基于益本分析的城市森林树种选择*

朱耀军 林喜双 王 成 贾宝全

1 中国林业科学研究院湿地研究所 北京 100091

2 吉林省蛟河林业实验区管理局 吉林蛟河 132517

3 中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局林木培育重点实验室 国家林业局城市林业研究中心 北京 100091

随着城乡绿化一体化进程的加快发展和人们对以乔木为主体的绿地系统生态服务功能的认识提高，城市森林已经成为城市 (区域)生态环境建设的重要组成部分。城市森林能够带来社会、环境、经济等多种效益，对相关的各种潜在建设成本和效益进行分析来选择树种，有助于提高城市环境和居民生活质量，实现其功能净效益的最大化。

1 发挥城市绿地的最大生态效益

城市化的迅速发展使城市及其周边的土地利用格局发生了根本变化，城市中建筑、道路等不透水地面增加，城市气候、下垫面性质等发生了巨大改变，对自然生态系统形成不同程度的胁迫。城市化条件下，城市生境分化加强，“乡土环境”逐渐减少，乡土植物随之减少，人布植物增多，受人类影响的环境日益增多，许多地区自然生态系统甚至出现了生态失衡。

2 通过对林木生物生长过程中的益本分析选择城市森林树种

通过对城市森林树种适宜规划设计和管理，能够发挥生态系统服务功能，减轻城市化发展带来的诸多负面的环境影响。例如通过调节气候、降低大气中CO2浓度、提高空气质量、减少能耗、降低噪音以及防灾减灾等。

然而城市中不适宜的树种选择和树木管理则能够增加环境成本，例如花粉、飞絮等植源性污染，化学排放引起的空气污染，增加建筑物能耗、废物处理成本、基础设施的修缮成本、水资源消耗等，以及由此引发的各种生态问题。

2.1 树种选择影响空气质量

2.1.1 大气中污染物的去除效果因树种而异

树叶表面气孔可以吸收空气中的污染物，同时树冠可以对污染物阻滞、过滤、截取作用来影响空气质量，被截取的污染物再被降水冲刷或飘落到林下土壤中。城市中林木覆盖率的增加能够明显去除空气污染物，提高城市空气质量，污染物去除带来的直接效益可以进行相关的计算。研究表明树木对空气中污染物的去除效果因树种生物学特性和季节等因素的影响而有所不同，同时受到叶表面积、污染物浓度和当地气候条件的影响，不同树种对于不同污染物种类的去除也存在差异［1］。国内学者对大气中重金属污染物吸收效果和大气中SO2潜力进行比较的研究表明树种间差异大，因此在工业区利用绿化进行大气污染防治时必须重视树种选择［2－3］。有学者对我国北京居住区绿地的21种乔木和灌木树种滞尘效果以及东北地区绿化树种不同季节滞尘效应的比较研究表明树种之间滞尘能力差异很大，主要由于叶表面特性、树体结构、枝叶密度等引起的［4－6］。城市绿化应根据局地当前和以后大气中的主要污染物种类来“适地选树”，选择适宜的树种，发挥更大的环境效益。

2.1.2 固定CO2和释放O2因树种而异

CO2浓度的增加带来的反馈效应已经影响到地球生态系统的安全。树木能够通过生长对CO2进行吸收固定来直接减少大气中CO2，同时释放人类生存必须的O2，健康大型乔木的固碳效果更为显著［1］，因此在城市中增加高生物量的大乔木的数量是非常必要的。在不同地区的城市中筛选树种进行年生长量相关的模拟和计算能够衡量出城市树木的固碳释氧能力，可以进行相应的价值核算，对于理解城市的碳排放和碳固定进行有效的生态补偿的实践有着深远意义。随着碳汇市场的确立和逐步成熟，碳价格逐步上升，城市森林必将成为碳贸易市场的重要组成［1，7］。

不同树种的生长周期对于碳固定的影响大，周期短的树种能够很快进行碳释放，有针对性地在绿地建设中对长寿命树种进行选择［7］，营造稳定结构的城市森林系统对于碳固定和延长碳释放周期是最为经济有效的途径。

