城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被的生態(tài)功能研究

黃巍，楊濤，石長春

（1.陜西省榆林林業(yè)學(xué)校，陜西 榆林 719000；2.陜西省治沙研究所，陜西 榆林 719000）

20世紀中后期，隨著西方發(fā)達國家工業(yè)化與城市化進程的加快，大城市周邊地區(qū)紛紛涌現(xiàn)出一種介于城市與鄉(xiāng)村之間、職能和景觀方面與傳統(tǒng)的城市和鄉(xiāng)村有著明顯不同的新型地域或景觀類型［1］，這個地帶屬于城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶。該地帶的地域或景觀使得城市和鄉(xiāng)村的界限不再清晰，在城市和鄉(xiāng)村接合處，出現(xiàn)了大量的農(nóng)田、城市防護林帶與工廠相間分布的獨特景象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，也形成了明顯的植被過渡帶，城市熱島效應(yīng)在這個區(qū)域發(fā)生著特殊變化，因而其植被生態(tài)功能的研究引起了國內(nèi)外學(xué)者濃厚興趣和密切關(guān)注［2－5］。

城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶的植被是城市生態(tài)系統(tǒng)中另一個重要的主體，是保護城市富有生命的基礎(chǔ)設(shè)施，為城市居民以及郊區(qū)村民、工礦企業(yè)從業(yè)人員提供了調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境等生態(tài)服務(wù)功能，更重要的是同樣固定CO2、釋放O2、凈化空氣、涵養(yǎng)水源、保持水土、減少噪音，能有效地改善因城市發(fā)展所引起的環(huán)境質(zhì)量下降等方面起著不可替代的作用［6，7］。該地帶的存在有助于維持城市生態(tài)系統(tǒng)的健康和平衡，對城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被的生態(tài)服務(wù)功能的構(gòu)成、評估、利用和保護等研究［8，9］，既是學(xué)術(shù)理論發(fā)展的需要，更是實踐中城市發(fā)展和環(huán)境保護的需要。

1 城鄉(xiāng)結(jié)合部的成因

城鄉(xiāng)結(jié)合部的成因主要體現(xiàn)在以下幾個方面：在空間組成上，既有城市化水平較高的中心地域，也有城市化水平較低的邊緣地域；區(qū)位上，一般介于城市與鄉(xiāng)村之間；結(jié)構(gòu)上，社會、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)與景觀格局三者處于動態(tài)變化；土地利用上，城市建設(shè)用地和鄉(xiāng)村農(nóng)耕用地相互交錯混雜；形成機制上，突出了大都市的輻射與擴散對于半城市化區(qū)域形成的作用。劉盛和等人［10］認為，我國城鄉(xiāng)過渡帶的形成主要受外國資本的流入、大都市區(qū)的輻射和擴散以及鄉(xiāng)村工業(yè)化的作用等3個因素的作用。城鄉(xiāng)結(jié)合部是城市化進程中處于特定地域的特殊階段，主要表現(xiàn)為城市和農(nóng)村的連接性和過度特征［11，12］。

2 城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被生態(tài)空間格局的動態(tài)變化

城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶是一個動態(tài)的、過渡性的特定區(qū)域，受系統(tǒng)中人流、物流、信息流、能流等交換的影響，其生態(tài)空間格局也處于不斷的調(diào)整和變化之中，而針對城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶植被生態(tài)空間格局的研究正是源于對該特定區(qū)域的探討。

國內(nèi)外學(xué)者沿襲美國生態(tài)學(xué)家奧德姆［13］對區(qū)域生態(tài)環(huán)境空間格局的研究方法和思路，相繼展開了針對半城市化地區(qū)的研究，并獲得了關(guān)于城鄉(xiāng)過渡帶的生態(tài)安全、資源與環(huán)境方面的研究成果。對于城鄉(xiāng)結(jié)合部生態(tài)環(huán)境空間格局的動態(tài)變化研究，學(xué)者們［3，7－12］主要借鑒景觀生態(tài)學(xué)中對于景觀動態(tài)變化研究的方法，以影像數(shù)據(jù)和“3S”技術(shù)為支撐，綜合運用各種景觀指數(shù)和空間統(tǒng)計學(xué)方法，重點從時空兩個尺度分析了城鄉(xiāng)結(jié)合部特殊的景觀轉(zhuǎn)變。

3 城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶生態(tài)安全及對生態(tài)環(huán)境作用機制

