基于空间布局的浙江森林植被生态保健功能

俞楠欣，巫木旺，朱凌，陈中铭，冯璋斐，陈波

(浙江理工大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310018)

森林是“地球之肺”，是陆地上最大的生态系统。森林作为生态保健功能的重要提供者，对提高空气的清洁度和提高气候舒适度的作用尤为突出，如维持氧碳平衡、释放芳香物质、降低噪音、滞尘抗霾，对人体健康有良好的保健作用，而森林的优美自然环境也可以对眼睛的视觉功能起到保护作用。因此总体来说，森林能够使人身心愉悦、健康长寿[1]。随着工业化的发展和城市化进程的不断加速，人类的经济社会活动对自然资源的利用强度不断增大，生态环境的保护和经济发展之间的矛盾日益突出，城市生态系统遭受破坏的现象频发，环境承载力已经达到上限，环境污染问题已相当严峻；与此同时，还引发了人口剧增、交通拥挤等严重的社会问题，过快的城市生活节奏和巨大的工作压力让人们在身体和心灵上都受到不同程度的损伤。由于森林具有优越的生态保健功能，因此我们要重视对其生态保健功能的研究，重视保护森林植被，提高森林质量，从而为人与自然的和谐发展、构建生态文明社会、建设美丽中国提供理论参考和借鉴。

浙江省是一个森林大省，地处典型的亚热带季风气候区，森林植被类型主要以中亚热带常绿阔叶林为主，主要类型有常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、暖性针叶林、针阔混交林等[2]。森林总体健康状况良好，结构稳定，类型丰富。本文将浙江省的森林植被作为研究对象，在空间布局的基础上研究其森林植被生态保健功能，针对浙江省各个区域的森林植被现状和生态环境问题，提出未来森林植被的规划发展方向和保护的方法，并探索保护森林植被资源的创新性模式，对打造可持续发展的森林生态城市有着重要的积极意义。

1 现状

据调查统计，自2004年起，浙江森林覆盖率以每年0.75百分点增长，直到2017年升到顶峰为61.17%。截至2017年底，森林总覆盖面积为607.82万hm2；林地保有量达660.95万hm2；活立木蓄积量3.67亿m3；森林蓄积量达3.30亿m3。通过最近几年的森林监测情况可以看出，浙江省总体的森林资源和生态状况很不错，形成森林总量持续增加、森林质量稳定提高、森林结构逐渐改善、森林功能不断增强的良好形式。

浙江的森林覆盖率较高，植被和林木类型多样，森林群落结构完整，从林木结构来分析，乔木林内阔叶林和针阔混交林比重达62.48%；从龄组结构来分析，乔木林内近成过熟林面积比例达32.11%，蓄积比例大约43.36%，总体的林龄结构处于可持续经营的状态。

浙江省高速的经济发展使土地被频繁利用，也带来了生态环境的破坏，导致了森林生态环境的破坏和森林质量的降低，因此需要重视对浙江森林植被保健功能的研究工作。这能够为保护自然环境和利用森林资源提供科学依据，也对提高人们的生活水平和持续发展浙江省经济社会具有重要意义。

2 空间布局与各区域生态保健功能

根据浙江自然人文地理、森林资源和经济状况等重要因素和新常态林业发展的要求，需要努力完成“五年绿化平原水乡，十年建成森林浙江”的总目标[3]。依据浙江省林业发展“十三五”规划和浙江省地形，将浙江省林业分为5个区域，分别是浙北平原林业发展区、浙西中山丘陵林业发展区、浙中丘陵盆地林业发展区、浙东沿海丘陵海岛林业发展区和浙南山地林业发展区，通过五大功能区的建设，尽快完善林业发展的总体布局，全面提高全省现代林业的总体发展水平[3]。

2.1 浙北平原林业发展区城市森林案例分析

本区域主要包括浙江东北部地区以及杭州湾两岸的平原地区，地形大多是平原，森林资源丰富，但由于本区域人口密度大，森林资源人均占有量不足，森林覆盖率和绿量都不高。

以杭州市为例，杭州市地理位置位于京杭大运河的南面和钱塘江的下游，位于120°12′E，30°16′N。杭州市土地总面积大约为16 596 km2，其中市区建成区面积约为412.59 km2。杭州市森林资源集中分布在淳安、桐庐、建德、富阳、临安等地，森林面积之和占全市森林总面积的91.97%[4]。杭州主城区的森林覆盖率极低，只有20.73%，城区森林蓄积仅85.66万m3。

