i-tree模型在城市道路生態(tài)功能中的應(yīng)用研究

孔令云　胡雪　宋欣怡

摘要：道路構(gòu)成了城市骨架，在城市中發(fā)揮著重要作用，而道路綠化是其不可分割的重要組成部分。城鎮(zhèn)化的迅速推進使城鎮(zhèn)成為居民與自然之間矛盾的聚集地，而道路綠化能夠顯著解決這一矛盾。它能夠產(chǎn)生各種生態(tài)效益包括降溫增濕、固碳釋氧、隔音降噪、滯塵、截留雨水，降低空氣中PM2.5含量、PM10含量以及提升負(fù)離子濃度等。文章利用i-tree模型（i-tree model street manual）對城市道路綠化進行評估。以城市行道樹作為研究對象，分析計算不同區(qū)域行道樹產(chǎn)生的經(jīng)營成本和生態(tài)效益，用i-tree模型估算出CO2吸收、雨水截留、改善空氣質(zhì)量等其他生態(tài)效益與美學(xué)效益。利用i-tree模型計算分析得出雨水截留生態(tài)效益最大可達90%以上。這些生態(tài)效益的計量為城市規(guī)劃、設(shè)計、管理、養(yǎng)護提供了評估依據(jù)，能夠促進城市的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：i-tree模型;城鎮(zhèn)化;道路綠化;行道樹;生態(tài)功能;可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號：U418.9 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）06-0-03

0 引言

行道樹作為城市綠化園林中的重要組成部分，對城市景觀綠化和城市生態(tài)保護有重要價值。行道樹有多種生態(tài)功能，如去除空氣污染物、節(jié)能、減碳、截留雨水徑流等。在以往的研究中，主要對單個效益進行個別分析，運用i-tree等模型對城市道路效益進行評估，以及對不同地區(qū)的城市道路進行效益成本分析[1]。由于不同城市的氣候、經(jīng)緯度不同，行道樹的種類、冠幅、胸徑和成活率也不同，因此生態(tài)效益也有所不同。城市道路綠化一方面代表著一個城市、一個國家的精神面貌和綠化質(zhì)量。另一方面，它也關(guān)系到道路交通安全的方方面面。以i-tree模型為主，加上實地調(diào)查，根據(jù)不同地區(qū)行道樹不同的生存率來評估生態(tài)效益，能夠作為后期研究城市道路景觀的內(nèi)容，為城市道路的建設(shè)提供更多選擇、養(yǎng)護建議，使城市道路綠化景觀有較好的發(fā)展[2]。

1 城市道路綠化景觀的研究背景

1.1 我國道路綠化景觀設(shè)計的歷史

我國的道路綠化歷史悠久，道路的造景最早出現(xiàn)在周朝，隨著城市的發(fā)展，其造型和種類也變得越來越多、越來越個性化。新中國成立后，在城市道路綠化景觀的發(fā)展中，美觀因素尤為重要。人們認(rèn)為行道樹的種植綠化更應(yīng)該關(guān)注觀賞價值，故道路綠化沒有形成完整的體系，熟知的設(shè)計方法都是人們口口相傳的[3]。如今，道路綠化建設(shè)應(yīng)該得到全方位發(fā)展。在城市道路景觀建設(shè)的過程中，運用新材料和新技術(shù)，根據(jù)不同植物的高度進行多層次景觀設(shè)計，在城市道路中增加基礎(chǔ)設(shè)施和綠化空間，能夠改善城市道路的生態(tài)環(huán)境。景觀小品既能體現(xiàn)城市建設(shè)重點，又能體現(xiàn)城市的藝術(shù)氛圍。此外，城市的道路綠化景觀設(shè)計還能展現(xiàn)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)土人情，突出地域特色。

