基于i-tree模型的濱河綠化帶生態效益分析
——以鄭州市如意運河北段景觀綠化帶為例

李 想，劉 利，劉秉濤

(華北水利水電大學 環境與市政工程學院，鄭州 450046)

隨著城市現代化的高速發展，人們對于城市濱河綠化帶的建設有了更高的要求，它既是一個城市的形象展示，也是城市呼吸的空間。城市濱水區域的綠化質量將直接關系市民的居住環境和生存質量，因此對城市濱水區進行生態評價具有重要意義。

城市濱水區是城市中特定的公共空間，是城市生態發展必不可少的部分。自18世紀工業革命起，城市濱水區的地位發生了翻天覆地的變化，從原生態的狀態逐漸成為工業化城市的中心區。然而城市濱水區在促進城市工業化發展的同時，也成為城市中環境衰落最快的區域。從 20 世紀 60年代起，人們逐漸意識到城市濱水區環境保護的問題，改造濱水區空間迫在眉睫[1]。國內學者對城市濱水區域的研究大多從景觀設計或空間策略研究出發，對城市濱水區植被的研究著重于景觀規劃及設計[2]，對生態效益的相關研究甚少。而生態效益的高低對人們生活質量的好壞及能否實現長遠發展有直接關系。因此，評估城市濱河綠化帶的生態效益有一定研究意義。

i-tree模型是目前國際較為常用的新型軟件，國外學者利用i-tree Eco模塊分別對英國、美國、泰國、法國等國家的城市進行了城市森林的結構及生態價值評估[3-4]。國內研究人員對i-tree模型的利用多集中于對行道樹的研究[5-6]，而對城市濱河景觀綠化帶的研究相對較少。

本文以i-tree Eco模塊為工具，結合實地調查，分析鄭州市如意運河北段景觀綠化帶的樹種結構及資源結構，從凈化空氣、固碳、截留雨水和產氧量等方面對該濱河景觀綠化帶區域進行生態評估。

1 研究方法

1.1 研究地概況

鄭州市地處河南省中北部，位于N34°16′-N34°58′和E112°42′-E114°13′之間，北臨黃河，西依嵩山，地勢西高東低，西部多山地丘陵，東部為平原。自然植被帶是溫帶闊葉林，植物資源較豐富。

鄭州氣候類型屬于暖溫帶半干旱大陸性季風氣候。多年平均氣溫約14.5℃，平均降雨量630 mm，無霜期209 d，多年平均日照時數為1 998.2 h。總體上，鄭州氣候條件較為穩定，未出現極端天氣，適合植物生長。

北龍湖位于鄭州鄭東新區北部，是鄭州市副CBD中心，如意運河屬人工開挖，與金水河、東風渠和北龍湖四水相連，形成鄭州如意湖水系景觀。本文以鄭州市如意運河北段的濱河綠化帶為研究對象，進行生態效益分析。見圖1。

圖1 如意運河北段地理位置

1.2 數據調研

本研究的數據采集包括兩個部分：①樣地基本信息：年空氣污染物數據、小時降雨量、土地利用類型等；②樹木基本信息：樹種、胸徑、冠缺失比例、健康狀況等。喬木的調查方式為普查，調查時間為2021 年 3月至2021 年 6月。

i-tree 模型包含6 個分析模型，是用來進行城市和社區林業分析和效益評估的工具。其中，i-tree Eco 模塊使用樹木測量數據、空氣污染數據及氣象數據等,來評估城市森林的結構特征和生態系統服務。i-tree Eco可以計算的參數包括：①結構和成分分析：樹種狀況和分布、葉面積和生物量、樹種重要性值；②功能分析：去除空氣污染物、碳封存和儲存、產氧效益、水文效應等[7]。

本文將鄭州市空氣污染物和降雨量等氣象數據錄入i-tree Eco模型，普查研究區域樹木胸徑、土地利用等信息。將軟件中各類生態效益價值按2020年年均匯率1美元=6.897 6元[8]轉化成人民幣，評估該區域樹木總效益，并加權平均計算每棵樹的生態價值。

2 樹木結構分析

2.1 樹種組成

通過調查數據分析得出，如意運河有喬木21個樹種，共2 880棵，分別屬于14科18屬，主要包括松科2種、木犀科2種、木蘭科3種、榆科2種、杉科1種、銀杏科1種。樹種主要為水杉、雪松、白蠟、櫸樹、銀杏、紅葉石楠、女貞、垂柳等。見圖2。

其中，水杉的數量最多，占到總樹種數量的38.72%；其次是雪松，占比10.56%；其他樹種均在10%以下。可以看出，研究區樹種不多，且樹種數量分布不均。水杉作為濱水區優勢樹種有著諸多優點，如具有一定耐寒性、耐水濕能力強、環境適應能力強等，水杉喜溫暖潮濕、不耐貧瘠干旱的特點也很適合種植在濱水區，因此將水杉作為優勢樹種能充分發揮其生態效益。

