上海金山区园林防护绿地群落调查及防火配置优化∗

张德顺 陈陆琪瑶 吴 雪 张百川 姚驰远

同济大学建筑与城市规划学院 上海 200092

火灾严重威胁着城市生态安全, 据公安部消防局统计, 我国电气火灾发生频率最高, 且重大电气火灾事故多发生在工业区[1-4]。 以林带、 绿带形式出现的城市防护绿地, 其主要功能是防护或减弱自然灾害和城市公害[5-6]。 城市防护绿地中具备较高含水量等不易燃特征的树种是其防火功能发挥的重要因素, 同时, 其防火等级和防火能力还受其他多种因素的制约。

上海是火灾易发地区, 其中金山区工业园区占总工业用地面积的10.20%, 是潜在火灾高发区[7]。 增加防护绿地中具有较强抗火、 阻火、耐火特性的树种比重是提升城市绿地内部空间韧性, 最大限度发挥其防护功能的基础[8-9]。 本文以上海金山区为例, 通过对防护绿地开展群落调查, 探索加强防护绿地抗火等级和防火能力植物配置的优化策略。

1 研究内容与方法

金山区位于上海市西南郊,东经121°9′、北纬30°54′,南临杭州湾,东接奉贤区,西、西南与浙江省嘉善县、平湖市接界,北与松江区及青浦区毗邻。区境东西长44 km,南北宽26 km,总面积613 km2。年平均气温16.9 ℃,2019 年降水量1 451.0 mm,日降水量为37.6～103.9 mm。 辖区内的金山工业区面积62 km2,东至沈海高速(G15),西至松卫南路,南至漕廊公路,北至亭枫高速(S36)。

基于金山区2035 总体规划中的土地利用规划, 对区内已建成防护绿地中树木种类、 群落结构形式展开调研, 并绘制绿地防护等级现状图; 依据上海多发火灾类型与场所资料, 根据用地性质划分不同区域的火灾风险, 绘制绿地防护等级目标图; 最后将现状防护绿地等级与目标等级进行对比分析, 基于树木的防火能力,针对不同情况提出防火型防护绿地的树种成分和群落结构优化策略。

2 结果与分析

2.1 不同防护绿地现状

根据上海市2035 规划中防护绿地的布局调研结果可知, 防护绿地集中在工业园区和公路周边, 以带状绿地为主, 主要分布在金山区的东南面, 除东部以外, 规划的防护绿地主要作为工业区与村庄、 农田、 公路的隔离绿地, 包括以下5 类。

1) 高速公路防护绿带。 主要分布在亭枫高速和沪金高速公路两侧部分区域。 主要的绿化树种构成是: 超过100 m 的绿带树种以香樟(Cinnamomum camphora)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、杨树(Populus euramevicana)、垂柳(Salix babylonica)、 全 缘 叶 栾 树(Koelreuteria bipinnatavar.integrifoliola)、夹竹桃(Nerium indicum)和冬青卫矛(Euonymus japonicus)为主。 种植方式上,亭枫公路主要以200 ～400 m 的间距带状交替种植;沪金公路以400 ～600 m 的间距带状交替种植。 群落垂直结构是乔—灌林带、单乔树种林带两种形式。

2) 一般公路防护绿带。 主要分布在漕廊公路、 松卫南路两侧部分区域。 现状树种主要以水杉、 香樟、 东京樱花(Cerasus yedoensis)、 紫叶李 (Prunus cerasiferaf.atropurpurea) 为主;种植方式上, 漕廊公路主要以香樟为行道树,树种和种植形式较单一, 公路两侧偶尔有其他树木种植, 未形成防护(林) 带。

4) 防护林带。 主要位于金山第二工业区,是香樟、 雪松、 水杉、 棕榈(Trachycarpus fortunei)、 珊瑚树(Viburnum odoratissimum) 等树木组成的混合林带, 林带宽度50～70 m。

5) 基本农田。 在金山区与奉贤区交界处的规划防护绿地现状多为农田, 偶尔道路两侧种植行道树, 树种多为香樟或水杉。

总体而言, 金山区防护绿地中以香樟、 雪松、 水杉、 紫叶李等树种为主, 种植方式为常见林带种植, 既满足了高速公路和一般公路的防护、 隔离要求, 也符合城市道路两侧的景观效果。 然而, 现状绿地中树种多样性较低, 除以上树种外, 漕廊公路、 亭枫高速还局部有珊瑚树、 紫薇、 全缘叶栾树等。 现状绿地中的多数树种防火性较弱, 其中香樟、 水杉、 紫叶李、雪松的防火等级均为第3 级, 虽然珊瑚树、 紫薇、 冬青卫矛的防火能力较强, 但树种数量较少, 无法起到局地降低火灾风险的作用。

此外, 规划的防护绿地(林带) 一般宽度约为80～150 m, 部分绿地宽约为50 m (亭枫高速部分路段) 或大于180 m (新卫高速部分路段)。 现状绿地宽度为25 ～55 m, 其余区域多为农田, 与规划目标存在较大差距。

