氣候變暖對城市園林樹木的影響

劉鳴　張德順

日益明顯的氣候變暖已被人們很容易地覺察和感知，也正在顯著地改變著城市園林樹木的分布動態(tài)、生長發(fā)育和物候特征，通過合理選擇園林樹種，既能促進園林樹木健康生長.也能為緩解氣候變化做出貢獻。

盡管對于當代氣候變化各人有著不同的理解和認識，但全球性氣候變暖的事實已得到認同。1980年代后，人類社會最關注的全球性重大問題莫過于氣候的變化。世界各地的氣候異常和變暖趨勢使得氣候變化已被明顯感知：北極海冰持續(xù)消融，全球冰川體積和北半球的春季積雪范圍逐步減小，全球海平面進一步上升。據(jù)政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental?Panel?on?Climate?Change，IPCC）的評估，近百年來全球年平均氣溫已上升（0.6+0.2）C川。其中，東亞地區(qū)變暖幅度高于全球的平均水平，冬季變暖最明顯。極端天氣和氣候事件頻發(fā)，例如高溫、寒潮、臺風（颶風）、暴雨、霜凍等，不僅對人們的生產(chǎn)和生活帶來嚴重危害，更嚴重的是，將可能引發(fā)不可逆的全球尺度的生態(tài)系統(tǒng)失衡，包括城市生態(tài)系統(tǒng)的深刻變化。

氣候變化在生物和非生物的歷史演化過程中一直扮演著重要的角色。氣候是影響植物生長發(fā)育的重要決定因素，它構(gòu)成影響植物時空分布、生境變遷、種群興衰的外部環(huán)境條件。隨著氣溫升高，全球84%的物種分布傾向于向南北兩極方向擴展，這里既有氣候原因也有非氣候原因。排除16%的物種因非氣候原因遷移外，仍有超過68%的物種受氣候變暖影響而遷移。全球氣候變化不但影響樹木的存活和生長，還可能改變許多溫帶和北方樹種的地理分布。盡管熱帶地區(qū)氣溫變化相對較小，但是熱帶地區(qū)陸地生物的新陳代謝率變化遠高于兩極地區(qū)的生物，所以，熱帶動植物群落的動態(tài)變化受到近期和未來氣候變暖的影響也會更大。

城市園林樹木對氣候變化的適應

氣候決定樹木的生長發(fā)育和自然分布。城市樹種是從自然種群中引種馴化而來的，不同樹種的生長和分布各有其一定的氣候地帶特征，每一樹種的生長發(fā)育都有其最低、最適、最高的溫度和降水需求，氣候變化直接影響著植物的光合作用、呼吸作用、蒸騰作用等生理活動。對于城市園林樹種，不僅要求其能夠存活，更重要的是需要它持續(xù)發(fā)揮某種服務功能，有些則需要其保持相對穩(wěn)定的性狀和群落結(jié)構(gòu)，這些均與氣候環(huán)境條件存在著密切的聯(lián)系。例如，我國寒溫帶地區(qū)適合栽種東北紅豆杉（Taxus?cuspidata?var.nana）、白樺（Betula?platyphylla）、山杏（Armeniaca?sibirica）和山荊子（Malus?baccata）等;暖溫帶北部特別適合栽種蘋果（M.pumila）、梨（Pyrus?bretschneideri）、桃（Amygdalus?persica）、棗（Ziziphus?jujuba）、柿（Diospyros?kaki）、山楂（Crataegus?pinnatifida）、杏（Armeniaca?vulgaris）、李（Prunus?salicina）和櫻桃（Cerasus?pseudocerasus）等;南部地區(qū)則適合種植板栗（Castanea?mollissima）和核桃（Juglans?regia）;亞熱帶長江流域可以種植香樟（Cinnamomum?camphora）、烏柏（Triadica?sebifera）、茶（Camellia?sinensis）、梅（Armeniaca?mume）、枇杷（Eriobotrya?japonica）、楊梅（Myrica?rubra）、柑橘（Citrus?reticulata）等，而漆樹（Toxicodendron?vernicifluum）等則分布在該地區(qū)海拔較高的山區(qū)。