圖2 樹種數量占比圖

2.2 胸徑分析

將喬木胸徑分為9個徑級組，10個優勢樹種數量占總體樹木的93.96%。胸徑分布主要集中在10～30cm，數量占89.86%，且胸徑分布在10～20 cm較多，占比63.19%。其中，水杉的數量最多，其次為雪松。40 cm以上的樹木僅有2棵。從樹種來看，銀杏的胸徑最大，胸徑均在25 cm以上；白蠟和櫸樹的胸徑也相對較大，大多分布在20～30 cm之間；其余樹種的胸徑相對較小，大多分布在10～20 cm之間。從如意運河該河段的樹木徑級分布可以看出，樹木多數處于穩定生長階段，大部分樹木還未成長到成熟期，隨著樹木的生長，有待發揮更大的生態效益。見表1。

表1 如意運河各優勢樹種胸徑結構分布

續表1

3 樹木生態效益分析

3.1 凈化空氣效益

在本次模型計算中，根據以下價格計算污染去除值：CO價格為11.09元/kg、O3價格為 78.07元/kg、NO2價格為 78.07元/kg、SO2價格為19.11元/kg、PM2.5價格為52.12元/kg。據估計，該濱河區樹木每年可凈化625.14 kg空氣污染量，每年產生價值4.41萬元。其中，臭氧的吸附和沉積效果最好，年去除量為414.24 kg；其次為NO2，年去除量為109.14 kg，CO的污染去除效果最差。

在所調查的21個樹種中，白蠟的總去除污染物量最高，產生的效益也最高，每年產生8 491.03元的效益，占總效益的19%。單株效益最高的主要樹種為：銀杏(36.63元/株)、白玉蘭(32.89元/株)、白蠟(32.53元/株)。水杉的單株效益最低，僅5.23元。單株加權平均效益為15.3元，僅有烏桕、垂柳、秋焰槭、紅葉石楠、雪松和水杉6個樹種低于單株加權平均效益。見表2。

表2 各樹種的空氣污染效益表

3.2 碳的儲存和固碳效益

根據模型分析，研究區2 880棵樹木可儲存碳264.1 t，相當于效益值34.25萬元，見圖3。本文中碳價值的估算為：1 297元/t。在采樣的物種中，雪松的碳儲量最高，占28.28%；其次是白蠟(15.45%)、銀杏(8.33%)。不同樹種的單株效益也有所差異，廣玉蘭的單株效益最高，水杉的單株效益最少。主要樹種的碳儲量單株效益為：廣玉蘭(1 426.7元/株)、烏桕(342.78元/株)、雪松(318.7元/株)。單株加權平均效益為118.94元，櫸樹、雜交鵝掌楸、楓楊、油松、白皮松、樸樹和水杉的單株效益均未超過單株加權平均效益。

圖3 碳儲量及單株平均效益

圖4 總固碳量及單株平均效益

該濱河區樹木每年的總固碳量約為22.62 t，價值為2.93萬元，見圖4。雪松的碳封存量最多，占23.39%，產生的價值為6 861.13元；其次是白蠟(16.05%)；樸樹的碳封存量最低。從樹木的單株效益來看，廣玉蘭的單株碳封存效益最高，水杉最低。固碳效益較高的樹種為：廣玉蘭(241.85元/株)、烏桕(29.65元/株)、白玉蘭(25.94元/株)。單株加權平均效益為10.19元，除了楓楊、銀杏、油松、櫸樹、白皮松、樸樹和水杉，其余樹種單株效益均高于單株加權平均效益。

3.3 產氧效益

由于大氣中含氧量非常大且相對穩定,本文采用《森林生態系統服務功能評估規范》(GB/T 38582-2020)[9]中的推薦使用價格,即1 000元/t來計算產氧價值。該濱河區的樹木年產氧量約為 60.32 t，產氧總價值為60 320元。雪松年產氧量最高(14.11 t)；廣玉蘭(497.25元/株)、烏桕(60.95元/株)、白玉蘭(53.33元/株)單株效益較高；水杉價值最低，每株僅0.45元。

3.4 雨水截留效益

模型中截留雨水的估算價值為16.28元/m3。據估算，該濱河區的2 880棵樹木每年可減少徑流 893.51 m3，效益值為14 548.19元/a。白蠟的截留雨水效果最好(19.27%)，其次為銀杏(18.21%)。較高單株截留雨水效益的樹種為：銀杏(12.10元/株)、白玉蘭(10.86元/株)、白蠟(10.74 元/株)：水杉單株效益最小，僅為1.73元。見圖5。

