城市园林植物生态功能及其评价与优化研究进展

城市园林植物生态功能及其评价与优化研究进展3

王　蕾王　志

刘连友

哈斯

(北京师范大学资源学院,环境演变与自然灾害教育部重点实验室,北京100875)

　　摘要城市当前面临着越来越严重的环境问题。园林植物因其碳氧平衡、蒸腾吸热、吸污滞尘、减菌减噪、涵养水源、土壤活

化和养分循环、维持生物多样性、景观功能、防灾减灾等生态功能在缓解城市环境压力方面起着至关重要的作用。为了使城市园林植物生态功能最大限度地发挥和城市生态环境得到较大改观,综述了国内外在城市园林植物生态功能及其评价与优化等方面的最新研究成果,分析研究中存在的不足之处。

　　关键词城市　园林植物　生态功能　研究进展

Researchinassessmentandoptimizationforecologicalfunctionsofurbangardenplants　WangLei,WangZhi,LiuLianyou,HaSi.(KeyLaboratoryofEnvironmentalChangeandNaturalDisaster,TheMinistryofEducationofChina,CollegeofResourcesScienceandTechnology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875)

Abstract:　Urbanisfacedwithincreasinglymoreseriousenvironmentalproblems.Urbangardenplantsareim2portantforrelaxingthepressureofurbanenvironmentbecauseoftheircriticalrolesinsuchecologicalfunctionsasthebalancebetweencarbonandoxygen,heatabsorptionoftranspiration,absorptionofpollutantanddustremoval,re2ductionofbacteriaandnoise,conservationofwatersource,soilactivationandnutrientcirculation,biodiversitymain2tenance,landscapefunction,preventionandreductionofdisaster.Toeffectivelyutilizetheecologicalfunctionsofur2bangardenplantsandimprovetheecologicalenvironmentofurban,thispaperpresentsareviewofrecentresearchinassessmentandoptimizationfortheecologicalfunctionsofgardenplantsandlistsareasforfurtherresearch.

Keywords:　Urban　Gardenplants　Ecologicalfunctions　Researchadvances

　　城市园林植物是城市社会-经济-自然复合生

态系统的重要组成部分,具有重要的生态功能,在改善城市生态环境方面发挥着重要和不可替代的作用。社会的进步,人民生活水平的提高,必然要对作为改善城市环境重要手段的园林绿化提出更高的要求。为谋求绿色植被在城市有限的土地和空间中高效发挥生态功能,科研工作者在城市园林植物生态功能及其评价与优化等方面都做了大量研究,取得了丰硕的成果,但仍存在一些不足之处有待进一步深入研究和改进。1　城市园林植物生态功能

辐射热,以及通过树木枝叶形成的浓荫阻挡太阳的

直接辐射热和来自路面、墙面和相邻物体的反射热,产生降温增湿效益,对缓解城市热岛效应具有重要意义[2]。植物通过叶片上的气孔和枝条上的皮孔,将大气污染物吸入体内,在体内通过氧化还原过程将污染物中和成无毒物质(即降解作用),或通过根系排出体外,或积累贮藏于某一器官内,从而起到净化空气的作用。植物在吸收大气污染物的同时,自身也在不同程度上受到污染物的影响和损害[3]。研究表明,O3和SO2使细胞膜的脂类过氧化,导致细胞膜的透性增加[4];超氧化物歧化酶SOD是一种保护酶,它的代谢能反映植物的综合抗逆性[5];污染物增加植物叶片的色素降解,抑制PSⅡ活性,轻微影响膜的完整性和稳定性[6]。国际上对针叶类植物叶片蜡质层在污染物环境下的结构变化有大量研究[7]。污染物对于植物叶片表面的蜡质层的物理形态的影响作用实际上是污染物与蜡质层的生物合成之间相互作用的结果[8],因此蜡质层的物理形态反映了不同大气环境下蜡质层自身的化学组成[9]。城市园林

