基于生态学视角思考中国城市森林的营建

2019-08-05张先平李美娟王书宏张春波

太原学院学报(自然科学版) 2019年2期

张先平, 李美娟,王书宏,张春波

(1.太原学院,山西太原030012;2.太原市碑林公园,山西太原030012;3.太原市林业和草原局,山西太原030012)

随着我国城市化进程的加快,现代城市中的生态环境问题也越来越突出,如空气雾霾、热岛、缺水与内涝、土壤污染、生物多样性锐减等,这一系列现代城市生态环境问题直接影响城市居民的身心健康,影响现代城市持续健康发展,进而影响城市生态安全格局[1]。

事实上,目前我国城市建设在绿色基础方面也取得了长足进步,但各项绿化景观之间大多分散独立,互不连通。然而这些独立的绿地是城市自然生态系统中有生命的部分,是城市复合生态系统中的支持系统,是生命基础。支离破碎的城市自然系统,导致其环境支持功能的完整性、系统性、协调性减弱甚至消失[2],城市的生态系统变得极其脆弱。延缓这一问题的有效途径是提高自然生态系统中有绿色生命基础的部分,城市森林就是在这样的背景下引起政府、学术界和行业的高度重视,并逐步进入实施阶段。

20世纪60年代中期国外林学家提出把森林引入城市的理念。中国林业科学研究院1989年引入城市森林的概念,国家林业局2004年开展森林城市创建活动[3]。经过近三十年的发展,各大城市积极创建森林城市,努力实现“让森林走进城市,让城市拥抱森林”,建设森林城市已经成为当代世界生态城市的发展方向[4],也是未来我国城市生态建设的重要方向。

以创建国家森林城市为载体,国家林业局2012年颁布实施《国家森林城市评价指标(LY/T2004—2012)》[5],规范了城市森林的相关指标体系;2017年底,由北京市园林部门编制的《北京城市森林建设指导书(试行)》[6]正式出台,标志着我国城市森林建设实践进一步规范;2018年《全国森林城市发展规划(2018——2025年)》发布,全国已有200多个城市在开展该项活动,其中已有165个城市被授予“国家森林城市”称号[7];2018年12月国家林业和草原局发布《关于积极推进大规模国土绿化行动的意见》,强调构建稳定的城市森林生态系统。这一系列政策规范的出台,标志着建设城市森林已经上升为国家战略,而且付诸实践。然而城市森林的培育、建设、经营与管理需要科学的理论体系来指导。城市森林与传统森林有何区别,如何营建城市森林,在不同区域的城市如何创建具有区域特色的城市森林,如何提高城市森林的质量等一系列科学问题都需要来回答。为此本文基于生态学角度对城市森林的相关理论进行梳理,以期对城市森林的建设与研究提供思路。

1 城市森林的概念

美国在1962年首先使用了“城市森林”这一术语。国内外学者从不同角度给出了城市森林的概念，如表1所示。

表1 国内外学者关于城市森林的概念Table 1 Urban forest concepts by domestic or foreign scholars

国内外学者从不同角度给出城市森林的概念,归纳起来有以下共同点:

1)从空间范围上越来越趋向城市市域范围内,即城区、城郊及远郊;

2)构成主体以高大乔木为主体形成的森林生态系统;

3)从空间布局上形成山、水、林、田、湖相互连接、合理布局的城市森林生态网络空间格局;

4)功能上强调城市森林景观整体具备供给、支撑、调节和文化服务功能,逐步实现城市与森林和谐共存。

随着我国森林城市创建实践的深入,城市森林这一新的交叉学科的理论体系也在不断丰富和完善,渐渐融入了林学、植被生态学、景观生态学、园林规划、园林设计、生物保护学以及森林经营等学科的理论与实践。

2 城市森林的构建

2.1 城市森林树木

树木是城市森林的建群种,树木的丰富程度是城市森林生物多样性的重要基础,树木的生态适应性和生长健康状况也直接影响城市森林生态系统的结构和功能。所以树种的选择首先要坚持适地适树,在满足树型、色彩等造景的基础上,优先使用乡土树种。

城市森林的立地条件、用途不同于传统森林,尽可能发挥城市林木的生态价值,必须适度降低栽植密度,给树冠生长留下充分空间,因为树冠的大小直接影响树木的生态价值[14]。只有城市树木个体能充分利用有限的城市空间,才会为城市森林景观奠定基础。国外非常注重整个城区乔木的树冠覆盖率。城市乔木树冠的空间结构和布局是城市森林生态功能的重要支撑,也是城市鸟类、昆虫栖息的重要场所。在中国森林城市评价指标中要求城区树冠覆盖度和城区绿化覆盖率达40%以上。城区街道的树冠覆盖率达25%以上。城区新建地面停车场的乔木树冠覆盖率达30%以上。城市林木树冠覆盖(Urban tree canopy,简称 UTC)是城市森林评价及其健康与稳定性优化关联度最大的指标[15-16]。

