應(yīng)對氣候變化的國外歷史植物園管理策略研究

云嘉燕 劉慧媛 張德順,3*

（1.同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092；2.首爾大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院，首爾 151-742；3.高密度城市人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092）

探討國外歷史植物園應(yīng)對氣候變化采取的管理措施，國內(nèi)植物園的科學(xué)可持續(xù)性管理路徑可以此為鑒。按氣溫上升、熱帶氣旋、干旱洪澇三類當(dāng)前全球面臨的最嚴(yán)峻氣候挑戰(zhàn)，同時(shí)也是國內(nèi)直面的最顯著氣候變化現(xiàn)象，分別考察了位于世界各氣溫帶國家的歷史植物園應(yīng)對上述氣候進(jìn)行的相關(guān)研究與實(shí)施的管理策略?；诳疾旖Y(jié)果提出國內(nèi)植物園的科學(xué)可持續(xù)性管理方針：（1）應(yīng)對氣溫上升，可通過模擬未來50 ～100年的氣溫、降雨量變化，制定植物替換、遷移、栽植新種策略；（2）應(yīng)對熱帶氣旋，需排查所有植物，確定可適應(yīng)及不可適應(yīng)未來氣候的植物，制定保存可適應(yīng)種，遷移或更替不適應(yīng)種規(guī)劃；（3）應(yīng)對干旱洪澇，要合理安排排水溝，挖掘潛在水源形成蓄水庫，活用雨水花園裝置設(shè)計(jì)。同時(shí)，形成不同樹齡的植物混種群落，及不同高度的樹種間種群落，替換或新種植物時(shí)需最大限度地維持原有植物群落，以維系原有植物生態(tài)系統(tǒng)與生物多樣性。此外，也需加強(qiáng)和地區(qū)科研機(jī)構(gòu)的合作，將最新成果轉(zhuǎn)化到管理策略的制定中，并增進(jìn)公眾對植物的保護(hù)意識。

植物園管理；氣溫上升；干旱；熱帶氣旋；可持續(xù)性

植物不僅在生態(tài)系統(tǒng)中有著重要的作用，更是生物多樣性中不可或缺的核心元素。中國是世界上植物多樣性最豐富的國家之一[1]?，F(xiàn)有植物園中，包括樹木園大約有200座，遷地保護(hù)植物2.3萬種，占本土植物種類的60%。傳統(tǒng)植物的保護(hù)與物質(zhì)生活和人文發(fā)展有著密不可分的聯(lián)系，更在生物多樣性等方面起著積極和重要的作用。中國十分重視植物園的保護(hù)，對于植物種質(zhì)資源的研究和生物多樣性的保護(hù)已經(jīng)成為國家應(yīng)對氣候危機(jī)和發(fā)展植物保護(hù)的重要戰(zhàn)略部署[2]。然而，隨著全球氣候變化而引發(fā)的最常見現(xiàn)象如氣溫上升、熱帶氣旋、干旱等[3]，已逐漸成為植物園需謹(jǐn)慎對待的重要管理問題。國外歷史植物園從2002年起便開始關(guān)注氣候變化對植物的影響[4]，根據(jù)不同植物園所屬氣候區(qū)需應(yīng)對的極端氣溫、干旱、洪澇、風(fēng)暴、土壤有機(jī)質(zhì)含量低等情況，分別采取的管理措施主要集中于物種更替[5-11]、供水與灌溉系統(tǒng)調(diào)節(jié)及排水管控[12]、穩(wěn)固植物根系措施與風(fēng)速報(bào)警器設(shè)置[4]、土壤營養(yǎng)分析等[13-14]，可為國內(nèi)應(yīng)對氣候變化提供參考。文章旨在探討國外擁有大量植物的歷史植物園在應(yīng)對氣候變化時(shí)所采取的管理措施，以此明鑒國內(nèi)植物園應(yīng)對氣候變化的科學(xué)可持續(xù)管理之路。

1 國外歷史植物園概述

在國外歷史植物園（表1）中，屬于溫帶海洋性氣候的代表性植物園有世界文化遺產(chǎn)邱園（圖1），其發(fā)展目標(biāo)為植物科研、教學(xué)、展示、應(yīng)用，管理重心在于植物育種與生物多樣性保護(hù)[15]。2021年，邱園發(fā)布的新宣言中將應(yīng)對氣候變化的植物管理策略設(shè)為未來植物園可持續(xù)發(fā)展的必要考慮因素[16]。另外牛津大學(xué)植物園、愛丁堡植物園、萊頓植物園、哈倫植物園、阿姆斯特丹植物園、慕尼黑植物園、不列顛哥倫比亞大學(xué)植物園也屬該氣候區(qū)，發(fā)展目標(biāo)多為植物科研、教育，管理多偏重生物多樣性保護(hù)。