1.2 城市道路景觀的研究進展

生態(tài)系統(tǒng)可以為人類提供生存所需的食物、娛樂和文化等。換句話說，生態(tài)系統(tǒng)可以在根本上保障人類在地球上的生活。隨著城市化進程的加快，除了人口在日益增長，建筑、道路和機動車的數(shù)量，以及城市中化石燃料的使用也在大幅增加，這就造成了城市中空氣污染物和二氧化碳排放的增加、水質(zhì)下降、生態(tài)系統(tǒng)退化等一系列負(fù)面影響。

鑒于此，對于城市的研究逐漸延伸到城市內(nèi)部空間，與城市居民的生活越來越密切。而對城市道路景觀生態(tài)功能的關(guān)注，就是探究如何改善城市的內(nèi)部空間環(huán)境，給予城市居民越來越好的生活[4]。過去在道路設(shè)計和建設(shè)中，主要考慮的是交通功能，而忽略了生態(tài)和景觀設(shè)計這兩個更重要的方面。倡導(dǎo)景觀道路設(shè)計理念，從道路景觀設(shè)計階段開始引入生態(tài)、景觀、人文理念，并滿足道路的安全性、運行性、便捷性和耐久性等技術(shù)條件。既要滿足安全、快速、便捷的道路功能，又要避免景觀單調(diào)甚至無景觀，避免在大填大挖的工程建設(shè)中破壞自然環(huán)境和植被，從而影響經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。其目的是為駕駛員創(chuàng)造一個保持警惕和興奮的工作空間，并克服由于單調(diào)和沉悶的景觀造成的疲勞和注意力不集中，從而導(dǎo)致交通事故。同時，它也能為游客提供一種迷人的、愉快的感覺，讓游客享受風(fēng)景之美。促進區(qū)域經(jīng)濟良性循環(huán)，也是道路生態(tài)景觀的重要內(nèi)容。

值得注意的是，雖然大多數(shù)人都認(rèn)識到城鎮(zhèn)化進程勢必會給城市生態(tài)環(huán)境帶來一系列不利影響，但尚未找到有效的解決辦法來實現(xiàn)雙贏，故許多城市只能依靠增加行道樹的數(shù)量來構(gòu)建城市景觀新面貌。

行道樹是城市道路景觀的重點，而喬木帶來的生態(tài)效益遠(yuǎn)超灌木和其他地被植物，因此，在城市的道路兩旁種植喬木，能夠利用其遮陰和蒸騰的作用降低周圍環(huán)境溫度，減少城市熱島效應(yīng)，有效緩解城市的生態(tài)環(huán)境污染問題。此外，充分利用行道樹進行城市道路景觀設(shè)計能夠有效吸收污染物，攔截顆粒物，通過光合作用釋放氧氣，有效減少空氣污染，提高城市空氣質(zhì)量，而城市道路能夠減少樹葉和樹枝表面的雨水徑流，由此降低城市中的水污染程度。

2 i-tree模型

2.1 i-tree模型簡介

i-tree是美國林業(yè)局（USFS）開發(fā)的開放獲取軟件工具。它從物種組成、葉面積和樹木健康等方面分析城市綠化的結(jié)構(gòu)，并利用這些參數(shù)來評估樹木提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。i-tree可以量化一棵特定的樹木或整個城市道路綠化每年消除的常見空氣污染物，包括PM2.5。由于i-tree模型對調(diào)查結(jié)果有嚴(yán)格的把控，所以研究的路段要控制在整條路的10%。為了確保數(shù)據(jù)更具準(zhǔn)確性和代表性，必須根據(jù)i-tree模型的手冊要求調(diào)查行道樹，選擇主次干道在一百米以上的路段，在較長的路段中，盡可能選擇均勻分布的不相連路段。在調(diào)查過程中，對選樣的路段名稱進行準(zhǔn)確記錄，包括道路的長度和選樣路段的寬度等詳細(xì)數(shù)據(jù)[5]。同時，需要詳細(xì)記錄該路段行道樹的樹種名稱、胸徑、高度、冠幅、樹木健康狀況、立地條件、種植形式等。

