物種，可以有效地降低城市森林脆弱性。在病蟲害的防治管理方面，Vannatta 等[17]利用i-Tree Streets 建模比較了受翡翠螟Agrilus planipennis 危害的美國白梣Fraxinus americana 在全部移除、移除后用其他樹種代替、用殺蟲劑處理3種管理方式下未來20 a 的管理成本和收益，提出相對經(jīng)濟(jì)高效的管理模式為移除病樹后種植其他樹種。

在控制城市綠化樹種的死亡率方面，早期就積極采取措施應(yīng)對災(zāi)害的影響，否則，樹苗死亡將會(huì)大大削弱其為公眾帶來的經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)效益。Sarah 等[18]在研究中揭示了綠化死亡率與其提供效益之間的關(guān)系。使用i-Tree Streets 量化美國密歇根州底特律（Michigan,USA）、印第安納州印第安納波利斯（Indiana,USA）和賓夕法尼亞州費(fèi)城（PA,USA）3個(gè)城市種植的街道綠化樹種的益處，隨后將得到的數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)建模，計(jì)算了未來5 a 和10 a 在不同存活率下提供的生態(tài)效益。結(jié)果表明，低于93%的年存活率，會(huì)使街道綠化樹種帶來的收益無法彌補(bǔ)其死亡帶來的損失。因此，應(yīng)合理規(guī)劃城市植物景觀應(yīng)對各類災(zāi)害的種植成本與管理模式，降低死亡率，提高城市森林管理的投資回報(bào)率。Charity 等[19]也在研究中，通過i-Tree Eco 模擬了無植物死亡、4%和8%的年死亡率，確定美國紐約市布朗克斯區(qū)（New York,USA）在當(dāng)前的城市綠化計(jì)劃中，2030年綠化樹種將帶來的收益在4 070 萬～4390 萬美元。

3.1.3 樹種選擇 園林設(shè)計(jì)中有大量形態(tài)、種植條件相似的樹種。在選擇上，除了美學(xué)上的考量，可以通過i-Tree模型的模擬，提供各樹種在其生長周期內(nèi)提供的生態(tài)效益量化數(shù)據(jù)，更有利于景觀設(shè)計(jì)中樹種的選擇。在Dampier等[20]的研究中，由于遭受病蟲害的威脅，加拿大鐵杉Tsuga canadensis 很難在美國作為園林樹木繼續(xù)種植。鐵杉T.chinensis 為與其具有相似園林功能的樹種，研究利用i-Tree 模型中MyTree 模塊模擬了鐵杉與加拿大鐵杉在25 a 生長周期內(nèi)提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)轉(zhuǎn)化的經(jīng)濟(jì)效益，認(rèn)為鐵杉可替代加拿大鐵杉。Kirnbauer 等[21]利用i-Tree Hydro 模塊，模擬加拿大安大略省漢密爾頓（Ontario,Canada）銀杏Ginkgo biloba、二球懸鈴木Platanus acerifolia、銀白槭Acer saccharinum、北美楓香Liquidambar styraciflua 在空置土地上的減少雨水徑流的能力，結(jié)果顯示二球懸鈴木表現(xiàn)最佳。此外Curtis 等[22]利用i-Tree Species 模塊，研究了9種城市樹種的生物揮發(fā)性有機(jī)化合物（BVOC）排放，有助于美國科羅拉多州（Colorado,USA）城市街道樹種的選擇。

3.2 景觀評價(jià)

利用i-Tree 對城市建成景觀的植被結(jié)構(gòu)、生態(tài)效益進(jìn)行評價(jià)，近年來被世界很多國家的學(xué)者廣泛使用。對于不同地域案例評價(jià)結(jié)果，也為不同城市森林結(jié)構(gòu)功能實(shí)際狀況的城市生態(tài)環(huán)境、發(fā)展建設(shè)研究提供了基礎(chǔ)信息的參考。同時(shí)，隨著技術(shù)發(fā)展，將i-Tree 模型與先進(jìn)的軟件、模型、設(shè)備等相結(jié)合，提出評價(jià)城市森林的更多景觀績效的集成方法，也是近年來的基于i-Tree 的科學(xué)研究的方向。

