城市绿地生态效能研究进展

李 成，任文华，于宝春，田 赓

(1.山东建筑大学风景园林规划研究所，山东济南 250101；2.山东建筑大学艺术学院，山东济南 250101)



城市绿地生态效能研究进展

李 成1，任文华2*，于宝春2，田 赓2

(1.山东建筑大学风景园林规划研究所，山东济南 250101；2.山东建筑大学艺术学院，山东济南 250101)

城市绿地是城市生态系统的主要生命支持系统，在维持城市生态平衡与改善城市生态环境质量方面起着重要的作用。城市绿地的建设质量也逐渐成为衡量城市现代化水平的重要因素。随着生态城市的提出与建设，城市绿地生态效能的研究逐渐得到人们的重视，成为诸多学科的研究热点。提高城市绿地系统的生态效能是现代化城市发展的战略方向，也是城市发展达到良性循环的必然趋势。笔者通过对现有文献资料的分析研究，从降温、增湿、固碳放氧、降噪、抗污染、生态保健、生物多样性保护7个方面论述了城市绿地生态效能的国内外相关研究，系统归纳了生态效能的研究方法、城市绿地生态效益规划的构建途径，以期为其深入研究提供理论依据。

城市绿地；生态效能；固碳释氧；生物多样性

城市绿地是指用以栽植树木花草，布置配套设施，并由绿色植物覆盖，且具备一定功能与用途的场地[1]。它是构成城市系统内唯一执行纳污吐新负反馈调节机制的子系统。城市绿地建设质量已逐渐成为衡量城市发展状况的重要指标。城市绿地系统的作用表现在社会效益、经济效益和生态效益3个方面[2]。早期的城市建设中，人们更关注于城市绿地所带来的社会效益和经济效益的提升。伴随城市化进程中出现的诸多环境问题，城市绿地的生态效益逐渐得到人们的重视，生态城市理念的提出更为其提供了理论支持。城市绿地对于优化城市环境、保护生物多样性、维持城市生态平衡与稳定具有重要作用[3-4]。首先，城市绿地可以通过植物的固碳放氧来维持城市环境中的碳氧平衡，通过调节城市的温度和湿度改善城市环境的小气候；其次，植物发达的根系可以有效保持水土，起到涵养水源的作用；再次，城市绿地可作为城市的防护带，绿地植物对污染有着较强的抗性及吸收能力，可有效降低城市环境中空气污染物的浓度；同时，城市绿地还是城市生物多样性保护的重要基地，是实现城市可持续发展的一项重要基础设施。

城市绿地系统中包含多种不同的绿地类型，其所主导的生态效能也有所差异。不同的绿地类型要在相互补充中彼此渗透、相得益彰。提高城市绿地的生态效能是促进城市可持续发展的正确选择和必由之路[5]。笔者通过了解现阶段城市绿地生态效能研究进展，以期为实现城市绿地生态服务价值的最大化提供参考。

1　城市绿地的生态效能

城市绿地生态效能的研究主要围绕降温、增湿、固碳放氧、降噪、抗污染、生态保健、生物多样性保护7个方面进行。对绿地生态效能的研究主要集中在3个层面：植物个体生态效能、植物群落生态效能、城市大范围内绿地生态效益评估。

20世纪50年代左右，城市化建设带来了一系列环境问题，全球气候变暖，城市温度持续增长，“热岛效应”显著；环境污染使空气中的有害气体增多，城市环境质量持续低下[6]。至70年代，人们逐渐发现城市绿地能有效改善城市气候，生态效能相关研究随之增多。早期研究多集中于分析植物个体降温增湿效果的差异及影响因子，后期则主要针对植物群落或不同城市绿地生态效能的差异性；随着生态城市概念的提出，研究逐渐转向城市绿地生态效益价值评估，以期以此为导向，进而达到优化城市景观格局的目的。

国外对城市绿地生态效能的研究起步较早，研究内容较为广泛，多集中于降温、增湿、固碳放氧等有效改善城市小气候方面。国内研究虽起步较晚，但仍取得了颇多成果。绝大多数研究基于传统的实地观测方法进行，而且监测通常只针对生态效能中的一项进行分时间段的短期监测。监测地的选择不具有全面性和对照性，可供参考的价值有限[7]。在定量遥感技术层面上的城区绿地生态效应研究主要集中在绿地降温效应和绿地景观格局的研究方面。

1.1降温国外对城市绿地降温作用的研究可追溯至20世纪70年代。Federer等通过研究发现，植物叶面的蒸腾作用可以降低气温，吸收太阳辐射，改善地表热状况，有效改善城市小气候[8]。随后，Bernatzky[9]、Taha等[10]探究了蒸发效应、空气湿度、季节、绿地面积、气候等因子对绿地降温效应的影响，认为蒸发效应和空气湿度都可影响降温程度，不同空间、季节或时刻的降温效果亦存在差异。