人類社會活動是影響區(qū)域生態(tài)安全的關(guān)鍵因素。人類活動增加以及該地帶的植被資源破壞導(dǎo)致區(qū)域生態(tài)安全壓力增大。在城鄉(xiāng)過渡帶遠外圍，由于人類活動相對較少，對自然界的干擾較小，植被資源相對豐富，生態(tài)安全狀況較好。人類活動可以改善當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，如陜西省米脂縣高西溝村，通過幾十年的努力，土壤流失減少，生態(tài)環(huán)境得到改善；同時，人類的某些活動也可以對區(qū)域生態(tài)安全造成嚴重威脅，如陜西神木縣因煤炭超負荷開采導(dǎo)致地面塌陷，水資源破壞。人類活動對生態(tài)空間格局變化的影響，特別是生態(tài)空間格局變化引起植被生態(tài)功能的變化對人類活動及其反饋機理，是當前地理學(xué)、生態(tài)學(xué)及環(huán)境科學(xué)等相關(guān)學(xué)科共同關(guān)注的熱點問題。其中，半城市化地區(qū)作為人類活動的活躍地帶，對生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生巨大的影響和干擾。該地帶的人口增長與遷移、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和土地利用轉(zhuǎn)變對于城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶生態(tài)功能的影響極其重要。城市規(guī)模的擴大過程所產(chǎn)生的生態(tài)功能變化的問題，主要包括光、熱、氣、水、土等幾個方面。如何解決這些問題，最快捷有效的方法就是把森林引進城市，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的良性循環(huán)，從而達到有效的生態(tài)功能調(diào)控及固碳釋氧、調(diào)節(jié)氣候、殺菌滯塵、涵養(yǎng)水源等功效。

4 城郊結(jié)合部地相關(guān)特性研究

4.1 城郊結(jié)合部地帶森林結(jié)構(gòu)特征研究

城郊結(jié)合部城市森林結(jié)構(gòu)特征和地區(qū)原生植被一樣，因地域的差別，分布范圍的大小，有著不同的表現(xiàn)形式和結(jié)構(gòu)特征。錢能志在進行遵義市城區(qū)城市森林結(jié)構(gòu)與生態(tài)功能的研究中，對該城市的城鄉(xiāng)結(jié)合部進行了對比性研究，表現(xiàn)為城市城鄉(xiāng)結(jié)合部植被較之城市森林結(jié)構(gòu)與生態(tài)功能有著明顯的原生優(yōu)越性，植物物種多樣性明顯高，在非人為干擾下表現(xiàn)為穩(wěn)定［14］。例如遵義市行道樹總的生物多樣性指數(shù)為0.924，表明遵義市城區(qū)干道樹種結(jié)構(gòu)相對簡單。而城鄉(xiāng)結(jié)合部道路網(wǎng)及四旁行道樹生物多樣性指數(shù)為1.241。李娟等人對南寧市城市森林結(jié)構(gòu)與特征研究也得出了類似的結(jié)論［15］。

4.2 城郊結(jié)合部地帶植被格局研究

大尺度下，該地帶的森林水平結(jié)構(gòu)也有很多學(xué)者進行了深入的研究。國內(nèi)的多數(shù)研究是從景觀生態(tài)學(xué)的角度展開。城鄉(xiāng)結(jié)合地帶的農(nóng)村居民地斑塊密度遠大于其他類型的斑塊密度，形成了農(nóng)村居民地、林地、旱地交織的城鄉(xiāng)交錯帶景觀。

城郊結(jié)合部城市森林的多樣性分布具有較好的空間結(jié)構(gòu)性，屬于中等強度空間相關(guān)特征［16］。荊玉平等人對長春凈月開發(fā)區(qū)進行了格局特征的研究，各向異性分析表明研究區(qū)內(nèi)的多樣性空間分布是各向同性的。運用地統(tǒng)計學(xué)的Kriging插值發(fā)現(xiàn)，多樣性空間分布的高值區(qū)主要分布于凈月開發(fā)區(qū)西北部，分析認為其主要原因是受城市總體規(guī)劃和地形因素的影響；同時發(fā)現(xiàn)主要公路兩側(cè)受到人為因素的干擾較大，使得土地利用的程度加劇，自然景觀受到較大的破壞。

