高密度建成区城市绿地生态效能研究进展

张莉

（上海市城市规划设计研究院 200040）

高密度建成区城市绿地生态效能研究进展

张莉

（上海市城市规划设计研究院 200040）

随着高密度建成地区成为中国城市的主要特征之一，这种空间特征给城市带来了种种环境问题，使得城市绿地生态效能的研究逐渐得到人们的重视，成为诸多学科的研究热点。基于货币、数量模型、绿地结构三个方面论述了高密度地区城市绿地生态效能系统梳理了国内外生态效能的研究方法及研究进展，为未来深入研究城市生态效能分提供了充分的理论依据。

高密度建成区；城市绿地；生态效能；研究进展

毋庸置疑，高密度人居环境已经成为中国城市的主要特征之一，特大城市在成为国家经济增长引擎的同时，由于高密度地区以建筑密度高、人口密度高、土地资源紧张为特征，因此公共开敞空间匮乏、人口密集、道路拥堵、生态环境品质下降等问题也十分突出，协调绿色空间的保护与城市发展是高密度城市发展面临的难题之一。因此，探寻如何提升城市绿地的生态效能，已成为未来绿地系统发展所面临的一个不可回避问题。

1 概念界定

1.1 高密度建成区

目前关于高密度建成区尚无统一界定，在本研究中，高密度建成区是指城镇建设用地范围内建设强度较大、建筑集中成片分布，建筑密度较高、人口密集的地区。在空间上主要表现为：整体土地开发程度高、强度大，建筑密度大、聚集度高，以多层和高层为主；由外侧向内土地利用类型多样性降低，以公共服务用地、商业用地、居住用地等为主，绿地、工业用地用地相对较少。

1.2 生态效能

城市绿地的生态效能是指绿地系统为维持城市人类活动和居民身心健康提供物质产品、环境资源、生态公益和美学价值的能力[1]，它包括绿地生态系统中生命系统效益、环境系统效益、生命系统与环境系统相统一的综合效益。目前，对于城市绿地效能评价的研究很多，除风景园林与城乡规划外，植物学、生态学等学科均有涉足，其研究方法呈现出从单一的指标法向以货币替代、数量模型等为代表的系统性方法转变的趋势。

2 生态效能研究进展

2.1 基于货币价值的城市绿地生态效能研究

以货币价值换算作为度量城市绿地生态功能的方法，其常的研究思路是首先求出绿地的生态补偿量，再选择标准进行货币转化。该方法可分为两大类：直接评估法、间接评估法。直接评估法以重置成本法、机会成本法等代表，是以市场现行价格作为价格标准，用货币的形式直观地表示研究片区的生态效能的大小；间接评估法包括防护支出法、影子工程法等方法，其原理是以替代物的市场价格来衡量研究对象的价值。研究方法方面主要有：空气污染物清洁、水土保持、碳储存与碳消减量等几种（图1）。

图1 城市绿地主要生态效能

（1）维持碳氧平衡。早在20世纪80年代，研究人员通过实证研究发现，绿化覆盖率与CO2呈负相关[2，5]。城市绿地维持碳氧平衡的过程可分为固碳和释氧两个过程，其中释氧价值主要由工业制氧法和造林成本法计算（表1），两者的主要区别是造林成本法通常用于森林及林场的维持碳氧平衡服务价值计算[3]，而工业制氧法主要用于人工绿地。

（2）吸收有害气体。SO2、NOx以及可吸入颗粒是大气污染的主要成分，而大部分植物都具有吸收SO2、NOx等有害气体的能力。例如贾风勤等通过研究发现，NOx吸收能力同植被群落层级密切相关[5]。另外，旧金山的相关实证研究发现，1.1×108棵林木每天吸收的NO2可减少合成0.6%的臭氧，从而间接减缓了大气臭氧空洞的扩大[6]。目前，城市绿地在吸收有害气体方法的评价方法有人力资本法、替代成本法。

