張莉

（上海市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 200040）

高密度建成區(qū)城市綠地生態(tài)效能研究進(jìn)展

張莉

（上海市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 200040）

隨著高密度建成地區(qū)成為中國(guó)城市的主要特征之一，這種空間特征給城市帶來了種種環(huán)境問題，使得城市綠地生態(tài)效能的研究逐漸得到人們的重視，成為諸多學(xué)科的研究熱點(diǎn)?；谪泿?、數(shù)量模型、綠地結(jié)構(gòu)三個(gè)方面論述了高密度地區(qū)城市綠地生態(tài)效能系統(tǒng)梳理了國(guó)內(nèi)外生態(tài)效能的研究方法及研究進(jìn)展，為未來深入研究城市生態(tài)效能分提供了充分的理論依據(jù)。

高密度建成區(qū)；城市綠地；生態(tài)效能；研究進(jìn)展

毋庸置疑，高密度人居環(huán)境已經(jīng)成為中國(guó)城市的主要特征之一，特大城市在成為國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)引擎的同時(shí)，由于高密度地區(qū)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(tài)環(huán)境品質(zhì)下降等問題也十分突出，協(xié)調(diào)綠色空間的保護(hù)與城市發(fā)展是高密度城市發(fā)展面臨的難題之一。因此，探尋如何提升城市綠地的生態(tài)效能，已成為未來綠地系統(tǒng)發(fā)展所面臨的一個(gè)不可回避問題。

1 概念界定

1.1 高密度建成區(qū)

目前關(guān)于高密度建成區(qū)尚無統(tǒng)一界定，在本研究中，高密度建成區(qū)是指城鎮(zhèn)建設(shè)用地范圍內(nèi)建設(shè)強(qiáng)度較大、建筑集中成片分布，建筑密度較高、人口密集的地區(qū)。在空間上主要表現(xiàn)為：整體土地開發(fā)程度高、強(qiáng)度大，建筑密度大、聚集度高，以多層和高層為主；由外側(cè)向內(nèi)土地利用類型多樣性降低，以公共服務(wù)用地、商業(yè)用地、居住用地等為主，綠地、工業(yè)用地用地相對(duì)較少。

1.2 生態(tài)效能

城市綠地的生態(tài)效能是指綠地系統(tǒng)為維持城市人類活動(dòng)和居民身心健康提供物質(zhì)產(chǎn)品、環(huán)境資源、生態(tài)公益和美學(xué)價(jià)值的能力[1]，它包括綠地生態(tài)系統(tǒng)中生命系統(tǒng)效益、環(huán)境系統(tǒng)效益、生命系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)相統(tǒng)一的綜合效益。目前，對(duì)于城市綠地效能評(píng)價(jià)的研究很多，除風(fēng)景園林與城鄉(xiāng)規(guī)劃外，植物學(xué)、生態(tài)學(xué)等學(xué)科均有涉足，其研究方法呈現(xiàn)出從單一的指標(biāo)法向以貨幣替代、數(shù)量模型等為代表的系統(tǒng)性方法轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

2 生態(tài)效能研究進(jìn)展

2.1 基于貨幣價(jià)值的城市綠地生態(tài)效能研究

以貨幣價(jià)值換算作為度量城市綠地生態(tài)功能的方法，其常的研究思路是首先求出綠地的生態(tài)補(bǔ)償量，再選擇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行貨幣轉(zhuǎn)化。該方法可分為兩大類：直接評(píng)估法、間接評(píng)估法。直接評(píng)估法以重置成本法、機(jī)會(huì)成本法等代表，是以市場(chǎng)現(xiàn)行價(jià)格作為價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)，用貨幣的形式直觀地表示研究片區(qū)的生態(tài)效能的大??；間接評(píng)估法包括防護(hù)支出法、影子工程法等方法，其原理是以替代物的市場(chǎng)價(jià)格來衡量研究對(duì)象的價(jià)值。研究方法方面主要有：空氣污染物清潔、水土保持、碳儲(chǔ)存與碳消減量等幾種（圖1）。

圖1 城市綠地主要生態(tài)效能

（1）維持碳氧平衡。早在20世紀(jì)80年代，研究人員通過實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，綠化覆蓋率與CO2呈負(fù)相關(guān)[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(gè)過程，其中釋氧價(jià)值主要由工業(yè)制氧法和造林成本法計(jì)算（表1），兩者的主要區(qū)別是造林成本法通常用于森林及林場(chǎng)的維持碳氧平衡服務(wù)價(jià)值計(jì)算[3]，而工業(yè)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(fēng)勤等通過研究發(fā)現(xiàn)，NOx吸收能力同植被群落層級(jí)密切相關(guān)[5]。另外，舊金山的相關(guān)實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，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(kuò)大[6]。目前，城市綠地在吸收有害氣體方法的評(píng)價(jià)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(jié)構(gòu)密切相關(guān)，研究表明具有“喬－灌－草”結(jié)構(gòu)的復(fù)合型綠地具有相對(duì)較好的滯塵作用，因此，可以通過調(diào)整綠地種植結(jié)構(gòu)改善綠地的滯塵效益。進(jìn)行價(jià)格評(píng)估時(shí)，通常采用替代費(fèi)用法，在現(xiàn)有實(shí)證研究中，不同植物對(duì)于SO2、粉塵的吸收能力及治理費(fèi)用多引自《中國(guó)生物多樣性國(guó)情研究報(bào)告》，NOx治理費(fèi)用的數(shù)據(jù)來自工業(yè)脫氮的運(yùn)行費(fèi)用。