2.1.3 树木本身以及维护过程中的化学释放

树木能够在生长过程中释放挥发性有机物(BVOCs)，如异戊二烯和单萜等。这些挥发性有机物的释放对于植物的生长发育过程 (传粉、伤害抵御、热保护)有着一定的作用。但有研究表明，某些BVOCs在适合条件下能够利于O3和CO的形成［8］。BVOCs的排放能力因树种而异，受到温度等其他环境条件的影响，很多树种在较高温度影响下释放速率增加，因而增加林木覆盖能够降低城市热岛效应，从而减少了挥发性有机物的排放，也就能够降低O3浓度［9］。

无选择地增加林木覆盖率，也可能会因为树种的关系产生消极的影响。据Benjamin［10］研究，根据树种排放特性不同区分为BVOCs高排放和低排放树种，如高排放的Eucalyptus属、Quercus属、Platanus属、Populus属、Rhamnus属以及Salix属等;低排放种类如Fraxinus属、Ilex属、Malus属、Prunus属、Pyrus属以及Ulmus属等。因此城市树种选择时，对不同地区的植被考虑分析其BVOCs的释放相关的效益是必要的。

绿地管护过程中用到的机械设备，如修剪机械释放的污染物占有很大比例，林木管理过程中化石能源使用 (机械切割、修剪、灌溉等)所产生的污染排放对于效益分析影响较大。因此选择地带性植被和乡土树种，进行近自然管护是城市林业可持续发展的必然要求。

2.2 树种选择影响节能效果

树木在一定尺度空间上能够影响城市气候。通过水分蒸腾、蒸发，影响风速、遮荫和改变地表覆盖的热量存储和交换条件，从而影响热舒适度和空气质量。

根据研究［11］，城市中树木对温度的调节作用是不同树种对太阳辐射、风和蒸发等影响的综合效应。国内有学者［12－14］对不同地区的城市绿化树种的降温效果做了研究，结果表明不同树种对于温度的调节影响差异大，为不同地区城市绿化中降温型绿地的树种配置提供了依据。通过树种选择和配置，可以调节能源使用效率，在停车场中栽植降温和遮荫效果好的树种，可以减少化石能源使用及其带来的污染物排放。另据研究，在一定条件下不适当的树木配置和选择能够对温度调节起到相反的作用［11］。

2.3 基于水文过程分析的树种选择

城市森林通过拦截、滞留和延缓到达地面的降水来影响城市水文过程。城市森林可以净化水质、涵养水源，还能够减少透水地面上暴雨径流带来的各种损失，这种效益可以进行计算和模拟，而对于不透水地面的影响有限。

树木通过蒸腾作用增加城市湿度，需水量大的树种对于北方城市必然造成养护成本的增加，因此在城市森林营造中选择耐旱树种及地带性植被是基本原则。

在我国的干旱半干旱地区，城市植被的水资源利用是很重要的生态问题［15］。树木对于水资源的利用能够明显影响当地的水文过程，不适宜的树种选择和配置模式能够引起局部的土壤干旱等问题，从而引起区域的水平衡的改变，甚至影响区域生态系统服务功能［16］。因此尤其在缺水地区的城市森林建设时，应根据当地的自然降水量来选择相应的自然生态本底树种，在对水文效益和发挥的其他效益 (如节能等)综合分析的基础上，进行植被种类选择，例如在黄土高原年降水量低于400mm的地方，地带性的高生物量灌木树种是最好的选择。

2.4 基于对噪音影响的树种选择

由于城市噪音引发的人体健康问题逐渐受到重视。据研究结果，树木通过叶片和树干的散射作用来影响声音的传递，树种生态习性对于噪音的减少程度因树种而异，合适的植物选择和配置能够通过吸收、反射等过程有效降低噪音污染。实验［17－19］表明，选择侧枝发达、枝下高较低，枝叶量大且能够形成整齐林相的高大乔木树种对于交通噪音的减噪效果更好，在护村林或居民住宅区附近的护路林，应以结构紧密、树皮粗糙，且侧枝发达的常绿针叶树种为首选。在靠近污染源附近栽种植物进行减噪作用更为有效，此外，心理学研究表明，对噪音污染源用植物进行视线阻挡和转移有助于人们对噪音进行心理调节，结果决定于噪音本身、树种结构、可达程度和气候条件等因素［20］。根据不同区域噪音类型、立地适宜性分析结合城市居民的其他方面的要求 (如审美、游憩、娱乐等)，考虑栽植的投入和维护成本，选择树种建立宽度、高度和种植密度适宜的减噪带能够起到很好效果。