圖1 邱園平面圖Fig.1 The plan of Kew

表1 國外各氣候帶歷史植物園概況Tab.1 Overview of historical botanical gardens in various climate zones abroad

屬溫帶大陸性氣候的巴黎植物園、密蘇里植物園的發(fā)展目標(biāo)偏重植物科研、保護(hù)、教育、園藝，管理重在植物育種與生物多樣性保護(hù)[17]。位于美國波士頓哈佛大學(xué)的阿諾德植物園也屬該氣候區(qū)，目前正在研究楓樹如何對應(yīng)氣候壓力，通過模擬楓樹的生長演變，以此了解樹木如何承受低溫壓力以及在休眠時(shí)對暖期做出的反應(yīng)，即其耐寒性，這有助于預(yù)測氣候變化對楓樹和北半球森林中其他樹木的影響[18]。

位于亞熱帶地中海氣候區(qū)的植物園有世界文化遺產(chǎn)意大利帕多瓦植物園（圖2），作為歐洲最古老的植物園，其發(fā)展目標(biāo)始終專注于植物研究，管理重在生物和病害綜合治理。蒙彼利埃植物園、賽爾維亞植物園、哈馬植物園、悉尼皇家植物園也屬該氣候區(qū)，發(fā)展主旨皆以植物研究為中心，并拓展至植物教育、展示、觀光等，其中悉尼皇家植物園的管理重心較多元，分別為植物育種、生物多樣性保護(hù)、植物氣候適應(yīng)性研究，為該氣候區(qū)的植物園管理提供了前瞻性范式。

圖2 帕多瓦植物園歷史圖像Fig.2 The historcial plan of Orto botanico di Padova

世界自然遺產(chǎn)科斯騰布什國家植物園（圖3），以及同位于南非的德班植物園屬亞熱帶草原和沙漠氣候，發(fā)展目標(biāo)偏重植物研究及生態(tài)觀光，管理重于生物多樣性保護(hù)。屬于熱帶季風(fēng)氣候區(qū)的印度加爾各答植物園、本地治里植物園，重于植物收藏及研究，管理注重生物多樣性保護(hù)。屬于熱帶雨林氣候區(qū)的世界文化遺產(chǎn)新加坡植物園（圖4），其管理重在植物育種與熱帶植物多樣性保護(hù)。同位于熱帶氣候區(qū)的檳城植物園注重植物育種與生物多樣性保護(hù)，里約熱內(nèi)盧植物園偏重珍稀植物保護(hù)與育種。

圖4 新加坡植物園規(guī)劃圖Fig.4 The plan of Singapore Botanic Gardens

上述國外歷史植物園中的植物多經(jīng)由幾個世紀(jì)的收集，其生長狀態(tài)在過去的百余年間皆維持在較平穩(wěn)狀態(tài)，現(xiàn)今全球氣候變化使其原有植物生長及生物多樣性的維持管理面臨巨大挑戰(zhàn)。這些植物園位于不同氣候區(qū)，所需應(yīng)對的因氣候變化而帶來的問題也各不相同，為統(tǒng)籌性地考察全球歷史植物園因氣候變化而采取的管理策略提供了一種大觀視角。

