基于生态功能量分析的绿地改造案例*

关 赛 张明娟 陈 宇

南京农业大学园艺学院 南京 210095

基于生态功能量分析的绿地改造案例*

关 赛 张明娟 陈 宇

南京农业大学园艺学院 南京 210095

在生态功能量分析的基础上对城市绿地进行合理改造，对于提升园林绿地的生态功能具有重要意义。文章以南京农业大学校园为例，在调查分析绿地的绿量、固碳释氧、降温增湿3方面生态指标的基础上，对功能欠佳的典型区域提出了相应的植物优化改造方案。

绿地改造,绿量,生态功能量,南京

过度重视城市绿化景观，忽略城市绿化的生态功能，是目前城市绿化普遍存在的问题。因此，在对城市绿地生态功能进行科学评估的基础上，调整绿地的布局、结构和植物种类等，改善绿地生态功能，是当前中国城市绿化工作的迫切要求。虽然早在1998年，陈自新等[1-5]已经对城市绿地在常见树种固碳释氧等方面做了探索性研究。此后，针对各地区常见乔木、灌木、草本、攀缘植物等的生态功能都做了有关研究。但是这些研究主要是基于植物的生态功能，对成片绿地的综合生态功能量研究较少。

本文提出以生态功能量为评价标准，依靠已有数据，对当代城市绿地进行优化改造。以南京农业大学校园为例，分析了校园绿化的综合生态功能量，并就如何优化改造做了详细分析。由于常见园林物种的各类生态功能指标测定尚不完善，本文只选取数据较为齐全的降温增湿和固碳释氧两个指标进行探索性研究。

1 研究区概况

南京(31°14″—32°37″N，118°22″—119°14″E)位于长三角地区，为中纬度亚热带地区，年平均温度15.4 ℃，其自然植被属于北亚热带阔叶、常绿阔叶混交林带。研究区域为南京农业大学主校区(不含教职工家属区)，地处南京主城区东部。研究区面积约为410 000 m2，其中绿地面积128 625 m2。

2 研究方法

2.1 绿地调查

研究调查了南京农业大学主校区绿化情况。根据物种高度将植物分为乔木层、灌木层、地被(藤本)层及草坪层。对乔木层进行胸径、冠幅、高度的调查，对灌木层进行地径、蓬径、高度的调查，对地被层、草坪层进行高度、面积的调查，并记录生长状况、配置方式等。此外，还专门选取代表性绿地10块，计算了单位绿地面积绿量及生态功能量，并选择功能量较低的绿地进行了详细的绿化改造分析。

2.2 生态指标的选取与计算

2.2.1 绿量

绿量是绿地发挥生态功能的重要基础，也是计算生态功能量的必要条件，因此研究首先计算了各植物的绿量。不同文献计算植物生态功能量的方法各有差异，本文绿量及生态功能量计算方法主要参考郭雪艳[6]、薛仁龙[7]的研究,其中大部分物种计算模型参考郭雪艳(南京)、王丽勉等[8](上海)的研究，因研究数据不足，部分植物参考北京、河南等地的研究。对于文献中尚未涉及的植物，则根据植物形态、种属、个体大小等，取其近似种数值，或形态类似植物的综合平均值[6-20]。在计算各植物生态功能指标的基础上，迭加得出研究绿地的综合生态功能量。其中，对乔灌木及地被(藤本)进行叶面积及叶体积总量计算，对草坪进行叶面积的计算，公式如下：

乔灌木：S=LAI×CA;V=LVI×CA

(1)

地被(藤本)：S=LAI×CA;V=CV×V1

(2)

草本：S=LAI×GA

(3)

公式(1)(2)(3)中，S为叶面积总量(m2)，LAI为叶面积指数，CA为树冠面积(m2)，V为叶体积总量(10-3m3)，LVI为叶体积指数(10-3m3/m2)，CV为树冠体积(m3),V1为单位体积叶体积(10-3m3/m3),GA为草坪面积(m2)。

2.2.2 固碳释氧

研究表明，目前大部分城市的二氧化碳含量远远超过大气正常含量3×10-4的指标，直接危害人们的健康，而植物光合作用成为缓解这种情况的重要办法。植物固氮释氧指标值及其与绿量的换算关系如下：

DO2=ZO2×S；DCO2=ZCO2×S

(4)

公式(4)中，DO2为每平方米单株植物释氧量(g/d)，ZO2为释氧标准指标[g/(d·m2)],DCO2为每平方米单株植物固碳量(g/d)，ZCO2为固碳标准指标[g/(d·m2)]，S为植物绿量(m2)。