杭州市主城区是以西湖为中心，“三面云山一面城”的独特格局[4]。城西主要是西湖风景名胜区，自然森林植被资源比较优越，湿地资源也比较丰富，但是除了西湖和西溪湿地之外，周边其他地区的森林资源都比较单一。城市森林是与人类生活接触最为频繁的森林类型，其生态系统也对城市环境有着重要调节作用[5]。因此从森林植被生态保健功能方面研究了两个杭州典型的城市森林，分别是杭州植物园和西溪国家湿地公园，前者是典型的城区森林，后者是典型的湿地森林。选择空气负离子、空气碳氧浓度、噪声强度和紫外线辐射强度作为指标[6]。最后通过分析总结得出，杭州的城市森林生态保健功能比较完善，也能够明显改善自然环境条件。

2.1.1 增强空气清洁度

空气负离子，能够调节身体机能并维持身体健康，具有生态保健和医治疾病的功能。其中有一些树种可以分泌出杀菌作用的化学物质，比如芳香化合物和有机酸，对人体十分有益，并使空气负离子浓度增加。随着森林覆盖率的增加，森林树木可以产生更多的负氧离子，使空气中的负离子浓度得到提高。

研究结果表明，杭州城市森林中空气负离子的浓度有明显的季节性变化。主要表现为夏季最高，平均浓度为770个·cm-3，原因是夏季森林中树木生长茂盛；冬季最低，平均浓度为246个·cm-3，原因是冬季森林树木生长停滞。由此可见，城市森林对空气负离子浓度的增加起了重要作用。这与其他学者的研究结果完全一致，且研究结果表明城市森林环境中空气负离子增加量在58%～215%，平均增加量为120%，说明森林植被能够很好地改善城市的空气质量。

2.1.2 改善小气候

城市森林能够起到降温增湿并阻挡风力的作用，可减少热岛效应。研究发现，环境的温湿度和风速在城市森林中会比在一般城市地区内更宜人，复层结构的森林林下温度比没有绿地的空地处日平均温度低3.2 ℃，有树荫遮挡的道路的日平均温度比空地低1.8 ℃。主要原因是白天植物能吸收空气的热量并依靠蒸腾作用向空气释放水分，从而导致周围环境温度降低，空气相对湿度增加；除此之外，森林植被能阻挡太阳光直射，因此会减少一部分热量，茂密的枝叶对风速起到阻挡作用，增加空气中的潜热通量，降低感热通量，从而降低温度，使森林内的温度白天低夜晚高、冬季高夏季低。研究表明，每天清晨和傍晚的气候舒适度最佳，初夏和初秋的气候最宜人。在夏季，森林内人体最能感觉舒适，持续时间也很长，而到了冬季，寒冷的天气会使人很不舒适，因此可从侧面证明城市森林能够调节改善小气候。

2.1.3 维持碳氧平衡

森林植被能够吸收二氧化碳，释放氧气，从而增加空气的含氧量，对空气中的碳氧浓度起到平衡的作用，原因主要是森林植被的光合作用。据观测，杭州城市森林环境中氧气浓度普遍比无林地高，至少高出0.75%，最多可超出1.5%，平均超过1.08%，说明城市森林确实可以提高氧气浓度。当森林处于生长季时，二氧化碳的最低浓度为363 μL·L-1，而在非生长季时最低浓度为393 μL·L-1，相差30 μL·L-1[6]。由此可见，森林植被可以降低空气中的二氧化碳浓度。观测表明，杭州城市森林的二氧化碳和氧气浓度随季节变化而发生变化，其中冬季二氧化碳浓度最高，氧气浓度最低，夏季则相反，究其原因，可能是由于夏季森林植被生长比较旺盛，能够释放出更多的氧气，吸收更多的二氧化碳。