近些年，城市園林樹種應對氣候變化的響應和適應的研究已成為全球性氣候變化領域的焦點之一。過去50年間，北美植物耐寒區(qū)已表現(xiàn)出明顯的北移，專家呼吁城市園林樹種選擇必須考慮正在變暖的氣候變化。一項針對美國20個具顯著城市熱島效應和高密度人口的城市約200種常見園林樹種種植歷史的研究發(fā)現(xiàn)，有6個城市的園林樹種種類數(shù)正在下降，亞特蘭大和華盛頓特區(qū)內(nèi)的樹種消失最為嚴重。另一項基于全球10大城市的樹木年輪分析發(fā)現(xiàn)，1960年代以來，城市樹木的生長速率總體比農(nóng)村環(huán)境中的快，但是，加速生長也可能意味著更快地老化和壽命縮短。

氣候變化是絕對的，但變化的趨勢各不相同。以歐洲各地區(qū)園林樹木的潛在影響為例：在北歐和西歐地區(qū)，至少在中短期內(nèi)，大氣中CO2含量的增加和溫度的升高，對樹木生長和木材生產(chǎn)具積極作用;在南歐和東歐地區(qū)，氣候?qū)е略黾拥母珊岛透蓴_風險對樹木造成了不利影響;在地中海地區(qū)，氣候?qū)е碌母珊岛突馂娘L險增加，使得樹木生產(chǎn)力下降。

高度人工化的城市環(huán)境不同于自然環(huán)境，在氣候變化的大背景下，城市園林樹木將面臨更嚴峻的挑戰(zhàn)，因為更溫暖的城區(qū)不僅對樹種有潛在的影響，也可能增加樹木病蟲害爆發(fā)的風險。例如，歐洲城市增溫2C，市區(qū)行道樹紅花槭（Acer?rubrum）上的害蟲數(shù)量比較涼爽區(qū)域的數(shù)量多數(shù)倍，且害蟲個體更大、繁殖力更強。還有，高度硬質(zhì)化區(qū)域的不透水表層會阻礙土壤水分的滲透和循環(huán)，導致園林樹木生境更趨干旱，對不同樹種產(chǎn)生不同程度的影響。樹木年輪研究也證實，歐洲城市中的挪威槭（Acer?platanoides）和歐亞槭（A.pseudoplatanus）的生命活力在逐漸下降。

在我國，受氣候變暖影響，城市園林樹種的適應性也發(fā)生了明顯變化。據(jù)最近的氣候數(shù)據(jù)統(tǒng)計，東部的氣候帶已出現(xiàn)整體性北移，暖溫帶北界東段最大北移幅度已超過1緯度，北亞熱帶北界東段平均北移1緯度以上，明顯越過淮河一線，使得河南南陽地區(qū)在2000年后能大面積種植柑橘（Citrus?reticulata）等亞熱帶果樹。中亞熱帶北界中段從洞庭湖平原移至漢江平原地區(qū)南部，最大移動幅度達2緯度，最東端（寧紹平原）約北移0.5緯度。在臺灣地區(qū)，氣候變暖有利于栽種柑橘、椏柑（C.reticulata’Ponkan’）、文旦（C.maxima'Wentan'）等柑橘類植物，但不利于柳橙（C.sinensis'LiuCheng'）、檸檬（C.limon）和葡萄柚（C.paradisi）的生長。東部氣候區(qū)劃界線整體性北移，一定程度上反映了氣候變暖對園林樹種適應范圍變化的影響。

