城市绿地的生态环境效应研究进展(2)

　　3、固碳释氧效应

　　研究表明，城市绿地可以通过3种方式进行固碳释氧。第一种方式是通过植物的光合作用和生长机能来吸收和固定CO2。McPherson对美国萨克拉门托市的城市绿地研究，发现绿地通过光合作用每年平均可固定1．2thm－2a－1左右的CO2。Zhao等选择中国杭州市区绿地作为研究对象，结果显示绿地年平均吸收CO2为1．66thm－2a－1，可见城市绿地对CO2

　　的年平均吸收量，会因地因时产生稍微的变化。城市绿地第二种固碳释氧方式是可以通过树荫和蒸发作用，减少化石燃料的CO2排放［85］。第三种方式就是植被和土壤对CO2的

　　直接吸收作用。Nowak和Crane以及Pataki等对美国10个城市的绿地进行了研究，发现城市绿地可以通过增加绿荫改变温度和热量，进而促进土壤吸收CO2，每年平均吸收约2．9tCO2hm－2a－1。Nowak等还发现城市绿地的组成和结构也是影响其固碳释氧效果的重要因素，而城区绿地的组成和结构受人为因素的决定性很大，因此，可以认为，城区绿地对CO2的吸收效应还受到人类活动的影响。Escobedo等对比了不同城市环境和城市化类型下城市绿地的固碳释氧效应，发现城市环境和城市化类型也在一定程度上影响着绿地的固碳释氧效应。

　　我国学者关于城市绿地固碳释氧的研究比较细致，总结起来大概可以分为3类。第一类是对比分析不同绿地类型其固碳释氧效应的差异。李新宇等分别对森林、草地、农田等3种不同绿地类型的固碳能力进行了定量研究和对比分析，结果显示，约有50%的陆地碳汇贮存在森林生态系统中，草地碳贮量约占25%，农田固碳释氧量仅次于两者。李辉等比较分析了乔灌草型、灌草型和草坪型3种不同绿地结构类型对环境的CO2调节作用，结果显示，乔灌草型绿地的固碳释氧能力要优于灌草型和草坪型。李敏研究发现，乔木林吸收CO2的能力最强，其他绿地类型固碳释氧能力顺序依次为:乔灌林、灌木林、乔草林。赵明等对比研究了落叶灌木、落叶乔木、常绿乔木、常绿灌木4种林地的固碳释氧能力，结果表明，四种林地固碳释氧能力总体趋势为落叶灌木、落叶乔木、常绿乔木、常绿灌木依次递减。第二类是对比分析不同树种固碳释氧效应差异的研究。杨士弘选取广州市城区8个常见绿化树种测定其固碳释氧能力，从大到小顺序排列为木棉、白兰、石栗、大叶榕、细叶榕、阴香、红花羊蹄甲、红花夹竹桃。可见，树干越高大，叶片层次越多，固碳释氧能力就越强。孙世群等对杉木林、马尾松林、杨树林3种乔木林进行研究，得出3种乔木林的固碳释氧能力依次降低，且乔木林中，针叶林的固碳释氧能力较好，阔叶林次之，针阔混交林最差。刘海荣等对5种灌木林的单位叶面积平均固碳释氧能力进行了定量比较，排序为京山梅花、鸡树条荚蒾、风箱果、三裂绣线菊、东北山梅花等依次减小。第三类是进行城市绿地固碳释氧的生态效益研究。陈莉基于深圳市1990、1995、2000、2005年4a的遥感影像，使用CITYGREEN模型对其城市绿地的固碳释氧价值进行了评估，得出4a的绿地固碳释氧价值依次为446916万元、454994万元、447135万元、407771万元，可见城市绿地的固碳释氧价值非常高。部分学者也对不同季节以及不同年龄段绿地固碳释氧效应的差异进行了研究，发现:夏季＞秋季＞春季;幼龄林﹥中龄林﹥近成熟林﹥成熟林﹥过成熟林。韩焕金、王丽勉、赵萱等学者也进行了类似的研究。

　　综上可见，国外学者比较注重城市绿地固碳释氧机理的研究，国内学者则偏重于不同绿地类型固碳释氧能力的差异研究，若能综合国内外学者各自的优点，对不同绿地类型固碳释氧能力差异进行机理分析和价值估算，将会是城区绿地固碳释氧效应研究的一个新突破点。

　　4、降噪效应

　　根据美国住房和城市发展部1973年调查报告，城市绿地的降噪作用差异很大，不同树种、不同树高、不同叶片浓度的绿地，降噪作用均不同。Huddart则研究认为绿地作为隔音廊道，可降低噪声5—10dB不等。Bernatzky1982年研究发现针叶林和具有较大叶片的阔叶林，最大可降低12dB的噪声。Broban研究结果显示，为了达到10dB的降噪效果，绿地结构必须十分浓密，而且宽度至少要达到100m。赵明、黄慧、张明丽和施燕娥等对比分析了不同绿地组合类型降噪效果的差异，发现“乔木+灌木+草坪”等绿地生物多样性丰富、林下层次多的紧密型结构型城市绿地，其降噪效果要优于林下植被稀疏的绿地结构。