2.1.4 消音减噪

森林的消音减噪功能是由于当声波穿过枝干和树叶后，其能量将由于反射、折射、散射以及吸收等作用而慢慢消失，并且风的声音和大自然所产生的声音能够降低人体对环境噪声的烦躁，而且植物本身就具有一定的吸音功能，与音障、土坡等结合使用，可以达到最大的减噪效果，使噪声强度得到减弱。研究发现，杭州城市森林环境噪声也同样随着季节发生显著变化，9—10月和1—4月的环境噪声是全年噪声较强的阶段，在40～50 dB，其中3月噪声值是全年最高值，为50.39 dB；6—8月和11—12月的环境噪声是全年噪声较弱的阶段，在25～40 dB，其中8月噪声是全年最低值，为27.36 dB。以上分析可得，在森林植被生长比较茂盛的时间段，其环境的噪声值也是最低的，反映出森林植被具有很好的消音减噪功能。

2.1.5 屏蔽紫外线

城市森林紫外线辐射强度总体都低于无林地，大约可减少87%的紫外线辐射。观测发现，杭州城区中的森林紫外线辐射强度随季节变化而变化。夏季紫外线辐射强度最高，平均为26.57 W·m-2。其中，7月最高，为47.53 W·m-2，冬季紫外线辐射强度最低，平均为3.77 W·m-2，其中2月最低，为3.19 W·m-2。经过分析得出，主要是森林植物发达的枝冠阻挡了大部分的紫外线，尤以植被叶片可以反射及吸收紫外线。所以，在营造健康舒适的城市森林环境时，应考虑到植物群落屏蔽紫外线的功能，可以多种植一些叶面积大但叶倾角小的植物，尤其是在紫外线辐射量大但植被覆盖较少的休憩游玩场所。

2.1.6 调节改善心理情绪和听觉视觉的健康效应

城市居民在城市森林中能够变得积极乐观，对负面情绪起到减缓作用。通过实地研究发现，当人们处于头疼、情绪压抑状态时，可以通过在森林中的锻炼娱乐休憩活动，舒缓压力释放心情，其有效程度可达87%，而对头痛症状的减轻程度可达52%，对改善心理平衡程度可达40%。在听觉方面，森林景观有助于减轻压力放松身心，使人感到愉悦，自然界的声音能够很好地舒缓情绪。在视觉方面，城市森林能让人感觉到周围空间和时间的变化更替，植被千变万化的形态，以及随着春夏秋冬变化的颜色，可以优化城市的色彩，彰显自然形态。森林所带来的良好视觉，能够使人赏心悦目，对生理乃至心灵都是一种净化。

2.1.7 增进社会属性健康

通过对杭州居民森林需求的调查显示，大约21.1%的居民表示对城市森林的需求程度非常高，35.5%的居民表示有较大需求，而31.6%的居民表示中等需求，只有11.8%的居民是稍微有点需求和几乎无需求[7]。据此可推断出，杭州大部分居民对城市森林的休闲娱乐活动还是有较高的需求。城市森林被公认为是提供游憩的场所，能够提升社交归属感，让城市生活质量得到提升，尤其是在发达国家，除了城市绿地、公园外，城市居民还会利用城市森林作为户外休闲活动。城市森林的存在会给城市居民提供一个锻炼的场所，其中的自然因子也能组合形成较为宜人舒适的场所，从而让更多的城市居民自发地到其中进行活动。在绿色的良好自然环境的居住区中生活锻炼休憩会对身体和心灵的各个方面都产生良好的影响。有研究表明，经常去森林内休憩游玩也可以让人的心态更加平和，而且使得居民参与身体锻炼的概率比起那些环境不好的居住区的居民高3倍，其肥胖发生概率降低40%[8]。城市森林的存在还能够增加邻里间的互动，增进感情并减轻社会孤独感并缓解抑郁症，且潜移默化地培养责任感，增强团队之间的凝聚力，尤其是对于青年人来说，在绿色自然的户外空间中得到放松舒缓工作压力，可以很大程度地提升生活水平并增进工作热情。除此之外，森林所带来的绿色景观对促进青少年早期发展有大的益处，能够体现重要的教育价值。城市森林的树木还能够减少暴力冲突发生的概率。研究发现，如果居民居住的自然环境优美且有树木，那么会比那些居住环境差且缺少树木的居民表现出更少的语言攻击和暴力使用率。