城市園林樹木對氣候變化的物候響應

樹木在進化過程中，因長期適應氣候的周期性變化，會形成與之相適應的形態(tài)和生理功能等有規(guī)律變化的習性，即樹木的生命活動能隨氣候變化而變化。人們可通過樹木生命活動的變化來認識氣候的變化，這種變化稱為樹木物候，它主要是通過觀察和記載一年中樹木萌芽、展葉、開花、結(jié)實和落葉休眠等現(xiàn)象，來了解樹木生長發(fā)育過程中的節(jié)律及其與環(huán)境的關系，特別是與氣候的關系。植物物候的變化被公認是最敏感、最易于觀測的感應器。人們可以很容易地觀察到植物花期的提前或推遲，以及生長期的延長或縮短。植物物候?qū)夂虻捻憫峭ㄟ^植物的生理生態(tài)變化來完成的，其中溫度對植物的生理生態(tài)起著重要的調(diào)節(jié)作用。

近30年來，全球氣候變暖和城市熱島效應使城市區(qū)域的升溫速度遠超全球平均升溫幅度，因此，城市園林植物的生長節(jié)律和發(fā)育周期受到的影響更大。例如，在日本京都，始于9世紀的世界歷史上最完整的櫻花物候記錄，就很好地顯示出與全球變暖和城市化有關的局部氣溫上升對櫻花物候的影響過程。1980年代以來，早春熱島效應明顯地改變了京都市區(qū)櫻花的花期，其花期比附近公園和郊區(qū)的都早。日本晚櫻（Cerasus?lannesiana）、矮櫻（C.jamasakura）和東京櫻花（C.yedoensis）等多個種類在過去25年中，花期平均提前了5.5天。大量研究表明，城市氣溫較周圍鄉(xiāng)村的氣溫高1～4C，幾乎所有城市的春季物候期都早于鄉(xiāng)村地區(qū)。

經(jīng)過30多年快速城鎮(zhèn)化的發(fā)展.我國城市熱島效應已非常明顯。北方大部分城市平均溫度的上升在很大程度上是由城市熱島效應引起的，這導致園林植物的春季物候明顯提前，冬季落葉期推遲，延長了城市樹木的生長季，且變化速率明顯大于歐洲大陸。沈陽和北京城區(qū)的園林樹木的萌芽、展葉和開花物候提前，秋季物候推遲。處于華中地區(qū)的武漢，1947-2000年間，那里的東京櫻花的初花期每10年提前2.17天，末花期推遲了1.83天，花期延長了13.55天。而在像上海這樣的特大型城市，城市化和工業(yè)化所導致的城市熱島效應更加劇了氣候變暖的幅度，植物物候變化也更顯著。由于早春的城市熱島效應，促使市區(qū)（本文主要指外環(huán)線圍合的區(qū)域）木本植物的花期比郊區(qū)平均提前了2.2天，并且樹木生長期得以延長，秋冬落葉期明顯推遲。

城市園林樹木應對氣候變化的適應性策略

為應對氣候變化，IPCC提出了減緩與適應兩大策略，并專門討論了減緩與適應行動的協(xié)同問題。減緩性策略就是通過節(jié)能減排等主動性措施來緩解氣候變化對人類社會的影響。其中，種植更多樹木是減緩性策略的一項重要措施，利用樹木的固碳作用降低空氣中的CO2，但是，種植更多的樹木并不一定能在短時間內(nèi)解決氣候問題。另外，增長的城市綠地雖然可以一定程度緩解中心城區(qū)的熱島效應，但城市綠地面積年均增長率往往遠低于城鎮(zhèn)化率，園林綠地實際的降溫效果有限。

適應性策略則是針對實際或預期的氣候及其影響進行調(diào)整的過程。由于氣候變化的影響在相當長一段時期內(nèi)將持續(xù)發(fā)生作用，且現(xiàn)階段的減緩性策略并不能徹底扭轉(zhuǎn)氣候變化，人類不得不采取被動的適應性策略來調(diào)整系統(tǒng)以適應變化的環(huán)境條件，包括制定城市園林樹木的適應性策略。