3.2.1 績效評價(jià)案例研究 基于i-Tree 模型的建成景觀的效益評價(jià)的案例研究，大多采用統(tǒng)一的研究模式：（1）確定研究范圍；（2）利用衛(wèi)星、航拍圖像或i-Tree Canopy 對研究地塊的植被覆蓋類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；（3）采用抽樣調(diào)查法，對胸徑、樹高、冠幅等數(shù)據(jù)實(shí)測；（4）將實(shí)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入i-Tree Eco、i-Tree Streets 或i-Tree Hydro 模塊，生成研究地塊的生態(tài)效益評估報(bào)告，其中基于i-Tree Eco 的研究傾向于城市森林整體植被結(jié)構(gòu)與功能評估，i-Tree Streets 評價(jià)內(nèi)容則主要為城市行道樹資源與精細(xì)化收支效益狀況，基于i-Tree Hydro 的主要是評價(jià)植被對雨水徑流量的影響；（5）對報(bào)告中植物景觀的節(jié)能效益、雨水?dāng)r截效益、CO2吸收效益、空氣凈化效益、審美效益等評價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，提出城市公共空間中植物景觀的規(guī)劃管理改進(jìn)建議。

世界各地均有此類針對當(dāng)?shù)氐某鞘猩衷u價(jià)案例研究（表1）。值得注意的是，中國近年來利用i-Tree 模型進(jìn)行的研究大多是基于i-Tree streets 模塊的城市行道樹生態(tài)效益評價(jià)。最早2009年對合肥行道樹研究，近兩年，利用該模型開展研究的城市逐漸增加，包括青島、廣州、杭州等（表2），這些研究都對當(dāng)?shù)氐男械罉溥x擇、養(yǎng)護(hù)管理以及規(guī)劃提供了參考與導(dǎo)向。

表1 國外i-Tree 城市森林生態(tài)效益評價(jià)案例研究Table 1 Case studies on urban forest ecological benefit evaluation based on i-Tree in foreign countries

表2 國內(nèi)i-Tree 城市森林生態(tài)效益評價(jià)案例研究Table 2 Case studies on urban forest ecological benefit evaluation based on i-Tree in China

3.2.2 績效評價(jià)方法研究 將i-Tree 模型結(jié)合數(shù)學(xué)模型、先進(jìn)技術(shù)設(shè)備、其他軟件，探索新的城市森林生態(tài)效益評價(jià)方法，使其能運(yùn)用于更多景觀績效指標(biāo)的評價(jià)，提高i-Tree 模型使用效率與范圍。

i-Tree 模型計(jì)算得到的生態(tài)效益數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，可進(jìn)一步量化城市森林的各項(xiàng)效益指標(biāo)，如估算植物光照競爭[70]、多樣性[71]、對降低紫外線輻射[41]與產(chǎn)生冷島效應(yīng)[72]的影響；統(tǒng)計(jì)特大城市冠幅覆蓋面積[73]；評估植物對空氣中各類顆粒物的凈化能力[74]；評價(jià)城市森林作為鳥類棲息地的潛力[75]；以及量化能夠有效改善環(huán)境質(zhì)量的綠色空間占城市森林總面積的比例[76]。如Na 等[41]評估計(jì)韓國首爾的綠化樹種對降低紫外線輻射的影響，收集了樹冠覆蓋度、紫外線指數(shù)、每小時(shí)云量、太陽天頂角，將這些數(shù)據(jù)與方程結(jié)合，預(yù)測城市用地中植物對紫外線防護(hù)因子的影響。其中樹冠覆蓋度的數(shù)據(jù)利用i-Tree Canopy 模塊來獲得。此研究使用了i-Tree 模型提供的數(shù)據(jù)的同時(shí)，也為i-Tree 模型開發(fā)城市森林對紫外線輻射影響的新模塊提供了思路。Wang 等[72]用樣本調(diào)查法，利用i-Tree Eco 模型計(jì)算中國常州18個(gè)公園的植被特征，并利用Landsat-8 衛(wèi)星獲取地表溫度，利用Mapworld 獲取土地利用信息，通過ArcGIS 9.3 分析了公園內(nèi)的各區(qū)域溫度下降幅度和范圍。并通過數(shù)學(xué)模型中的Pearson 相關(guān)分析和曲線擬合測試影響因子，揭示公園構(gòu)成、面積、形狀、植被特征等因素與公園冷島形成之間的關(guān)系。