　　郑思俊等对噪声的频率进行了研究，认为绿地树枝和叶片对于31．5—100Hz的低频段噪音降噪效果不明显，对于125—600Hz降噪效果总体明显提高，对于大于600Hz、尤其是大于1000Hz的噪音具有显著的隔声效果，可达到4—6dB。张周强、吴志萍、陈秀龙、王娟等进行了类似的研究。

　　部分学者对绿地降噪原因进行了深入的探讨。Robinette多项研究结果和美国运输部(USDT)2001年调查报告均显示，绿地结构(浓密程度)和高度是绿地降噪的重要影响因素:当绿地面密度达到20kg/m2时，可降低噪音5dB左右，在此基础上绿地高度每增加1m，将增加1．5dB的降噪效果;一般情况下，自然界中的单通道绿地降噪廊道降噪上限为20dB左右，双通道绿地降噪廊道降噪上限可达到25dB左右;降噪绿地廊道的长度一般要大于或者等于其远离噪声源距离的8倍左右。张庆费对上海30m宽的19种绿地群落降噪程度和8个结构因子进行了分析，结果表明，不同绿地结果的降噪程度在3．8dB到13．2dB之间不等，叶面积指数、绿地平均枝下高、绿地平均高度、盖度和平均冠幅等是影响绿地降噪效果的重要影响因素，结构因子对降噪效果的累积贡献率达65．47%。李寒娥等研究结果显示，绿地很大程度上是通过噪声在树枝和叶片之间来回反射实现降噪的，小部分噪声也可通过叶片气孔的吸收被消除。

　　可见，城市绿地的降噪效果一般在5—15dB之间，绿地植被组合类型、结构因子、高度、紧密度、宽度、噪音频率等是决定城市绿地降噪程度的主要影响因子。虽然许多研究显示，城市绿地对于环境降噪具有重要意义，但是Watts等研究表明，除非城区绿地的浓密度和宽度达到一定的程度，否则其降噪效果并不明显，且一般情况下，绿地的降噪程度与人工建筑相比效果较差。

　　5、抗污染效应

　　关于城区绿地抗污染效应的研究主要集中在降尘和吸收有毒性气体两方面。早在1970年Hader调查显示，城区绿地内部的尘埃颗粒物明显低于外部区域，且绿地下风面的尘埃颗粒明显小于绿地上风面的尘埃颗粒浓度。Bernatzky1982年研究发现公园绿地可以降低空气中80%的尘埃颗粒物，主干道两边的绿化带降尘效果可以达到70%，在冬季植被落叶之后，城区绿地的降尘效果依然可达到60%。Givoni发现城区绿地的降尘方式有两种，一种是通过植被枝叶直接吸收空气中的尘埃颗粒，第二种方式是通过绿地之间空地的空气流通降尘;通过对比分析发现，绿地的降尘效果与单位面积上叶片的浓密度有关，总体趋势呈现树林、灌木林、草地降尘效果逐渐减小的趋势。我国学者柴一新等使用电镜发现，叶片表皮结构可以影响植被的降尘效果，具有沟状组织、密集纤毛的树种降尘能力强，叶片表皮具有瘤状或疣状突起的树种滞尘能力相对较差。柴一新、方颖、粟志峰、纪惠芳、刘霞、李延明等分别对哈尔滨市、南京市、新疆石河子市、保定市、青岛市、北京市城区不同植被类型的降尘效果进行了对比研究，发现不同树种、不同地点、不同季节，绿地的降尘效果也各不相同。不同树种降尘能力的差异基本上呈现乔木林＞灌木林＞草地的趋势，其中常绿阔叶林降尘能力大于落叶阔叶林，但方颖则研究认识灌木林降尘作用最大，乔木林次之，草地最差。研究结果的差异，可能是由于研究者采样高度的不同或者研究区域空气尘埃悬浮物大小、分布高度的不同造成的;同一树种不同地点降尘能力的差异，则主要是由于树木所在地理位置空气尘埃颗粒物含量的差异造成的;大部分绿化树种滞尘量的季节性差异呈现冬季最高，夏季最低，春秋两季稍高，主要是受空气中悬浮颗粒物含量季节变化的规律影响。