圖5 樹木截留雨水量及單株平均效益

4 分析與討論

4.1 樹木結構

通過調查數據分析得出，該濱河區有喬木21個樹種，其中水杉的數量最多。水杉具有樹干通直、適應性強和耐水濕能力強等特點，是良好的固堤護岸樹種，用于固土護坡和營造防洪林有很好的優勢。雪松、白蠟、櫸樹和銀杏作為優勢樹種，不僅有很強的適應能力，還有很高的觀賞價值。但在21個樹種中有10個樹種的數量低于2%，不利于濱水區生態結構穩定性的維持。

從該濱河區徑級分布來看，胸徑主要集中在10～30 cm，占比89.86%。優勢樹種胸徑較大，其余樹種相對較小，大多分布在10～20 cm之間。因此，樹木多數處于穩定生長階段，大多數樹木還未成長到成熟期，隨著樹木的生長，有待發揮更大的生態效益。

4.2 生態效益

樹木的總碳儲量為264.1 t，效益值約342 537.70元。其中雪松的總碳儲量最多，其次是白蠟、銀杏、櫸樹，楓楊的碳儲量最少。廣玉蘭的單株效益最高。

每年產生效益14.82萬元。在年產生的效益中，產氧效益最高，占年總效益的40.69%；其次是凈化空氣效益，每年可凈化空氣4.41萬元，占比29.72%；固碳效益占19.78%；截留雨水效益最小，僅占9.81%。

經研究表明，不同樹種在發揮凈化空氣、碳封存、產氧量及截留雨水等方面的單株平均生態效益均有差異。在所采集的樹種中，白蠟總體產生的效益最高(圖6)，占總效益的17.23%；其次是雪松(16.35%)、銀杏(9.84%)、櫸樹(9.31%)；油松的總效益最低，僅占0.18%。從樹種對總體生態效益的影響來看，1 115株水杉的生態效益價值總量為12 378.5元，排名第五；而白蠟僅261株，產生的效益為25 676.84元，總體生態效益價值最高。由此可見，生態效益價值量的多少與樹種數量并不呈正相關，而是與樹種自身植物特性和生長時間有關，不同的樹種其生態效益價值存在著明顯的差異。

圖6 樹木年總效益及單株平均效益

從總體單株效益來看，廣玉蘭單株效益最高，價值為每年552.19元；其次是白玉蘭、烏桕、白蠟、懸鈴木。年加權平均效益值為51.48元，僅樸樹、油松、白皮松和水杉4個樹種未超過均值；水杉的加權平均效益最小，僅11.1元。此外，各樹種對不同方面生態效益的效果也有不同。廣玉蘭、烏桕、白玉蘭和雪松的碳儲存、碳封存和產氧能力較好；銀杏、白玉蘭、白蠟和櫸樹的凈化空氣和截留雨水效益較高；水杉的各種效益均為最低。在以后的濱河綠化帶樹種選擇中，可將生態效益較好的樹種綜合考慮種植，以發揮較好的濱水區的生態效益。

如意運河濱水區通過河湖和道路構建成一個生態回廊，實現了人與自然的生態和諧，本文就研究結果提出一些建議。在樹木結構方面，穩定中小徑級樹木生長的同時，需提高占比2%以下的樹種數量，提高生態結構的穩定性。此外，生態效益也有很大的提升空間。研究區以喜溫暖潮濕的水杉為優勢樹種，但考慮到水杉生態效益較低，可適當增加垂柳、楊樹等其他耐水濕的樹種，增加生態效益的同時，也增強了景觀豐富度。廣玉蘭、白玉蘭等樹種不僅有很高的生態效益，也具有較強景觀效果，應適量增加其數量，提高總生態效益。如意運河為人工開鑿河道，河道寬度較窄，長時間的河水及雨水沖刷易造成護坡損壞。因此，濱水區綠地的植被種植上不僅要選擇生態性強、美觀性強的植物，還需選擇能夠穩固土壤、根系發達的植物，以緩解河水、雨水對駁岸的侵蝕。

5 結 論

本文以調研如意運河北段綠化帶為基礎，利用 i-tree Eco 模型對該研究區的生態效益進行了評估分析。結果表明，樹木的碳儲量為264.1 t，產生的價值為34.25萬元。研究區內2 880棵樹木每年可產生效益 14.82萬元，其中產氧效益最高，占總效益的40.69%，其次是凈化空氣效益、固碳效益、截留雨水效益。白蠟的效益值占總效益的17.23%，占比最高；油松最低。廣玉蘭的單株效益最高，水杉最低。栽種生態效益較高的樹木可以更好地增加林業碳匯。