2 應(yīng)對氣候變化的國外歷史植物園管理策略

2.1 氣溫升高的應(yīng)對策略

氣溫升高是國內(nèi)近10年來面對的最突出氣候變化現(xiàn)象。氣溫劇烈飆升的核心部位于長江中下游流域的亞熱帶氣候區(qū)，包括上海、南京、杭州、合肥、武漢、長沙、重慶、成都等城市，皆分布著大量植物園。面對不斷上升的氣溫，如何科學(xué)合理地管理植物成為國內(nèi)植物園需謹(jǐn)慎考量的問題。氣溫升高對植物園影響巨大，不僅會加速植物的生長，還會破壞生物多樣性。植物物候與氣溫狀況息息相關(guān)[19]，氣候等環(huán)境因子的變化會使植物物候的遺傳特征、生理機(jī)制發(fā)生改變[20]。直面高溫最常見的管理策略是更替植物種類[4-8,21]，如有些物種可能不適應(yīng)氣溫升高的環(huán)境，須通過遷移物種使其持續(xù)生存。因有些歷史植物園遺產(chǎn)需維持植物原真性，因此也有研究者建議不替換物種[22]，但這會產(chǎn)生昂貴的管理費(fèi)，且會致使該物種在被替換前因無法承受氣溫的變化而滅絕[6]。為了支持園內(nèi)植物的歷史真實(shí)性并考慮植物適應(yīng)氣候的生存問題，同時(shí)加強(qiáng)植物園應(yīng)對氣溫變化的韌性，可采取在逐步替換不適用氣溫變化的物種的同時(shí)，保持園內(nèi)原始植物群落結(jié)構(gòu)的方法[7,21]。在更替植物前，實(shí)施確定植物對氣候變化敏感度的相關(guān)評估也是較為科學(xué)的手段，由此可以明確哪些植物需要被替換[22]，具體做法如在植物園中進(jìn)行關(guān)于開花時(shí)間和活體葉子采集的研究[9,23-24]，或者通過樹齡分析來提供重要數(shù)據(jù)，以用作物種對氣候變化脆弱性的生物指標(biāo)[5]。

成熟的案例為由澳大利亞皇家植物園管理的墨爾本植物園的植物景觀更替策略。墨爾本植物園建于1846年，收集了8 500種具有保護(hù)和科學(xué)重要性的植物。管理方認(rèn)為植物園內(nèi)種植的植物必須適應(yīng)22世紀(jì)的氣候，因此以墨爾本1840年至今的氣溫和降雨量數(shù)據(jù)模擬出2090年的溫度和降雨量，發(fā)現(xiàn)在未來的幾十年中墨爾本的夏季會出現(xiàn)更多極端炎熱天氣、降雨量會減少，且將經(jīng)歷更多會摧毀大樹的風(fēng)暴。由此制定了5步管理策略：（1）逐步更替植物；（2）建立由多種混齡植物構(gòu)成的群落；（3）最大限度地提高可持續(xù)水資源的可用性；（4）通過景觀設(shè)計(jì)最大限度地發(fā)揮綠地和建筑環(huán)境的效益；（5）增進(jìn)對氣候變化影響植物景觀的理解。目前管理方已采取的措施，如將中國南方野生植物轉(zhuǎn)移到附近丹德農(nóng)山脈的國家杜鵑園，該地點(diǎn)更有可能保留適合這些物種生長的條件；開始研究底土中的“水庫”，發(fā)現(xiàn)超過兩個觀賞湖的水可在冬、春季儲存以備后用；開始組織研究人員對植物景觀的人體熱舒適性開展研究，并對一部分植物收藏品進(jìn)行評估和選擇；支持管理人員前往其他植物園，以確定合適的未來植物分類群并進(jìn)行引種；積極開展氣候變化對植物園影響的相關(guān)專題會議，以及與墨爾本大學(xué)分享關(guān)于開發(fā)景觀碳核算模型的研究項(xiàng)目，以了解當(dāng)前的碳儲存和碳固存率[9,25]。

2.2 熱帶氣旋的應(yīng)對策略

中國作為全球受熱帶風(fēng)暴影響最大的國家之一，近10年來分布在廈門等地的植物園屢遭風(fēng)暴氣旋侵襲，研究國外植物的應(yīng)對策略可為中國植物園的可持續(xù)性管理提供借鑒。熱帶氣旋以及其他各類天氣系統(tǒng)造成的大風(fēng)會導(dǎo)致海上風(fēng)暴潮和巨浪。如若熱帶氣旋平均強(qiáng)度增大，所導(dǎo)致的風(fēng)暴對植物群落結(jié)構(gòu)破壞巨大，尤其是對大樹的影響更加顯著，同時(shí)也會降低植物多樣性。氣候變暖會使部分植物向亞熱帶擴(kuò)展，如果植物高程抬升的速度趕不上海平面上升的速度，將導(dǎo)致部分植物的適生空間減小。在自然條件下，一些原本生長很慢的植物在接受充足光照后，生長加速，也會加劇植物相互競爭生長空間的問題。在熱帶氣旋的影響下，僅靠樹木自身產(chǎn)生的種子是難以維持生物多樣性的。為了應(yīng)對這樣的情況，植物園應(yīng)更多用本土樹種的種子進(jìn)行育苗，同時(shí)開始對植物園的一些物種進(jìn)行生態(tài)保育[26]，如錯落種植冠幅高度不同的樹種。國外較多采用的措施有：設(shè)置穩(wěn)固植物根系的裝置以免強(qiáng)風(fēng)刮倒樹體、選擇坑栽而非狹縫種植、改善排水系統(tǒng)、定期監(jiān)測和維護(hù)樹木、安裝預(yù)測風(fēng)速報(bào)警裝置、安裝溫室擋風(fēng)玻璃，以及當(dāng)風(fēng)暴會對游客造成危險(xiǎn)時(shí)直接閉園等[4,7,12]。

