应对气候变化的国外历史植物园管理策略研究

云嘉燕 刘慧媛 张德顺,3*

（1.同济大学建筑与城市规划学院，上海 200092；2.首尔大学农业与生命科学学院，首尔 151-742；3.高密度城市人居环境生态与节能教育部重点实验室，上海 200092）

探讨国外历史植物园应对气候变化采取的管理措施，国内植物园的科学可持续性管理路径可以此为鉴。按气温上升、热带气旋、干旱洪涝三类当前全球面临的最严峻气候挑战，同时也是国内直面的最显著气候变化现象，分别考察了位于世界各气温带国家的历史植物园应对上述气候进行的相关研究与实施的管理策略。基于考察结果提出国内植物园的科学可持续性管理方针：（1）应对气温上升，可通过模拟未来50 ～100年的气温、降雨量变化，制定植物替换、迁移、栽植新种策略；（2）应对热带气旋，需排查所有植物，确定可适应及不可适应未来气候的植物，制定保存可适应种，迁移或更替不适应种规划；（3）应对干旱洪涝，要合理安排排水沟，挖掘潜在水源形成蓄水库，活用雨水花园装置设计。同时，形成不同树龄的植物混种群落，及不同高度的树种间种群落，替换或新种植物时需最大限度地维持原有植物群落，以维系原有植物生态系统与生物多样性。此外，也需加强和地区科研机构的合作，将最新成果转化到管理策略的制定中，并增进公众对植物的保护意识。

植物园管理；气温上升；干旱；热带气旋；可持续性

植物不仅在生态系统中有着重要的作用，更是生物多样性中不可或缺的核心元素。中国是世界上植物多样性最丰富的国家之一[1]。现有植物园中，包括树木园大约有200座，迁地保护植物2.3万种，占本土植物种类的60%。传统植物的保护与物质生活和人文发展有着密不可分的联系，更在生物多样性等方面起着积极和重要的作用。中国十分重视植物园的保护，对于植物种质资源的研究和生物多样性的保护已经成为国家应对气候危机和发展植物保护的重要战略部署[2]。然而，随着全球气候变化而引发的最常见现象如气温上升、热带气旋、干旱等[3]，已逐渐成为植物园需谨慎对待的重要管理问题。国外历史植物园从2002年起便开始关注气候变化对植物的影响[4]，根据不同植物园所属气候区需应对的极端气温、干旱、洪涝、风暴、土壤有机质含量低等情况，分别采取的管理措施主要集中于物种更替[5-11]、供水与灌溉系统调节及排水管控[12]、稳固植物根系措施与风速报警器设置[4]、土壤营养分析等[13-14]，可为国内应对气候变化提供参考。文章旨在探讨国外拥有大量植物的历史植物园在应对气候变化时所采取的管理措施，以此明鉴国内植物园应对气候变化的科学可持续管理之路。

1 国外历史植物园概述

在国外历史植物园（表1）中，属于温带海洋性气候的代表性植物园有世界文化遗产邱园（图1），其发展目标为植物科研、教学、展示、应用，管理重心在于植物育种与生物多样性保护[15]。2021年，邱园发布的新宣言中将应对气候变化的植物管理策略设为未来植物园可持续发展的必要考虑因素[16]。另外牛津大学植物园、爱丁堡植物园、莱顿植物园、哈伦植物园、阿姆斯特丹植物园、慕尼黑植物园、不列颠哥伦比亚大学植物园也属该气候区，发展目标多为植物科研、教育，管理多偏重生物多样性保护。

图1 邱园平面图Fig.1 The plan of Kew

表1 国外各气候带历史植物园概况Tab.1 Overview of historical botanical gardens in various climate zones abroad

属温带大陆性气候的巴黎植物园、密苏里植物园的发展目标偏重植物科研、保护、教育、园艺，管理重在植物育种与生物多样性保护[17]。位于美国波士顿哈佛大学的阿诺德植物园也属该气候区，目前正在研究枫树如何对应气候压力，通过模拟枫树的生长演变，以此了解树木如何承受低温压力以及在休眠时对暖期做出的反应，即其耐寒性，这有助于预测气候变化对枫树和北半球森林中其他树木的影响[18]。