2.2 不同防护绿地防护等级划分

根据现状树种的防火能力, 按照树木的燃烧性排序对其赋值[8], 计算各个绿地的综合得分, 通过SPSS 软件聚类分析后将各个防护绿地的综合防护等级分为4 类(图1)。

图1 金山区绿地防护等级现状图

卫六路、 卫八路、 沪杭公路的部分路段绿地的防火性等级最高, 为第1 等级; 第2 等级是亭枫高速东段、 沪金高速东段; 第3 等级是沪金高速西段; 沈海高速、 亭枫高速西段、 漕廊公路、 松卫南路等绿带中树木的燃烧性较高,防火能力较低, 为第4 等级。 其中, 第1 等级的绿地可再细分为两种类型: 1) 树种丰富度较高, 如临近金山新村的卫六路、 卫八路居民较多, 景观需求较高, 种植方式以乔木-灌木搭配为主, 发挥防火功能的同时兼具景观观赏性。2) 防火性强的树种较多, 如沪杭公路植有珊瑚树、 石楠(Photinia serrulata) 等。

2.2.1 不同区域火灾风险等级划分

量化考核。跟岗实习的考核要重视过程考核，量化实习过程中的专业知识与岗位技能。比如要求学生完成每日的实习日记，实习结束后提交《现代学徒制跟岗实习手册》和跟岗实习总结。实习企业指导教师要在《现代学徒制跟岗实习手册》上对学生的跟岗实习情况作出评价并打分，主要考查学生跟岗实习的过程化管理。跟岗实习总结则更多在于考核跟岗实习的结果，检验学生的实习收获。

根据2016 年上海市火灾事故情况统计数据,电气火灾发生频率最高, 为1 681 起。 在电气火灾高发场所类型统计中, 住宅区的火灾发生频率较高, 但火灾强度较低, 很难蔓延扩散; 而工业区的火灾虽然发生频率较低, 但是火灾强度较大, 向周边地区蔓延的速度较快, 造成的损失伤害较严重。

结合金山区以工业用地为主的现状, 将不同用地性质的区域按照火灾发生风险分为3 个等级:工业、 仓储用地以及工业备用地为1 级; 居住、公共设施、 公共卫生、 城镇发展备用地为2 级;公共绿地、 生态林地、 一般农田等为3 级; 不同用地性质火灾风险等级矩阵如图2 所示。

图2 不同用地性质火灾风险等级矩阵

2.2.2 防护绿地目标等级

调研结果显示, 金山区的防护绿地主要分为4 种用途: 一是用于防护隔离2 个工业园区,例如沪杭公路东段的防护绿地; 二是用于工业用地和居住用地; 三是用于防护工业用地和一般农田; 四是用于防护居住用地和一般农田。根据火灾风险等级与防护绿地现状分析, 各个绿地的目标防护等级如图3 所示。

2.3 基于树木防火性的防护绿地树种选择

将目标等级的防护绿地与现状防护绿地等级进行对比可知, 卫六路和沪金高速周边防护绿地的现状等级和目标等级相一致, 其余绿地都存在不同程度的差异(图4)。

图3 金山区绿地防护等级目标图

图4 现状绿地防护等级与目标等级对比图

为提升城市绿化水平、 增强现状绿地的防护功能, 结合32 种树木的燃烧性和防护性结果及其季相变化[10-12], 确定种植设计优化的逻辑结构模式: 第1 级为广玉兰(Magnolia grandiflora) +银杏(Ginbkgo biloba) +落羽杉(Taxodium distichum) —珊瑚树; 第2 级为五角枫(Acer mono)+鹅掌楸(Liriodendron chinense) +枫香(Liquidambar formosana) —女贞(Ligustrum lucidum) —石 楠 + 木 槿 (Hibiscus syriacus) + 紫 薇(Lagerstroemia indica); 由于现状树木中香樟、 水杉、 全缘叶栾树、 紫叶李、 冬青卫矛的出现频率较高, 对于第3 级, 建议在补植或改造中选择白玉兰(Yulania denudata) +乐昌含笑(Michelia chapensis) —榉 树 (Zelkova serrata) + 乌 桕(Sapium sebiferum) +无患子(Sapindus mukorossi) —海桐(Pittosporum tobira) 的结构模式; 第4 级为黄栌(Cotinus coggygria)。

金山区的多数防护绿地位于高速公路、 一般公路两侧, 景观需求较低, 但卫六路、 松卫南路属于城市道路, 临近居住区, 人流量较大, 现状为城市绿化带。 因此卫六路、 松卫南路的防护绿地建议以树木的防护性为依据, 选择珊瑚树、 海桐、 白玉兰、 雪松等树木对现状进行优化。

