基于i-Tree Eco模型的城市森林生态效益评估——以长春水文化生态园为例

赵东亮，赵宏宇

（吉林建筑大学）

1 引言

城市森林作为城市生态系统中生态效益最为显著的系统之一，对城市生态环境改善至关重要[1]。城市森林是城市区域内所有乔灌木的总和[2]，能够产生改善空气质量、固碳释氧、雨水截留、温度调节、为各种生物提供栖息地、节约能源等生态效益[3]。但我国对城市森林生态效益的研究起步较晚，导致人们对城市森林树木价值的认识不足，也使得管理者对城市森林资源利用不合理。张玉阳等人指出通过定量评估城市森林生态效益，从成本——效益角度分析才能使城市森林合理利用与发展[3]。

2 研究区域与研究方法

2.1 研究区域选取

长春水文化生态园面积约30hm2，是由长春市南岭水厂更新改造而成。文章选取长春水文化生态园作为研究区域，首先是因为其从1932年～2018年期间未向社会开放，自然植被状况极好，保持了城市森林的原生状态，绿化覆盖率约77%[4]，对本次研究而言是很好的实验材料。此外，因为其在改造过程中，最大限度地保留了其原生态区域，是一个具有北方特色自然生态环境的城市公园[5]。

2.2 数据调研

运用随机样点调查法收集样点数据。首先通过Google Maps划定研究区域边界，生成25个随机样点，按照i-Tree Eco模型要求样点为半径11m的圆；其次通过现场调研法，运用卷尺、树木测高仪等工具对样点内的树木信息采集记录，共获取586棵乔灌木数据，主要是树木的树种组成、胸径、冠幅及树高等。经济数据，如电价、燃气、污染治理费均修改为长春市的市场价，其他经济参数按照模型默认值。

2.3 研究方法选择

通过对比分析，文章选择i-Tree模型的Eco模块用于城市森林生态效益评估。随着计算机的兴起，国内外对于城市森林生态效益评估的方法已有传统的碳税法、AVTW法、造林成本法、水量平衡法等方法，转向计算机模型测算[6]，目前使用计算机进行城市森林生态效益模型测算的方法主要包括两种：i-Tree模型、CITYgreen模型[4]。胡志斌等人最早（2003年）在国内应用CITYgreen模型评估了沈阳市区的城市森林，之后相继有学者对不同城市的城市森林生态效益进行评估，有厦门[7]、增城[8]、苏州[9]等；2011年马宁率先将i-Tree模型引入国内，经过近10年的发展，i-Tree模型在国内城市森林生态效益评估中的应用已相对成熟，主要使用的模块包括Streets、Eco[3]，前者针对行道树，后者针对城市森林。相比于CITYgreen模型，i-Tree模型针对性更强；研究范围更加灵活；分析结果准确度更高。

3 结果与分析

3.1 固碳释氧效益分析

树木的一个重要的功能就是能够将空气中的CO2封存到自身的组织中，并释放出O2，并通过改变建筑物的能源使用，改变以化石燃料为能源基础的CO2排放，帮助缓解气候变化[10]。通过模型估算，长春水文化生态园约有8729棵树，碳储存量为1890t；固碳释氧效益约为48.05万元/a，其中每年固碳量为168.6t，经济价值约为22.52万元；每年产生氧气255.3t，经济价值约为25.53万元；单株乔、灌木的加权平均固碳释氧效益分别为66.6元/a、11.42元/a（见表1）。单株平均固碳释氧效益最好的树种是杨树（287.8元/a）。

表1 长春市水文化生态园平均单株树木固碳释氧效益分析

3.2 节约能源效益分析

提高城市中心的热舒适性是城市森林实现节能的重要途径之一，通过对建筑降温和保暖降低人们对能源的使用[3]，从而达到节约能源的效果。通过模型分析，长春水文化生态园每年节约能源效益约为23.35万元，单株乔、灌木的加权平均节约能源效益分别为31.33元/a、2.9元/a（见表2）。单株平均节能效益最好的是樟子松（133.81元/a）。