　　学者对于城市绿地吸收有毒性气体的研究主要集中在二氧化硫(SO2)、氟化物(HF)、氯气(Cl2)等3种污染性气体上。研究认为，各种景观格局下，城市绿地斑块面积越大、破碎度指数越低，其吸收有毒性气体的能力越大。张清敏等研究发现1hm2的森林每年可吸收74tSO2。管东生、罗红艳等则发现树木吸收、积累SO2的能力从大到小依次为:乔木林、灌木林、针叶林，城区乔木硫储量占城区绿地总硫储量的85%，乔木各器官硫贮量大小依次为树干材、树叶、树根、树枝、树干皮。李雷鹏总结认为植被主要通过两种方式净化SO2:一个是通过植被表面的固体污染物吸附SO2气体，一个是通过植物体表面吸收SO2进入体内转化储存或者排放到体外。张德强等研究了佛山市区32种绿化植物对空气中SO2、HF的吸收作用，发现大部分植被对于空气中HF的净化能力远远强于对SO2的净化作用。在含HF量较大的空气中生长的植物，植被本身含HF量可大于本底值(10—30mg/kg)的数倍至数十倍。通过叶片气孔吸收是植被净化HF的主要方式，植被将HF吸入机体后，在细胞中将HF与Ca合成为CaF2在体内积累。植物净化HF能力还与叶片形态解剖学特性有关。研究表明，大麻黄、大叶女贞、樟叶械、细叶榕、红柳、木懂、合欢、橡树、槐树等都具有较强的净化大气Cl2的能力。由于Cl2进入植被体内后，会导致植物细胞液pH值降低，破坏叶片叶绿素成分，抑制植物生长，所以，植被吸收、净化Cl2是以破坏自我机体为代价的。由此可见，绿地构成、植被类型、叶片的浓密度、叶片结构等是影响城区绿地降尘作用的主要因素;而影响绿地有毒气体净化能力的主要因素是植被类型、绿地破碎化程度等。

　　6、生物多样性保护效应

　　研究表明，城市绿地(尤其是城市公园)是城市景观生物多样性的热点区，城区绿地相对于其他城市土地类型有着较高的生物种群。关于城市绿地生物多样性保护的研究主要包括两个方面:城区绿地动物多样性保护和城区绿地植物多样性保护。

　　Cornelis和Hermy通过对比15个城区公园的动物多样性发现，城区公园分别可包含本地区50%的哺乳鸟类、40%的蝴蝶物种、60%的两栖动物物种。可见，城区绿地在城市动物多样性保护方面起着不同寻常的作用。Mo?rtberga等研究发现，绿地斑块面积和斑块形状是影响动物种群的主要影响因素，其中，大叶片阔叶林比例较大的、成熟落叶林比例较大的或者绿地面积较大的城区绿地相对具有较高的动物多样性。

　　Haruka研究认为，灌木林的比例同样是影响城区绿地动物多样性最重要的因素，灌木林比例越大，动物种群越多。Fahrig、Sandstrm以及Alexis等则研究认为，保持城区绿地的自然结构组成和网络互通功能是保护城区动物多样性最有效的手段。

　　在美国，城区树种约占全国总树种的25%。欧洲学者研究表明，全欧洲的城区绿地比周边地区均具有更高的植物多样性。我国学者王良桂等研究发现，城区绿地的植物多样性比周边地区一般较高，但是城区绿地的组成很大一部分都是外来树种。曹立颜等同样认为引进物种是城区绿地系统的重要组成部分，且主要集中在豆科、禾本科、菊科等少数集中科类上，乔木林的生物多样性水平最高，灌木林次之，草本植物最低。钟惠红等则发现，不同行政区划城区绿地的植物物种多样性差异很大，且不同功能的城区绿地，其植物多样性的差别也十分显著，一般而言，公共绿地的生物多样性高于其它城区绿地类型。

　　综上发现，国外学者侧重于城区绿地动物多样性的研究，城区绿地组成、结构、连通性等是影响城区绿地动物多样性的主要影响因素;国内学者则侧重于植物多样性的研究，外来物种成为城区绿地植物多样性最重要的组成类型。总体而言，关于城区绿地生物多样性的研究尚处于处级阶段，部分学者认为，由于人类活动和城市化的影响，城区绿地逐渐成为生物多样性的“死区”。因此，如何进行科学的城市绿地规划和设计将成为城区生物多样性保护的决定性影响因素。

　　7、结论

　　从研究内容上来看，关于城市绿地生态环境效应的研究，主要集中在降温、增湿、固碳释氧、降噪、抗污染、保护生物多样性等6个方面。城市绿地的生态环境效应不仅在大尺度空间上(不同经纬度、地区)存在差异，在小尺度空间上(不同下垫面、不同植被种类)也存在显著不同，不仅在大尺度时间(不同季节、月份)上存在迥异，在小尺度时间(不同日、时、刻)上也存在明显差别。除了太阳辐照量之外，影响城区绿地生态效应的绿地特征因素，主要可以总结为以下几个方面:绿地面积、绿地形状(长宽比、高度、边界曲度、周长面积比等)、绿地景观结构、绿地内部组成、植被指数(NDVI、LAI、VF、TVX等)、生物量等景观生态因子。从研究方法上看，目前国内外关于城区绿地的生态环境效应研究主要使用两种方法:基于实测数据的实地采样方法和基于遥感技术的定量遥感反演方法。其中，绝大部分研究都是基于传统实地观测方法进行的，基于定量遥感技术的城区绿地生态环境效应研究主要集中在绿地的降温效应上，主要是由于目前情况下定量遥感反演其他生态环境因子的技术尚不成熟，随着定量遥感技术的发展，在未来中小尺度的城区生态环境效应研究中，定量遥感技术将会扮演着越来越重要的角色。

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