应对气候变化——城市森林树种选择思考

吴泽民 王嘉楠

问题讨论

应对气候变化
——城市森林树种选择思考

吴泽民 王嘉楠

安徽农业大学林学与园林学院 合肥 230036

当今我们依然缺乏气候变化对城市树木影响的知识,很少将气候变暖的科学预测和城市森林研究相结合,对城市森林树种的科学认识不足。作者提出需理性地理解树种规划和树种选择的关系、乡土树种和外来树种的关系、树种丰富度和均匀度的关系、行道树单一性栽植和多树种栽植的关系、树木生长动态和立地的关系、树木生长和气候变化的关系、树种选择和群落配植的关系,需要通过科学研究提出一个具有前瞻性的城市树种名单,建立更合理的树种选择模式来应对城市环境和未来的环境变化。

气候变化,城市森林,树种,树种选择

2014年IPCC报告指出,气候变暖是全球气候变化的主要特征,引起海平面上升、极端灾害性气候频发、生物多样性减少等一系列问题,已经并将持续对自然和人类系统产生重大影响,并将城市列入了气候变化风险的主要区域。一系列与气候变化相关的风险因子,如台风、风暴潮、高温热浪、极端降水、内陆和沿海洪水、干旱等对城市已经并将继续构成严重风险,许多风险因子发生的强度和频率呈现增加的趋势。而最近提出的适应气候变化的城市规划理论指出,绿色基础设施同城市道路、给排水等基础设施一样,对适应气候变化至关重要[1]。

减缓全球气候变暖途径有:通过降低能源消耗来减少向大气排放温室气体,提高从大气中吸收和除去温室气体的能力。绿色植物兼有这两方面的功能,森林则是绿色植物中功能最强者,而城市森林的作用不容忽视。城市森林不仅对改善城市生态环境、增进居民身心健康、提高城市经济活力起关键作用,在缓和温室效应、减缓气候变暖方面也有重要作用。据Nowak估算:美国的城市森林(市区范围)吸收C02的量相当于全国森林的8%,因此必须构建和维护一个结构稳定、健康生长的城市森林生态系统,其基础是树木正常生长、保持健康、延长寿命、增强功能[2]。

1 气候变暖对城市森林的影响

气候变暖将影响地球上几乎所有物种的时空动态、种间关系及其对环境的适应能力。对城市森林树木的影响极为明显,主要包括:树种分布发生变化,树木生长(物候)受到影响,树木生长减缓,寿命变短、而管护更新的投入增加,影响以树木为寄主的病虫害种群动态及其危害能力,灾害性气象导致对树木的损伤,一些树种会失去原有的生长环境而最终消失。具体表现为:

1)城市植物区系变化加速。相对于自然环境,城市植物区系的变化更快,这是自然因素和人为活动叠加的结果,主要是引种导致的外来树种增加迅速。据北京市2003年统计,6~8年引种植物128种,1990年约有园林植物359种,到2009年增至615种传统应用的竹类只有2种,现在增至50余种。气候暖会导致管理者对极端低温失去警惕,忽略可能出现新的环境胁迫问题,从而非理性地扩大树种选择范围,不断扩大的引种导致城市外来植物增多。

2)城市树木光合作用下降、生长量降低。主要是气温升高本身造成的影响,而病虫害是部分原因,可导致成年树木吸收CO2量减少12%左右,可能会过高评价城市树木吸收CO2的功能[3]

3)影响树木的物候。气候变暖树木展叶和开花提前、生长期延长。据阿诺德树木园的研究, 1980—2002年树木开花时间较1900—1920年早了8 d。徐文铎预测,平均气温上升1℃,沈阳城市树木开花提前5 d[4]。据作者观察,从20世纪的60年代至今,合肥市中心紫荆开花至少提前了10 d,悬铃木落叶推迟了15 d。

4)现在的城市树种不能适应未来气候条件。Mcbride根据气候模型预测,在加州中部城市,至2100年现在常用树种的90%将不再适应。

2 我国城市森林树种的基本情况

目前我国城市森林树种的丰富度总体上来说还是比较高的,在引种驯化、选种育苗方面都取得了很大成就,各城市都可列出一个长长的树种名单[5]。但有几个问题需要注意:

1)城市树木种群结构不够合理。在多数城市中,仅少数几个树种成为城市森林的主体,如北京,国槐、银杏、毛白杨、加杨、小叶杨、旱柳、垂柳、刺槐等占了落叶乔木总量的53%合肥市中心,女贞、香樟、红叶李、广玉兰、二球悬铃木、国槐等10种阔叶树,占了整个阔叶树木的81.9%[6]。

2)城市森林树种的趋同性明显。有人评说我国的城市“千城一面”,这不仅表现在建筑,城市绿化也是如此,绿化模式雷同、树种选择相似。据史琰对我国21个城市的研究,在建成区中按重要值排在前三位的,香樟、大叶榕、小叶榕、悬铃木、国槐、银杏、榆树、枫香、白蜡、加杨、水杉、侧柏等17个优势树种的数量,占全部树木的30%~60%[7]。