4.3 城郊結(jié)合部地帶植被景觀演變和破碎化研究

城郊結(jié)合部的土地利用結(jié)構(gòu)、布局、功能等很多地帶特征方面具有獨特性、特殊的矛盾性，特殊的地理位置使得城郊結(jié)合部社會、經(jīng)濟等因素變得異常復(fù)雜，成為土地利用與管理的薄弱部位［17］。立足城郊結(jié)合部，高峻和宋永昌以福州市倉山區(qū)為實例，綜合運用定性、定量與GIS相結(jié)合的方法對城郊結(jié)合部的區(qū)域界定、土地利用地域空間結(jié)構(gòu)的劃分與土地利用特征、土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化與管理、城鎮(zhèn)建設(shè)用地管理、土地流轉(zhuǎn)與土地市場管理以及土地利用生態(tài)環(huán)境保護與可持續(xù)利用等10個方面進行了探討，預(yù)測城鄉(xiāng)結(jié)合部未來土地利用的動向。王永軍，李團勝，劉康等人研究了榆林地區(qū)位于農(nóng)牧交錯帶和城鄉(xiāng)交錯帶，這里生態(tài)系統(tǒng)脆弱。研究獲得了這類地帶的基本景觀特征［18］（如表1）。

表1 榆林地區(qū)景觀格局總體特征 ×104hm2，km

4.4 城郊結(jié)合部地帶植被土壤結(jié)構(gòu)的研究

城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被的土壤特性的空間變異或其他農(nóng)田特征變異定量化研究已經(jīng)逐漸成為了當前該研究領(lǐng)域的熱點。20世紀70年代以來，逐漸有很多研究從事了這個地帶上的土壤物理性質(zhì)、土壤鹽分的空間變異問題。隨著研究的深入，對土壤養(yǎng)分空間變異的地統(tǒng)計學(xué)研究也有了相關(guān)的進展，在較大尺度下，對土壤養(yǎng)分的時空變異進行對比的研究也有所增加；但是對于土地利用率高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量下降的城鄉(xiāng)交錯帶土壤養(yǎng)分的研究不多。

例如，葉道碧在長沙市城鄉(xiāng)交錯帶幾種林分類型土壤特性的研究中［19］發(fā)現(xiàn)：（1）土壤理化性質(zhì)指標垂直分布規(guī)律明顯，各林分內(nèi)化學(xué)性質(zhì)指標基本上隨土層深度增加而減小，且土壤養(yǎng)分含量基本上呈現(xiàn)混交林地大于純林林地。同一林分內(nèi)不同土層土壤容重差異不明顯，且基本上隨土層深度增加而增大；毛管孔隙度、總孔隙度和自然含水率基本上隨著土層深度增加而降低；非毛管孔隙度的垂直分布規(guī)律不明顯。（2）土壤酶活性均隨土層深度增加而降低。土壤酶活性可以作為城鄉(xiāng)交錯帶林地土壤肥力評價指標來應(yīng)用。（3）土壤全量養(yǎng)分的變化，會顯著地影響速效養(yǎng)分的供應(yīng)。

5 城鎮(zhèn)化的發(fā)展對城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶生態(tài)功能的影響

5.1 對調(diào)節(jié)氣候的影響

由于城市熱島效應(yīng)的作用，城市和周邊地區(qū)相比，氣溫明顯偏高。城鄉(xiāng)結(jié)合部植被的非特異性在一定的程度上對城市的氣候起到調(diào)節(jié)作用。

5.2 對固碳釋氧的影響

城鄉(xiāng)結(jié)合部的植被通過光合作用吸收空氣中的CO2，制造并釋放出O2，被稱之為第二塊“城市之肺”，是城市附屬性的會呼吸的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著城市的快速發(fā)展，城市外圍的植被已經(jīng)成為城市化進程中低碳化的重要因素。

5.3 對涵養(yǎng)水源的影響

城鄉(xiāng)結(jié)合部大量的植被特別是茂密的林冠可以截留降水，阻止雨水直接沖擊和侵蝕地表；植被可以減少地表徑流泥沙含量，而且對坡面徑流具有分散、阻滯和過濾等作用，防止水庫、湖泊淤積。龐大根系層對土壤有網(wǎng)結(jié)、固持作用，在合理布局情況下，還能吸收由林外進入林內(nèi)的坡面徑流并把泥沙沉積在林區(qū)。

6 城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被的社會服務(wù)功能

城市外圍植被的社會功能，多表現(xiàn)在美化城市環(huán)境、改變城市景觀布局、豐富科學(xué)知識、提高生活情趣和環(huán)境意識、促進文化教育發(fā)展和社會就業(yè)等功能。城市外圍植被的建設(shè)與發(fā)展有利于普及科學(xué)知識，提高文化素養(yǎng)，有助于推動生態(tài)環(huán)境教育，增強生態(tài)環(huán)境保護意識。而且城市外圍“四旁綠化”還有防災(zāi)減災(zāi)、改善水質(zhì)、保護生物多樣性等作用，以“四旁綠化”為主的城鄉(xiāng)綠色植物，是現(xiàn)代城市改善環(huán)境、保持生態(tài)平衡的生命線。

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