吳澤民 王嘉楠

問題討論

應對氣候變化
——城市森林樹種選擇思考

吳澤民 王嘉楠

安徽農業(yè)大學林學與園林學院 合肥 230036

當今我們依然缺乏氣候變化對城市樹木影響的知識,很少將氣候變暖的科學預測和城市森林研究相結合,對城市森林樹種的科學認識不足。作者提出需理性地理解樹種規(guī)劃和樹種選擇的關系、鄉(xiāng)土樹種和外來樹種的關系、樹種豐富度和均勻度的關系、行道樹單一性栽植和多樹種栽植的關系、樹木生長動態(tài)和立地的關系、樹木生長和氣候變化的關系、樹種選擇和群落配植的關系,需要通過科學研究提出一個具有前瞻性的城市樹種名單,建立更合理的樹種選擇模式來應對城市環(huán)境和未來的環(huán)境變化。

氣候變化,城市森林,樹種,樹種選擇

2014年IPCC報告指出,氣候變暖是全球氣候變化的主要特征,引起海平面上升、極端災害性氣候頻發(fā)、生物多樣性減少等一系列問題,已經并將持續(xù)對自然和人類系統(tǒng)產生重大影響,并將城市列入了氣候變化風險的主要區(qū)域。一系列與氣候變化相關的風險因子,如臺風、風暴潮、高溫熱浪、極端降水、內陸和沿海洪水、干旱等對城市已經并將繼續(xù)構成嚴重風險,許多風險因子發(fā)生的強度和頻率呈現增加的趨勢。而最近提出的適應氣候變化的城市規(guī)劃理論指出,綠色基礎設施同城市道路、給排水等基礎設施一樣,對適應氣候變化至關重要[1]。

減緩全球氣候變暖途徑有:通過降低能源消耗來減少向大氣排放溫室氣體,提高從大氣中吸收和除去溫室氣體的能力。綠色植物兼有這兩方面的功能,森林則是綠色植物中功能最強者,而城市森林的作用不容忽視。城市森林不僅對改善城市生態(tài)環(huán)境、增進居民身心健康、提高城市經濟活力起關鍵作用,在緩和溫室效應、減緩氣候變暖方面也有重要作用。據Nowak估算:美國的城市森林(市區(qū)范圍)吸收C02的量相當于全國森林的8%,因此必須構建和維護一個結構穩(wěn)定、健康生長的城市森林生態(tài)系統(tǒng),其基礎是樹木正常生長、保持健康、延長壽命、增強功能[2]。

1 氣候變暖對城市森林的影響

氣候變暖將影響地球上幾乎所有物種的時空動態(tài)、種間關系及其對環(huán)境的適應能力。對城市森林樹木的影響極為明顯,主要包括:樹種分布發(fā)生變化,樹木生長(物候)受到影響,樹木生長減緩,壽命變短、而管護更新的投入增加,影響以樹木為寄主的病蟲害種群動態(tài)及其危害能力,災害性氣象導致對樹木的損傷,一些樹種會失去原有的生長環(huán)境而最終消失。具體表現為:

1)城市植物區(qū)系變化加速。相對于自然環(huán)境,城市植物區(qū)系的變化更快,這是自然因素和人為活動疊加的結果,主要是引種導致的外來樹種增加迅速。據北京市2003年統(tǒng)計,6~8年引種植物128種,1990年約有園林植物359種,到2009年增至615種傳統(tǒng)應用的竹類只有2種,現在增至50余種。氣候暖會導致管理者對極端低溫失去警惕,忽略可能出現新的環(huán)境脅迫問題,從而非理性地擴大樹種選擇范圍,不斷擴大的引種導致城市外來植物增多。

2)城市樹木光合作用下降、生長量降低。主要是氣溫升高本身造成的影響,而病蟲害是部分原因,可導致成年樹木吸收CO2量減少12%左右,可能會過高評價城市樹木吸收CO2的功能[3]

3)影響樹木的物候。氣候變暖樹木展葉和開花提前、生長期延長。據阿諾德樹木園的研究, 1980—2002年樹木開花時間較1900—1920年早了8 d。徐文鐸預測,平均氣溫上升1℃,沈陽城市樹木開花提前5 d[4]。據作者觀察,從20世紀的60年代至今,合肥市中心紫荊開花至少提前了10 d,懸鈴木落葉推遲了15 d。