獲取i-Tree 模型的效益計(jì)算結(jié)果，需要將大量的植被實(shí)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，而城市森林資源清查是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。隨著地理信息技術(shù)與圖像分析技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一系列利用先進(jìn)的設(shè)備與技術(shù)手段代替人工實(shí)測，提高植被信息獲取精度和效率的研究，有助于基于i-Tree 生態(tài)評價(jià)的相關(guān)研究開展。如Abd-Elrahman 等[77]從不同型號的消費(fèi)級相機(jī)以及航空圖像中提取信息，如樹冠直徑、樹高和樹干直徑，并與人工實(shí)地測量比較，評價(jià)其準(zhǔn)確性。研究表明從谷歌提供的航空圖像與消費(fèi)級相機(jī)拍攝圖像中提取植被信息，大部分可以代替人工實(shí)地測量，用以輸入i-Tree 模型，但在涉及大量植被、地形復(fù)雜的地塊依然需要人工實(shí)地測量。Zhao 等[78]利用移動(dòng)激光掃描設(shè)備（HiScan-Z mobile laser scanning system），快速獲取城市行道樹形態(tài)信息，導(dǎo)入i-Tree 模型進(jìn)行分析，評價(jià)行道樹的固碳能力和PM2.5 去除能力。手持GIS 記錄植被信息的方法也被美國德克薩斯州雷諾市（Texas,USA）在建立i-Tree 城市綠化樹種目錄時(shí)使用[79]。此外，Michael 等[80]通過從高空間分辨率衛(wèi)星圖像中提取植被信息，導(dǎo)入i-Tree Eco，估算城市森林由于火災(zāi)造成的空間分布變化與經(jīng)濟(jì)損失。

在軟件集成研究方面，i-Tree Eco 從V5.0 版本開始提供了一些比先前版本重大的升級，包括使用美國環(huán)境保護(hù)署（U.S.Environmental Protection Agency）的環(huán)境效益地圖繪制與分析程序BenMAP，估算城市森林對空氣質(zhì)量的影響所產(chǎn)生的健康影響及經(jīng)濟(jì)效益[81]?；诖?，Varsha 等[82]與Tiwari 等[83]都在研究中利用這一集成的績效量化功能進(jìn)行了實(shí)踐與分析。此外，i-Tree Eco 與社區(qū)多尺度空氣質(zhì)量模型（CMAQ）、氣象研究預(yù)測模型（WRF）集成的耦合系統(tǒng)可用于模擬城市森林去除大氣污染物的能力[84]。

3.3 適用性比較

i-tree 作為城市森林效益評價(jià)工具，在很多研究中被廣泛使用，其績效量化的準(zhǔn)確性受到重視，通過將i-Tree模型的評價(jià)機(jī)制與其他模型、方法進(jìn)行對比驗(yàn)證，為用戶后續(xù)研究使用提供參考。

