基于i-Tree Eco模型的城市森林生態(tài)效益評估
——以長春水文化生態(tài)園為例

趙東亮，趙宏宇

（吉林建筑大學）

1 引言

城市森林作為城市生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)效益最為顯著的系統(tǒng)之一，對城市生態(tài)環(huán)境改善至關重要[1]。城市森林是城市區(qū)域內(nèi)所有喬灌木的總和[2]，能夠產(chǎn)生改善空氣質(zhì)量、固碳釋氧、雨水截留、溫度調(diào)節(jié)、為各種生物提供棲息地、節(jié)約能源等生態(tài)效益[3]。但我國對城市森林生態(tài)效益的研究起步較晚，導致人們對城市森林樹木價值的認識不足，也使得管理者對城市森林資源利用不合理。張玉陽等人指出通過定量評估城市森林生態(tài)效益，從成本——效益角度分析才能使城市森林合理利用與發(fā)展[3]。

2 研究區(qū)域與研究方法

2.1 研究區(qū)域選取

長春水文化生態(tài)園面積約30hm2，是由長春市南嶺水廠更新改造而成。文章選取長春水文化生態(tài)園作為研究區(qū)域，首先是因為其從1932年～2018年期間未向社會開放，自然植被狀況極好，保持了城市森林的原生狀態(tài)，綠化覆蓋率約77%[4]，對本次研究而言是很好的實驗材料。此外，因為其在改造過程中，最大限度地保留了其原生態(tài)區(qū)域，是一個具有北方特色自然生態(tài)環(huán)境的城市公園[5]。

2.2 數(shù)據(jù)調(diào)研

運用隨機樣點調(diào)查法收集樣點數(shù)據(jù)。首先通過Google Maps劃定研究區(qū)域邊界，生成25個隨機樣點，按照i-Tree Eco模型要求樣點為半徑11m的圓；其次通過現(xiàn)場調(diào)研法，運用卷尺、樹木測高儀等工具對樣點內(nèi)的樹木信息采集記錄，共獲取586棵喬灌木數(shù)據(jù)，主要是樹木的樹種組成、胸徑、冠幅及樹高等。經(jīng)濟數(shù)據(jù)，如電價、燃氣、污染治理費均修改為長春市的市場價，其他經(jīng)濟參數(shù)按照模型默認值。

2.3 研究方法選擇

通過對比分析，文章選擇i-Tree模型的Eco模塊用于城市森林生態(tài)效益評估。隨著計算機的興起，國內(nèi)外對于城市森林生態(tài)效益評估的方法已有傳統(tǒng)的碳稅法、AVTW法、造林成本法、水量平衡法等方法，轉(zhuǎn)向計算機模型測算[6]，目前使用計算機進行城市森林生態(tài)效益模型測算的方法主要包括兩種：i-Tree模型、CITYgreen模型[4]。胡志斌等人最早（2003年）在國內(nèi)應用CITYgreen模型評估了沈陽市區(qū)的城市森林，之后相繼有學者對不同城市的城市森林生態(tài)效益進行評估，有廈門[7]、增城[8]、蘇州[9]等；2011年馬寧率先將i-Tree模型引入國內(nèi)，經(jīng)過近10年的發(fā)展，i-Tree模型在國內(nèi)城市森林生態(tài)效益評估中的應用已相對成熟，主要使用的模塊包括Streets、Eco[3]，前者針對行道樹，后者針對城市森林。相比于CITYgreen模型，i-Tree模型針對性更強；研究范圍更加靈活；分析結(jié)果準確度更高。

3 結(jié)果與分析

3.1 固碳釋氧效益分析

樹木的一個重要的功能就是能夠?qū)⒖諝庵械腃O2封存到自身的組織中，并釋放出O2，并通過改變建筑物的能源使用，改變以化石燃料為能源基礎的CO2排放，幫助緩解氣候變化[10]。通過模型估算，長春水文化生態(tài)園約有8729棵樹，碳儲存量為1890t；固碳釋氧效益約為48.05萬元/a，其中每年固碳量為168.6t，經(jīng)濟價值約為22.52萬元；每年產(chǎn)生氧氣255.3t，經(jīng)濟價值約為25.53萬元；單株喬、灌木的加權(quán)平均固碳釋氧效益分別為66.6元/a、11.42元/a（見表1）。單株平均固碳釋氧效益最好的樹種是楊樹（287.8元/a）。

表1 長春市水文化生態(tài)園平均單株樹木固碳釋氧效益分析

3.2 節(jié)約能源效益分析

提高城市中心的熱舒適性是城市森林實現(xiàn)節(jié)能的重要途徑之一，通過對建筑降溫和保暖降低人們對能源的使用[3]，從而達到節(jié)約能源的效果。通過模型分析，長春水文化生態(tài)園每年節(jié)約能源效益約為23.35萬元，單株喬、灌木的加權(quán)平均節(jié)約能源效益分別為31.33元/a、2.9元/a（見表2）。單株平均節(jié)能效益最好的是樟子松（133.81元/a）。