2.2 浙西中山丘陵林业发展区森林公园案例分析

本区是浙江省的重点山区，主要包括浙江西部的7个县(市、区)。其中天目山脉和千里岗山脉的森林资源丰富，生态环境优美，林业产业的发展历史久远，但经济发展总体水平不高。

以浙江千岛湖国家森林公园为例，其位于浙江省淳安县，森林覆盖率大约为89.5%。千岛湖森林植被资源丰富并且自然森林景观优美，公园总面积大约是9.5万hm2，其中4.17万hm2为山地，是全国最大的森林公园。

2.2.1 改善空气质量

主要包括维持碳氧平衡、吸收尘埃和有毒气体等，由于空气负氧离子的存在能够很好地改善空气环境，据监测，千岛湖森林公园每立方厘米的空气中大约含有58 000～62 000个空气负氧离子，因此空气清新环境优美。世界卫生组织规定，一般情况下，清新空气中负氧离子个数应达1 000～1 500个·cm-2，而当负氧离子浓度超过10 000个·cm-2时，就具有很好的治愈疾病的效果[9]。由此可见，千岛湖森林公园的空气环境和质量非常高。

2.2.2 改善人体健康

千岛湖森林公园的水能见度大约有7 m，水质纯净无污染，属于国家一级水体，可以作为饮用水，对人体健康有益。除此之外，在视觉方面，千岛湖国家森林公园的绿视率几乎100%，一般情况下，绿视率在25%以上时就能对眼睛视力起到改善作用。国际上“绿视率”理论对绿色的解释是自然温和的颜色，能给人宁静平和的感觉，在绿色的环境中心态会变得乐观积极。千岛湖森林公园内几乎都是一片绿色，让人视觉上得到舒适的享受。在听觉方面，千岛湖森林公园内动植物丰富，鸟鸣虫叫声和流水声相互配合，让人听觉上都得到充足的享受，让心情更加愉悦。在社交和归属感方面，千岛湖森林公园可以让居民更加亲近，提升心理上的归属感，满足深层次精神需求，因为丰富的森林景观已经成为一种森林生态文化，为人们提供了舒适的休憩环境，森林中空气清新、环境幽静，能够让人神清气爽，感受到深层次的精神满足。

2.3 浙中丘陵盆地林业发展区森林公园案例分析

本区主要包括浙江中西部的16个县(市、区)，地形较低主要为盆地，一些特殊森林，比如经济林发展历史源远流长而且势头良好，但是整体森林植被结构单一，人工林比重大，林分质量不高，森林生态功能不强，而且水土流失也对环境有不良的影响，急需得到迅速的改造和提升。

以天台山森林公园为例，天台山位于浙江省天台县城北，地理位置优越，其境内地势较低，低丘谷地和山间台地较多，地带性植被是常绿阔叶林。气候是亚热带中部季风气候，温暖湿润，降水充沛。年平均降水量1 320.5 mm，年平均气温为16.27 ℃，气温最低约为5.1 ℃，气温最高约为23.5 ℃。

公园内大约有600多种树木，植被类型多样丰富，并且有许多天然的大面积次生阔叶林，分布着原生甜槠、木荷林和浙江七子花等珍稀的植被，地上成层现象在其森林群落中十分常见，整体森林群落结构繁复。

2.3.1 促进人体生理健康

研究表明，天台山森林公园内的休闲娱乐活动可以显著提高人体的血氧含量和心肺负荷水平，蕴含着许多有效的保健效益，让压力得到缓解。研究还发现，天台山森林公园中的空气清洁度和空气负离子浓度会显著高于周边其他地区，而且可吸入颗粒物含量较低，其保温保湿作用也能够调节小气候并提高人体舒适度。同时，森林公园的树木会不断挥发出对环境和人体健康有益的植物精气，大多都具有杀菌消毒和抗癌的作用。此外，天台山森林公园的绿视率较高，能够让人放松身心，有助于减少疾病的危害，对心脏有益。