印度本地治里植物園，因所處的孟加拉灣每年都會經(jīng)歷熱帶氣旋風(fēng)暴侵襲，在過去的百年間（1916 - 2015年）歷經(jīng)72次風(fēng)暴，2011年遭遇5級極強(qiáng)氣旋風(fēng)暴THANE，導(dǎo)致植物園內(nèi)大量古樹名木被連根拔起、高大喬木樹冠被折斷、稀有樹種直接死亡。為使園內(nèi)植物逐步適應(yīng)氣旋風(fēng)暴的屢次侵襲，研究團(tuán)隊(duì)開始評估園內(nèi)樹種的多樣性、群組結(jié)構(gòu)和遷地保護(hù)價(jià)值，研究記錄了150年間物種的變化和更替，找出潛在的能夠長久存活的遺產(chǎn)樹種，確定會導(dǎo)致幼樹和老樹消失的主要生存威脅。經(jīng)研究，已確認(rèn)的樹種有284種，其中包括25種瀕危、易危、受威脅物種和53種熱帶常綠樹種，其中大約一半的歷史物種被新物種取代，但至少有65個有韌性的大型樹種在所有威脅中幸存下來，其標(biāo)志著植物園的遺產(chǎn)價(jià)值，由此提出在無數(shù)環(huán)境威脅中幸存下來的大型古樹應(yīng)被視為城市生態(tài)系統(tǒng)的基石，需受到高度重視和保護(hù)。導(dǎo)致樹木死亡的直接原因是嚴(yán)重的氣旋風(fēng)暴，幼苗死亡最常見的原因多是人為因素，如不正確的修剪管理或游客行為，由此提出需提高游客對植物園內(nèi)重要植物保護(hù)資源的認(rèn)識，促使公眾支持并保護(hù)城市內(nèi)的綠色遺產(chǎn)[27]。

2.3 干旱、洪澇的應(yīng)對策略

全球變暖促使暖干氣候特征逐漸明顯，導(dǎo)致近年來國內(nèi)南方地區(qū)出現(xiàn)大量階段性干旱，多呈現(xiàn)為夏秋連續(xù)性干旱現(xiàn)象。與此同時(shí)，氣候的整體變暖也加劇了全球的水循環(huán)，導(dǎo)致極端的降雨和洪澇災(zāi)害。過去10年間，長江中下游地區(qū)屢遭特大暴雨和洪澇侵襲，為該區(qū)域內(nèi)的植物園管理帶來艱難挑戰(zhàn)。干旱會削弱熱帶植物庫，威脅熱帶植物的多樣性，甚至?xí)淖冎参锶郝洌醋饔糜谖磥淼臍夂?。除了制定相?yīng)的繁殖計(jì)劃外，國外一些植物園會在園內(nèi)溝谷林內(nèi)設(shè)置熱帶植物專用生態(tài)系統(tǒng)水分控制裝置，在降雨持續(xù)減少的情況下，人為提高土壤呼吸速率并改變土壤的溫濕關(guān)系。應(yīng)用及種植一些旱生植物，不僅能起到節(jié)水耐旱的功能，經(jīng)過充分考量和合理配置后，在保證節(jié)水功能的前提下同樣可以發(fā)揮植物園的景觀價(jià)值和觀賞價(jià)值。在遇到極端天氣或者干旱災(zāi)害時(shí)，旱生植物不僅具有景觀特色，還保證了景觀質(zhì)量，同時(shí)有利于植物園的可持續(xù)發(fā)展。最常見的管理對策是：逐漸規(guī)劃物種更替、選擇栽種抗旱物種、根據(jù)植物需水量進(jìn)行分組種植、調(diào)節(jié)灌溉系統(tǒng)、進(jìn)行降雨儲蓄等[4,14,28]。

