高密度建成區城市綠地生態效能研究進展

張莉

（上海市城市規劃設計研究院 200040）

高密度建成區城市綠地生態效能研究進展

張莉

（上海市城市規劃設計研究院 200040）

隨著高密度建成地區成為中國城市的主要特征之一，這種空間特征給城市帶來了種種環境問題，使得城市綠地生態效能的研究逐漸得到人們的重視，成為諸多學科的研究熱點。基于貨幣、數量模型、綠地結構三個方面論述了高密度地區城市綠地生態效能系統梳理了國內外生態效能的研究方法及研究進展，為未來深入研究城市生態效能分提供了充分的理論依據。

高密度建成區；城市綠地；生態效能；研究進展

毋庸置疑，高密度人居環境已經成為中國城市的主要特征之一，特大城市在成為國家經濟增長引擎的同時，由于高密度地區以建筑密度高、人口密度高、土地資源緊張為特征，因此公共開敞空間匱乏、人口密集、道路擁堵、生態環境品質下降等問題也十分突出，協調綠色空間的保護與城市發展是高密度城市發展面臨的難題之一。因此，探尋如何提升城市綠地的生態效能，已成為未來綠地系統發展所面臨的一個不可回避問題。

1 概念界定

1.1 高密度建成區

目前關于高密度建成區尚無統一界定，在本研究中，高密度建成區是指城鎮建設用地范圍內建設強度較大、建筑集中成片分布，建筑密度較高、人口密集的地區。在空間上主要表現為：整體土地開發程度高、強度大，建筑密度大、聚集度高，以多層和高層為主；由外側向內土地利用類型多樣性降低，以公共服務用地、商業用地、居住用地等為主，綠地、工業用地用地相對較少。

1.2 生態效能

城市綠地的生態效能是指綠地系統為維持城市人類活動和居民身心健康提供物質產品、環境資源、生態公益和美學價值的能力[1]，它包括綠地生態系統中生命系統效益、環境系統效益、生命系統與環境系統相統一的綜合效益。目前，對于城市綠地效能評價的研究很多，除風景園林與城鄉規劃外，植物學、生態學等學科均有涉足，其研究方法呈現出從單一的指標法向以貨幣替代、數量模型等為代表的系統性方法轉變的趨勢。

2 生態效能研究進展

2.1 基于貨幣價值的城市綠地生態效能研究

以貨幣價值換算作為度量城市綠地生態功能的方法，其常的研究思路是首先求出綠地的生態補償量，再選擇標準進行貨幣轉化。該方法可分為兩大類：直接評估法、間接評估法。直接評估法以重置成本法、機會成本法等代表，是以市場現行價格作為價格標準，用貨幣的形式直觀地表示研究片區的生態效能的大小；間接評估法包括防護支出法、影子工程法等方法，其原理是以替代物的市場價格來衡量研究對象的價值。研究方法方面主要有：空氣污染物清潔、水土保持、碳儲存與碳消減量等幾種（圖1）。

圖1 城市綠地主要生態效能

（1）維持碳氧平衡。早在20世紀80年代，研究人員通過實證研究發現，綠化覆蓋率與CO2呈負相關[2，5]。城市綠地維持碳氧平衡的過程可分為固碳和釋氧兩個過程，其中釋氧價值主要由工業制氧法和造林成本法計算（表1），兩者的主要區別是造林成本法通常用于森林及林場的維持碳氧平衡服務價值計算[3]，而工業制氧法主要用于人工綠地。

（2）吸收有害氣體。SO2、NOx以及可吸入顆粒是大氣污染的主要成分，而大部分植物都具有吸收SO2、NOx等有害氣體的能力。例如賈風勤等通過研究發現，NOx吸收能力同植被群落層級密切相關[5]。另外，舊金山的相關實證研究發現，1.1×108棵林木每天吸收的NO2可減少合成0.6%的臭氧，從而間接減緩了大氣臭氧空洞的擴大[6]。目前，城市綠地在吸收有害氣體方法的評價方法有人力資本法、替代成本法。