在指標(biāo)準(zhǔn)確性評價(jià)方面，Dunn-Johnston 等[85]與Guidolotti 等[86]都對i-Tree 模型效益報(bào)告中城市森林對空氣質(zhì)量影響的相關(guān)指標(biāo)準(zhǔn)確性做出了評價(jià)，包括生物BVOCs 排放量、植物去除空氣中O3，NO2和PM10 的效率等；Timilsina 等[27]與Alonzo 等[34]則分別分析評價(jià)了i-Tree 模型對樹葉面積、樹葉生物量的計(jì)算機(jī)理的合理性；Boukili 等[87]通過與同類型的方程與經(jīng)驗(yàn)值比較，分析了i-Tree Streets 模型對植物固碳作用評價(jià)的準(zhǔn)確性與適用范圍；Morani 等[88]將i-Tree 模型中的O3沉降模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測進(jìn)行對比；Parmehr 等[89]將利用i-Tree Canopy隨機(jī)采樣計(jì)算與遙感方法測量得到的城市樹冠覆蓋面積進(jìn)行對比，分析誤差；Staudhammer 等[90]比較了基于美國森林資源清查和分析程序（FIA）與i-Tree Eco 評估物種多樣性的2種方法的準(zhǔn)確性；王韻[91]使用數(shù)碼相機(jī)拍攝圖像觀察銀杏物候，將監(jiān)測數(shù)據(jù)用于計(jì)算固碳量，并將結(jié)果與i-Tree 模型計(jì)算進(jìn)行比較。

在模型適用性評價(jià)方面，i-Tree 作為美國本土研發(fā)的評價(jià)模型，原始數(shù)據(jù)庫中只有適用于北美洲與南美洲的氣候區(qū)、植物物種等數(shù)據(jù)，其他地區(qū)研究只能在軟件內(nèi)選擇最相似的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬或提交本土數(shù)據(jù)后經(jīng)過i-Tree 團(tuán)隊(duì)處理后進(jìn)行評價(jià)分析。因此，研究者必須將近似模擬的誤差考慮在內(nèi)。自i-Tree 發(fā)布以來，國內(nèi)許多學(xué)者也關(guān)注到在中國城市森林評價(jià)方面的應(yīng)用潛力，對其評價(jià)機(jī)制與相似功能軟件進(jìn)行對比評述[3,92-95]，為其在中國的研究應(yīng)用提供參考。王茜等[3]、李瑩瑩[94]、馬寧等[95]均在研究中，將i-Tree 模型與基于GIS 技術(shù)的CITYgreen 模型進(jìn)行對比，得出一致結(jié)論：i-Tree 模型的計(jì)算結(jié)果精確度高于CITYgreen，能針對不同樹種設(shè)定具體參數(shù)，且適用范圍更廣，除了喬木，對灌草的生態(tài)效益也可進(jìn)行針對性評估；但其相比于CITYgreen 模型的不足之處在于前期收集數(shù)據(jù)所需的工作量大。

3.4 公眾使用

公眾對于城市景觀意義的了解，除了實(shí)用性與美觀性，很難直觀感受到其帶來的實(shí)際效益，若能參與到i-Tree進(jìn)行景觀績效的量化過程中，用人們熟知的貨幣衡量城市森林的價(jià)值，則能切實(shí)體會(huì)到植物對于居住環(huán)境的重要性。

3.4.1 公眾自然教育 i-Tree 因其易于操作、適用性廣的特征，可以通過量化單棵樹或成片植被的投入成本與效益，讓人們參與到城市公共綠化樹種或家庭庭院環(huán)境生態(tài)效益評價(jià)的過程中，更加直觀、全面地了解種植管理的投資回報(bào)率，從而重視植物景觀的價(jià)值。在國外，已有大量學(xué)校、社區(qū)利用i-Tree 開展各種自然教育活動(dòng)。