2.5 基于生物多样性保护作用的树种选择

恢复和保护城市中的自然区域被认为是生物多样性保护的重要措施。树种多样性是生物多样性的基础，利用不同树种构成稳定的植物群落，能够提供给野生动物不同需求的栖息地生境类型，满足其在迁徙、筑巢、繁殖、取食等的需求［21－22］，如在城市绿化中适当增加浆果类、坚果类树种，能够满足鸟类和野生动物的需求，是对于保护野生生物栖息地和提高生物多样性方面的重要内容。

城市森林中树种多样性对于城市生态系统功能的长期发挥和城市居民的健康有着重要影响。城市条件下，某种程度上增加了生物栖息地的类型，人为增加了树种多样性，然而盲目的绿量叠加以及入侵种等所带来的问题也不同程度地存在着。外来树种的不合理引进可能诱发本地林业新虫害［23］，对城市树种结构的改变能够改变某种潜在威胁 (如病虫害)的发生，因此景观水平上的树种选择和分布对于生物多样性有着潜在的主导性影响［24］。

2.6 城市中的植物修复作用

土壤是城市森林建设的基础，城市土壤健康问题日益受到关注，如城市土壤的富营养化问题，以及废弃地利用等。选择适宜的树种能够发挥强大的生物功能进行生态修复，带来可观的社会经济效益，这在美国等发达国家的退化地和重污染区域生态修复中发挥了重要作用［25］。国内外的学者在树种对于土壤、水体和大气中污染物的吸收、转移和固定作用的量化等方面进行了相关研究［26－27］，这也是城市森林自然过程所产生的直接效益的重要组成部分。

3 城市森林树种选择的社会经济益本分析

与城市树木相关的生物过程能够显著影响城市(区域)的社会和经济环境。同样，树种选择在改变景观美学环境，增加娱乐机会等方面也有重要社会意义。还可以影响城乡居民身心健康，改善人与自然的和谐关系等方面。由于在不同区域这些方面的价值体现受不同因素影响的差异较大，所以很难对效益进行直接的量度。

3.1 城市森林树种对市民的影响

城市森林树种选择对于人类个体的影响有很多方面。街道和公园中的树木能提供美学和娱乐价值，在特定场所栽培的树种能够为人们提供一定的精神和感情寄托［28］。树种文化是森林文化最初的表达方式，也是森林文化的基本组成，如农业社会就已有的竹文化、松文化、茶文化、杉文化、柏文化和榕文化等多种森林文化形式，连接着人与自然的和谐关系。此外城市和社区中树种构成的科学性还有助于对儿童进行环境认知等方面的行为教育，这种作用已经为人们所认识。

很多树种能够起到杀菌作用、释放负离子、散发宜人的香气成分，可以从减轻压力、舒缓心情等方面进行人的心理调节和精神治疗［29］。

这些功能在一定程度上降低了人们的健康成本，其带来的美感、安全感、心理调节作用等与所选择的树种密度、配置方式和可达性密切相关。然而，不适宜的树种选择所带来的植源性污染等问题 (如花粉过敏、毒害、病虫害、心理恐惧等)也增加了居民的健康支出成本［30］。

3.2 城市森林树种对社区整体的作用

以树种多样性为基础的城市森林生态系统是城市生态系统的有机组成，作为城市的生态基础设施为居民提供便利，同时作为社区公共财产有利于提高城市活力，减少社会矛盾，增强城市、街区、社团的文化氛围，有助于促进和睦邻里，利于青少年成长等［28，31－33］。同时社区、街道的景观绿化设计和管理水平与商业发展以及社区居民的生活联系密切。以树木为主体的公园周边的房地产价格明显高，是国内外普遍存在的现象。而树种组成、健康状况、立地位置、生长条件等影响其价值评价。