国内的降温研究多以某个特定区域为研究对象，对该研究区域的建设具有较好的引导作用，但对于绿地的降温机理、影响因素等的研究较少。邹敏以重庆市主城区绿地为对象，从绿地特征、居住区绿地植物群落等多个层次来研究城市绿地降温作用，多尺度分析了绿地内部空间结构的热环境效应[11]。邱海玲为研究北京市绿地对城市“热岛效应”的缓解作用，选择了城市中的30块绿地，利用遥感影像提取建筑及绿地相关信息，以Landsat系列影像为基础数据，反演得到了北京市的温度，综合研究了北京市30块绿地的降温幅度与绿地面积之间的关系，得出了绿地降温作用随距离变化的梯度曲线，同时分析了城市绿地在东西南北4个方向对缓解“热岛效应”的影响差异，为接下来的研究提供了数据支持[12]。张彪等从生态经济的角度对北京市建成区绿地的降温效能及价值做出了评估[13]。肖捷颖等以石家庄市区为研究对象，首次提出了降温效应包括速率、范围和幅度3个方面，从降温角度对公园设计提出了建设性意见[14]。苏泳娴等以广州市17个公园作为研究对象，研究公园周边温度分布状况[15]。

从植物自身或群落的空间结构来分析降温效应也是研究热点之一。郭太君等以9个园林树种为研究对象，将树冠从外向内分为4部分，分别研究各部分单位面积内的蒸腾降温量，对合理取样提供了参考依据[16]。闫伟姣等以5个结构相似的植被群落为研究观测点，定量研究了绿地降温作用的日变化规律，分析了影响降温效应的因子[17]。

1.2增湿Yilmaz等学者对增湿机理进行了研究，认为绿地的增湿主要来源于植被冠层的影响[18]。国外增湿效应的研究多集中于绿地内外结构的差异性比较。如Koh等研究发现绿地内部和外部的空气湿度相差5%，植被覆盖地相对于非覆盖地有着较好的增湿作用[19]。

相比于国外，国内关于增湿效应研究涉猎的程度较深，范围较为广泛。张艳丽等以绿地树种为研究对象，通过测定其光合生理生态指标，对其降温增湿作用进行了分析研究[20]。张明丽等选取上海市14个典型植物群落，对其降温增湿效果进行测定研究，得出植被结构越复杂、叶面积指数越大、郁闭度越高的群落结构具有更显著的降温增湿效果[21]。王红娟等从不同下垫面的增湿效果入手，研究不同植被类型在各时段增湿的纵横向变化规律[22]。武小钢等研究了绿地结构特征，从绿量、面积、周长及叶面积指数4个方面分析绿地增湿效应与绿地结构的相关性[23]。

1.3固碳放氧国外研究者，如Pataki 等多关注于固碳放氧的机理特征，认为植被可以通过叶面的光合作用以及其他生长机能进行二氧化碳固定；通过树荫改善空气温湿度，进而促进土壤对于二氧化碳的吸收；绿地结构效能也影响着城市绿地固碳放氧的能力[24]。

树种的光合强度不同，对应的固碳放氧能力也存在差异。国内的研究更注重林龄、地域、时刻、绿量等因子对绿地固碳放氧的差异。夏新丰[25]、朱美玲等[26]对不同林龄的人工纯林开展固碳放氧研究。陈玉娟等对珠江三角洲地带的区域植被进行固碳放氧能力的研究，发现郊区植被固碳放氧能力相比城区低1/3[27]。马长欣等通过计算森林生态系统固碳放氧的实物量，对其经济价值进行评估[28]。王忠君选取福州植物园的28种植物，测量其绿量，对光合生理指标进行分析测定，量化研究植物的固碳放氧能力[29]。谭庆定量评价31种地被植物固碳放氧的生态效益，对其进行了分类[30]。

1.4降噪刘佳妮选择了8种园林植物、两条绿带、3片林地和5种地表材料，运用容器式栽植，采用统一噪声源，从高度和距离上分别对植物降噪效能进行研究[31]。王慧等在公路绿化带旁分梯度设置噪音测试点，研究绿化带对噪音的作用，建立拟合回归模型，对植被降噪机理进行反推[32]。张庆费等利用因子分析法，选取上海城市绿地中的19处植物群落，分析噪声衰减量与群落结构的关系[33]。上述研究均采用统一噪声源，主要研究影响降噪效果。祝遵凌等选取11种纯林为研究对象，在不同的声源背景环境下进行实验，检测其噪声衰减值[34]。巴成宝对北京市4种不同类型植物进行测定分析，加入噪音传播方向的温度和湿度等气象因子，建立降噪评价量与植物结构特征因子的模型[35]。