2.2 城市森林群落

城市森林群落构建要以群落生态演替和近自然经营理论为基础,模拟自然群落,考虑群落的外貌、季相和色彩变化,提高群落观赏价值。

从群落垂直结构考虑,地上部分分为乔、灌、草本、地被的复层群落,且各层之间的所占比例要适当,同时也注意植物根系在地下的垂直分层,深根性和浅根性物种的搭配。从水平结构上考虑营建复层、异龄、混交的森林群落水平分布格局,同时注意群落之间要有联通性,避免孤立的景观林。

物种的配置要考虑乔、灌、草的比例，针阔叶的比例，科、属、种的比例，避免种类单一,增加物种多样性。物种配置在满足园林造景的同时,需要考虑树种的功能性状,如树种的花、果为鸟类、小型哺乳动物等提供食物,丰富垂直层次为小型动物提供栖息地,逐步建立完整的食物链,增强生态系统的稳定性,丰富当地生物多样性资源。

群落尺度的城市森林研究目前主要从生物多样性[17]和树种配置的合理性等方面进行评价[18-19],国内绝大多数城市是在已有园林绿化的基础上,提升城市森林质量,建议对现有群落的树种组成的合理进行评价,依据国外流行10/20/30法则,即最合理的配置是某一种的比例不能超过10%、属的比例不能超过20%、科的比例不能超过30%,否则将影响群落的稳定。

2.3 城市森林生态系统

在生态系统理论指导下,反思以往城市绿化重美化、轻生态的现象,模拟自然生态系统,逐步构建森林、湿地、河流、城镇复合生态系统。力求各子系统结构稳定、相连互通,形成结构完善,功能强大的复合生态系统,真正实现“让森林走进城市,让城市拥抱森林”。

城市森林生态系统的功能主要包括支撑功能,如初级生产力、涵养水源、水土保持、水分循环、养分循环、栖息地;调节功能,如净化空气,缓减热岛效应、碳储量、森林康养;文化功能,如生态旅游、文化遗产、美学价值、科普教育等。

在经营管理中更要注重城市森林生态系统的完整性,保障系统中生产者、消费者、分解者及非生物成分的完整性,才能使生物系统完成物质循环和能量流动。如以防火和卫生的名义清扫园林绿地中的枯枝落叶是非常不合理的行为,裸露的绿地地表除尘和缓减温差的功能远不如有枯枝落叶覆盖,更重要的是清除了生态系统中分解者生存的活动场所,阻断了城市绿地生态系统中分解者的生态功能,进一步削弱了城市生态系统的自我调节能力。

目前城市森林生态系统的热点研究主要集中在结构方面,如森林合理性[20]、生物多样性[21]、健康评价[22];功能方面,主要开展降温[23]、滞尘[24]、碳汇[25]、康养[26]等服务功能。

2.4 城市森林生态网络

区域尺度的城市森林就是构建森林景观斑块连片与生态廊道相连的模式,不断优化生态空间,努力建成林水相依、林山相依、林城相依、林路相依、林村相依、林居相依的城镇一体化相互连通的森林生态网络。构建城市森林生态网络,联结生态用地,优化城市生态空间是创建森林城市的理想目标,也是维护区域生态过程完整、提升区域生态安全的必由之路。

应用生态网络方法来研究城市森林生态网络必将成为城市森林领域的研究热点之一。目前学者们在各自领域生态网络的结构[27]、城市(或市域)景观网络构建与优化[28-29]、生物多样性保护[30]等方面进行了有益的探索。在构建城市森林生态网络时,可以借鉴这些方法和思路,以景观生态理论为支撑,借助GIS技术,提取核心生态源,应用最小累积阻力模型或最小成本路径模型构建生态网络,再通过重力模型等模型定量分析生态网络结构,优化生态网络。

景观尺度的城市森林在满足市域森林面积的同时,重点是建设生态廊道,国家森林城市评价指标中也提出了明确具体要求:一方面包括森林、湿地间有贯通性的骨干生态廊道,廊道宽度要满足本区关键物种的迁徙和交流;二要重视水体沿岸绿化林带的营建,保证安全行洪的前提下,采用近自然的绿化模式,保证水岸林木绿化率在80%以上;城市重要水源涵养林森林覆盖率达到70%以上。三是道路绿化和公路、铁路沿线绿化要注重与周边自然、人文景观结合,构建具有地域特色的近自然通道绿化景观,道路林木绿化率达80%以上。通过道路绿化带、护岸林等生态廊道相互串联,有机联结城市绿地与郊区风景林,形成独立于城市机动交通网络的城市森林绿道网络,方便市民进入公园绿地,同时也提高了生态廊道沿线各类绿地的供给和生态服务功能。

以生态网络的理念构建城市森林,从空间层面上使景观结构和生态过程有机结合在一起,最重要的是生态网络中生态廊道的构建必须考虑物种迁移、扩散等生态过程,考虑基质对这些过程的促进作用,这一领域必将会成为保护和修复城市生态环境一个非常重要的手段。

3 城市森林的经营管理

用模拟自然的方法构建城市森林,城市森林的养护管理也要用近自然的经营方法。近自然养护不是放任不管,而是要借助自然条件,让城市森林自然去发育、演替,人工可以适度促进其自然生长、发育,而不是整齐划一地修剪、定期浇水、清扫枯枝落叶、喷洒农药、拔除杂草,降低管护费用等,即以自然力量为主,适度人工辅助,以最小的投入,发挥最大的效益。