　　城市园林植物生态功能主要包括:碳氧平衡、蒸腾吸热、吸污滞尘、减菌减噪、涵养水源、土壤活化和养分循环、维持生物多样性、景观功能和防灾减灾。　　植物通过光合作用吸收CO2,释放O2,在城市低空范围内从总量上调节和改善城区碳氧平衡状况,缓解或消除局部缺氧、改善局部地区空气质量[1]。植物通过叶片大量蒸腾水分而消耗城市中的

第一作者:王　蕾,女,1977年生,博士研究生,主要从事城市环境与土地资源方面的研究。

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教育部博士点基金资助项目(No.20040027024);北京市自然科学基金资助项目(No.6053026)。

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　环境污染与防治　第28卷　第1期　2006年1月

植物通过降低近地面流场风速,使空气中弥漫的颗粒物发生沉积。随着城市大气总悬浮颗粒物(TSP)污染状况的加剧[10]和可吸入颗粒物(PM10)对人体健康影响[11],植物的滞尘作用越来越受到重视[12～15]。不同园林植物由于各自叶面粗糙性、树冠结构、枝叶密度和叶面倾角的差异有不同的滞尘能力。笔者采用环境扫描电镜(ESEM)和X2射线衍射仪(XRD)对北京市4个地点11种园林植物叶面附着的大气颗粒物的理化性质进行了研究,结果表明,叶面附着的大气颗粒物主要是与人类健康关系密切的PM10(98.4%)和PM2.5(64.2%)。叶面附着颗粒物主要元素为C、O、K、Ca、Si、Al、Mg、Na、Fe、S、Cl,主要矿物为石英、方解石、白云石、食盐、石膏、钠长石、钾长石等。城市园林植物一方面通过滞尘作用减少附着于尘埃而悬浮于大气中的细菌数量,另一方面通过一些林木分泌的挥发性杀菌物质(如丁香酚、松脂、肉桂油等)杀灭大量细菌。但如果绿地卫生条件不好或过于阴湿,则有利于细菌的滋生繁殖[16]。城市园林植物的枝叶可使噪声衰减,衰减多发生在低频范围内,衰减功效与树种及其布局有关。树木的叶面积愈大,树冠愈密,减噪能力就愈强。复层种植结构的减噪效应优于其他种植类型。园林植物构成的绿地是城市维持和保护生物多样性的重要场所,特别对鸟类更是如此[17]。2　城市园林植物生态功能评价

更加直观地反映绿地生态效益,便于比较和供决策

人参考。田国行[22]采用修正人力资本法计算出滞尘的经济效益,采用市场价值法计算乔灌草吸收SO2,产生O2的经济效益,对郑州市绿地的生态效益进行评价。李晶[23]通过观测盛夏西安市不同植被景观区温度、湿度的日变化,研究植被对温度和湿度的调节作用,并计算出植被对温度调节作用的生态效益。　　近年来随着3S技术的发展和应用,应用3S技术评价城市园林植物生态功能成为研究热点[24～26]。美国林业署研发的CITYgreen软件在城市园林植物生态功能评价方面独具特色,代表了当前该研究领域的最新成果。CITYgreen软件能够分析的城市植物生态功能包括C存储及C吸收、水土保持、大气污染物清除、节能以及提供野生动物生境5个方面,并将上述各种生态效益按照市场价值法、替代价值法、影子工程法等核算方法折算成直观的经济价值。此外,CITYgreen软件还可以根据植被的现状,通过生长模拟,对植被所发挥的生态效益作动态预测;并可根据不同的城市绿地规划方案,评估其生态效益,以用于辅助决策。然而,CITYgreen软件仍处在不断完善之中,例如没有考虑园林绿化的减噪和杀菌作用等。目前美国已有200多座城市利用CITYgreen软件来制定环境控制规划、土地利用政策以及确定重造林区。我国也已对CITYgreen软件的应用进行了若干尝试和探讨[27,28]。胡志斌等[28]采用样方调查方法对沈阳市243km2范围的树木进行实地调查,在地理信息系统AcrView3.2平台上建立基于CITYgreen模型的城市森林信息管理系统。经计算表明,沈阳市城市森林每年生态效益折合经济价值为2.65千万美元。3　城市园林植物生态功能优化途经3.1　树种选择