2.2.3 降温增湿

植物的降温效应通过树冠的遮蔽减少太阳的直接辐射和植物蒸散冷却作用完成，而增湿作用则是通过植物的蒸腾作用完成，园林绿化对城市小气候有明显的改善作用。样地气候夏季炎热冬天干燥，植物降温增湿的效果尤其重要。植物降温增湿指标值及其与绿量的换算关系如下：

DJW=ZJW×S;DZS=ZZS×S

(5)

公式(5)中，DJW为每平方米单株植物降温量(℃/d)，ZJW为降温标准指标[℃/(d·m2)]，DZS为每平方米单株植物增湿量(g/d)，ZZS为增湿标准指标[g/(d·m2)]，S为植物绿量(m2)。

3 结果与分析

3.1 绿地概况及植物组成

南京农业大学研究区内绿地类型以疏林草地为主，乔木共1 490株，平均高度9.1 m，冠幅5.2 m，胸径30 cm；灌木共762株，平均高度2.1 m，蓬径1.9 m；地被覆盖面积16 516 m2；草坪覆盖面积34 186 m2。攀缘植物较少，垂直绿化面积约500 m2；水体面积仅1 990 m2，水生植物覆盖极少。在植物组成方面，共有55科、94属，共计124个种(含种及种以下，下同)，其中乡土植物27科41属51种。常绿植物51种，乔灌木数量1 267株；落叶植物73种，乔灌木数量979株。常绿落叶树种比约为5∶7，反映出研究区落叶树种居多，常绿落叶数量比约为12∶7，即常绿树种数量比落叶多，会影响到群落季相变化效果，但冬季景观效果会相对较好。

3.2 总体生态指标分析

3.2.1 绿量

校园整体绿地的总绿量值(以叶面积量代表绿量值)为120.4 hm2。其中，乔木绿量占总绿量的62.2%；由于覆盖面积广大，草坪类也贡献了25.1%的绿量；地被(藤本)类占10.7%；灌木绿量仅占2.0%。从各物种绿量来看，乔木类中香樟、蜀侩、二球悬铃木等植物单株绿量较高；灌木类中桂花、海桐单株绿量较高；地被类中红花檵木、细叶麦冬单位面积绿量较高；草坪类中马尼拉单位面积绿量最高。

3.2.2 固碳释氧

植物通过光合作用发挥固碳释氧的功能,对改善城市空气质量、实现城市生态系统良性循环具有重要意义[21]。研究区总固碳量约为9.9 t,总释氧量约为7.6 t，其中固碳释氧量最高的乔木类植物占总固碳量的68.6%，总释氧量的76.2%。

3.2.3 降温增湿

研究区总降温量约276 404 ℃，总增湿量约1 758.9 t(相应草坪植物降温增湿指标暂缺)。以研究区面积为410 000 m2计算，校园绿化每天降温0.7 ℃/m2，增湿4 289.9 g，能有效缓解校园内的热岛效应及干岛效应。乔木类降温增湿效果最为显著，占总降温量的87.3%，总增湿量的88.0%。

4 典型绿地生态功能量及改造思路

研究计算了校园整体及10个典型绿地单位绿地面积绿量及生态功能量(表1)，选取生态效率偏低的综合楼、逸夫楼、莲塘水榭及食堂游园4个区域，并探讨了相应改造方法，改造前后生态指标值对比如表2(生态功能量计算以研究区植物调查数据为参考)。

表1 校园整体及典型绿地单位绿地面积生态指标值

表2 绿地改造前后单位绿地面积生态指标值对比

注：改造后数值由下划线标记。

4.1 综合楼

综合楼面积共计9 500 m2，绿地面积6 003 m2。在物种组成上，植物有23科、40属，共计42种。乔木64株,灌木86株,地被覆盖面积3 054 m2,草坪面积2 172 m2。虽然单位面积绿量比整体水平高，但生态效率偏低，建议补种生态效率较高的物种，例如乔木喜树、圆柏、雪松，灌木海桐、桂花，地被海桐、红叶石楠等，将剪股颖草坪更换为马尼拉。方案共增加喜树4株(冠幅7 m，胸径35 cm)，黄山栾树3株(冠幅5 m，胸径20 cm)，圆柏10株(冠幅3 m，胸径9 cm)，卫矛2株(蓬径2 m，高度2.5 m)，海桐球4株(蓬径1.5 m，高度1.6 m)，红叶石楠球4株(蓬径1 m，高度0.8 m)，将草坪更换为马尼拉草坪(2 172 m2)，改造后景观效果更加丰富，生态功能量显著增加。