4)現在的城市樹種不能適應未來氣候條件。Mcbride根據氣候模型預測,在加州中部城市,至2100年現在常用樹種的90%將不再適應。

2 我國城市森林樹種的基本情況

目前我國城市森林樹種的豐富度總體上來說還是比較高的,在引種馴化、選種育苗方面都取得了很大成就,各城市都可列出一個長長的樹種名單[5]。但有幾個問題需要注意:

1)城市樹木種群結構不夠合理。在多數城市中,僅少數幾個樹種成為城市森林的主體,如北京,國槐、銀杏、毛白楊、加楊、小葉楊、旱柳、垂柳、刺槐等占了落葉喬木總量的53%合肥市中心,女貞、香樟、紅葉李、廣玉蘭、二球懸鈴木、國槐等10種闊葉樹,占了整個闊葉樹木的81.9%[6]。

2)城市森林樹種的趨同性明顯。有人評說我國的城市“千城一面”,這不僅表現在建筑,城市綠化也是如此,綠化模式雷同、樹種選擇相似。據史琰對我國21個城市的研究,在建成區(qū)中按重要值排在前三位的,香樟、大葉榕、小葉榕、懸鈴木、國槐、銀杏、榆樹、楓香、白蠟、加楊、水杉、側柏等17個優(yōu)勢樹種的數量,占全部樹木的30%~60%[7]。

3)所謂“流行”。城市綠化常常會追逐“流行”,譬如對色彩樹種、低緯度樹種的“情有獨鐘”,對棕櫚科樹種的追風等等,導致過于依賴引種。結果是,許多傳統(tǒng)的優(yōu)良樹種卻不再應用。20世紀50年代上海的傳統(tǒng)綠化樹種,如榧、刺楸、肥皂莢、上海黃檀等都已很少應用,或已消失。

4)城市樹種更替較快。造成這個結果的原因很多,如城市改造、城市立地條件導致樹木死亡率高、選擇了不適合的樹種必須更新等等。因此,有的城市同一條街道的行道樹在幾年中竟發(fā)生多次變化。

5)苗木需求與供給側脫節(jié)。苗圃業(yè)者常常培育周期短、開發(fā)容易、流行的樹種,結果設計者希望選用的鄉(xiāng)土樹種、珍稀樹種常常無苗木來源。

3 城市樹種規(guī)劃、選擇研究的簡單回顧

我國城市樹種的選擇與規(guī)劃很早就為業(yè)界所重視,早在20世紀30年代,造園學家陳植在鎮(zhèn)江伯先公園計劃中(1931年)就列出了可種植的樹種名錄,毫不夸張地說這份名單還要優(yōu)于今天的許多樹種規(guī)劃。另外如范肖巖的造園法(1935年),莫朝豪之園林計劃(1937年)等都有樹種規(guī)劃。50年代,吳中倫先生最早提出園林樹種選擇和規(guī)劃問題, 1979年中國園藝學會開展城市園林樹種探討,建設部組織了“城市園林樹種調查、引種和選種”的研究80年代,吳中倫提出了“一個城市樹種規(guī)劃的宏觀方向及研究背景”90年代陳有民主持完成“中國城市園林一樹種一區(qū)域規(guī)劃”,又在2006年完成了?中國園林綠化樹種區(qū)域規(guī)劃?現在有許多學者將城市綠化樹種選擇提高到戰(zhàn)略問題對待,指出城市樹種選擇是影響整個城市設計的大問題[8]。據文獻記載,至2013年全國至少有113個城市已完成樹種規(guī)劃研究,但作者檢索了近期發(fā)表關于樹種選擇的1 000余篇文章,只有2篇明確涉及考慮氣候變化的影響,可見對于氣候變化與樹種選擇的關系還沒有受到真正關注。

4 樹種選擇的思考

城市環(huán)境本來就有它的特殊性,其氣候、土壤、植被都不同于原生環(huán)境,還由于城市空間格局的人為性,導致立地復雜、生境多樣,城市樹木更易受到各種環(huán)境脅迫和人為活動的影響,因此城市森林構建時的樹種選擇、配植以及后續(xù)管理和養(yǎng)護,一直是城市林業(yè)的主要內容之一。