表1 碳氧平衡常用方法

（3）滯塵降塵。城市綠地的滯塵量與綠地垂直結構密切相關，研究表明具有“喬－灌－草”結構的復合型綠地具有相對較好的滯塵作用，因此，可以通過調整綠地種植結構改善綠地的滯塵效益。進行價格評估時，通常采用替代費用法，在現有實證研究中，不同植物對于SO2、粉塵的吸收能力及治理費用多引自《中國生物多樣性國情研究報告》，NOx治理費用的數據來自工業脫氮的運行費用。

（4）蓄水保水。城市綠地在蓄水保水方法的作用主要表現在截留降水、蒸騰、增強土壤下滲、抑制蒸發等方面，且不同種植結構的城市綠地蓄水保水能力不同，針闊混交林的喬、灌、草結構的綠地類型在涵養水源的效益優于單樹種單層次結構的森林。測算方法主要有土壤蓄水估算法、水量平衡法、地下徑流增長法等，其中較為廣泛使用的是水平衡法，既用建造水壩的成本或居民用水成本來衡量蓄水價值，例如在考慮蒸發量后，荊克晶等[7]對長春市城市綠地儲水保水方面的價值進行了估算。

（5）調節氣候。近年來，國內外就城市綠地降溫效應展開了多尺度的研究。在微觀尺度上，基于植物蒸騰理論，研究植物單體在降溫方面的特點及測算不同群落結構的降溫效應差異，如張文豹等通過對城市綠地空間中不同配置模式的比較后發現，喬灌草群落的綜合降溫效應優于灌草、草坪群落[8]；在中尺度上，基于3S技術研究發現城市綠地降溫效用與喬灌蓋度、最大斑塊面積呈正相關[9]，同植被豐富度或者植被指數存在負相關[10]。替代費用法同樣廣泛使用在評價城市綠地在調節氣候，例如，王恩和等[11]利用替代費用法估算西湖風景區在調節氣候方面的價值；張彪[12]等通過實測研究結合替代費用法估算了北京城市綠地在調節氣候方面的價值。

由于我國在城市綠地生態效能貨幣化評價方法尚無統一標準，因此容易造成在不同研究中，數據統計口徑與計量標準存在差異，這給不同實證研究的橫向比較帶來一定的困難。此外，有些研究忽略了森林生態效能同城市綠地生態效能的差別，直接將森林綠地的相關數據用在城市綠地生態價值評價上，使城市綠地生態效能被過分高估[4]；有一些研究忽視了城市綠地效能在地域方面的差別，同樣會導致研究成果的誤差。

2.2 基于數量模型的生態效能研究

20世紀末，隨著“3S”技術的發展，學者們逐步將目光投向基于數量模型的城市綠地效能評價，在此領域運用最廣的模型是美國森林協會（American Forests Mission）推出的城市生態環境分析軟件——CITY green。該軟件的分析功能包括碳儲存及碳消減、水土保持、大氣污染物清除等幾個方面。目前，CITYgreen模型在發達國家（尤其是美國）得到了廣泛的應用，美國林業采用該軟件對包括California、Washington、Columbia[13]在內的 200多個城市進行生態分析，為當地居民及政府提供了重要的城市規劃建議及決策依據。

表2 CITY green各分析模塊

何興元于1993年首次將CITY green模型引入我國，目前已逐漸推廣至城市綠地的研究領域。就研究內容而言，基本上涵蓋了固碳效應、生態服務價值、減少暴雨徑流、節能等方面。就研究視角而言，研究者普遍從土地使用情況出發，分析不同時空格局下的城市生態效能變化情況，例如張侃等[14]以杭州市為例探究了城市綠地生態效能同土地利用變化間的關系。也有一些研究者從橫向比較入手，不同研究對象的生態效能大小，例如王煥然等[15]從大中小三個尺度并結合時間變化，探究了不同時空背景下的城市綠地效能變化。