表1 碳氧平衡常用方法

（3）滞尘降尘。城市绿地的滞尘量与绿地垂直结构密切相关，研究表明具有“乔－灌－草”结构的复合型绿地具有相对较好的滞尘作用，因此，可以通过调整绿地种植结构改善绿地的滞尘效益。进行价格评估时，通常采用替代费用法，在现有实证研究中，不同植物对于SO2、粉尘的吸收能力及治理费用多引自《中国生物多样性国情研究报告》，NOx治理费用的数据来自工业脱氮的运行费用。

（4）蓄水保水。城市绿地在蓄水保水方法的作用主要表现在截留降水、蒸腾、增强土壤下渗、抑制蒸发等方面，且不同种植结构的城市绿地蓄水保水能力不同，针阔混交林的乔、灌、草结构的绿地类型在涵养水源的效益优于单树种单层次结构的森林。测算方法主要有土壤蓄水估算法、水量平衡法、地下径流增长法等，其中较为广泛使用的是水平衡法，既用建造水坝的成本或居民用水成本来衡量蓄水价值，例如在考虑蒸发量后，荆克晶等[7]对长春市城市绿地储水保水方面的价值进行了估算。

（5）调节气候。近年来，国内外就城市绿地降温效应展开了多尺度的研究。在微观尺度上，基于植物蒸腾理论，研究植物单体在降温方面的特点及测算不同群落结构的降温效应差异，如张文豹等通过对城市绿地空间中不同配置模式的比较后发现，乔灌草群落的综合降温效应优于灌草、草坪群落[8]；在中尺度上，基于3S技术研究发现城市绿地降温效用与乔灌盖度、最大斑块面积呈正相关[9]，同植被丰富度或者植被指数存在负相关[10]。替代费用法同样广泛使用在评价城市绿地在调节气候，例如，王恩和等[11]利用替代费用法估算西湖风景区在调节气候方面的价值；张彪[12]等通过实测研究结合替代费用法估算了北京城市绿地在调节气候方面的价值。

由于我国在城市绿地生态效能货币化评价方法尚无统一标准，因此容易造成在不同研究中，数据统计口径与计量标准存在差异，这给不同实证研究的横向比较带来一定的困难。此外，有些研究忽略了森林生态效能同城市绿地生态效能的差别，直接将森林绿地的相关数据用在城市绿地生态价值评价上，使城市绿地生态效能被过分高估[4]；有一些研究忽视了城市绿地效能在地域方面的差别，同样会导致研究成果的误差。

2.2 基于数量模型的生态效能研究

20世纪末，随着“3S”技术的发展，学者们逐步将目光投向基于数量模型的城市绿地效能评价，在此领域运用最广的模型是美国森林协会（American Forests Mission）推出的城市生态环境分析软件——CITY green。该软件的分析功能包括碳储存及碳消减、水土保持、大气污染物清除等几个方面。目前，CITYgreen模型在发达国家（尤其是美国）得到了广泛的应用，美国林业采用该软件对包括California、Washington、Columbia[13]在内的 200多个城市进行生态分析，为当地居民及政府提供了重要的城市规划建议及决策依据。

表2 CITY green各分析模块

何兴元于1993年首次将CITY green模型引入我国，目前已逐渐推广至城市绿地的研究领域。就研究内容而言，基本上涵盖了固碳效应、生态服务价值、减少暴雨径流、节能等方面。就研究视角而言，研究者普遍从土地使用情况出发，分析不同时空格局下的城市生态效能变化情况，例如张侃等[14]以杭州市为例探究了城市绿地生态效能同土地利用变化间的关系。也有一些研究者从横向比较入手，不同研究对象的生态效能大小，例如王焕然等[15]从大中小三个尺度并结合时间变化，探究了不同时空背景下的城市绿地效能变化。