樹種選擇首先考慮立地因子,包括環(huán)境因素和種植限制因素,也必須分析能否適應今后有變化的環(huán)境另外還有經濟和社會服務及功能方面的考量。在城市樹種選擇上有幾個問題需要我們思考。

1)樹種規(guī)劃與樹種選擇。一般情況下樹種規(guī)劃是較大尺度范圍的,如一個城市、一個公園、一個小區(qū),都可有樹種規(guī)劃,但這只是提供了在相應尺度下可供選擇的樹種名單,并不等于這些樹種都能適應某一個具體的立地環(huán)境。而選擇樹種即是針對具體立地而言的小尺度活動,必須考慮立地環(huán)境、適應性,空間、景觀和功能要求等等因素。目前,我們更多關注樹木本身特點,而對與周圍環(huán)境的協(xié)調性或適應性缺乏研究,特別是對于樹木生長動態(tài)與生長空間,及相伴植物的競爭關系較少考慮。當然,樹種選擇首先必須遵循“適地適樹”原則,然而“地”和“樹”之間的平衡是相對的、動態(tài)的,應貫穿于樹木整個生長過程。在城市綠化中還有一種說法叫“改地適樹”,那是需要采用各種措施使樹木生長與立地環(huán)境達到平衡,其作用是不應被過度夸大的。

2)基調樹種和樹種豐富度及優(yōu)勢度。按現在的城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃要求,樹種規(guī)劃一般提出基調樹種4~6種、骨干樹種20余種、其他一般樹種。這個規(guī)劃模式對城市樹種選擇的影響極大。筆者一直在思考何謂“基調樹種”、是否有必要提“基調樹種”,拿景觀生態(tài)學來理解,基調應是基質、背景,是面積占50%以上的主體部分。如是,即使一個城市的綠化樹種有幾百種,樹種的豐富度是提高了,但實際種植的主要是“基調樹種”或“骨干樹種”,反復種植少數幾個樹種,樹種均勻度就低了。這不是真正意義上的生物多樣性,顯然是不符合現在大力提倡的生物多樣性保護戰(zhàn)略。

3)鄉(xiāng)土樹種和外來樹種。鄉(xiāng)土樹種最適合當地氣候土壤環(huán)境,因此我們強調應多用鄉(xiāng)土樹種。但國內外的研究都表明,外來物種比重高是城市植物區(qū)系的一個主要特點,我國的大部分城市也如此。這是因為,一方面我們?yōu)榱颂岣咝Ч嘁蕾囈N而另一方面,客觀地講對于城市中的有些立地環(huán)境來說,外來樹種比鄉(xiāng)土樹種更適應,選擇外來植物也是“適地適樹”的結果,而在氣候變暖的情況下選擇外來樹種的機會還會增加。因此,在我們強調選擇鄉(xiāng)土樹種的時候,又不能一味的排斥外來樹種,必須掌握適度的比例,而在構建更接近自然的群落時應首先選擇鄉(xiāng)土樹種。

另外,關于鄉(xiāng)土樹種的界定,不應只局限于本地(行政區(qū)劃范圍),可理解為同一個植被帶、或亞帶的數值,以擴大選擇的范圍。

4)理性對待彩葉樹種。最近十幾年興起一股彩葉樹種的熱潮,在植物配置、景觀設計、風景林改造等等項目中,都把增加色彩作為主要內容。其實,幾乎所有的樹種在不同季節(jié)都會有一定的色彩變化,真正常彩的樹種并不多,而且與氣候、土壤條件有關。色彩樹種的應用也需考慮適度,更要打破單一的應用模式,注意色彩的配置、以點景為主不宜過多。當然最重要的是開發(fā)當地彩葉樹種,引種彩色樹種必須進行栽培試驗。