　　定量评估城市园林植物生态功能,有助于促进

城市绿地系统规划,优化植物群落结构,改善城市环境质量,促进城市生态建设。评价指标体系的建立是城市园林植物生态功能评价的前提和基础。然而,目前相关研究采用的评价指标体系存在较大差异,研究结果较难比较。例如严晓[18]从结构与功能两个方面来衡量城市绿地系统生态效益,在不同层次下选取评价指标,建立多级指标体系;赵勇[19]利用植物吸硫、滞尘、抗污、观赏、增氧、生长、卫生和种苗及维护等8个方面建立评价指标体系;刘滨谊[20]提出的指标体系包括生态功能、结构形态、经济效益、生态过程、景观评价和规划定量化指标6个方面。李峰[21]采用多边形综合指标法对扬州市绿地规划进行了评价与预测。多边形综合指标法不需要专家定权,只要确定了指标的参考值就可以按照公式计算,优点是在计算综合指标时具有多维指标的几何意义(计算多边形面积及比值),不像加权平均法那样将多维指标求和压缩成一维指标。　　城市园林植物生态功能的经济价值量算,可以・52・

　　选择各项生态功能都较高的树种是决定城市园

林植物生态功能能否高效发挥的关键。陈自新等[1]对北京主要的60～80种园林植物释氧固氮、蒸腾吸热、滞尘、减菌、减污、抗污、耐阴、抗寒等生态特性进行了定量研究,将这些植物按照各项生态效益的高低进行了分类,为北京园林绿化树种的选择提供了依据。鲁敏等[29]采用专家咨询评价方法从生态适应能力、绿化生态效益、美化效果、抗病虫害性、抗污染性、经济效益等方面,全面系统地建立了沈阳市绿化树种生态功能与生态适应性评价应用的综合指标体系,对沈阳常见的230种绿化树种进行了评判与

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王　蕾等　城市园林植物生态功能及其评价与优化研究进展

分级,但是论文没有提供各树种生态功能和适应性

的数据。赵勇等[30]采用综合评判法选取反映植物生物、生态和经济等8项指标,对郑州市常见的43种绿化植物的综合效益进行分析和排序。刘艳菊等[4]汇总了基于现场调查和熏气试验方面研究得到的我国北方43种常见树种对SO2、Cl2、NOx、HF、烟尘、烯烃、NH3、O3等8种大气污染物的不同抗性程度。一些城市(如哈尔滨[13]、郑州[30]、合肥[31]、沈阳[32])常见绿化树种的滞尘能力或滞尘量见诸报道。然而,目前有关城市园林植物各项生态功能的数据还比较少。各城市由于地理位置、结构和规模的差异,园林植物生态功能数据只能够在一定程度上相互借鉴,需要建立各自数据库。3.2　配植结构　　提高城市园林植物生态功能,一方面应尽可能地扩大城市绿地面积,提高绿化覆盖率;另一方面应充分利用绿化空间,合理改善植物配植结构,提高现有绿地上的绿量。城市用地紧张,采用复层结构能够提高单位绿化面积上的绿量,从而使得绿化植物最大限度地发挥生态功能。祝宁等[33]将哈尔滨的典型绿地分为片状绿地和带状绿地,按乔灌草、乔草、灌草、乔木、灌木和草坪等种植结构类型,定点测定绿地中心和对照点的光照、温度、湿度及CO2浓度。结果表明,在片状绿地中,除草坪外,其他绿地均具有一定的遮荫效应,乔灌草、乔木、乔草和灌木结构绿地在降温、增湿和调节CO2浓度方面也均高于草坪。带状绿地在遮荫、降温、增湿和调节CO2浓度方面也有一定的作用,其中灌木结构绿地遮荫效应最强,乔灌结构绿地在降温、增湿、释氧固氮方面表现最佳。相同种植结构的绿地中片状绿地的生态功能大于带状绿地。片状绿地或带状绿地的复层结构生态功能均大于单层结构。从该研究也可以看出,与其他种植结构类型相比,草坪的生态功能最差,此外养护管理费用高,因此除在广场、运动场等场所外对草坪的规模应该慎重。陈自新等[34]经实验推荐出北京城市园林植物配置复层结构的种植参考模式。3.3　布　局　　我国城市绿化建设大多在工业、商业和行政等功能分区用地规划布局完成之后,在总图上画绿地,绿地实施的可行性和合理性一般考虑较少,且各类绿地分属不同的规划和管理部门,做不到预先规划和统一布局,导致绿地分块零碎、生产量少,发挥不出绿地给城市带来的应有生态效益和规模效应[30]。何兴元等[35]利用景观生态学原理对沈阳城区绿地生态系统

