基于生態功能量分析的綠地改造案例*

關 賽 張明娟 陳 宇

南京農業大學園藝學院 南京 210095

基于生態功能量分析的綠地改造案例*

關 賽 張明娟 陳 宇

南京農業大學園藝學院 南京 210095

在生態功能量分析的基礎上對城市綠地進行合理改造，對于提升園林綠地的生態功能具有重要意義。文章以南京農業大學校園為例，在調查分析綠地的綠量、固碳釋氧、降溫增濕3方面生態指標的基礎上，對功能欠佳的典型區域提出了相應的植物優化改造方案。

綠地改造,綠量,生態功能量,南京

過度重視城市綠化景觀，忽略城市綠化的生態功能，是目前城市綠化普遍存在的問題。因此，在對城市綠地生態功能進行科學評估的基礎上，調整綠地的布局、結構和植物種類等，改善綠地生態功能，是當前中國城市綠化工作的迫切要求。雖然早在1998年，陳自新等[1-5]已經對城市綠地在常見樹種固碳釋氧等方面做了探索性研究。此后，針對各地區常見喬木、灌木、草本、攀緣植物等的生態功能都做了有關研究。但是這些研究主要是基于植物的生態功能，對成片綠地的綜合生態功能量研究較少。

本文提出以生態功能量為評價標準，依靠已有數據，對當代城市綠地進行優化改造。以南京農業大學校園為例，分析了校園綠化的綜合生態功能量，并就如何優化改造做了詳細分析。由于常見園林物種的各類生態功能指標測定尚不完善，本文只選取數據較為齊全的降溫增濕和固碳釋氧兩個指標進行探索性研究。

1 研究區概況

南京(31°14″—32°37″N，118°22″—119°14″E)位于長三角地區，為中緯度亞熱帶地區，年平均溫度15.4 ℃，其自然植被屬于北亞熱帶闊葉、常綠闊葉混交林帶。研究區域為南京農業大學主校區(不含教職工家屬區)，地處南京主城區東部。研究區面積約為410 000 m2，其中綠地面積128 625 m2。

2 研究方法

2.1 綠地調查

研究調查了南京農業大學主校區綠化情況。根據物種高度將植物分為喬木層、灌木層、地被(藤本)層及草坪層。對喬木層進行胸徑、冠幅、高度的調查，對灌木層進行地徑、蓬徑、高度的調查，對地被層、草坪層進行高度、面積的調查，并記錄生長狀況、配置方式等。此外，還專門選取代表性綠地10塊，計算了單位綠地面積綠量及生態功能量，并選擇功能量較低的綠地進行了詳細的綠化改造分析。

2.2 生態指標的選取與計算

2.2.1 綠量

綠量是綠地發揮生態功能的重要基礎，也是計算生態功能量的必要條件，因此研究首先計算了各植物的綠量。不同文獻計算植物生態功能量的方法各有差異，本文綠量及生態功能量計算方法主要參考郭雪艷[6]、薛仁龍[7]的研究,其中大部分物種計算模型參考郭雪艷(南京)、王麗勉等[8](上海)的研究，因研究數據不足，部分植物參考北京、河南等地的研究。對于文獻中尚未涉及的植物，則根據植物形態、種屬、個體大小等，取其近似種數值，或形態類似植物的綜合平均值[6-20]。在計算各植物生態功能指標的基礎上，迭加得出研究綠地的綜合生態功能量。其中，對喬灌木及地被(藤本)進行葉面積及葉體積總量計算，對草坪進行葉面積的計算，公式如下：

喬灌木：S=LAI×CA;V=LVI×CA

(1)

地被(藤本)：S=LAI×CA;V=CV×V1

(2)

草本：S=LAI×GA

(3)

公式(1)(2)(3)中，S為葉面積總量(m2)，LAI為葉面積指數，CA為樹冠面積(m2)，V為葉體積總量(10-3m3)，LVI為葉體積指數(10-3m3/m2)，CV為樹冠體積(m3),V1為單位體積葉體積(10-3m3/m3),GA為草坪面積(m2)。

2.2.2 固碳釋氧

研究表明，目前大部分城市的二氧化碳含量遠遠超過大氣正常含量3×10-4的指標，直接危害人們的健康，而植物光合作用成為緩解這種情況的重要辦法。植物固氮釋氧指標值及其與綠量的換算關系如下：

DO2=ZO2×S；DCO2=ZCO2×S

(4)

公式(4)中，DO2為每平方米單株植物釋氧量(g/d)，ZO2為釋氧標準指標[g/(d·m2)],DCO2為每平方米單株植物固碳量(g/d)，ZCO2為固碳標準指標[g/(d·m2)]，S為植物綠量(m2)。