表2 长春水文化生态园平均单株树木节约能源效益分析

3.3 雨水截留效益分析

城市森林通过截留雨水减缓地表径流量，从而降低降水时雨洪对城市基础设施的损害，有助于缓解城市易涝点的形成；同时能够降低雨水中的污染物流入城市水系[11]。通过模型计算可得，长春水文化生态园年雨水截留效益为3624.55m³，经济价值约为6.19万元；单株乔、灌木的加权平均雨水截留效益分别为8.01元/a、1.59元/a（见表3）。单株平均雨水截留效益最好的是杨树（52.06元/a）。

表3 长春水文化生态园平均单株树木雨水截留效益分析

3.4 空气质量改善效益分析

随着城市化进程的推进，城市空气质量越来越差，气体污染物会给人类带来健康问题，而树木能够利用叶子过滤空气中的气体污染物，达到空气改善的效果，这是一种可持续的方法[12]。经模型计算分析，长春水文化生态园的年空气质量改善效益为17.66t，经济价值为2.37万元/a，单株乔、灌木的平均空气质量改善效益为3.07元/a、0.61元/a。单株平均空气质量改善效益较高的树种为杨树（19.95元/a）、黑皮油松（5.45元/a）、红皮云杉（5.33元/a）。

3.5 年生态效益比较

根据i-Tree Eco模型对水文化生态园城市森林生态效益分析得知，年生态总效益为79.96万元，单株乔、灌木平均年生态总效益分别为109.02元、16.51元。年生态总效益较好的树种分别是杨树（382.64元/株）、樟子松（234.28元/株）、黑皮油松（192.5元/株）；年生态总效益较差的树种分别是火炬树（4.55元/株）、丁香（4.36元/株）、枫香树（2.65元/株）。从各生态效益占比分析，固碳释氧效益最佳，占60.09%；其次是节约能源效益，占29.2%；雨水截留效益占7.74%；空气质量改善效益最低占2.97%。

4 城市森林乔灌木配比对经济成本和生态效益的影响分析

根据i-Tree Eco模型对长春水文化生态园生态效益的分析结果，乔木占比越高其创造的年生态效益越大。但城市森林乔灌木配比不仅要考虑生态效益，还要考虑经济成本[13]。长春市园林绿化局提出长春市园林绿化乔、灌木数量比例为1：3，乔木应大量种植胸径8cm～12cm的壮龄树。参考中国园林网苗木价格，长春水文化生态园乔木树种的壮龄苗木均价约为642元/株，灌木均价约为85元/株。通过调研数据得到乔木种植间距约为5.5m，灌木种植间距约为2.5m。

为研究不同乔灌木配比与经济成本和生态效益之间的关系，选择面积为10hm2大小的公园绿地。根据《公园设计规范》（GB 51192-2016）公园绿地的绿化面积应大于65%；将乔灌木数量占比按每5%进行划分（见图1），分别计算其经济成本和年生态效益，并得到经济成本和年生态效益的均值分别为124.59万元、21.74万元，对比图1发现当乔木占比35%时最接近均值，其投入的经济成本与创造年生态效益最均衡。按照长春市园林绿化局规定的公园

图1 乔木占比与经济成本和年生态效益的关系

5 结语

在长春，很少有人研究城市森林中乔灌木树种配比与经济成本和生态效益之间的关系。本文首先通过利用i-Tree Eco模型对长春水文化生态园城市森林生态效益进行量化分析，使乔灌木的生态效益和价值更直观的呈现出来，使人们重新认识城市森林的价值。根据数据分析结果显示，城市森林乔木树种创造的固碳释氧效益、节约能源效益、截留雨水效益、空气污染清除效益4种生态效益远超其灌木树种，但城市森林乔灌木树种配比还需考虑经济成本因素。最后综合考虑城市森林的生态效益和经济成本，发现当前长春市城市森林乔灌木配比不均衡，根据分析结果显示，建议将乔灌木配比调整为35：65。