3)所谓“流行”。城市绿化常常会追逐“流行”,譬如对色彩树种、低纬度树种的“情有独钟”,对棕榈科树种的追风等等,导致过于依赖引种。结果是,许多传统的优良树种却不再应用。20世纪50年代上海的传统绿化树种,如榧、刺楸、肥皂荚、上海黄檀等都已很少应用,或已消失。

4)城市树种更替较快。造成这个结果的原因很多,如城市改造、城市立地条件导致树木死亡率高、选择了不适合的树种必须更新等等。因此,有的城市同一条街道的行道树在几年中竟发生多次变化。

5)苗木需求与供给侧脱节。苗圃业者常常培育周期短、开发容易、流行的树种,结果设计者希望选用的乡土树种、珍稀树种常常无苗木来源。

3 城市树种规划、选择研究的简单回顾

我国城市树种的选择与规划很早就为业界所重视,早在20世纪30年代,造园学家陈植在镇江伯先公园计划中(1931年)就列出了可种植的树种名录,毫不夸张地说这份名单还要优于今天的许多树种规划。另外如范肖岩的造园法(1935年),莫朝豪之园林计划(1937年)等都有树种规划。50年代,吴中伦先生最早提出园林树种选择和规划问题, 1979年中国园艺学会开展城市园林树种探讨,建设部组织了“城市园林树种调查、引种和选种”的研究80年代,吴中伦提出了“一个城市树种规划的宏观方向及研究背景”90年代陈有民主持完成“中国城市园林一树种一区域规划”,又在2006年完成了«中国园林绿化树种区域规划»现在有许多学者将城市绿化树种选择提高到战略问题对待,指出城市树种选择是影响整个城市设计的大问题[8]。据文献记载,至2013年全国至少有113个城市已完成树种规划研究,但作者检索了近期发表关于树种选择的1 000余篇文章,只有2篇明确涉及考虑气候变化的影响,可见对于气候变化与树种选择的关系还没有受到真正关注。

4 树种选择的思考

城市环境本来就有它的特殊性,其气候、土壤、植被都不同于原生环境,还由于城市空间格局的人为性,导致立地复杂、生境多样,城市树木更易受到各种环境胁迫和人为活动的影响,因此城市森林构建时的树种选择、配植以及后续管理和养护,一直是城市林业的主要内容之一。

树种选择首先考虑立地因子,包括环境因素和种植限制因素,也必须分析能否适应今后有变化的环境另外还有经济和社会服务及功能方面的考量。在城市树种选择上有几个问题需要我们思考。

1)树种规划与树种选择。一般情况下树种规划是较大尺度范围的,如一个城市、一个公园、一个小区,都可有树种规划,但这只是提供了在相应尺度下可供选择的树种名单,并不等于这些树种都能适应某一个具体的立地环境。而选择树种即是针对具体立地而言的小尺度活动,必须考虑立地环境、适应性,空间、景观和功能要求等等因素。目前,我们更多关注树木本身特点,而对与周围环境的协调性或适应性缺乏研究,特别是对于树木生长动态与生长空间,及相伴植物的竞争关系较少考虑。当然,树种选择首先必须遵循“适地适树”原则,然而“地”和“树”之间的平衡是相对的、动态的,应贯穿于树木整个生长过程。在城市绿化中还有一种说法叫“改地适树”,那是需要采用各种措施使树木生长与立地环境达到平衡,其作用是不应被过度夸大的。

2)基调树种和树种丰富度及优势度。按现在的城市绿地系统规划要求,树种规划一般提出基调树种4~6种、骨干树种20余种、其他一般树种。这个规划模式对城市树种选择的影响极大。笔者一直在思考何谓“基调树种”、是否有必要提“基调树种”,拿景观生态学来理解,基调应是基质、背景,是面积占50%以上的主体部分。如是,即使一个城市的绿化树种有几百种,树种的丰富度是提高了,但实际种植的主要是“基调树种”或“骨干树种”,反复种植少数几个树种,树种均匀度就低了。这不是真正意义上的生物多样性,显然是不符合现在大力提倡的生物多样性保护战略。

3)乡土树种和外来树种。乡土树种最适合当地气候土壤环境,因此我们强调应多用乡土树种。但国内外的研究都表明,外来物种比重高是城市植物区系的一个主要特点,我国的大部分城市也如此。这是因为,一方面我们为了提高效果而太多依赖引种而另一方面,客观地讲对于城市中的有些立地环境来说,外来树种比乡土树种更适应,选择外来植物也是“适地适树”的结果,而在气候变暖的情况下选择外来树种的机会还会增加。因此,在我们强调选择乡土树种的时候,又不能一味的排斥外来树种,必须掌握适度的比例,而在构建更接近自然的群落时应首先选择乡土树种。

另外,关于乡土树种的界定,不应只局限于本地(行政区划范围),可理解为同一个植被带、或亚带的数值,以扩大选择的范围。

4)理性对待彩叶树种。最近十几年兴起一股彩叶树种的热潮,在植物配置、景观设计、风景林改造等等项目中,都把增加色彩作为主要内容。其实,几乎所有的树种在不同季节都会有一定的色彩变化,真正常彩的树种并不多,而且与气候、土壤条件有关。色彩树种的应用也需考虑适度,更要打破单一的应用模式,注意色彩的配置、以点景为主不宜过多。当然最重要的是开发当地彩叶树种,引种彩色树种必须进行栽培试验。