2.2.3 降溫增濕

植物的降溫效應通過樹冠的遮蔽減少太陽的直接輻射和植物蒸散冷卻作用完成，而增濕作用則是通過植物的蒸騰作用完成，園林綠化對城市小氣候有明顯的改善作用。樣地氣候夏季炎熱冬天干燥，植物降溫增濕的效果尤其重要。植物降溫增濕指標值及其與綠量的換算關系如下：

DJW=ZJW×S;DZS=ZZS×S

(5)

公式(5)中，DJW為每平方米單株植物降溫量(℃/d)，ZJW為降溫標準指標[℃/(d·m2)]，DZS為每平方米單株植物增濕量(g/d)，ZZS為增濕標準指標[g/(d·m2)]，S為植物綠量(m2)。

3 結果與分析

3.1 綠地概況及植物組成

南京農業大學研究區內綠地類型以疏林草地為主，喬木共1 490株，平均高度9.1 m，冠幅5.2 m，胸徑30 cm；灌木共762株，平均高度2.1 m，蓬徑1.9 m；地被覆蓋面積16 516 m2；草坪覆蓋面積34 186 m2。攀緣植物較少，垂直綠化面積約500 m2；水體面積僅1 990 m2，水生植物覆蓋極少。在植物組成方面，共有55科、94屬，共計124個種(含種及種以下，下同)，其中鄉土植物27科41屬51種。常綠植物51種，喬灌木數量1 267株；落葉植物73種，喬灌木數量979株。常綠落葉樹種比約為5∶7，反映出研究區落葉樹種居多，常綠落葉數量比約為12∶7，即常綠樹種數量比落葉多，會影響到群落季相變化效果，但冬季景觀效果會相對較好。

3.2 總體生態指標分析

3.2.1 綠量

校園整體綠地的總綠量值(以葉面積量代表綠量值)為120.4 hm2。其中，喬木綠量占總綠量的62.2%；由于覆蓋面積廣大，草坪類也貢獻了25.1%的綠量；地被(藤本)類占10.7%；灌木綠量僅占2.0%。從各物種綠量來看，喬木類中香樟、蜀儈、二球懸鈴木等植物單株綠量較高；灌木類中桂花、海桐單株綠量較高；地被類中紅花檵木、細葉麥冬單位面積綠量較高；草坪類中馬尼拉單位面積綠量最高。

3.2.2 固碳釋氧

植物通過光合作用發揮固碳釋氧的功能,對改善城市空氣質量、實現城市生態系統良性循環具有重要意義[21]。研究區總固碳量約為9.9 t,總釋氧量約為7.6 t，其中固碳釋氧量最高的喬木類植物占總固碳量的68.6%，總釋氧量的76.2%。

3.2.3 降溫增濕

研究區總降溫量約276 404 ℃，總增濕量約1 758.9 t(相應草坪植物降溫增濕指標暫缺)。以研究區面積為410 000 m2計算，校園綠化每天降溫0.7 ℃/m2，增濕4 289.9 g，能有效緩解校園內的熱島效應及干島效應。喬木類降溫增濕效果最為顯著，占總降溫量的87.3%，總增濕量的88.0%。

4 典型綠地生態功能量及改造思路

研究計算了校園整體及10個典型綠地單位綠地面積綠量及生態功能量(表1)，選取生態效率偏低的綜合樓、逸夫樓、蓮塘水榭及食堂游園4個區域，并探討了相應改造方法，改造前后生態指標值對比如表2(生態功能量計算以研究區植物調查數據為參考)。

表1 校園整體及典型綠地單位綠地面積生態指標值

表2 綠地改造前后單位綠地面積生態指標值對比

注：改造后數值由下劃線標記。

4.1 綜合樓

綜合樓面積共計9 500 m2，綠地面積6 003 m2。在物種組成上，植物有23科、40屬，共計42種。喬木64株,灌木86株,地被覆蓋面積3 054 m2,草坪面積2 172 m2。雖然單位面積綠量比整體水平高，但生態效率偏低，建議補種生態效率較高的物種，例如喬木喜樹、圓柏、雪松，灌木海桐、桂花，地被海桐、紅葉石楠等，將剪股穎草坪更換為馬尼拉。方案共增加喜樹4株(冠幅7 m，胸徑35 cm)，黃山欒樹3株(冠幅5 m，胸徑20 cm)，圓柏10株(冠幅3 m，胸徑9 cm)，衛矛2株(蓬徑2 m，高度2.5 m)，海桐球4株(蓬徑1.5 m，高度1.6 m)，紅葉石楠球4株(蓬徑1 m，高度0.8 m)，將草坪更換為馬尼拉草坪(2 172 m2)，改造后景觀效果更加豐富，生態功能量顯著增加。