早在2009年，為應對中歐地區(qū)夏季降雨量逐年減少、冬季更加寒冷的氣候變化趨勢，德國羅洛夫（A.Roloff）教授用氣候一物種矩陣（climate-species?matrix）綜合評估了中歐地區(qū)300余種園林樹種，發(fā)現(xiàn)抗旱性和抗寒性強的樹種更具生存優(yōu)勢，提出了適應中歐地區(qū)氣候變化的城市樹木管理對策。在地中海地區(qū)，受氣候變化影響，希臘克里特島的果樹栽培面臨著更頻繁的洪災風險，通過氣候適應性評估得出結(jié)論，尤其在高洪水風險區(qū)域內(nèi)，必須改變當?shù)禺敃r占主導地位的橄欖、柑橘、葡萄和鱷梨等不耐濕果樹樹種的種植狀況，而選擇較耐濕的木瓜、梨、蘋果、李、檸檬、櫻桃、杏等，才能趨利避害、獲得經(jīng)濟收益。

自2014年開始，美國芝加哥地區(qū)制訂了“城市林業(yè)氣候變化響應框架（Urban?Forestry?Climate?Change?Response?Framework）”，為改善城市園林管理提供了一個新契機，并嘗試在市中心公園綠地和森林保護區(qū)推廣應用。加拿大通過氣候變化脆弱性評估，識別出城市生態(tài)系統(tǒng)中最脆弱的樹種，制訂了相應的城市樹木管理計劃以減少脆弱性，他們不僅將氣候變化視為一種威脅，更是將此計劃作為一次改善綠地園林植物群落結(jié)構(gòu)的機會。

2016年，國家發(fā)展改革委與住房城鄉(xiāng)建設部公布《城市適應氣候變化行動方案》，計劃到2020年基本實現(xiàn)將適應氣候變化相關指標納入城市規(guī)劃體系。城市綠地中的園林樹木提供了重要的生態(tài)系統(tǒng)服務，在氣候變化的影響下，這些服務將變得更為重要。由于樹木的壽命長，種植不利于未來氣候變化的樹種導致的后果可能會持續(xù)數(shù)十年。因此，對園林樹木氣候適應性的動態(tài)變化應給子充分的重視。當前的城市綠地規(guī)劃項目中必須選用適合未來氣候情形的樹種，以確保城市樹木提供的生態(tài)系統(tǒng)服務正常發(fā)揮作用，盡最大可能地降低氣候變化對城市園林樹木造成的潛在威脅和風險，提升城市生態(tài)系統(tǒng)的韌性，保障城市樹木健康生長。

為提升有韌性的城市規(guī)劃建設，上海2014年曾發(fā)布《上海韌性城市建設策略》，以期加強城市的適應性和韌性。遺憾的是，由于缺乏對提升城市園林樹木生態(tài)韌性應有的重視和關注，不能指導城市綠地選擇適應氣候變化的園林樹種，對未來城市綠地植被規(guī)劃也未提出指導建議，因此，開展相關性的研究顯得十分必要。在氣候變暖影響的大背景下，要提高上海整體的城市生態(tài)系統(tǒng)韌性，不僅要考慮城市園林樹木面對的不斷變化的社會與環(huán)境挑戰(zhàn)，諸如夏季高溫干旱、內(nèi)澇、風害、病蟲害、海平面上升等各種極端氣候事件的脅迫，還要提升整體的綠地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部以園林樹木為主體的植物群落自組織、自調(diào)節(jié)、自適應的能力，從而保證各項生態(tài)系統(tǒng)服務功能得以長期穩(wěn)定地發(fā)揮。