5)行道树的单树种栽植和多树种栽植模式。城市行道树栽植一直有单一树种(Monoculture)和多树种(Polyculture)2种模式,前者统一整齐、方便管护,后者从生物多样性和结构稳定方面考虑,是20世纪30年在美国发生荷兰榆树病导致大量美国榆树行道树死亡后提出的。现在,提出根据生物多样性的原则规划行道树结构,原则是不要过于依赖少数的几个树种,如美国Michigan州规定一条街的行道树至少要分属4个属,2株同一树种的树木不应相邻种植,但这个标准比较高,在大多数城市难以实现。

6)环境胁迫加剧及灾害性天气增加对树木的影响。气候变化表现为暖冬、夏季降雨减少但暴雨增加,炎热天数增加,如上海在增温的大背景下,成灾台风的生成频数会继续增加,这对行道树影响最大,应把耐热、抗旱、抗风、保持水土功能作为行道树选择的考虑因素,如树木根系特点、固着性、抗风害、受损后的更新及保持水土功能等。

7)基于树种功能的选择。据Nowak对美国10个城市的研究,城市森林树木每年直接减少PM2.5的量达到4.75~64.5 t,而通过降温减低能源消耗、减少大气光化学反应能间接减少大气二次污染物。但此功能在不同树种间有较大差异,取决于树木体量、叶面积、叶面结构等。而且有的树种因释放单萜、异戊二烯等生物挥发性有机化合物(BVOC),再与大气中的其他污染物发生化学反应而生成二次污染物成为PM2.5的源[9－10],这是树种选择必须慎重考虑的。

8)树种选择和群落配植。用于群落配置的树种选择,不能只考虑树形搭配、色彩变化等景观效果。不仅应考虑组成种之间的生态位,即种间的生态关系和竞争,还需考虑今后群落结构动态变化与树木生长之间的关系,创造类似森林的生长环境,减少树木养护及群落调控措施的使用,维持相对稳定的群落结构。

9)城市森林结构稳定性与树种选择。整个城市森林结构是动态变化的过程,不同经营方法、开发规划、土地利用的变化、决策层的作用等都会引发城市森林结构变化,而树种结构的合理与否也是影响城市森林结构稳定的一个因素。在满足上述树种选择要求外,还需得到社会公众的认同与支持,树种组成应能充分提供生物多样性的支持。目前,美国城市林业采用一个公式«Diversification formula»来决定树种的比例,属于同一个科的树木不宜超过10%,属于同一个种的树木不宜超过5%。

5 需要进一步深入研究的问题

1)对城市森林树种的科学认识。在森林经营中,我们对主要造林树种已有很多研究,可基于它们的生理生态、生长特性实施科学经营。但城市森林树种数量多、来源复杂,对于多数树种依然停留在感性认识的阶段,因此应加强对主要树种的基础研究。

2)预测未来至少50年城市树木对气候变暖导致干旱的反应。全球气候变暖成为人类活动必须面对的问题,城市森林经营也不例外,必须研究城市树木对未来气候变化的反应,为应对未来变化选择树种提供科学依据。

3)通过科学研究,提出一个具有前瞻性的城市树种名单。植物园应成为研究主力,如芝加哥植物园的研究结果,将银杏列为最适应未来城市环境的树种,其次有美国榆树的2个品种及美洲椴、美洲黄栌、香槐、鹅掌楸、七叶树、美国紫树等,而适合作为行道树的有榉树、水杉、落羽杉、朴树、国槐、美国皂荚、黄金树[11],其中有产于我国的几个树种。美国D.Nowak等开发的I－Tree Tools,建立基于1 585个树种的数据库,该工具结合城市气候变化模型,可作为应对气候变化的树种选择工具[12]

4)将气候变暖的科学预测和城市森林研究相结合。我们依然缺乏气候变化对城市树木影响的知识,在树种选择时缺乏对气候变化的考虑。因此,不仅在树种选择方面,在城市森林宏观布局、城市森林评价、管护等方面都必须与气候变化的影响相结合开展研究。

5)科学评测和研究城市森林的功能。城市森林功能与树种组成、树木生长情况、叶面积量、分布格局等以及必要的管护等多种因素有关,需要综合分析、客观评价。如上所述,有的树种挥发有机挥发物而成为污染源,选择需要加大养护的树种会增加能源消耗,反而可能成为碳源。

6 树种选择模式

鉴于上述分析,作者提出如下城市树种选择模式,纳入气候变化的影响、并作为一个重要的因素(图1)。为构建健康、稳定、高功能的城市森林生态系统,在树种规划和选择上,要协调设计者、种植者、使用者、供给者的意见(图2)。

图1 纳入气候变化的城市森林树种选择模式

图2 影响树种选择的各方关系

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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 authorƴs 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

吴泽民(1944－),男,教授,博士生导师,主要研究方向为城市林业,E－mail:zeminwu2＠qq.com