4.2 逸夫樓主入口綠地

逸夫樓面積共計16 358 m2，綠地面積7 676 m2，生態效率較低。在物種組成上，植物有23科、40屬，共計42種。喬木56株，灌木115株，地被覆蓋面積3 054 m2，草坪面積2 172 m2。逸夫樓作為主入口綠地，為了突出氣勢宏大、嚴謹規整的大學氛圍，景觀格局以大面積草坪為主，道路旁僅配置綠籬及兩排小型香樟樹(冠幅4.5 m，胸徑20 cm)，造成綠地整體生態效率偏低，因此建議將草坪替換成觀賞效果更佳、層次變化豐富的綠籬。以大葉黃楊、側柏、紅花檵木3種植物組成的綠籬為例(每種面積724 m2，共計2 172 m2)，替換后綜合生態功能量超過原來的2倍，改造效果十分顯著。

4.3 蓮塘水榭

蓮塘水榭面積共計3 597 m2，其中水體面積865 m2，綠地面積1 773 m2。在物種組成上，植物有11科、15屬，共計17種，喬木25株，灌木88株，地被覆蓋面積193 m2，而水體沒有綠化覆蓋。喬灌木規格低于平均值，這是因為喬木多為雞爪槭、紫葉李等小喬木，主要灌木桂花因為靠近教職工食堂排風口，長勢不佳。蓮塘水榭作為休閑綠地，建議在水體中增加植物，豐富植物層次，將原來雜草地面替換為馬尼拉草坪，在單一的細葉麥冬上叢植木槿、梔子，并增加紫葉李等，增加單株生態功能量較高的植物如圓柏、廣玉蘭等。方案共增加了5株圓柏(冠幅4 m，胸徑13 cm)，2株桂花(蓬徑3.5 m，高度3 m)，6株木槿(蓬徑2.5 m，高度3.5 m)，5株梔子(蓬徑2 m，高度2.5 m)，140 m2水生植物(暫缺水生植物指標)，替換340 m2馬尼拉草坪，改造后可達到綜合生態功能量翻倍的效果。

4.4 食堂游園

食堂游園面積共計2 005.5 m2，其中綠地面積1 513.9 m2，各項生態指標都偏低。在物種組成上，植物有6科、9屬，共計11種，喬木42株，灌木23株。食堂游園為自然式小游園風格，缺點較多，如草坪因管理不善已被雜草替代，植物層次較為單一等。建議豐富植物層次，將單一的小喬木雜草結構改造為豐富的喬灌草復式結構，喬木層可增加單株生態功能量較高的圓柏、蜀儈和廣玉蘭等植物，灌木、地被層可增加海桐、大葉黃楊和構骨等植物，同時重視植物的養護管理工作。方案共增加黃山欒樹6株(冠幅5 m，胸徑20 cm)，蜀儈7株(冠幅5 m，胸徑22 cm)，龍爪槐3株(冠幅2 m，胸徑5 cm)，金葉女貞籬600 m2(高度0.6 m)，高羊茅草坪2 000 m2，改造后生態功能量大大提升，效果顯著。

5 結語

當前城市生態建設的重要目標是提高城市綠地的生態功能。本文綜合前人對各種常見植物綠量、固碳釋氧、降溫增濕等生態指標的研究成果，探索了測定綠地生態功能量并進行改造的方法，得出以下結論：1)不同植物生態功能量差別較大，規劃前必須考慮生態效益值，在綠地中少量添加生態效率較高的植物可以顯著提高綠地生態效益；2)由于不同研究者對各物種生態功能的研究結果不同，可比性較差，今后應按統一實驗方法和統一標準以便增加可比性。此外，各類生態功能指標測定尚需完善。

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[4]陳自新,蘇雪痕,劉少宗，等.北京城市園林綠化生態效益的研究(4)[J].中國園林,1998,14(4):46-49.

[5]陳自新,蘇雪痕,劉少宗，等.北京城市園林綠化生態效益的研究(5)[J].中國園林,1998,14(5):57-60.

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A Case of Transformation of Green Space Based on Ecological Functions Analysis

Guan Sai Zhang Mingjuan Chen Yu

(College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, Jiangsu, China)

The rational transformation of urban green spaces on the basis of ecological functions analysis is of important value for enhancing the ecological functions of landscapes. The paper investigated and analyzed the ecological indicators such as green quantity, oxygen releasing and carbon sequestration, temperature cooling and humidity increase in Nanjing Agriculture University. Based on the analyses, the corresponding plant optimization plan was proposed for the typical area with poor ecological functions value.

transformation of green space, green quantity, ecological function value, Nanjing

2016-08-18

國家自然科學基金項目：特大型城市中公園綠地的生態用地效率研究——以南京市為例(31200530)

關賽(1994-)女，碩士，研究方向為綠地環境。E-mail: seiner29@hotmail.com

張明娟(1979-)，女,博士,副教授,研究方向為植物與景觀生態學。E-mail:zhang-mj@njau.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.01.006