（4）蓄水保水。城市綠地在蓄水保水方法的作用主要表現(xiàn)在截留降水、蒸騰、增強(qiáng)土壤下滲、抑制蒸發(fā)等方面，且不同種植結(jié)構(gòu)的城市綠地蓄水保水能力不同，針闊混交林的喬、灌、草結(jié)構(gòu)的綠地類型在涵養(yǎng)水源的效益優(yōu)于單樹種單層次結(jié)構(gòu)的森林。測(cè)算方法主要有土壤蓄水估算法、水量平衡法、地下徑流增長(zhǎng)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(jià)值，例如在考慮蒸發(fā)量后，荊克晶等[7]對(duì)長(zhǎng)春市城市綠地儲(chǔ)水保水方面的價(jià)值進(jìn)行了估算。

（5）調(diào)節(jié)氣候。近年來，國(guó)內(nèi)外就城市綠地降溫效應(yīng)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(diǎn)及測(cè)算不同群落結(jié)構(gòu)的降溫效應(yīng)差異，如張文豹等通過對(duì)城市綠地空間中不同配置模式的比較后發(fā)現(xiàn)，喬灌草群落的綜合降溫效應(yīng)優(yōu)于灌草、草坪群落[8]；在中尺度上，基于3S技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)城市綠地降溫效用與喬灌蓋度、最大斑塊面積呈正相關(guān)[9]，同植被豐富度或者植被指數(shù)存在負(fù)相關(guān)[10]。替代費(fèi)用法同樣廣泛使用在評(píng)價(jià)城市綠地在調(diào)節(jié)氣候，例如，王恩和等[11]利用替代費(fèi)用法估算西湖風(fēng)景區(qū)在調(diào)節(jié)氣候方面的價(jià)值；張彪[12]等通過實(shí)測(cè)研究結(jié)合替代費(fèi)用法估算了北京城市綠地在調(diào)節(jié)氣候方面的價(jià)值。

由于我國(guó)在城市綠地生態(tài)效能貨幣化評(píng)價(jià)方法尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此容易造成在不同研究中，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)口徑與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)存在差異，這給不同實(shí)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(tài)效能同城市綠地生態(tài)效能的差別，直接將森林綠地的相關(guān)數(shù)據(jù)用在城市綠地生態(tài)價(jià)值評(píng)價(jià)上，使城市綠地生態(tài)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(huì)導(dǎo)致研究成果的誤差。

2.2 基于數(shù)量模型的生態(tài)效能研究

20世紀(jì)末，隨著“3S”技術(shù)的發(fā)展，學(xué)者們逐步將目光投向基于數(shù)量模型的城市綠地效能評(píng)價(jià)，在此領(lǐng)域運(yùn)用最廣的模型是美國(guó)森林協(xié)會(huì)（American Forests Mission）推出的城市生態(tài)環(huán)境分析軟件——CITY green。該軟件的分析功能包括碳儲(chǔ)存及碳消減、水土保持、大氣污染物清除等幾個(gè)方面。目前，CITYgreen模型在發(fā)達(dá)國(guó)家（尤其是美國(guó)）得到了廣泛的應(yīng)用，美國(guó)林業(yè)采用該軟件對(duì)包括California、Washington、Columbia[13]在內(nèi)的 200多個(gè)城市進(jìn)行生態(tài)分析，為當(dāng)?shù)鼐用窦罢峁┝酥匾某鞘幸?guī)劃建議及決策依據(jù)。

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(guó)，目前已逐漸推廣至城市綠地的研究領(lǐng)域。就研究?jī)?nèi)容而言，基本上涵蓋了固碳效應(yīng)、生態(tài)服務(wù)價(jià)值、減少暴雨徑流、節(jié)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(fā)，分析不同時(shí)空格局下的城市生態(tài)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(tài)效能同土地利用變化間的關(guān)系。也有一些研究者從橫向比較入手，不同研究對(duì)象的生態(tài)效能大小，例如王煥然等[15]從大中小三個(gè)尺度并結(jié)合時(shí)間變化，探究了不同時(shí)空背景下的城市綠地效能變化。