5)行道樹的單樹種栽植和多樹種栽植模式。城市行道樹栽植一直有單一樹種(Monoculture)和多樹種(Polyculture)2種模式,前者統(tǒng)一整齊、方便管護,后者從生物多樣性和結構穩(wěn)定方面考慮,是20世紀30年在美國發(fā)生荷蘭榆樹病導致大量美國榆樹行道樹死亡后提出的。現在,提出根據生物多樣性的原則規(guī)劃行道樹結構,原則是不要過于依賴少數的幾個樹種,如美國Michigan州規(guī)定一條街的行道樹至少要分屬4個屬,2株同一樹種的樹木不應相鄰種植,但這個標準比較高,在大多數城市難以實現。

6)環(huán)境脅迫加劇及災害性天氣增加對樹木的影響。氣候變化表現為暖冬、夏季降雨減少但暴雨增加,炎熱天數增加,如上海在增溫的大背景下,成災臺風的生成頻數會繼續(xù)增加,這對行道樹影響最大,應把耐熱、抗旱、抗風、保持水土功能作為行道樹選擇的考慮因素,如樹木根系特點、固著性、抗風害、受損后的更新及保持水土功能等。

7)基于樹種功能的選擇。據Nowak對美國10個城市的研究,城市森林樹木每年直接減少PM2.5的量達到4.75~64.5 t,而通過降溫減低能源消耗、減少大氣光化學反應能間接減少大氣二次污染物。但此功能在不同樹種間有較大差異,取決于樹木體量、葉面積、葉面結構等。而且有的樹種因釋放單萜、異戊二烯等生物揮發(fā)性有機化合物(BVOC),再與大氣中的其他污染物發(fā)生化學反應而生成二次污染物成為PM2.5的源[9－10],這是樹種選擇必須慎重考慮的。

8)樹種選擇和群落配植。用于群落配置的樹種選擇,不能只考慮樹形搭配、色彩變化等景觀效果。不僅應考慮組成種之間的生態(tài)位,即種間的生態(tài)關系和競爭,還需考慮今后群落結構動態(tài)變化與樹木生長之間的關系,創(chuàng)造類似森林的生長環(huán)境,減少樹木養(yǎng)護及群落調控措施的使用,維持相對穩(wěn)定的群落結構。

9)城市森林結構穩(wěn)定性與樹種選擇。整個城市森林結構是動態(tài)變化的過程,不同經營方法、開發(fā)規(guī)劃、土地利用的變化、決策層的作用等都會引發(fā)城市森林結構變化,而樹種結構的合理與否也是影響城市森林結構穩(wěn)定的一個因素。在滿足上述樹種選擇要求外,還需得到社會公眾的認同與支持,樹種組成應能充分提供生物多樣性的支持。目前,美國城市林業(yè)采用一個公式?Diversification formula?來決定樹種的比例,屬于同一個科的樹木不宜超過10%,屬于同一個種的樹木不宜超過5%。

5 需要進一步深入研究的問題

1)對城市森林樹種的科學認識。在森林經營中,我們對主要造林樹種已有很多研究,可基于它們的生理生態(tài)、生長特性實施科學經營。但城市森林樹種數量多、來源復雜,對于多數樹種依然停留在感性認識的階段,因此應加強對主要樹種的基礎研究。

2)預測未來至少50年城市樹木對氣候變暖導致干旱的反應。全球氣候變暖成為人類活動必須面對的問題,城市森林經營也不例外,必須研究城市樹木對未來氣候變化的反應,為應對未來變化選擇樹種提供科學依據。

3)通過科學研究,提出一個具有前瞻性的城市樹種名單。植物園應成為研究主力,如芝加哥植物園的研究結果,將銀杏列為最適應未來城市環(huán)境的樹種,其次有美國榆樹的2個品種及美洲椴、美洲黃櫨、香槐、鵝掌楸、七葉樹、美國紫樹等,而適合作為行道樹的有櫸樹、水杉、落羽杉、樸樹、國槐、美國皂莢、黃金樹[11],其中有產于我國的幾個樹種。美國D.Nowak等開發(fā)的I－Tree Tools,建立基于1 585個樹種的數據庫,該工具結合城市氣候變化模型,可作為應對氣候變化的樹種選擇工具[12]

4)將氣候變暖的科學預測和城市森林研究相結合。我們依然缺乏氣候變化對城市樹木影響的知識,在樹種選擇時缺乏對氣候變化的考慮。因此,不僅在樹種選擇方面,在城市森林宏觀布局、城市森林評價、管護等方面都必須與氣候變化的影響相結合開展研究。