森林植被的固碳释氧和吸收有害气体、吸附粉尘等净化空气的作用也是不可忽视的，此外还有降低噪音、改善气候等功能。通常来说，如果按照面积1 hm2森林植被1 d可以减少空气中大约1 t的二氧化碳，制造0.75 t氧气来进行计算，成人1 d的氧气需求量大约需要10 m2森林。再考虑到各种工业释放出的二氧化碳等有害气体，因此每人平均须拥有30～40 m2的森林绿地，才能使得空气中碳氧比例正常，天台山森林公园能够满足人体对清新的空气的需求，促进人体生理健康。

2.3.2 促进人体心理健康

天台山森林公园能对城市居民内心的心境状态产生积极影响，与居民距离森林公园的远近和游玩次数等因素密切相关，游玩次数高、离家距离短，会让人心理压力显著降低，心境状况更加健康。森林公园还是举办活动、聚会的最佳场地，可以让社会关系变得融洽，使人心态积极乐观，在森林公园中可以促进人与人之间的交流沟通，有助于维持社会稳定。同时，能够拓展社交圈，提高团队精神和社交能力，增加巩固人际关系，也能够培养城市居民爱护环境、热爱自然的意识，促进人类社会与自然的和谐相处。

2.4 浙东沿海丘陵海岛林业发展区森林公园案例分析

本区包括东部沿海的24个县(市、区)，经济较为发达，海岸线长，港湾和岛屿数量很多，但是受台风等自然灾害影响也比较严重。沿海防护林体系已基本建成，但是功能还不够强大，因为围海造地等活动，使一些滩涂湿地得到了保护并且资源丰富，山地森林质量较低，整体水土流失严重。

以宁波天童国家森林公园为例，天童国家森林公园的地理位置是29°48′N、121°47′E，为亚热带季风气候。年平均气温为16.2 ℃，无霜期为237.8 d[10]。全年降水量大约是1 374.7 mm，1/3集中在夏季6—8月。森林公园位于浙东丘陵和沿海平原交界处，地势平坦海拔基本维持在300 m左右，周围主要是山区，在南面有一些山谷[10]。

天童国家森林公园是浙江东部地带性植被类型的代表，因为它气候适宜、土壤条件优越，而且自然植被也比较丰富。公园内森林群落结构稳定，而且常绿成分稳定增加，主要森林类型可划分为常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、常绿针叶林等，但近年来物种多样性降低，周边环境温度升高比较明显，但降水稍显下降趋势。

2.4.1 维持碳氧平衡

森林碳密度与森林面积能够评价森林的储碳能力，对森林质量有重要的影响。森林公园内总的碳储量为28 254.22 mg，碳密度为96.73 mg·hm-2，其中常绿阔叶林碳储量承担着大约81.7%的储碳功能，其碳密度高于各林分类型和林区总的碳密度。这些数据说明了森林植被对碳平衡起到了很好的维持作用，能够降低二氧化碳等温室气体的浓度，使大气环境中的碳氧浓度处于较稳定的状态。

2.4.2 改善居住环境

由于该沿海地区经济发达且人口密集，因此森林公园的存在与发展能够释放空气负离子等有益物质，改善居住环境，除此之外，也能为居民提供休闲娱乐的场所，促进人们之间关系的融洽程度，更加提升生活质量和幸福指数。调查表明，在森林公园内休憩游玩的居民，其体内的血氧饱和度一般会升高0.81%，并伴随着手指温度也升高0.82 ℃，而通气量则会降低0.81 L·min-1，血氧含量升高表明人体精神亢奋充满活力；而手指温度升高，表明手指血流量增大，侧面反映出人体情绪得到舒缓，身体比较放松；而平均心率、最小心率和最大心率降低，在一定程度上说明呼吸效率提升，心脏跳动频率逐渐稳定，可以反映出森林植被能够增强身体的心肺功能。

2.5 浙南山地林业发展区森林公园案例分析

本区包括中南部山区的15个县(市、区)，是整个华东地区十分重要不可或缺的生态保护屏障，也是浙江省森林资源最丰富的地区，但由于历史上曾经对森林乱砍伐，再加上森林资源培养得不够充分，因此森林质量有所降低。以丽水白云森林公园为例。丽水白云森林公园位于瓯江中游，是地理位置极其优越的省级森林公园。森林景观对于白云森林公园来说是一个基础的骨架，由于公园整体森林覆盖率达97.2%，总体上能带给人们一个满眼翠绿、环境清幽并且生机盎然的景象，为周边居民提供了一个绿色生态的环境。森林植被面积大约为2 643.5 hm2，林木蓄积量28.3万m3。