針對洪澇，目前國外施行的管理措施有采用通風(fēng)技術(shù)、安裝排水管和滲水溝渠收集水[12,29]。較創(chuàng)新的做法，如2019年英國愛丁堡植物園創(chuàng)建了一個實(shí)驗(yàn)性的雨水花園，以減輕更頻繁和更強(qiáng)烈的降雨對植物生長的影響，為應(yīng)對氣候變化的植物可持續(xù)管理作出貢獻(xiàn)[30]。

3 對中國植物園管理的啟示

國外歷史植物園以防患于未然的視野提出應(yīng)對氣候變化的植物管理策略及實(shí)行的相關(guān)研究，為中國植物園管理提供了科學(xué)參照。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）2014年發(fā)布的全球氣候變化報(bào)告，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)末全球氣溫還將上升1.5～4.5℃，而中國到2025年氣溫將提升2.3～3.3℃，至2100年將提升3.9～6.0℃[3]，氣溫上升會引發(fā)一系列過度降水、極端干旱、風(fēng)暴海嘯等問題。植物園作為國內(nèi)重要物種資源保護(hù)的機(jī)構(gòu)，提前通過多種研究方法制定出應(yīng)對未來氣候變化的預(yù)防性管理策略至關(guān)重要。根據(jù)國外植物園提出的管理措施及研究方法，對中國植物園在科學(xué)可持續(xù)性管理策略制定方面啟示如下：

（1）應(yīng)對氣溫上升方面，通過多情景模擬未來50～100年的氣溫、降雨量變化，以此為據(jù)制定相應(yīng)植物替換、遷移、種植適應(yīng)未來氣候的植物的相關(guān)策略。中國各地區(qū)植物園所屬氣溫區(qū)皆不相同，各地植物園應(yīng)根據(jù)所在地的具體情況，做出相應(yīng)調(diào)整。

（2）應(yīng)對熱帶氣旋方面，對植物園中的所有植物進(jìn)行排查、調(diào)研，確定哪些植物可以適應(yīng)未來氣候，哪些需要被替換或遷移，又需新種植哪些可適應(yīng)未來氣候的植物種類等，對適應(yīng)未來氣候的植物可在城市綠地中進(jìn)行普及和推廣，對無法適應(yīng)未來氣候的植物制定階段性移除規(guī)劃和實(shí)施策略。

（3）應(yīng)對干旱、洪澇方面，合理安排植物園內(nèi)排水溝渠，并調(diào)查周邊是否有潛在水源可在日后開發(fā)為蓄水庫，活用雨水花園等裝置設(shè)計(jì)，提高植物園與時(shí)俱進(jìn)美觀性的同時(shí)加強(qiáng)對雨水的收集和再利用，如有需要可配置凈化雨水裝置。

同時(shí)，形成不同樹齡的植物混種群落，以及不同高度、參差錯落的間種群落，以便在原有樹種被替換或遷地他處時(shí)，不明顯破壞原來的植物景觀現(xiàn)象，在替換或新種植物時(shí)應(yīng)最大限度維持植物原有群落，以此來合理維系原有植物生態(tài)系統(tǒng)，從而確保植物園生物多樣性的保護(hù)與維持。此外，加強(qiáng)和地區(qū)高校及科研機(jī)構(gòu)研究團(tuán)隊(duì)的合作，促使植物園成為研究人員的科研基地，由此也將最新研究成果融入到植物園的管理策略制定中，同時(shí)加強(qiáng)公眾對植物園內(nèi)植物的保護(hù)意識，并參與到植物的收集、種植、養(yǎng)護(hù)等管理工作中，進(jìn)一步提升公眾對植物園管理的參與度[31]。

注：圖1源自https://www.kew.org/kew-gardens/visitkew-gardens/map；圖2源自https://zh.wikipedia.org/zhhans/%E5%B8%95%E5%A4%9A%E7%93%A6%E6%A 4%8D%E7%89%A9%E5%9B%AD#/media/File:Orto_dei_semplici_PD_01.jpg； 圖3源 自https://www.sanbi.org/gardens/kirstenboch/garden-information/gardenmaps；圖4源自https://www.nparks.gov.sg/-/media/sbg/documents/map-100423.ashx。