位于亚热带地中海气候区的植物园有世界文化遗产意大利帕多瓦植物园（图2），作为欧洲最古老的植物园，其发展目标始终专注于植物研究，管理重在生物和病害综合治理。蒙彼利埃植物园、赛尔维亚植物园、哈马植物园、悉尼皇家植物园也属该气候区，发展主旨皆以植物研究为中心，并拓展至植物教育、展示、观光等，其中悉尼皇家植物园的管理重心较多元，分别为植物育种、生物多样性保护、植物气候适应性研究，为该气候区的植物园管理提供了前瞻性范式。

图2 帕多瓦植物园历史图像Fig.2 The historcial plan of Orto botanico di Padova

世界自然遗产科斯腾布什国家植物园（图3），以及同位于南非的德班植物园属亚热带草原和沙漠气候，发展目标偏重植物研究及生态观光，管理重于生物多样性保护。属于热带季风气候区的印度加尔各答植物园、本地治里植物园，重于植物收藏及研究，管理注重生物多样性保护。属于热带雨林气候区的世界文化遗产新加坡植物园（图4），其管理重在植物育种与热带植物多样性保护。同位于热带气候区的槟城植物园注重植物育种与生物多样性保护，里约热内卢植物园偏重珍稀植物保护与育种。

图4 新加坡植物园规划图Fig.4 The plan of Singapore Botanic Gardens

上述国外历史植物园中的植物多经由几个世纪的收集，其生长状态在过去的百余年间皆维持在较平稳状态，现今全球气候变化使其原有植物生长及生物多样性的维持管理面临巨大挑战。这些植物园位于不同气候区，所需应对的因气候变化而带来的问题也各不相同，为统筹性地考察全球历史植物园因气候变化而采取的管理策略提供了一种大观视角。

2 应对气候变化的国外历史植物园管理策略

2.1 气温升高的应对策略

气温升高是国内近10年来面对的最突出气候变化现象。气温剧烈飙升的核心部位于长江中下游流域的亚热带气候区，包括上海、南京、杭州、合肥、武汉、长沙、重庆、成都等城市，皆分布着大量植物园。面对不断上升的气温，如何科学合理地管理植物成为国内植物园需谨慎考量的问题。气温升高对植物园影响巨大，不仅会加速植物的生长，还会破坏生物多样性。植物物候与气温状况息息相关[19]，气候等环境因子的变化会使植物物候的遗传特征、生理机制发生改变[20]。直面高温最常见的管理策略是更替植物种类[4-8,21]，如有些物种可能不适应气温升高的环境，须通过迁移物种使其持续生存。因有些历史植物园遗产需维持植物原真性，因此也有研究者建议不替换物种[22]，但这会产生昂贵的管理费，且会致使该物种在被替换前因无法承受气温的变化而灭绝[6]。为了支持园内植物的历史真实性并考虑植物适应气候的生存问题，同时加强植物园应对气温变化的韧性，可采取在逐步替换不适用气温变化的物种的同时，保持园内原始植物群落结构的方法[7,21]。在更替植物前，实施确定植物对气候变化敏感度的相关评估也是较为科学的手段，由此可以明确哪些植物需要被替换[22]，具体做法如在植物园中进行关于开花时间和活体叶子采集的研究[9,23-24]，或者通过树龄分析来提供重要数据，以用作物种对气候变化脆弱性的生物指标[5]。