2.2 行道樹樣段的調(diào)查方法

在i-tree模型方面，有專家學(xué)者會通過模型來計算成本。運用分析法對行道樹的生態(tài)效益進行測評，根據(jù)成本與利益的對比，在城市行道樹種類中選擇最適合、最有價值的樹種進行培育。與此同時，城市行道樹產(chǎn)生的管理成本和生態(tài)效益會受其年齡結(jié)構(gòu)的影響[6]。城市行道樹樹齡結(jié)構(gòu)的理想程度與城市管理者對城市樹木的預(yù)算分配密切相關(guān)。由于樹木種群的年齡難以確定，故經(jīng)常采用使用空間代替時間的辦法輔助判斷，即用樹胸徑代替年齡結(jié)構(gòu)進行分析。此外，城市綠地研究的范圍不僅包括自然保護區(qū)，如森林公園和保護區(qū)，還包括城市綠地，如居民區(qū)輔助綠地、城市公園和私家花園[7]。

2.3 i-tree模型計算林木

（1）i-tree模型可以評估植物減弱地表徑流量的最高值，包括減緩雨水進入地下雨水管網(wǎng)的時間或者從源頭減少總地表徑流的流量數(shù)值。計算截取雨水方面的生態(tài)效益，主要是以道路景觀的不同氣候條件、土壤因素、不同樹種為研究依據(jù)。i-tree模型評估提供的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括對土地的直接工具性影響、地方當(dāng)局層面的戰(zhàn)略以及當(dāng)?shù)鼐用駥Τ鞘械缆窐淠竟芾淼挠绊懙?，不同項目所產(chǎn)生的影響程度不同。

（2）利用i-tree模型計算出樹種的胸徑，對樹種的碳儲量與碳匯進行有效的評估，樹木通過吸收二氧化碳、釋放氧氣，利用異速方程、轉(zhuǎn)換因子應(yīng)用，能有效減弱溫室效應(yīng)。目前，氣候變化是全球性的難題，二氧化碳排放是誘發(fā)氣候變化的主要原因之一。一般來說，城市樹木可以通過從大氣中隔離二氧化碳來減緩全球氣候變化，并減少城市建筑的能源需求。在目前對城市道路景觀的研究中，主要研究道路景觀對碳吸收的影響。研究計算道路綠化的碳儲存量，用吸收二氧化碳而釋放的氧氣含量來計算能夠節(jié)約的費用[8]。通過此計算方法，計算吸收二氧化碳含量和儲存碳含量等的價值。此前的研究發(fā)現(xiàn)，由于較大的胸徑和較大的葉面積，較大的樹木比小樹能帶來更多的效益。

2.4 道路綠化景觀設(shè)計的研究理論

城市飛速發(fā)展，城市面貌也會發(fā)生一定的變化，設(shè)計工作人員應(yīng)該結(jié)合城市道路現(xiàn)狀進行設(shè)計，還要在一定的經(jīng)驗和實踐理論指導(dǎo)下進行規(guī)劃。喬木是城市道路綠化的主要植物。喬木、灌木和地被植物的組合可以達到最好的防護效果和地面覆蓋效果。景觀層次感逐漸豐富，能更好地發(fā)揮作用。

道路生態(tài)設(shè)計涉及美學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)、建筑學(xué)和人文學(xué)科的研究領(lǐng)域，是由多種景觀元素相互對立、相互作用而構(gòu)成的動態(tài)空間設(shè)計，是探索地域、文化、環(huán)境、生態(tài)和建筑相結(jié)合的有機紐帶，也是集功能性、實用性和觀賞性于一體的綜合性景觀系統(tǒng)。在城市景觀道路中，城市道路綠化是十分重要的部分，應(yīng)對其開展理論指導(dǎo)工作與設(shè)計工作，搜集諸多專家學(xué)者的理論研究成果，從不同角度予以指導(dǎo)[9]。