除CITYgreen外，還有諸如美國(guó)的CTLA法、新西蘭的STEM法、西班牙的Norman Granda方法等一系列評(píng)價(jià)模型。在實(shí)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(yù)測(cè)城市綠地系統(tǒng)價(jià)值及其在碳減排方面的潛力；Shashus-Bar[17]將統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和“Green CTTC”模型相結(jié)合，評(píng)價(jià)綠化樹種的降溫效益；段曉峰等利用線性函數(shù)構(gòu)建多目標(biāo)模型分析評(píng)價(jià)北京近郊城市綠地效能，并利用LING08.0對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)作以預(yù)測(cè)[18]；鄧毅等[19]分析了基于權(quán)重的生態(tài)性評(píng)估體系的缺陷，進(jìn)而建立了以ULEE（城市景觀生態(tài)效率）為核心指標(biāo)、EF（生態(tài)足跡）為統(tǒng)一度量的非權(quán)重法評(píng)估的理想模型。

2.3 基于綠地結(jié)構(gòu)的城市綠地生態(tài)效能研究

（1）垂直景觀結(jié)構(gòu)影響

城市綠地的垂直結(jié)構(gòu)主要指從城市綠化（喬灌草）及其配置方式角度分析綠地結(jié)構(gòu)及組成。通過實(shí)測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，具有“喬—灌—草”復(fù)合結(jié)構(gòu)的植被群落對(duì)于緩解熱島效應(yīng)要明顯優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)的綠地，此外植物群落的平均葉面積指數(shù)、郁閉度與降溫效應(yīng)能力顯著相關(guān)。對(duì)上海市浦東新區(qū)城市綠地在凈化空氣方面的研究[20]中發(fā)現(xiàn)，不同綠地結(jié)構(gòu)對(duì)吸收空氣中的SO2、NO2和O3效應(yīng)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(guān)。此外，在綠地滯塵效應(yīng)方面的研究發(fā)現(xiàn)，不同生活型植物的滯塵能力取決于所構(gòu)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(qiáng)[21]。此外，植物群落結(jié)構(gòu)對(duì)綠地滯塵產(chǎn)生巨大的影響。具有“喬－灌－草”立體結(jié)構(gòu)的綠地類型滯塵效果要優(yōu)于結(jié)構(gòu)單一的草坪[22]。

（2）水平景觀結(jié)構(gòu)影響

城市綠地的水平景觀結(jié)構(gòu)主要指以“斑塊-廊道-基質(zhì)”為代表的景觀格局。相關(guān)研究表明，綠地結(jié)構(gòu)決定綠地效能，特別是當(dāng)綠化覆蓋率小于40%時(shí)，綠地系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空間布局狀況對(duì)于綠地總體生態(tài)效益的發(fā)揮更為重要，這對(duì)普遍存在的高密度人居環(huán)境有著極大的現(xiàn)實(shí)意義。

在景觀格局對(duì)城市綠地生態(tài)效能的影響方面，“景觀格局-生態(tài)效能”相互關(guān)系、景觀格局動(dòng)態(tài)演變對(duì)于生態(tài)效能的影響是研究熱點(diǎn)。研究者發(fā)現(xiàn)，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(yīng)呈負(fù)相關(guān)；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(duì)生態(tài)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(duì)于提升城市綠地生態(tài)效能有著重要的意義。在景觀格局動(dòng)態(tài)演變對(duì)于生態(tài)效能的影響方面，主要集中在城市化進(jìn)程對(duì)于綠地生態(tài)服務(wù)價(jià)值的影響，例如有研究顯示，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，鄉(xiāng)土植物多樣性在“遠(yuǎn)郊農(nóng)區(qū)-城郊-城區(qū)”-線呈現(xiàn)出梯度性下降的趨勢(shì)，城市內(nèi)部的生物多樣性受到了嚴(yán)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(xiàn)有研究成果，城市綠地的景觀格局影響著綠地的各項(xiàng)效能的有效發(fā)揮，并在一定程度上決定著綠地的效能，與此同時(shí)，景觀格局的發(fā)展又受到綠地效能的影響，然而目前的研究過多關(guān)注于格局對(duì)效能的影響而在效能或系統(tǒng)功能對(duì)系統(tǒng)格局的反作用方面研究還尤為不足。

3 小結(jié)

近些年，關(guān)于城市綠地生態(tài)效能方面的研究發(fā)展迅速，研究?jī)?nèi)容主要集中在技術(shù)和方法層面，已基本形成比較系統(tǒng)的理論體系和技術(shù)方法。城市綠地的生態(tài)效能的具體評(píng)價(jià)方法既有實(shí)地測(cè)量、貨幣等傳統(tǒng)方法，也有基于數(shù)量模型的系統(tǒng)分析方法，這些方法各有側(cè)重，且對(duì)不同研究?jī)?nèi)容的綠地生態(tài)效能評(píng)價(jià)各有側(cè)重，未來在加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí)，將新技術(shù)應(yīng)用到城市綠地的實(shí)際建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)城市綠地生態(tài)景觀效能的最大化。

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A

1005-7897（2017）12-0031-03

2017-6-11