4 城市森林树种选择的其他益本分析

人们在居住、工作和生活环境中，更愿意选择具有绿树成荫的开放自然林地特征的环境，同样树木在城市输运廊道中发挥更大作用［33］，城市周边近自然森林能够降低人们长距离游憩出行带来的能源消耗成本等。不是所有的效益能够用货币形式计算出来，可以参照单位生态足迹的核算，对于生态补偿的标准进行量化和评价，便于对城市树木的功能价值进行有效的生态补偿［34－35］。对于城市树种的选择和管理应注重提高其功能价值，提高城市环境质量以及人类健康和福利水平。

5 城市森林树种选择的成本构成分析及实例研究

5.1 城市森林树种选择的成本构成分析

对于既定的绿化目标降低成本的方法一般通过种植更小树体的树木来满足，从经济学的角度对不同树种其进行益本分析是另外一种新的选择方法。城市森林树种选择的原则应保证在相对有限的立地条件下发挥最大综合效益和尽量低的经营管护成本从而获得尽可能高的效益/成本比值 (BCRs)［36］。益本比是生态经济必须考虑的问题，城市森林树木的成本和其产生的效益通常与其他资源联系，进行成本分析时还要尽可能考虑各种联系和局限性。与树木相关的直接经济成本包括栽植、管理、维护、去除，以及生长性带来的设施破坏维护成本等。

根据文献［37－40］，城市森林的成本包括栽植和经营管理中的各项成本，按其用途可区分为内部成本和外部成本两类。内部成本包括:(1)栽 (补)植成本;(2)修剪成本; (3)对死亡树木的相关处理费用;(4)病虫害防治的费用; (5)灌溉的开支;(6)用于项目管理的专业咨询、检查、服务、管理费用。外部成本包括:(1)用于枯枝落叶清扫处理方面发生的费用;(2)用于解决与之有关的纠纷、诉讼案件处理方面的开支;(3)用在治理、维修因其造成的相关市政基础设施损害方面发生的费用。

国际上大多数城市在计算城市森林经营管理成本时，往往按照相关的比例来进行分摊计算。我国在城市森林和城市林业研究方面起步晚，缺乏详细的城市树木管理档案，与之相关的林业、园林管理部门没有区分城市森林类型的成本投入，更不用说成本和效益分析的数据积累，且当前基于效益和成本方面研究多处在定性的结构描述和理论分析阶段。

5.2 国内外对于益本分析的实例研究

国外学者研究表明，城市森林的不同树种结构和龄级水平对其效益成本比影响显著，并通过益本分析选择出了多个适合于当地的高效益/成本比 (BCRs)的树种［37－38］。美国农业部林务局在2003年推出了城市行道树经营管理成本效益分析模型 (STRATUM)，近年来进行了不断地修正和完善，2006年又推出了城市森林成本效益分析系列模型i－tree tools，在世界上很多国家得到了应用。国内学者参照其研究思路和工作方法，对昆明市区的行道树树种进行了效益成本的计算和评价［39－40］，对于国内其他城市的城市森林益本分析研究提供了重要的参考。

6 当前问题与建议

6.1 当前城市绿化存在的问题

国外对树种水平上环境功能效益的量化研究比较重视，国内在林分和生态系统水平上对于植被的生态功能量化测定已取得很多成果，在树种水平上的研究较少，且已有的测定方法不尽统一，可比性差，在城市绿化实践中的应用比例偏低。树种水平的研究成果对于人工生态系统为主要成分的城市森林而言，更有实践意义。

在我国，城市绿化具有公共产品的属性，投资者和经营管理者也基本属于国家部门，当前城市绿化树种的应用多偏重于视觉效果上形态结构的差异，对于生态适应性和生态效益的重视不够。还没有建立对于城市绿化严格科学的评估体系，且生态学的发展水平及成果转化也长期滞后城市化进程。当一件原本有利于城市发展和执政为民的好事情在缺乏公众约束和监督时，建立在不正确的政绩观和权力观之上，城市绿化决策忽略绿化成本与收益的比较成为必然，而“形象工程”的成本还得由纳税人买单。因此，盲目从众、决策失误或低水平的重复建设在城市绿化中屡见不鲜。

6.2 相关建议

(1)在不同地区建立城市森林永久性样地、试验区或结合生态定位站，制定相应的标准和规范，统一研究和分析方法，在林分和树种水平上进行长期持续性监测，积累城市森林研究的基础数据。