成熟的案例为由澳大利亚皇家植物园管理的墨尔本植物园的植物景观更替策略。墨尔本植物园建于1846年，收集了8 500种具有保护和科学重要性的植物。管理方认为植物园内种植的植物必须适应22世纪的气候，因此以墨尔本1840年至今的气温和降雨量数据模拟出2090年的温度和降雨量，发现在未来的几十年中墨尔本的夏季会出现更多极端炎热天气、降雨量会减少，且将经历更多会摧毁大树的风暴。由此制定了5步管理策略：（1）逐步更替植物；（2）建立由多种混龄植物构成的群落；（3）最大限度地提高可持续水资源的可用性；（4）通过景观设计最大限度地发挥绿地和建筑环境的效益；（5）增进对气候变化影响植物景观的理解。目前管理方已采取的措施，如将中国南方野生植物转移到附近丹德农山脉的国家杜鹃园，该地点更有可能保留适合这些物种生长的条件；开始研究底土中的“水库”，发现超过两个观赏湖的水可在冬、春季储存以备后用；开始组织研究人员对植物景观的人体热舒适性开展研究，并对一部分植物收藏品进行评估和选择；支持管理人员前往其他植物园，以确定合适的未来植物分类群并进行引种；积极开展气候变化对植物园影响的相关专题会议，以及与墨尔本大学分享关于开发景观碳核算模型的研究项目，以了解当前的碳储存和碳固存率[9,25]。

2.2 热带气旋的应对策略

中国作为全球受热带风暴影响最大的国家之一，近10年来分布在厦门等地的植物园屡遭风暴气旋侵袭，研究国外植物的应对策略可为中国植物园的可持续性管理提供借鉴。热带气旋以及其他各类天气系统造成的大风会导致海上风暴潮和巨浪。如若热带气旋平均强度增大，所导致的风暴对植物群落结构破坏巨大，尤其是对大树的影响更加显著，同时也会降低植物多样性。气候变暖会使部分植物向亚热带扩展，如果植物高程抬升的速度赶不上海平面上升的速度，将导致部分植物的适生空间减小。在自然条件下，一些原本生长很慢的植物在接受充足光照后，生长加速，也会加剧植物相互竞争生长空间的问题。在热带气旋的影响下，仅靠树木自身产生的种子是难以维持生物多样性的。为了应对这样的情况，植物园应更多用本土树种的种子进行育苗，同时开始对植物园的一些物种进行生态保育[26]，如错落种植冠幅高度不同的树种。国外较多采用的措施有：设置稳固植物根系的装置以免强风刮倒树体、选择坑栽而非狭缝种植、改善排水系统、定期监测和维护树木、安装预测风速报警装置、安装温室挡风玻璃，以及当风暴会对游客造成危险时直接闭园等[4,7,12]。

印度本地治里植物园，因所处的孟加拉湾每年都会经历热带气旋风暴侵袭，在过去的百年间（1916 - 2015年）历经72次风暴，2011年遭遇5级极强气旋风暴THANE，导致植物园内大量古树名木被连根拔起、高大乔木树冠被折断、稀有树种直接死亡。为使园内植物逐步适应气旋风暴的屡次侵袭，研究团队开始评估园内树种的多样性、群组结构和迁地保护价值，研究记录了150年间物种的变化和更替，找出潜在的能够长久存活的遗产树种，确定会导致幼树和老树消失的主要生存威胁。经研究，已确认的树种有284种，其中包括25种濒危、易危、受威胁物种和53种热带常绿树种，其中大约一半的历史物种被新物种取代，但至少有65个有韧性的大型树种在所有威胁中幸存下来，其标志着植物园的遗产价值，由此提出在无数环境威胁中幸存下来的大型古树应被视为城市生态系统的基石，需受到高度重视和保护。导致树木死亡的直接原因是严重的气旋风暴，幼苗死亡最常见的原因多是人为因素，如不正确的修剪管理或游客行为，由此提出需提高游客对植物园内重要植物保护资源的认识，促使公众支持并保护城市内的绿色遗产[27]。