1）城市森林調(diào)查。為了讓孩子相信植物有重要且豐富的價(jià)值，國外有許多學(xué)校、社區(qū)鼓勵(lì)人們對周圍環(huán)境中的植物進(jìn)行測量、調(diào)查、編目，通過i-Tree 記錄并導(dǎo)出分析報(bào)告，將生態(tài)效益貨幣化，并給學(xué)校、街道上的植物貼上價(jià)格標(biāo)簽，讓人們重視其價(jià)值。2016-2018年，美國威斯康辛州（Wisconsin,USA）的高中自然教育課程包括3個(gè)階段：（1）帶著學(xué)生走遍城鎮(zhèn)，更新城市綠化樹種的數(shù)據(jù)庫；（2）讓學(xué)生規(guī)劃城鎮(zhèn)中新的種植地點(diǎn)；（3）帶學(xué)生到社區(qū)中去，給行道樹貼上價(jià)格標(biāo)簽。這一系列的課程內(nèi)容，都是基于i-Tree 模型的記錄、效益報(bào)告導(dǎo)出所進(jìn)行的，幫助高中生對他們所居住的環(huán)境和社區(qū)有更多的了解[96]。美國蒙大拿大學(xué)（University of Montana）森林與保護(hù)學(xué)院的學(xué)生在2015年10 月組織了為校園中綠化樹種掛上價(jià)格標(biāo)簽以顯示它們價(jià)值的活動(dòng)。志愿者使用i-Tree 模型，通過在衛(wèi)星地圖上標(biāo)記樹種、胸徑及其與周圍建筑物之間的關(guān)系等信息，確定每棵樹在50 a 內(nèi)提供的總體經(jīng)濟(jì)效益。該舉動(dòng)使學(xué)生關(guān)注到植物價(jià)值，也作為提倡植樹的一種方式[97]。2016年阿伯丁高中（Aberdeen High School）科學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)院高三學(xué)生Alexander Usselman 利用i-Tree 分析校園中行道樹的生態(tài)效益作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。他6個(gè)月內(nèi)測量了300 棵樹，評估它們對當(dāng)?shù)乜諝馕廴镜挠绊?。因此，他受邀參加了市議會(huì)會(huì)議，討論城市綠化樹種管理，提出改進(jìn)措施[98]。

2）節(jié)能植樹實(shí)踐。人們往往認(rèn)為植物是昂貴的裝飾品，需要大量的時(shí)間與精力養(yǎng)護(hù)，因此主動(dòng)在私人庭院中種植的熱情不高。近年來，美國電力公司正極力推廣以節(jié)能為導(dǎo)向的植樹活動(dòng)，以減少能源消耗，減少家庭能源開支，并緩解環(huán)境壓力，其中包括奧馬哈公共電力公司（Omaha Public Power District）[99]、德瑪瓦電力公司（Delmarva Power）[100]、夏延照明燃料電力公司（Cheyenne Light,Fuel &Power）[101]等。當(dāng)?shù)鼐用窨梢栽诰W(wǎng)站上預(yù)定樹苗。并在i-Tree 在線工具中，輸入地址，在衛(wèi)星地圖上拖動(dòng)植物確定至種植地點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)顯示出相應(yīng)的能源節(jié)約效率與隨植物成長每月預(yù)期的節(jié)省費(fèi)用，同時(shí)提醒居民植樹需要與架空電力線保持適當(dāng)距離，完成這項(xiàng)在線種植設(shè)計(jì)后，電力公司會(huì)把樹苗免費(fèi)送至居民家中。美國農(nóng)業(yè)部估計(jì)，在適當(dāng)?shù)奈恢梅N植植物，可以阻擋夏季的烈日和冬季的寒風(fēng)，從而在提高舒適度的同時(shí)，減少能源消耗，最高可使居民的能源成本降低20%[101]。通過這項(xiàng)活動(dòng)，在教育公眾如何通過植樹提高節(jié)能效率的同時(shí)，也有助于保證配電系統(tǒng)不被私人種植的高大喬木破壞。

3.4.2 景觀項(xiàng)目管理 由于嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境問題，景觀設(shè)計(jì)不再僅僅考慮美觀與使用，應(yīng)承擔(dān)更多的生態(tài)保護(hù)的責(zé)任，因此景觀生態(tài)績效在實(shí)際項(xiàng)目規(guī)劃與管理中關(guān)注度日益增加。越來越多的政府、景觀設(shè)計(jì)師與管理者，利用i-Tree 模型進(jìn)行景觀項(xiàng)目的績效監(jiān)測，便于長期維護(hù)與改進(jìn)。