2.5.1 净化空气

森林公园内空气质量佳，超过国家一级标准，是周边城市居民休闲出游的好去处。森林植被除了能够增强空气负离子浓度，还能够对空气起到杀菌消毒的作用，对人体健康也有很大的好处，可消除疲劳、提高人体血液氧含量、疗养保健、治疗疾病等。森林丰富的植物资源还能够透过气孔吸收空气中的污染物，或通过表面阻挡的方式直接减少空气污染物。研究分析，森林公园单位体积内的空气负氧离子浓度相比一般的公园要高，能达到3级或以上，是理想的居住环境，其空气负氧离子在夏、秋季的浓度要高于冬、春季，且夏季最高，冬季最低。1 d中空气中负氧离子的分布为上午7：00—10：00最大，晚上7：00—10：00为其次，中午12：00至下午2：00为最低值[11]。由于白云森林公园一些区域的负氧离子浓度在年均4 300个·cm-3，达到1级标准，所以可以得出森林植被让白云森林公园的空气得到了净化。

2.5.2 固碳释氧

白云森林公园气候温暖湿润，年均降水量1 392.8 mm，相对湿度75.8%；光照充沛，年均日照时间1 828.2小时，日照率达41%，优越的自然条件使得白云森林公园拥有丰富的森林植被类型，而森林植被的存在又维持着公园内的碳氧平衡，使城市的热岛效应得到缓解和改善。据调查，丽水白云国家森林公园中，面积1 hm2森林植被1 d可以减少空气中大约1 t的二氧化碳，制造0.75 t氧气，因此可以使大气中的碳氧浓度处在一个平衡的状态，也使得公园内的环境得到改善。

2.5.3 改善环境

白云森林公园是典型的森林公园，因其充分利用了原有的自然地形和原生植被，通过优化调整森林群落的结构和一些湿地的恢复，使在环境改善和水土保持等方面都发挥了很大作用。同时，森林公园也融合了周边地区的人文自然资源，通过调节小气候、丰富的视觉听觉的健康效应等，为周边居民提供了生态休闲的综合性多功能场所。除此之外，白云森林公园也承载了重要的生态文化功能，能够起到文化教育和科普教育的作用，帮助人们更好地传播和弘扬生态文明。

3 小结与讨论

本文针对浙江省森林植被的空间布局，研究了浙北、浙西中、浙中、浙东以及浙南五大区域的森林植被案例，结果表明，浙江省森林植被均具有优越的生态保健功能。

相比国外，我国虽然刚开始重视对城市森林保健功能的研究，但由于高速的城市化进程和政府的积极参与，森林生态保健功能的研究已经具备了有利条件。但是研究过程中发现，城市森林的概念宽泛，有些是城市绿化带或是城市内的公园或是大学校园，而有些则在位于城郊的森林公园。因此，在城市森林的科学研究中要尽量降低人工干扰，并规范化研究方法，保证研究结果的可靠性以及与其相关研究的可比性。目前还没有权威机构或个人对城市森林保健功能有具体的定义和深入的研究。国内主要研究方向多为森林生态系统与生态服务功能，对于其具体的生态保健功能研究较少，特别是对心理和社会等的健康效益研究更少。由于缺乏与医学研究方面的相关合作，所建立起来的城市森林对人体健康的影响大多是通过间接估计，目前还没有能将城市森林各项保健功能与人体健康各项指标连接起来的理论依据与实际案例。

为此，今后需要重视以下几方面不断对森林生态保健功能进行深入研究：1)完善基础理论体系，确定森林保健功能定义和内涵；2)重视增进社会属性和改善心理情绪等方面的调查研究；3)将保健功能与影响因素通过定量化方法联系起来；4)利用模拟软件模拟森林生态保健功能，从而对其进行调控；5)重视与医学结合，了解森林与人体健康之间的各项因果关系。希望通过对以上各个方面的探究，提高我国城市森林生态保健功能的研究水平，为今后的实践应用打下良好的基础。