除CITYgreen外，還有諸如美國的CTLA法、新西蘭的STEM法、西班牙的Norman Granda方法等一系列評價模型。在實證研究方面，同樣成果頗豐：Brack[16]利用城市樹木資源管理軟件——DISMUT，預測城市綠地系統價值及其在碳減排方面的潛力；Shashus-Bar[17]將統計學方法和“Green CTTC”模型相結合，評價綠化樹種的降溫效益；段曉峰等利用線性函數構建多目標模型分析評價北京近郊城市綠地效能，并利用LING08.0對未來的發展趨勢作以預測[18]；鄧毅等[19]分析了基于權重的生態性評估體系的缺陷，進而建立了以ULEE（城市景觀生態效率）為核心指標、EF（生態足跡）為統一度量的非權重法評估的理想模型。

2.3 基于綠地結構的城市綠地生態效能研究

（1）垂直景觀結構影響

城市綠地的垂直結構主要指從城市綠化（喬灌草）及其配置方式角度分析綠地結構及組成。通過實測研究發現，具有“喬—灌—草”復合結構的植被群落對于緩解熱島效應要明顯優于其他結構的綠地，此外植物群落的平均葉面積指數、郁閉度與降溫效應能力顯著相關。對上海市浦東新區城市綠地在凈化空氣方面的研究[20]中發現，不同綠地結構對吸收空氣中的SO2、NO2和O3效應的大小有顯著的影響，其中郁閉度、綠量密度同凈化作用呈正相關。此外，在綠地滯塵效應方面的研究發現，不同生活型植物的滯塵能力取決于所構成植物的生理特性及其葉面積綠量，例如，葉面粗糙、多絨毛、多分泌物的植物滯塵能力較強[21]。此外，植物群落結構對綠地滯塵產生巨大的影響。具有“喬－灌－草”立體結構的綠地類型滯塵效果要優于結構單一的草坪[22]。

（2）水平景觀結構影響

城市綠地的水平景觀結構主要指以“斑塊-廊道-基質”為代表的景觀格局。相關研究表明，綠地結構決定綠地效能，特別是當綠化覆蓋率小于40%時，綠地系統的內部結構和空間布局狀況對于綠地總體生態效益的發揮更為重要，這對普遍存在的高密度人居環境有著極大的現實意義。

在景觀格局對城市綠地生態效能的影響方面，“景觀格局-生態效能”相互關系、景觀格局動態演變對于生態效能的影響是研究熱點。研究者發現，城市綠地覆蓋程度、平均斑塊大小、植被豐富度同城市熱島效應呈負相關；例如周志翔等[23]以宜昌市為例，探究了不同綠地景觀格局對生態效能的不同影響，并指出大面積、均勻化的綠地斑塊及廊道對于提升城市綠地生態效能有著重要的意義。在景觀格局動態演變對于生態效能的影響方面，主要集中在城市化進程對于綠地生態服務價值的影響，例如有研究顯示，隨著城市化進程的推進，鄉土植物多樣性在“遠郊農區-城郊-城區”-線呈現出梯度性下降的趨勢，城市內部的生物多樣性受到了嚴重影響，但由于外來物種的大量引入，使得總體植物多樣性不降反升[24]。

集合現有研究成果，城市綠地的景觀格局影響著綠地的各項效能的有效發揮，并在一定程度上決定著綠地的效能，與此同時，景觀格局的發展又受到綠地效能的影響，然而目前的研究過多關注于格局對效能的影響而在效能或系統功能對系統格局的反作用方面研究還尤為不足。

3 小結

近些年，關于城市綠地生態效能方面的研究發展迅速，研究內容主要集中在技術和方法層面，已基本形成比較系統的理論體系和技術方法。城市綠地的生態效能的具體評價方法既有實地測量、貨幣等傳統方法，也有基于數量模型的系統分析方法，這些方法各有側重，且對不同研究內容的綠地生態效能評價各有側重，未來在加強相關技術創新的同時，將新技術應用到城市綠地的實際建設中，實現城市綠地生態景觀效能的最大化。

[1]王洪威，等.城市綠地系統生態服務效能評價及優化研究——以淮安生態新城為例.環境科學學報，2012（04）：1018～1024.