國外越來越多的機(jī)構(gòu)、高校利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行管理，包括了景觀管理，杜克大學(xué)（Duke University）、普渡大學(xué)（Purdue University）和奧本大學(xué)（Auburn University）2012年時(shí)就將i-Tree 的分析作為綠化樹種管理養(yǎng)護(hù)程序的重要一環(huán)[102]。2014年路易斯安那州（Louisiana，USA）的KCB（Keep Covington Beautiful）項(xiàng)目，計(jì)劃在城市內(nèi)增加植物景觀，在規(guī)劃中使用了包括GIS，i-Tree 軟件在內(nèi)的規(guī)劃工具收集數(shù)據(jù)，作為規(guī)劃的參考[103]。中國也有類似的應(yīng)用，如2014年建成的煙臺(tái)市夾河郊野公園，在設(shè)計(jì)初期提出了高效能應(yīng)對城市雨洪與低成本建設(shè)郊野公園的策略，建成后利用i-Tree Canopy 模塊，對建成環(huán)境進(jìn)行抽樣調(diào)查分析，對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。得出園區(qū)內(nèi)的植物對生態(tài)環(huán)境起到積極改善作用的結(jié)論，也印證了該項(xiàng)目生態(tài)設(shè)計(jì)方案的有效性[104]。

4 研究展望

i-Tree 模型為城市森林景觀績效量化提供了先進(jìn)的評價(jià)方法，在科學(xué)研究、自然教育、景觀管理方面都有很大的發(fā)展空間與應(yīng)用前景。

從軟件本身出發(fā)，改善自身局限性，則可擴(kuò)大軟件的使用范圍。從擴(kuò)大國際應(yīng)用的角度出發(fā)，在i-Tree 模型中整合更多國家地區(qū)氣象、環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫，增加軟件中默認(rèn)的氣候類型與物種資源，可以使美國之外的國家和地區(qū)使用，評價(jià)植物生態(tài)效益的準(zhǔn)確性得到提高。從提高量化準(zhǔn)確性的角度出發(fā)，i-Tree 模型團(tuán)隊(duì)可根據(jù)現(xiàn)有研究中對其準(zhǔn)確性進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，提高模型的計(jì)算精度。從增加評價(jià)績效指標(biāo)類型的角度出發(fā)，i-Tree 模型可以更加關(guān)注植物景觀帶來的間接效益，基于現(xiàn)有的模型計(jì)算機(jī)制，探索新的方式量化城市森林對城市公共空間犯罪率、城市用地發(fā)展模式、人類疾病等方面[105]的影響。

從國內(nèi)外基于i-Tree 模型的景觀績效量化研究來看，國內(nèi)研究大多只停留在基于i-Tree 導(dǎo)出效益報(bào)告的案例實(shí)測分析的階段。而英文文獻(xiàn)中基于i-Tree 的實(shí)測或模擬分析則更多地與其他研究方法、軟件相結(jié)合，以此對城市森林進(jìn)行更加深入、細(xì)化的績效指標(biāo)探究，這也為國內(nèi)未來的研究提供了有價(jià)值的參考。

從公眾使用現(xiàn)狀來看，i-Tree 作為美國本土開發(fā)的軟件，已廣泛應(yīng)用于自然教育，形成了系統(tǒng)課程與規(guī)模化的公益活動(dòng)，在許多學(xué)校、社區(qū)中進(jìn)行實(shí)踐。在中國開展的自然教育活動(dòng)可以借鑒，讓大眾認(rèn)識(shí)大自然的同時(shí)，通過對植物景觀進(jìn)行各類績效評價(jià)，直觀地了解到植物在人居環(huán)境發(fā)揮的巨大作用。同時(shí)，利用i-Tree 模型對城市景觀項(xiàng)目進(jìn)行更加精細(xì)化、有針對性的監(jiān)測管理，也值得城市管理者、景觀設(shè)計(jì)師進(jìn)行探索，通過有效科學(xué)量化的規(guī)劃設(shè)計(jì)、管理方法提高城市森林的景觀績效。