近50年來上海氣候變化的特征與趨勢

近50年從全國整體水平來看，中國年平均地表氣溫增溫速率明顯高于全球和北半球同期的平均值，尤其以東南沿海地帶及江淮地區(qū)增溫趨勢較為顯著。雖然年降水量趨勢變化不同地區(qū)存在明顯的差異，但長江下游和江南地區(qū)的年降水量均呈現(xiàn)不同程度的增加趨勢。由此推斷，上海及周邊地區(qū)未來氣候變化具有區(qū)域性特征。

數(shù)據(jù)顯示，上海氣候變化趨勢以增溫、趨濕為主要特征。上海氣溫整體持續(xù)偏高，并以人工環(huán)境為主的城市氣候為主導。城郊氣溫差距以每10年增加0.24C的速率顯著增加，同時，上海又是我國CO2排放密度最高的城市，城市熱島效應十分顯著。1961-2015年，全市平均氣溫由15.59C上升至16.69C，市區(qū)中部和北部各區(qū)平均上升1.8C，越接近中心城區(qū)增溫幅度越大。將1961-1990年與1986-2015年的氣候數(shù)據(jù)進行對比，前后30年中，全市最冷月（1月）的平均溫度升高了2.09C，市區(qū)至寶山一線上升3.1～3.3C，遠郊各區(qū)增溫均大于1.5°C;最熱月（7月）平均增溫約2.09C，市區(qū)至西北內(nèi)陸一線升溫最明顯，平均上升3.0C，夏季更加酷熱干燥。超過35C的高溫天數(shù)平均為18.2天，高溫天數(shù)增加1倍多?？傮w而言，上海逐漸趨暖的氣候條件對樹木生長是有利的，園林植物的霜害、凍害會越來越少，但冬季增溫直接導致春季開花植物的物候提前，也引發(fā)潛在的病蟲害風險上升。

1961-2015年這55年間，受氣候變暖和城市熱島效應的影響，上海總體處于多降水期，年均降水量由原1086.0毫米上升至1198.9毫米，年平均增長率10.4%，11月到次年5月的冬春季降水量增加明顯，市區(qū)南部降水多于北部。暴雨年際變化趨勢呈上升趨勢。中心城區(qū)雨島效應顯著，但年均降水天數(shù)低于金山、奉賢、浦東各區(qū)均值，中心城區(qū)降水多為急雨和暴雨，暴雨中心處于中心城區(qū)上風位置的徐家匯至浦東一線。上海夏秋季降水增濕現(xiàn)象越來越普遍，未來降水量可能還將繼續(xù)保持穩(wěn)定的增加趨勢。溫暖濕潤的氣候條件對大部分植物生長是有利的，但中心城區(qū)暴雨容易發(fā)生大面積城市內(nèi)澇等極端氣候事件，對植物的耐澇性是一種挑戰(zhàn)。

適應未來氣候的上海園林樹種選擇

上海一直在從全國乃至世界各地引種馴化各類園林植物，以豐富其物種多樣性。氣候變化直接導致濕熱條件的改變，間接引發(fā)的災害性氣候事件，不僅會對上海的人居環(huán)境和城市生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生作用，也會促使當?shù)刂脖唤M成以及植物種類發(fā)生改變。同時，上海城市化進程中土地利用的劇烈變化，以及園林栽培植物的人工選擇，都會對植物多樣性產(chǎn)生重大影響，導致本地某些物種的散失和非本地物種的增加，如近年引人的紅千層（Callistemon?rigidus）、菲油果（Acca?sellowiana）、加納利海棗（Phoenix?dactylifera）、華盛頓棕櫚（Washingtonia?filifera）、布迪椰子（Butia?capitata）等外來植物。而刺楸（Kalopanax?septemlobus）、白檀（Symplocos?paniculata）、黃檀（Dalbergia?hupeana）、國槐（Sophora?japonica）、臭椿（Ailanthus?altissima）、青岡（Cyclobalanopsis?glauca）等原分布于上海的樹種則變得較為罕見。