4.2 逸夫楼主入口绿地

逸夫楼面积共计16 358 m2，绿地面积7 676 m2，生态效率较低。在物种组成上，植物有23科、40属，共计42种。乔木56株，灌木115株，地被覆盖面积3 054 m2，草坪面积2 172 m2。逸夫楼作为主入口绿地，为了突出气势宏大、严谨规整的大学氛围，景观格局以大面积草坪为主，道路旁仅配置绿篱及两排小型香樟树(冠幅4.5 m，胸径20 cm)，造成绿地整体生态效率偏低，因此建议将草坪替换成观赏效果更佳、层次变化丰富的绿篱。以大叶黄杨、侧柏、红花檵木3种植物组成的绿篱为例(每种面积724 m2，共计2 172 m2)，替换后综合生态功能量超过原来的2倍，改造效果十分显著。

4.3 莲塘水榭

莲塘水榭面积共计3 597 m2，其中水体面积865 m2，绿地面积1 773 m2。在物种组成上，植物有11科、15属，共计17种，乔木25株，灌木88株，地被覆盖面积193 m2，而水体没有绿化覆盖。乔灌木规格低于平均值，这是因为乔木多为鸡爪槭、紫叶李等小乔木，主要灌木桂花因为靠近教职工食堂排风口，长势不佳。莲塘水榭作为休闲绿地，建议在水体中增加植物，丰富植物层次，将原来杂草地面替换为马尼拉草坪，在单一的细叶麦冬上丛植木槿、栀子，并增加紫叶李等，增加单株生态功能量较高的植物如圆柏、广玉兰等。方案共增加了5株圆柏(冠幅4 m，胸径13 cm)，2株桂花(蓬径3.5 m，高度3 m)，6株木槿(蓬径2.5 m，高度3.5 m)，5株栀子(蓬径2 m，高度2.5 m)，140 m2水生植物(暂缺水生植物指标)，替换340 m2马尼拉草坪，改造后可达到综合生态功能量翻倍的效果。

4.4 食堂游园

食堂游园面积共计2 005.5 m2，其中绿地面积1 513.9 m2，各项生态指标都偏低。在物种组成上，植物有6科、9属，共计11种，乔木42株，灌木23株。食堂游园为自然式小游园风格，缺点较多，如草坪因管理不善已被杂草替代，植物层次较为单一等。建议丰富植物层次，将单一的小乔木杂草结构改造为丰富的乔灌草复式结构，乔木层可增加单株生态功能量较高的圆柏、蜀侩和广玉兰等植物，灌木、地被层可增加海桐、大叶黄杨和构骨等植物，同时重视植物的养护管理工作。方案共增加黄山栾树6株(冠幅5 m，胸径20 cm)，蜀侩7株(冠幅5 m，胸径22 cm)，龙爪槐3株(冠幅2 m，胸径5 cm)，金叶女贞篱600 m2(高度0.6 m)，高羊茅草坪2 000 m2，改造后生态功能量大大提升，效果显著。

5 结语

当前城市生态建设的重要目标是提高城市绿地的生态功能。本文综合前人对各种常见植物绿量、固碳释氧、降温增湿等生态指标的研究成果，探索了测定绿地生态功能量并进行改造的方法，得出以下结论：1)不同植物生态功能量差别较大，规划前必须考虑生态效益值，在绿地中少量添加生态效率较高的植物可以显著提高绿地生态效益；2)由于不同研究者对各物种生态功能的研究结果不同，可比性较差，今后应按统一实验方法和统一标准以便增加可比性。此外，各类生态功能指标测定尚需完善。

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[4]陈自新,苏雪痕,刘少宗，等.北京城市园林绿化生态效益的研究(4)[J].中国园林,1998,14(4):46-49.

[5]陈自新,苏雪痕,刘少宗，等.北京城市园林绿化生态效益的研究(5)[J].中国园林,1998,14(5):57-60.

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A Case of Transformation of Green Space Based on Ecological Functions Analysis

Guan Sai Zhang Mingjuan Chen Yu

(College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, Jiangsu, China)

The rational transformation of urban green spaces on the basis of ecological functions analysis is of important value for enhancing the ecological functions of landscapes. The paper investigated and analyzed the ecological indicators such as green quantity, oxygen releasing and carbon sequestration, temperature cooling and humidity increase in Nanjing Agriculture University. Based on the analyses, the corresponding plant optimization plan was proposed for the typical area with poor ecological functions value.

transformation of green space, green quantity, ecological function value, Nanjing

2016-08-18

国家自然科学基金项目：特大型城市中公园绿地的生态用地效率研究——以南京市为例(31200530)

关赛(1994-)女，硕士，研究方向为绿地环境。E-mail: seiner29@hotmail.com

张明娟(1979-)，女,博士,副教授,研究方向为植物与景观生态学。E-mail:zhang-mj@njau.edu.cn

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.01.006