(2)各城市根据城市化程度建立相应的城市森林档案 (面积、类型、树种、胸径、冠径、树高、枝下高、位置、健康状况、管护措施等)，结合新技术手段，如高分辨率影像、地理信息系统技术，以及雷达数据的应用，分析城市森林结构和动态变化。

(3)当前的城市森林树种选择应结合当地的自然生态环境本底和已有研究成果，根据生境类型、功能需求选择适应于当地的效益/成本比 (BCRs)高的树种，做到“适地选树”，加快城市森林研究成果的转化和推广应用。

(4)分类统计分析城市森林经营管理的成本组分，制定可持续经营管理目标和措施，逐步建立和完善城市绿化评估体系，提高专家意见和公众参与在城市绿化决策和实践中的比重。

城市的本质是让生活更美好，不仅包括市民化和城市规模的扩大，还应着力提升和优化城市生态环境质量。国内外研究表明，城市森林的覆盖类型与数量同等重要，树种选择能够显著增加城市森林在生态环境中的净效益。城市树种是城市森林的主体，其规划和管理方案应满足改善局部主要环境问题，在可持续发展背景下，除了应该进行相应的生长适应性分析，考虑美学、小气候、病虫害、自然灾害和对于城市空气、水、土壤质量提高等方面，且能够实现在景观水平上信息交流等目标外，还应考虑树种选择、种间关系、群落结构、管护措施以及与市政设施及建筑物的位置关系带来的各种经营成本问题，从而实现城市森林对环境、社会、经济和人类健康等服务功能的成本最小化和净效益的最大化。

［1］Nowak D.J.，Crane D.E. ，Dwyer J.F.Compensatory value of urban trees in the United States［J］.Arboriculture，2002，28(4):194 － 199.

［2］黄会一，张春兴，张有标，等.木本植物对大气重金属污染物:铅、镉、铜、锌吸收积累作用的研究［J］. 生态学报，1983，3(4):305－313.

［3］韩素梅.沈阳地区主要树木净化二氧化硫潜力的研究［J］.辽宁大学学报，2001，28(2):174 －179.

［4］张新献，古润泽，陈自新，等.北京城市居住区绿地的滞尘效益［J］.北京林业大学学报，1997，19(4):12 －17.

［5］柴一新，祝宁，韩焕金.城市绿化树种的滞尘效应:以哈尔滨市为例［J］应用生态学报，2002，13(9):1121－1126.

［6］陈玮，何兴元，张粤，等.东北地区城市针叶树冬季滞尘效应研究［J］应用生态学报，2003，14(12):2113 －2116.

［7］Melissa R.McHale，E.G.McPherson and Ingrid C.Burkea The potential of urban tree plantings to be cost effective in carbon credit markets［J］.Urban Forestry ＆ Urban Greening.2007(6):49 －60.

［8］Brasseur G.P.and Chatfield R.B.The fate of biogenic trace gases in the atmosphere.Trace gas emission by plants［M］.Academic Press，New York.1991.

［9］Cardelino C.A.and Chameides W.L.Natural hydrocarbons，urbanization，and urban ozone.Geophysics Research［J］.1990，95(D9):13971－13979.

［10］Benjamin M.T.Sudol，M.Bloch，et al.Low － emitting urban forests:A taxonomic methodology for assigning isoprene and monoterpene emission rate［J］.Atmosphere Environment，1996，30(9):1437－1452.

［11］Heisler G.M.，Grant R.H.，Grimmond S.and Souch C..Urban forests’s cooling our communities?.Proceedings of the Seven national urban forestry conference［M］.American forests，Washington，DC，1995.31－34.

［12］马杰一，崔德志，王新云，等.吉林市常见园林树种降温效果的比较［J］.东北林业大学学报，2007，35(10):90 －91.

［13］陆贵巧，谢宝元，谷建才，等.大连市常见绿化树种蒸腾降温的效应分析［J］.河北农业大学学报，2006，29(2):65－67.

［14］刘振威，孙丽，沈军．校园内不同树种行道树生态效应研究［J］.中国生态农业学报，2007，15(4):208－210.