表2 長春水文化生態(tài)園平均單株樹木節(jié)約能源效益分析

3.3 雨水截留效益分析

城市森林通過截留雨水減緩地表徑流量，從而降低降水時雨洪對城市基礎設施的損害，有助于緩解城市易澇點的形成；同時能夠降低雨水中的污染物流入城市水系[11]。通過模型計算可得，長春水文化生態(tài)園年雨水截留效益為3624.55m3，經(jīng)濟價值約為6.19萬元；單株喬、灌木的加權(quán)平均雨水截留效益分別為8.01元/a、1.59元/a（見表3）。單株平均雨水截留效益最好的是楊樹（52.06元/a）。

表3 長春水文化生態(tài)園平均單株樹木雨水截留效益分析

3.4 空氣質(zhì)量改善效益分析

隨著城市化進程的推進，城市空氣質(zhì)量越來越差，氣體污染物會給人類帶來健康問題，而樹木能夠利用葉子過濾空氣中的氣體污染物，達到空氣改善的效果，這是一種可持續(xù)的方法[12]。經(jīng)模型計算分析，長春水文化生態(tài)園的年空氣質(zhì)量改善效益為17.66t，經(jīng)濟價值為2.37萬元/a，單株喬、灌木的平均空氣質(zhì)量改善效益為3.07元/a、0.61元/a。單株平均空氣質(zhì)量改善效益較高的樹種為楊樹（19.95元/a）、黑皮油松（5.45元/a）、紅皮云杉（5.33元/a）。

3.5 年生態(tài)效益比較

根據(jù)i-Tree Eco模型對水文化生態(tài)園城市森林生態(tài)效益分析得知，年生態(tài)總效益為79.96萬元，單株喬、灌木平均年生態(tài)總效益分別為109.02元、16.51元。年生態(tài)總效益較好的樹種分別是楊樹（382.64元/株）、樟子松（234.28元/株）、黑皮油松（192.5元/株）；年生態(tài)總效益較差的樹種分別是火炬樹（4.55元/株）、丁香（4.36元/株）、楓香樹（2.65元/株）。從各生態(tài)效益占比分析，固碳釋氧效益最佳，占60.09%；其次是節(jié)約能源效益，占29.2%；雨水截留效益占7.74%；空氣質(zhì)量改善效益最低占2.97%。

4 城市森林喬灌木配比對經(jīng)濟成本和生態(tài)效益的影響分析

根據(jù)i-Tree Eco模型對長春水文化生態(tài)園生態(tài)效益的分析結(jié)果，喬木占比越高其創(chuàng)造的年生態(tài)效益越大。但城市森林喬灌木配比不僅要考慮生態(tài)效益，還要考慮經(jīng)濟成本[13]。長春市園林綠化局提出長春市園林綠化喬、灌木數(shù)量比例為1：3，喬木應大量種植胸徑8cm～12cm的壯齡樹。參考中國園林網(wǎng)苗木價格，長春水文化生態(tài)園喬木樹種的壯齡苗木均價約為642元/株，灌木均價約為85元/株。通過調(diào)研數(shù)據(jù)得到喬木種植間距約為5.5m，灌木種植間距約為2.5m。

為研究不同喬灌木配比與經(jīng)濟成本和生態(tài)效益之間的關系，選擇面積為10hm2大小的公園綠地。根據(jù)《公園設計規(guī)范》（GB 51192-2016）公園綠地的綠化面積應大于65%；將喬灌木數(shù)量占比按每5%進行劃分（見圖1），分別計算其經(jīng)濟成本和年生態(tài)效益，并得到經(jīng)濟成本和年生態(tài)效益的均值分別為124.59萬元、21.74萬元，對比圖1發(fā)現(xiàn)當喬木占比35%時最接近均值，其投入的經(jīng)濟成本與創(chuàng)造年生態(tài)效益最均衡。按照長春市園林綠化局規(guī)定的公園

圖1 喬木占比與經(jīng)濟成本和年生態(tài)效益的關系

5 結(jié)語

在長春，很少有人研究城市森林中喬灌木樹種配比與經(jīng)濟成本和生態(tài)效益之間的關系。本文首先通過利用i-Tree Eco模型對長春水文化生態(tài)園城市森林生態(tài)效益進行量化分析，使喬灌木的生態(tài)效益和價值更直觀的呈現(xiàn)出來，使人們重新認識城市森林的價值。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，城市森林喬木樹種創(chuàng)造的固碳釋氧效益、節(jié)約能源效益、截留雨水效益、空氣污染清除效益4種生態(tài)效益遠超其灌木樹種，但城市森林喬灌木樹種配比還需考慮經(jīng)濟成本因素。最后綜合考慮城市森林的生態(tài)效益和經(jīng)濟成本，發(fā)現(xiàn)當前長春市城市森林喬灌木配比不均衡，根據(jù)分析結(jié)果顯示，建議將喬灌木配比調(diào)整為35：65。