除CITYgreen外，还有诸如美国的CTLA法、新西兰的STEM法、西班牙的Norman Granda方法等一系列评价模型。在实证研究方面，同样成果颇丰：Brack[16]利用城市树木资源管理软件——DISMUT，预测城市绿地系统价值及其在碳减排方面的潜力；Shashus-Bar[17]将统计学方法和“Green CTTC”模型相结合，评价绿化树种的降温效益；段晓峰等利用线性函数构建多目标模型分析评价北京近郊城市绿地效能，并利用LING08.0对未来的发展趋势作以预测[18]；邓毅等[19]分析了基于权重的生态性评估体系的缺陷，进而建立了以ULEE（城市景观生态效率）为核心指标、EF（生态足迹）为统一度量的非权重法评估的理想模型。

2.3 基于绿地结构的城市绿地生态效能研究

（1）垂直景观结构影响

城市绿地的垂直结构主要指从城市绿化（乔灌草）及其配置方式角度分析绿地结构及组成。通过实测研究发现，具有“乔—灌—草”复合结构的植被群落对于缓解热岛效应要明显优于其他结构的绿地，此外植物群落的平均叶面积指数、郁闭度与降温效应能力显著相关。对上海市浦东新区城市绿地在净化空气方面的研究[20]中发现，不同绿地结构对吸收空气中的SO2、NO2和O3效应的大小有显著的影响，其中郁闭度、绿量密度同净化作用呈正相关。此外，在绿地滞尘效应方面的研究发现，不同生活型植物的滞尘能力取决于所构成植物的生理特性及其叶面积绿量，例如，叶面粗糙、多绒毛、多分泌物的植物滞尘能力较强[21]。此外，植物群落结构对绿地滞尘产生巨大的影响。具有“乔－灌－草”立体结构的绿地类型滞尘效果要优于结构单一的草坪[22]。

（2）水平景观结构影响

城市绿地的水平景观结构主要指以“斑块-廊道-基质”为代表的景观格局。相关研究表明，绿地结构决定绿地效能，特别是当绿化覆盖率小于40%时，绿地系统的内部结构和空间布局状况对于绿地总体生态效益的发挥更为重要，这对普遍存在的高密度人居环境有着极大的现实意义。

在景观格局对城市绿地生态效能的影响方面，“景观格局-生态效能”相互关系、景观格局动态演变对于生态效能的影响是研究热点。研究者发现，城市绿地覆盖程度、平均斑块大小、植被丰富度同城市热岛效应呈负相关；例如周志翔等[23]以宜昌市为例，探究了不同绿地景观格局对生态效能的不同影响，并指出大面积、均匀化的绿地斑块及廊道对于提升城市绿地生态效能有着重要的意义。在景观格局动态演变对于生态效能的影响方面，主要集中在城市化进程对于绿地生态服务价值的影响，例如有研究显示，随着城市化进程的推进，乡土植物多样性在“远郊农区-城郊-城区”-线呈现出梯度性下降的趋势，城市内部的生物多样性受到了严重影响，但由于外来物种的大量引入，使得总体植物多样性不降反升[24]。

集合现有研究成果，城市绿地的景观格局影响着绿地的各项效能的有效发挥，并在一定程度上决定着绿地的效能，与此同时，景观格局的发展又受到绿地效能的影响，然而目前的研究过多关注于格局对效能的影响而在效能或系统功能对系统格局的反作用方面研究还尤为不足。

3 小结

近些年，关于城市绿地生态效能方面的研究发展迅速，研究内容主要集中在技术和方法层面，已基本形成比较系统的理论体系和技术方法。城市绿地的生态效能的具体评价方法既有实地测量、货币等传统方法，也有基于数量模型的系统分析方法，这些方法各有侧重，且对不同研究内容的绿地生态效能评价各有侧重，未来在加强相关技术创新的同时，将新技术应用到城市绿地的实际建设中，实现城市绿地生态景观效能的最大化。

[1]王洪威，等.城市绿地系统生态服务效能评价及优化研究——以淮安生态新城为例.环境科学学报，2012（04）：1018～1024.

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S731

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1005-7897（2017）12-0031-03

2017-6-11