2.3 干旱、洪涝的应对策略

全球变暖促使暖干气候特征逐渐明显，导致近年来国内南方地区出现大量阶段性干旱，多呈现为夏秋连续性干旱现象。与此同时，气候的整体变暖也加剧了全球的水循环，导致极端的降雨和洪涝灾害。过去10年间，长江中下游地区屡遭特大暴雨和洪涝侵袭，为该区域内的植物园管理带来艰难挑战。干旱会削弱热带植物库，威胁热带植物的多样性，甚至会改变植物群落，并会反作用于未来的气候。除了制定相应的繁殖计划外，国外一些植物园会在园内沟谷林内设置热带植物专用生态系统水分控制装置，在降雨持续减少的情况下，人为提高土壤呼吸速率并改变土壤的温湿关系。应用及种植一些旱生植物，不仅能起到节水耐旱的功能，经过充分考量和合理配置后，在保证节水功能的前提下同样可以发挥植物园的景观价值和观赏价值。在遇到极端天气或者干旱灾害时，旱生植物不仅具有景观特色，还保证了景观质量，同时有利于植物园的可持续发展。最常见的管理对策是：逐渐规划物种更替、选择栽种抗旱物种、根据植物需水量进行分组种植、调节灌溉系统、进行降雨储蓄等[4,14,28]。

针对洪涝，目前国外施行的管理措施有采用通风技术、安装排水管和渗水沟渠收集水[12,29]。较创新的做法，如2019年英国爱丁堡植物园创建了一个实验性的雨水花园，以减轻更频繁和更强烈的降雨对植物生长的影响，为应对气候变化的植物可持续管理作出贡献[30]。

3 对中国植物园管理的启示

国外历史植物园以防患于未然的视野提出应对气候变化的植物管理策略及实行的相关研究，为中国植物园管理提供了科学参照。根据联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）2014年发布的全球气候变化报告，预计到21世纪末全球气温还将上升1.5～4.5℃，而中国到2025年气温将提升2.3～3.3℃，至2100年将提升3.9～6.0℃[3]，气温上升会引发一系列过度降水、极端干旱、风暴海啸等问题。植物园作为国内重要物种资源保护的机构，提前通过多种研究方法制定出应对未来气候变化的预防性管理策略至关重要。根据国外植物园提出的管理措施及研究方法，对中国植物园在科学可持续性管理策略制定方面启示如下：

（1）应对气温上升方面，通过多情景模拟未来50～100年的气温、降雨量变化，以此为据制定相应植物替换、迁移、种植适应未来气候的植物的相关策略。中国各地区植物园所属气温区皆不相同，各地植物园应根据所在地的具体情况，做出相应调整。

（2）应对热带气旋方面，对植物园中的所有植物进行排查、调研，确定哪些植物可以适应未来气候，哪些需要被替换或迁移，又需新种植哪些可适应未来气候的植物种类等，对适应未来气候的植物可在城市绿地中进行普及和推广，对无法适应未来气候的植物制定阶段性移除规划和实施策略。

（3）应对干旱、洪涝方面，合理安排植物园内排水沟渠，并调查周边是否有潜在水源可在日后开发为蓄水库，活用雨水花园等装置设计，提高植物园与时俱进美观性的同时加强对雨水的收集和再利用，如有需要可配置净化雨水装置。

同时，形成不同树龄的植物混种群落，以及不同高度、参差错落的间种群落，以便在原有树种被替换或迁地他处时，不明显破坏原来的植物景观现象，在替换或新种植物时应最大限度维持植物原有群落，以此来合理维系原有植物生态系统，从而确保植物园生物多样性的保护与维持。此外，加强和地区高校及科研机构研究团队的合作，促使植物园成为研究人员的科研基地，由此也将最新研究成果融入到植物园的管理策略制定中，同时加强公众对植物园内植物的保护意识，并参与到植物的收集、种植、养护等管理工作中，进一步提升公众对植物园管理的参与度[31]。

注：图1源自https://www.kew.org/kew-gardens/visitkew-gardens/map；图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； 图3源 自https://www.sanbi.org/gardens/kirstenboch/garden-information/gardenmaps；图4源自https://www.nparks.gov.sg/-/media/sbg/documents/map-100423.ashx。