5)科學評測和研究城市森林的功能。城市森林功能與樹種組成、樹木生長情況、葉面積量、分布格局等以及必要的管護等多種因素有關,需要綜合分析、客觀評價。如上所述,有的樹種揮發(fā)有機揮發(fā)物而成為污染源,選擇需要加大養(yǎng)護的樹種會增加能源消耗,反而可能成為碳源。

6 樹種選擇模式

鑒于上述分析,作者提出如下城市樹種選擇模式,納入氣候變化的影響、并作為一個重要的因素(圖1)。為構建健康、穩(wěn)定、高功能的城市森林生態(tài)系統(tǒng),在樹種規(guī)劃和選擇上,要協(xié)調設計者、種植者、使用者、供給者的意見(圖2)。

圖1 納入氣候變化的城市森林樹種選擇模式

圖2 影響樹種選擇的各方關系

[1]WAMSLER C,BRINK E,RIVERA C.Planning for climate change in urban areas:from theory to practice[J].Journal of Cleaner Pro￣duction,2013,50:68－81.

[2]NOWAK D J,CRANE D E,STEVENS JC.Air pollution removal by urban treesand shrubs in the United States[J].Urban Forestry＆Urban Green,2006,4(3/4):115－123.

[3]SHIPMAN M.Urban warming slows photosynthesis and growth in city trees.(2016－10－06)[2017－06－15].https://ipm￣south.com/2016/10/06/urban￣warming￣slows￣photosynthesis￣and￣growth￣in￣city￣trees/.

[4]徐文鐸,何興元,陳瑋,等.沈陽城市森林主要樹種物候對氣候變暖的響應[J].應用生態(tài)學報,2006,17(10):1777－1781.

[5]吳澤民,王嘉楠.城市林業(yè)的機遇與挑戰(zhàn)[J].中國城市林業(yè), 2016,14(2):7－9.

[6]張寶鑫,張治明,李延明.北京地區(qū)園林樹種選擇和應用研究[J].中國園林,2009,25(4):94－99.

[7]史琰,金荷仙,包志毅,等.中國城市建成區(qū)喬木結構特征[J].中國園林,2016,32(6):77－82.

[8]郄光發(fā),彭鎮(zhèn)華,王成.關于我國城市綠化樹種植被選擇的思考[J].中國城市林業(yè),2012,10(3):1－7.

[9]NOWAK D J,HIRABAYASHIS,BODINE A,et al.Modeled PM 2.5 removal by trees in ten U.S.cities and associated health effects[J].Environmental Pollution,2013,178:395－402.

[10]NOWAK D J,CIVEROLO K L,RAO S T,et al.A modeling study of the impact of urban trees on ozone[J].Atmospheric Environment,2000,34:1601－1613.

[11]REYNERIA.New Study Predicts Best Trees for Warming Mid￣west Cities[Z/OL].(2013－09－04)[2017－06－15].ht￣tps://www.chicagobotanic.org/.

[12]YANG J.Assessing the impact of climate change on urban tree species selection:a case study in Philadelphia[J].Journal of Forestry,2009,107:364－372.

To the Climate Change:Thinks on Urban Tree Species Selection

Wu Zemin Wang Jianan
(The Institute of Forestry and Landscaping,Anhui Agricultural University,Hefei230036)

Today,we have less knowledge on the impacts of climate warming on urban trees,and less thinking on climate change when we make selection of urban tree species.Meanwhile we have done a few researches that combined the forecast of climate worming and urban forest construction,and only less scientific understanding on the most of urban tree species,thus need to provide a prospective list of urban tree species based on future studies.In author?s point of view,we need understanding logistically on the following points:urban tree species planning and selection,native species and exotic species,tree species richness and evenness,monoculture and polyculture for street trees,tree growing and climate worming,tree species selection an plant community design,the dynamic of tree growing and site.Authors provide a rationalmodel for urban tree selection.

Climate changing,urban forest,tree species,species selection

10.3969/j.issn.1672－4925.2017.03.001

2017－06－10

吳澤民(1944－),男,教授,博士生導師,主要研究方向為城市林業(yè),E－mail:zeminwu2＠qq.com