［15］沈国舫.中国生态环境建设与水资源的保护和利用［M］.北京:中国水利水电出版社，2001.

［16］王礼先.植被生态建设与生态用水—以西北地区为例［J］.水土保持研究，2000，7(3):5 －7.

［17］罗海霞，丁建生．复合式绿化林带在港区边界噪声防治中的应用［J］. 交通环保，2003，24(4):46－47.

［18］郭伟明，郭晓晓，丁驿帆．利用绿化降低船舶噪音的探索［J］.2006，7(3):28 －30.

［19］杜振宇，邢尚军，宋玉民，等．高速公路绿化带对交通噪声的衰减效果研究［J］.生态环境，2007，16(1):31－35.

［20］Cook D.I.Trees，solid barriers，and combination:Alternative for noise control.Proceedings of the national urban forestry［M］.SUNY Colleage of Environment Science and Forestry，Syracuse，NY，1978:330－339.

［21］Michael A.MacDonald and J.B.Kirkpatrick.Explaining bird species composition and richness in eucalypt－dominated remnants in subhumid Tasmania［J］.Journal of Biogeography，2003，30:1415 －1426.

［22］隋金玲，崔国发，胡德夫，等.北京市区绿化带内鸟类食源树种研究［J］.林业科学，2006，42(12):83－89.

［23］赵同海，赵文霞，高瑞桐，等.外来树种对本地林业虫害的诱发作用［J］. 昆虫学报，2007，50(8):826－833.

［24］王献溥，崔国发.城市绿化中的生物多样性保护问题［J］．北京林业大学学报，2000，22(4):135 －136.

［25］Pulford I.D.and Watson C..Phytoremediation of heavy metal－contaminated land by trees—a review［J］.Environment International，2003，29(4):529－540.

［26］王雁，缪昆．城市森林植物修复污染土壤的功能［J］．东北林业大学学报，2003，31(5):65 －67.

［27］Westphal L.M.Urban greening and social benefits:A study of empowerment outcomes［J］.Arboriculture，2003，29(3):137 － 147.

［28］Dwyer J.F.，McPherson E.G.and Schroeder et al.Assessing the benefits and costs of the urban forest［J］.Arboriculture，1992，18(5):227－234.

［29］Van den Berg A.E.Preference for Nature in Urbanized Societies:Stress，Restoration，and the Pursuit of Sustainability［J］.Journal of Social Issues，2007，63(1):79 －96.

［30］王成.城市森林建设中的植源性污染［J］．生态学杂志，2003，22(3):32－37.

［31］Kuo F.E.，Bacaicoa M.and Sullivan W.C..Transforming innercity landscape:trees，sense of safety，and preference［J］．Environment Behavior，1998，30(1):28－59.

［32］Seeland，K.，Sabine Dübendorfer，Ralf Hansmann.Making friends in Zurich＇s urban forests and parks:The role of public green space for social inclusion of youths from different cultures，Forest Policy and Economics［J］.Forest Policy and Economics，2009，11:10 － 17.

［33］Cackowski J.M.and Nassar J.L.，2003.The restorative effects of nature:implication for driver anger and frustration［J］.Environment Behavior，25:736－751.

［34］叶文虎，魏斌，仝川.城市生态补偿能力衡量和应用［J］．中国环境科学，1998，18(4):298 －301.

［35］Kurt Kratena.From ecological footprint to ecological rent:An economic indicator for resource constraints［J］.Ecological economics，2008，64:507 －516.

［36］张庆费.城市生态绿化理论初探［A］．城市森林生态研究进展［C］.北京:中国林业出版社，2002:43－48.

［37］McPherson E.G.A benefit－ cost analysis of ten street tree species in Modesto，California，U.S.［J］.Journal of Arboriculture，2003，29(1):1－8.

［38］McPherson E.G.，Simpson J.R.，Peper P.J.et al.Municipal forest benefits and costs in five US cities［J］.Journal of Forestry，2005:411－416.

［39］高则睿，赵林森一，高喜.昆明市区银桦行道树经营管理成本效益分析［J］.西南林学院学报，2004，24(4):45－49.

［40］文冰，赵林森，王见，等．昆明市部分行道绿化树种经营效益成本分析与评价［J］.林业经济问题，2007，27(2):121－125.