1.5抗污染专家学者多研究二氧化硫、氯气、氟及氟化氢等大气污染物对城市绿地的影响。鲁敏等[36]、潘文等[37]对植物吸收二氧化硫的机理和能力进行研究。研究表明，二氧化硫可被植物解毒转化成为硫酸根离子，不同树种对二氧化硫的吸收能力不同，阔叶林对二氧化硫的吸收量大于针叶林。杜国坚等[38]对37种常见园林植物吸收氯气能力进行分析研究，吸收能力较好的一般为叶片光滑、小枝无毛的植物，且树木吸收氯气的体积也与植物的科属有关，尤以蔷薇科最佳。

史晓丽[39]对北京行道树滞尘能力进行了研究，Cai等[40]、Fang等[41]从不同角度对滞尘能力进行研究，结果显示，树木种类、树冠高低、叶片大小、叶面粗糙程度等均对滞尘能力有影响。叶冠大而浓密、粗糙或能分泌油脂的植物有较强的滞尘效果，植物吸滞粉尘能力与叶量呈现正相关。不同结构绿地滞尘效果存在差异，乔灌草结构滞尘能力最高，其次是灌草结构，最差的是草坪。园林植物个体滞尘能力取决于单位绿地面积绿量，以乔木为主的复层结构绿地可以最有效地提高整体的滞尘效益。

1.6生态保健鲍风宇[42]、张志永等[43]通过测定发现，公共场合含菌量最高，其次是街道、公园、城郊植物园，相差可达几倍至25倍，种植能分泌杀菌素的植物可有效净化环境，有利于防治肺结核等多种传染病；绿化区域的空气含菌量比非绿化区平均低85%，各类林地和草地的杀菌效果也存在差异[44]；植物可以通过分泌杀菌素和挥发性物质来减少空气中的细菌含量，如侧柏、柏木、圆柏等裸子植物具有较强的杀菌能力，所以在松柏林所处的环境中，基本上都是无菌的。

1.7生物多样性保护城市绿地是生物多样性保护的重要基地，而生物多样性保护主要体现在植物和动物两个方面。城市绿地可为动植物提供栖息、繁衍、迁徙的场所，因而具有较多的生物种群，对生物多样性的保护作用显著。国内外研究的侧重点不同，国外侧重于动物多样性的保护，国内则侧重于植物多样性的保护。

关于城市绿地生物多样性的保护研究，国内外都尚处于初级阶段。国外的学者如Imai等[45]研究了城市绿地中影响动物种群分布的因素，发现动物种群的组成和多样性与城市绿地的种类结构有关，植物种类越丰富，群落结构越复杂，动物种群越多，越能体现生物的多样性。国内的专家学者如Cao等[46]则主要研究外来树种对本地生物多样性的影响。

2　城市绿地生态效能研究方法

城市绿地生态效能研究分为几个阶段，早期研究多为定性描述或定量研究，一般是小面积的植物或群落，采样点较为集中，多采用分时间段短期监测，监测通常只针对生态效能的单项。研究借助相关仪器，利用实验室测定法、景观格局分析法等相关分析方法来揭示其生态效能的差异性，或对绿地生态效能进行量化研究。随着遥感反演技术的成熟，研究扩展到大面积区域中，采用定量与定性相结合的研究方法，并结合电脑辅助软件的运算，对研究区域的数据特征进行分析。

生态效益价值的评估也是研究热点之一。李成等从城市绿地生态评价着手，研究影响城市绿地质量的评价因子，为绿地规划和管理提供新的参考依据，为改造和建设绿地提供保障[47]。评价方法采用如模糊数学综合评判模型赋分法、层次分析法(AHP)等定性、定量或定性与定量结合的方式进行。研究范围从微观逐渐向宏观发展，重点关注于效益评价及价值化的研究。

巫涛以长沙市为研究对象，以长沙市绿地现状为分析底图，利用3S技术及辅助电脑软件对景观格局数据特征进行分析运算，获得相应的空间信息，最后提出绿地斑块格局的优化政策[48]。武文婷也对城市绿地的生态服务价值进行评估，但从评估体系入手，针对国内外城市绿地评估体系中出现的一些“瓶颈”问题，如缺乏公众评估和创新、指标计量方法混乱等，构建并创新了专家和公众信息相融合的城市绿地生态服务效能指标体系[49]。