景观结构和异质性进行了分析,针对公共绿地覆盖率较低提出在居民住宅小区、工厂、学校等种草植树,提高斑块数量和面积;针对斑块大小变化较大、景观组成结构不均匀提出一方面在成片旧房改造中建设一些小型公园,使绿地分布均衡,充分发挥绿地功能,另一方面,提倡植物造园,使乔木、灌木、藤本植物、花卉和草坪相结合,增加立体空间复层结构,提高游憩场所的质量。　　对北京城市森林空间分布特征与改善气候的研究表明,城市绿化覆盖率低于37%,对气温的改善不明显,理想的绿化覆盖面积要达到40%以上[36]。城郊地域广阔,绿化潜力巨大,郊区和城市能够进行低空气流交换,缓解城市生态环境压力。因此,城郊一体的大规模绿化建设是使城市生态环境大为改观的有效途径[37]。　　在污染源的周围栽种具有高效生态功能的绿化树种,即能在较短的时间内最大限度地降低污染又能形成缓冲区降低城市大气污染背景值,被认为是对作为污染物过滤器的园林植物的最佳利用方式[38]。3　结　语

　　综上所述,城市园林植物具有重要的生态功能,在城市生态环境建设中发挥着重要的作用。尽管对城市园林植物生态功能已有较为全面了解,但为充分发挥其作用,科研工作者还应更深入地认识其机理和规律。与此同时,有关机构应尽快建立统一的园林植物生态功能评价指标体系,以便在全国各城市建立标准化的园林植物生态功能数据库。当前,我国城市的绿化状况普遍存在优化空间,各城市有关单位应尽快组织力量对绿化现状进行定量测算评估,按照科学原则进行改进。参考文献

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责任编辑:陈泽军　(修改稿收到日期:2005206222)

(上接第30页)5

评价结论

　　(1)厂区内的无组织颗粒物排放对周围地区的影响,主要与气象参数、颗粒物粒径等因素有关。颗粒物的粒径越大,对周围地区的影响越小;颗粒物的粒径越小,对周围地区的影响越大,特别是对下风向的影响更大。

　　(2)从计算结果可以看出:未经处理的直排点源,因其排放浓度值相对较低,烟囱口较高,所以落地浓度较低,受常年主导风向影响较大,最大值出现在下风向距离污染源较远的地方;而无组织面源,因为完全未经处理直接排放,其排放量和排放浓度均较高,所以落地浓度值较大,因为排放分散、排放高度较低,所以污染主要集中在排放源附近,受常年主导风向的影响不大。

　　(3)上海市环境监测总站在厂区内设有多个降尘观测点,厂区中心降尘点的降尘浓度最高,与本次・54・

评价的结果基本吻合。因为本次评价未考虑道路和堆场扬尘以及背景浓度值的影响,所以计算值低于观测值。

　　(4)无组织面源对厂区内的环境影响最大,直排点源影响较小。

　　(5)由无组织面源和直排点源造成的厂区内颗粒污染物最大落地点质量浓度为0.484mg/m3N,出现在厂区中心附近。参考文献

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责任编辑:贺锋萍　(修改稿收到日期:2005205210)

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