2.4 基于树木防火性的防护绿地种植结构设计

调研分析结果显示, 防护绿地的种植方式主要分为单一树种带状种植、 多树种带状种植和多树种群植3 类。 金山区防护绿地树种现状等级较高的区域为卫六路和沪金高速, 该区域的种植方式主要是多树种的带状种植。 相关研究表明, 植物空间异质性与火灾的发生有显著的因果关系, 异质性较高的区域, 其火势蔓延的速率相对较慢[11], 因此多树种的种植方式更有利于提升防护绿地的防火效果。 多树种的群植较少出现, 仅用作临近住宅、 商业的城市道路两侧, 位于整个防护绿带的外侧, 起到促进城市景观效果的作用。

3 金山区防护绿地树种优化策略

3.1 群落成分和结构的调控优化

金山区现状防护绿地多数位于高速公路、一般公路和城市道路两侧, 绿带宽度约25 ～55 m, 防护绿地中树种以香樟、 夹竹桃、 水杉、雪松、 紫叶李为主, 少数绿地中出现东京樱花、冬青卫矛、 珊瑚树、 棕榈等树木。 总体而言,树种的多样性程度较低, 除石楠、 珊瑚树、 冬青卫矛外, 多数树种的防火性较弱。 单一林带种植、 多树种林带种植和景观性配植形式中前两者较普遍, 景观性配植一般出现在主要城区附近。

以城市用地性质作为火灾风险等级的评价依据, 划分与之对应的防护绿地等级, 建立火灾风险-防护矩阵, 将防护绿地分为4 个目标等级。 通过对现状绿地中的树种分析可知, 绿地的防护等级与目标等级匹配度较低, 防护绿地的防火特性大打折扣。 为了提升防护绿地的防火等级, 以目标防护等级为依据选择相对应等级的树种进行群落结构的性能改造, 可以有效增强绿地整体的防火能力。 为了平衡防火能力和景观质量, 结合不同树种的季相变化, 基于树木燃烧特征的群落垂直结构配植模式建议如下: 第1 级为广玉兰—银杏+落羽杉—珊瑚树;第2 级为五角枫+鹅掌楸+枫香—女贞—石楠+木槿+紫薇; 第3 级为白玉兰+乐昌含笑—榉树+乌桕+无患子—海桐; 第4 级为黄栌。

3.2 种植结构模式优化

针对不同等级的防护绿地, 根据不同的用地性质、 使用功能和树木的种植方式, 并按照不同的防护需求选择适宜树种, 丰富防护绿地中树种多样性[12-13], 建议采用下面的优化策略(表1)。

表1 金山区防火绿地优化策略

3.2.1 多树种带状种植

对于存在景观需求的区域,按不同树种的季相变化选择树种,进行乔灌结构配置;对于以防护功能为主的区域,如高速公路两侧的防护林带,按照不同的防护等级补植抗火能力强的树种。

3.2.2 增加防火树种种植比例

第1 等级的防护绿地以亭枫高速两侧绿地为例。 现状绿地宽度约20 m,树种主要为香樟,建议补植珊瑚树,结合不同树种的季相变化,增植落羽杉、鹅掌楸、乌桕、枫香、无患子、五角枫、三角枫(Acer buergerianum)、红花槭(A.rubrum)等秋色叶树种。

第2 等级的防护绿地以卫六路为例。 现状防护绿地宽度约为55 m,虽然与规划宽度存在差异,但防护等级与目标防护等级匹配,在现状基础上可酌情补植。 卫六路北段为景观性配植,树种主要为冬青卫矛、紫叶李、石楠、香樟,乔灌搭配的种植方式,防火性较强,结合季相变化,可补植五角枫、紫薇、木槿、紫荆(Cercis chinensis)等树种。 卫六路南段以多树种林带种植为主,主要树种为香樟、夹竹桃、冬青卫矛,建议补植五角枫、紫薇、木槿、紫荆等树种。

第3 等级防护绿地以漕廊公路为例。 现状林带约为25 m,主要树种为香樟,由于临近居住区,建议补植灌木珊瑚树,以满足防护性与防火性的双重需求。 结合景观效果,建议补植白玉兰、紫玉兰(Magnolia liliflora)、全缘叶栾树等树种。

第4 等级的防护绿地较少,主要分布在金山区与奉贤区交界处、新卫高速和漕廊公路交汇处,周围用地性质为基本农田,火灾风险较低,可酌情补植黄栌、黄连木(Pistacia chinensis)、榔榆(Ulmus parvifolia)、野柿(Diospyros kakivar.silvestris)等树种。

近年来,不断升级的火灾事件引起全球范围内的关注。 城市韧性的核心要素是生态安全,改进绿地树种成分和优化群落结构可以提高城市防灾能力。 韧性设计已成为城市抵御灾害的重要议题,根据土地使用功能和相互影响关系与程度,评估灾害风险、匹配各类土地利用是增加城市内部空间韧性的重要举措[14-15]。 明确城市绿地与其他功能用地的关系,科学合理地进行城市绿地系统布局,保障各类生态服务功能的正常发挥,是城市防灾减灾的重要环节[11,16]。 在绿地专项规划中,提高防火树种比重和优化配置模式是促进城市生态安全和绿地健康的长期对策。