3　城市绿地生态效益规划构建途径

首先，通过构建科学的城市绿地生态景观格局，实现城市绿地生态综合效益。城市化的发展对城市绿地建设提出了更高的要求，城市绿地结构与规模会在现有水平上有所调整。在城市绿化现状、城市绿地系统规划和诸多绿地效能评价基础上，以生态学原理和景观生态学原理为指导，合理规划城市景观空间，构建景观斑块与廊道，形成“斑块-廊道-生态网络”的城市绿地系统的生态景观格局，使城市绿地生态效能在此网络结构中得以最大化发挥[4]。

在规划设计中，以大中型斑块为主，小斑块为其补充的分布模式既能满足城市居民的游憩需求，又能最大化地发挥绿地生态效益。在斑块内部设计上，以乔、灌、藤、草的复合模式为主，协调速生树及慢生树比例，加强景观异质性，丰富景观类型，提高植物群落抗干扰能力，稳定斑块内部生态系统[50]。廊道决定城市中的景观格局和人口分布状况，对经济文化、环境改善起着重要作用。根据结构和功能差异，可将其分为绿带廊道、绿色道路廊道及绿色河流廊道，基于河流、交通和城市森林来构建生态网络，将廊道之间、斑块之间、廊道与斑块之间连为整体。设计中以绿地景观结构和生态过程关系为着手点，设计不同类型的景观结构，进而达到控制景观生态功能的目的，使城市绿地的生态综合效益得以最大化发挥。

第二，加强城市绿地与生态城市、“海绵城市”衔接的关联研究，实现与时俱进、同步发展。生态城市建设与城市绿地息息相关，人们愈来愈注重城市绿地生态效益。城市绿地与生态城市建设相结合是必然趋势，是现代化城市发展的战略方向。加强城市绿地与生态城市衔接的研究，有利于形成城市区域内完善的生态园林绿化体系，为人类创造清洁、舒适、优美、和谐和富有生命力的最佳生态环境，使生态效益、社会效益和经济效益融为一体[51]。

“海绵城市”是现阶段研究的热点之一。加强城市绿地与“海绵城市”的关联研究可以发挥城市绿地本身的美学价值和生态效益，此外，城市绿地作为“海绵城市”建设的主要载体之一，还能在城市大环境中结合其他要素，如水体、透水铺装等，提高城市建设的综合效益，进而在相互作用中提升城市绿地质量，使城市绿地系统发挥更大的生态效能[52]。

4　结语

随着世界人口的不断增加、城镇建设的加快，全球环境问题日益严重，通过绿化缓解和改善环境问题得到充分重视。国内外风景园林设计师越来越注重绿化景观效果和效能的协调发展，且优先突出生态效能。

我国关于城市绿地生态效能的研究起步较晚，但近些年发展迅速，研究内容主要集中在生态效能的技术和方法层面，已基本形成比较系统的理论体系和技术方法。基于不同地域和不同城市绿地类型的生态效能研究以及生态景观型城市绿地的构建途径研究正在深入和细化。加强相关技术的创新可为今后的研究提供新的方法与思路，并将新技术应用到城市绿地的实际建设中，逐步实现城市绿地生态景观综合效能的最大化。

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Advances in Research on Ecological Function of Urban Green Space

LI Cheng1, REN Wen-hua2*, YU Bao-chun2et al

(1.Landscape Architecture Planning Institute, Shandong Jianzhu University, Jinan, Shandong 250101; 2.Department of Art, Shandong Jianzhu University, Jinan, Shandong 250101)

Urban green space, the major life-support system of urban ecosystem, plays an important role in maintaining ecological balance and improving the quality of urban ecological environment. The construction quality of urban green space has gradually become an important factor which is used to measure urban modernization level. With the construction of ecological cities increasingly getting people’s attention, studies on the ecological function of urban green space have gradually become the focus of many disciplines.Improving the ecological function of urban green space system is both a strategic direction of development of modern cities, and an inevitable trend of urban development to achieve a virtuous cycle. In this paper, based on the existing literature data,advances in research on ecological function of urban green space in the world were discussed from seven aspects such as cooling, humidification, carbon fixation and oxygen release, noise reduction, resistance to pollution, ecological health and biodiversity protection. In addition,methods of studying ecological function and ways of constructing ecological function planning of urban green space were summarized to provide theoretical basis for the further research on ecological function of urban green space.

Urban green space; Ecological function; Carbon fixation and oxygen release; Biodiversity

李成(1968- )，男，山东临沂人，教授，硕士，硕士生导师，从事园林植物应用、风景园林规划设计等方面的教学与研究。*通讯作者，硕士研究生，研究方向：风景园林规划设计。

2016-07-01

S 181；X 171.1

A

0517-6611(2016)24-173-03