約翰西蒙茲在《景觀設(shè)計學(xué)》一書中重點指出，道路是非常重要的，因為它是人們所處環(huán)境要親身體驗的必要環(huán)境，在室外交流空間環(huán)境中起著非常特別的作用。書中指出，在關(guān)于道路景觀的設(shè)計和規(guī)劃過程中要遵循開放空間優(yōu)先（Open Space First）理念，即在道路規(guī)劃初級階段，應(yīng)把道路和別的景觀設(shè)計融合成整體，摒棄“道路優(yōu)先、綠地填空”的思想，要掌握好開放空間的尺度和比例，重視道路空間和綠地設(shè)計之間的結(jié)合，讓開放空間變得更具整體性[10]。許多研究學(xué)者出于不同的角度提出了不同的觀點，針對城市道路景觀做了非常多的工作。

3 文獻來源

以“i-tree”“行道樹生態(tài)效益”作為檢索詞，以讀秀為中文數(shù)據(jù)庫，以Web of Science作為英文數(shù)據(jù)庫，共收集331篇中文文獻、233篇英文文獻。從文獻年限、摘要篩選出的關(guān)鍵詞，文獻的發(fā)表時間中可以看出，近三年來，國內(nèi)外對i-tree的關(guān)注度顯著提升，且兩者文獻量呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢。由此可以得出，基于i-tree的研究屬于當(dāng)下的研究熱點。

4 討論

i-tree模型在城市道路景觀綠化上有很大的發(fā)展空間，對軟件功能加以完善，能夠有效擴大用戶規(guī)模。樹冠體積和葉片面積是計算機處理數(shù)碼相機拍攝的樹冠圖像獲得的，該方法比其他技術(shù)（實際葉面積的20%）在估算開放生長樹木的樹冠體積和葉面積方面顯示出更高的準(zhǔn)確性。對于20個取樣物種，使用線性回歸來擬合作為年齡函數(shù)的胸徑的預(yù)測模型。使用最佳擬合模型將葉表面積、樹冠直徑和高度的預(yù)測建模為胸徑的函數(shù)。收集的地理數(shù)據(jù)用于i-tree Streets的數(shù)值模型，如溫度、降水、空氣污染物濃度和能源生產(chǎn)的燃料組合。該程序使用這個背景參考城市數(shù)據(jù)來修改行道樹的生長、收益和成本。使用i-tree模型，需要綜合考慮不同國家的氣候、溫度、經(jīng)緯度，應(yīng)增加更多的氣候條件和樹種信息，為世界各地的城市植物生態(tài)效益評估提供幫助。

總的來看，如今i-tree模型已在全球廣泛應(yīng)用，對其的研究也成為熱點，利用i-tree 模型能夠讓人們更直觀地了解植物信息，以及其為人類作出的貢獻。

5 結(jié)語

各街道行道樹樹種均以中、小徑階為主。城市道路產(chǎn)生的管理成本和生態(tài)效益受其年齡結(jié)構(gòu)的影響。行道樹樹種一般以樹型高大、冠大蔭濃、生長快、樹齡長、耐修剪等為主要優(yōu)勢。國外的行道樹種類通常比較豐富，單株樹種生態(tài)效益占總體的比例也比較低，生態(tài)景觀多樣性水平有所降低，這些與城市環(huán)境有著密不可分的關(guān)系，在景觀中，行道樹的整體生態(tài)效益與非植物因素和植物因素有關(guān)。非植物因素包括城市面積、街道密度、道路結(jié)構(gòu);植物因素包括行道樹的樹種組成、植物數(shù)量、樹齡、養(yǎng)護質(zhì)量。行道樹效益較大，主要原因是道路景觀的面積較大，街道較多。不同街道的養(yǎng)護情況不盡相同﹐重要街道的樹木的養(yǎng)護率較高，補植率較高，因此具有較高的健康質(zhì)量。保證綠地系統(tǒng)的完整性，能發(fā)揮長期且有效的生態(tài)效益。

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作者簡介：孔令云（1997—），女，吉林梨樹人，碩士在讀，研究方向：風(fēng)景園林。

胡雪（1999—），女，山東臨沂人，碩士在讀，研究方向：風(fēng)景園林。

宋欣怡（1997—），女，山東煙臺人，碩士在讀，研究方向：風(fēng)景園林。