[2]馮采芹，王兆荃.綠化在城市碳氧平衡中的作用.環境工程，1987（04）：60～65.

[3]張緒良，等.青島市城市綠地生態系統的環境凈化服務價值.生態學報，2011（09）：2576～2584.

[4]柳云龍，等.上海城市綠地凈化服務功能及其價值評估.中國人口·資源與環境，2009（5）：28～32.

[5]賈風勤.不同綠地配置對空氣污染物的消減效果——以伊寧市為例.伊犁師范學院學報（自然科學版），2010（01）：42～45.

[6]J，N.D.Institutionalizing urban forestry as a“biotech－nology”to improve environmental quality.Urban Forestry and Urban Greening，2005（5）：93～100.

[7]荊克晶，鞠美庭.對長春市綠地生態系統服務價值的探討分析.南開大學學報（自然科學版），2005（06）：13～17.

[8]張文豹，徐 敏，張小茜.城市綠地空間3種配置模式降溫增濕效應比較.江蘇林業科技，2011（06）：22～25.

[9]高凱，秦俊，胡永紅.上海城市居住區綠化緩解熱島效應研究進展.中國園林，2010（12）：12～15.

[10]Gallo，P.and D.Tarpley，The comparison of vegetation index and surface temperature composites for urban heat-island analysis.International Journal of RemoteSensing，1996，17：3071～3076.

[11]王恩，等.杭州西湖風景區綠地貨幣化生態效益評價研究.西北林學院學報，2011（1）：209～213.

[12]張彪，等.北京城市綠地的蒸騰降溫功能及其經濟價值評估.生態學報，2012（24）：7698～7705.

[13]American Forests，Regional Ecosystem Analysis for the Willamette/Lower Columbia Region of Northwestern Oregon and Southwestern Washington State：Calculating the Value of Nature.2001，American Forests：USA.

[14]張侃，等.基于土地利用變化的杭州市綠地生態服務價值CITYgreen模型評價.應用生態學報，2006（10）：1918～1922.

[15]凌煥然，等.近二十年來上海不同城市空間尺度綠地的生態效益.生態學報，2011（19）：5607～5615.

[16]Brack，C.L，Pollution mitigation and carbon sequestration by an urban forest.Environmental Pollution，2002.116，Supplement 1：p.S195～S200.

[17]Shashua-Bar，L.and M.E.Hoffman，Quantitative evaluation of passive cooling of the UCL microclimate in hot regions in summer，case study：urban streets and courtyards with trees.Building and Environment，2004，39（9）：1087～1099.

[18]段曉峰，許學工.北京城近郊區園林綠地多目標規劃.城市環境與城市生態，2007（3）：24～27.

[19]鄧毅，蔡凌，李希琳.基于非權重方法的城市景觀規劃設計生態性評估研究.中國園林，2010（10）：33～37.

[20]鄒曉東.城市綠地系統的空氣凈化效應研究.上海交通大學，2007.

[21]康博文，等.陜西20種主要綠化樹種滯塵能力的研究.陜西林業科技，2003（04）：54～56.

[22]Baker，W.L.A review of models of landscape change.Landscape ecology，1989，2（2）：111～133.

[23]周志翔，等.城市綠地空間格局及其環境效應——以宜昌市中心城區為例.生態學報，2004（2）：186～192.

[24]宋艷暾，等.城市化對綠地植物組成特征的影響——以深圳為例.生態環境學報，2010（03）：615～620.

S731

A

1005-7897（2017）12-0031-03

2017-6-11