據(jù)研究，上海園林樹種大致可劃屬為5種氣候型：溫涼干旱、溫暖干燥、溫暖濕潤、暖熱濕潤和暖熱潮濕。其中，溫暖干燥型、溫暖濕潤型、暖熱濕潤型三類是主要氣候型，占84.9%，而溫涼干旱和暖熱潮濕的樹種數(shù)量較少。據(jù)1960-2015年上海樹種引種的動態(tài)變化數(shù)據(jù)顯示，溫暖濕潤氣候型樹種數(shù)量從1960年的41.5%逐次下降為2015年的36.0%，但仍是上海園林樹種最主要的氣候型;暖熱濕潤型樹種數(shù)量增加較快，從最初的22.2%上升至26.0%;溫暖干燥型的由26.3%下降至22.8%;溫涼干旱型則增長了4.5%，但所占比例一直維持在10%。上下;暖熱潮濕型的增長最慢。這些樹種數(shù)量的變化趨勢與近年來氣候變暖趨勢是一致的。

氣候變暖引起溫濕條件的改善，使得香樟（Cinnamomum?camphora）、樂昌含笑（Michelia?chapensis）、烏柏（Triadica?sebifera）、苦棟（Melia?azedarach）、黃山欒樹（Koelreuteria?paniculata?’Integrifoliola’）等溫暖濕潤氣候型樹種更適合在上海生長。這些樹種大部分是鄉(xiāng)土樹種和歸化樹種，逐步成為園林綠化中的核心建群種。它們幾乎不受氣候條件變化的影響，一直處于氣候最適閾值范圍內(nèi)。但二球懸鈴木（Platanus?x?acerifolia）、雪松（Cedrus?deodara）、刺槐（Robinia?pseudoacacia）、榆樹（Ulmus?pumila）、紅花槭（Acer?rubrum）等喜溫暖干燥氣候型的樹種偏離了其最適氣候范圍，尤其是夏季酷熱的伏旱天氣的延長，對其生長會產(chǎn)生潛在不利影響。

二球懸鈴木是溫暖干燥型樹種的典型代表之一，在上海的引種栽培已有上百年歷史。早在1887年，上海法租界開始引種懸鈴木，全球變暖之前，上海氣候也一直較為平穩(wěn)，栽植懸鈴木是較為適宜的。而香樟是溫暖濕潤型代表樹種之一，據(jù)1504年的《上?？h志》記載，香樟原是鄉(xiāng)土樹種，但在1918年上?？h立苗圃所列出的植物名錄中，與其他栽培樹種相比，并未獲得過多的關注。香樟的自然分布區(qū)主要在長江流域，上海處于分布區(qū)的北部邊緣，推測由于當時氣候相對較冷，香樟易受寒潮凍害，故沒有大規(guī)模栽植。隨著氣候變暖，上海開始在1970年代大面積種植香樟，按目前及將來氣候變化趨勢預測，上海地區(qū)對香樟的生長更為有利。

此外，還有一些在上海未來生長較有潛力的樹種，例如納塔櫟（Quercus?nuttallii）、弗吉尼亞櫟（Q.virginiana）、樟葉槭（Acer?coriaceifolium）、香泡（Citrus?maxima）、紅豆樹（Ormosia?hosiei）等，目前尚未得到應有關注，未來在園林綠地中應予以推廣種植。

綜上所述，在氣候變暖的大背景下，上海氣候變化對城市園林樹種的選擇提出了新的挑戰(zhàn)，也帶來了新的機遇，重新審視上海城市園林樹木的適應性，應對由氣候引起的高溫、濕澇、鹽堿、風害等實際問題，提出科學合理的園林樹種規(guī)劃策略值得持續(xù)關注和深人研究。

[本文相關研究受國家自然科學基金面上項目（31470701）資助。感謝上海市氣象信息與技術(shù)支持中心提供氣象數(shù)據(jù)。]

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關鍵詞：氣候變化?城市園林樹種?上海