基于i-tree模型的滨河绿化带生态效益分析——以郑州市如意运河北段景观绿化带为例

李 想，刘 利，刘秉涛

(华北水利水电大学 环境与市政工程学院，郑州 450046)

随着城市现代化的高速发展，人们对于城市滨河绿化带的建设有了更高的要求，它既是一个城市的形象展示，也是城市呼吸的空间。城市滨水区域的绿化质量将直接关系市民的居住环境和生存质量，因此对城市滨水区进行生态评价具有重要意义。

城市滨水区是城市中特定的公共空间，是城市生态发展必不可少的部分。自18世纪工业革命起，城市滨水区的地位发生了翻天覆地的变化，从原生态的状态逐渐成为工业化城市的中心区。然而城市滨水区在促进城市工业化发展的同时，也成为城市中环境衰落最快的区域。从 20 世纪 60年代起，人们逐渐意识到城市滨水区环境保护的问题，改造滨水区空间迫在眉睫[1]。国内学者对城市滨水区域的研究大多从景观设计或空间策略研究出发，对城市滨水区植被的研究着重于景观规划及设计[2]，对生态效益的相关研究甚少。而生态效益的高低对人们生活质量的好坏及能否实现长远发展有直接关系。因此，评估城市滨河绿化带的生态效益有一定研究意义。

i-tree模型是目前国际较为常用的新型软件，国外学者利用i-tree Eco模块分别对英国、美国、泰国、法国等国家的城市进行了城市森林的结构及生态价值评估[3-4]。国内研究人员对i-tree模型的利用多集中于对行道树的研究[5-6]，而对城市滨河景观绿化带的研究相对较少。

本文以i-tree Eco模块为工具，结合实地调查，分析郑州市如意运河北段景观绿化带的树种结构及资源结构，从净化空气、固碳、截留雨水和产氧量等方面对该滨河景观绿化带区域进行生态评估。

1 研究方法

1.1 研究地概况

郑州市地处河南省中北部，位于N34°16′-N34°58′和E112°42′-E114°13′之间，北临黄河，西依嵩山，地势西高东低，西部多山地丘陵，东部为平原。自然植被带是温带阔叶林，植物资源较丰富。

郑州气候类型属于暖温带半干旱大陆性季风气候。多年平均气温约14.5℃，平均降雨量630 mm，无霜期209 d，多年平均日照时数为1 998.2 h。总体上，郑州气候条件较为稳定，未出现极端天气，适合植物生长。

北龙湖位于郑州郑东新区北部，是郑州市副CBD中心，如意运河属人工开挖，与金水河、东风渠和北龙湖四水相连，形成郑州如意湖水系景观。本文以郑州市如意运河北段的滨河绿化带为研究对象，进行生态效益分析。见图1。

图1 如意运河北段地理位置

1.2 数据调研

本研究的数据采集包括两个部分：①样地基本信息：年空气污染物数据、小时降雨量、土地利用类型等；②树木基本信息：树种、胸径、冠缺失比例、健康状况等。乔木的调查方式为普查，调查时间为2021 年 3月至2021 年 6月。

i-tree 模型包含6 个分析模型，是用来进行城市和社区林业分析和效益评估的工具。其中，i-tree Eco 模块使用树木测量数据、空气污染数据及气象数据等,来评估城市森林的结构特征和生态系统服务。i-tree Eco可以计算的参数包括：①结构和成分分析：树种状况和分布、叶面积和生物量、树种重要性值；②功能分析：去除空气污染物、碳封存和储存、产氧效益、水文效应等[7]。

本文将郑州市空气污染物和降雨量等气象数据录入i-tree Eco模型，普查研究区域树木胸径、土地利用等信息。将软件中各类生态效益价值按2020年年均汇率1美元=6.897 6元[8]转化成人民币，评估该区域树木总效益，并加权平均计算每棵树的生态价值。

2 树木结构分析

2.1 树种组成

通过调查数据分析得出，如意运河有乔木21个树种，共2 880棵，分别属于14科18属，主要包括松科2种、木犀科2种、木兰科3种、榆科2种、杉科1种、银杏科1种。树种主要为水杉、雪松、白蜡、榉树、银杏、红叶石楠、女贞、垂柳等。见图2。

其中，水杉的数量最多，占到总树种数量的38.72%；其次是雪松，占比10.56%；其他树种均在10%以下。可以看出，研究区树种不多，且树种数量分布不均。水杉作为滨水区优势树种有着诸多优点，如具有一定耐寒性、耐水湿能力强、环境适应能力强等，水杉喜温暖潮湿、不耐贫瘠干旱的特点也很适合种植在滨水区，因此将水杉作为优势树种能充分发挥其生态效益。

图2 树种数量占比图

2.2 胸径分析

将乔木胸径分为9个径级组，10个优势树种数量占总体树木的93.96%。胸径分布主要集中在10～30cm，数量占89.86%，且胸径分布在10～20 cm较多，占比63.19%。其中，水杉的数量最多，其次为雪松。40 cm以上的树木仅有2棵。从树种来看，银杏的胸径最大，胸径均在25 cm以上；白蜡和榉树的胸径也相对较大，大多分布在20～30 cm之间；其余树种的胸径相对较小，大多分布在10～20 cm之间。从如意运河该河段的树木径级分布可以看出，树木多数处于稳定生长阶段，大部分树木还未成长到成熟期，随着树木的生长，有待发挥更大的生态效益。见表1。

表1 如意运河各优势树种胸径结构分布

续表1

3 树木生态效益分析

3.1 净化空气效益

在本次模型计算中，根据以下价格计算污染去除值：CO价格为11.09元/kg、O3价格为 78.07元/kg、NO2价格为 78.07元/kg、SO2价格为19.11元/kg、PM2.5价格为52.12元/kg。据估计，该滨河区树木每年可净化625.14 kg空气污染量，每年产生价值4.41万元。其中，臭氧的吸附和沉积效果最好，年去除量为414.24 kg；其次为NO2，年去除量为109.14 kg，CO的污染去除效果最差。

在所调查的21个树种中，白蜡的总去除污染物量最高，产生的效益也最高，每年产生8 491.03元的效益，占总效益的19%。单株效益最高的主要树种为：银杏(36.63元/株)、白玉兰(32.89元/株)、白蜡(32.53元/株)。水杉的单株效益最低，仅5.23元。单株加权平均效益为15.3元，仅有乌桕、垂柳、秋焰槭、红叶石楠、雪松和水杉6个树种低于单株加权平均效益。见表2。

表2 各树种的空气污染效益表

3.2 碳的储存和固碳效益

根据模型分析，研究区2 880棵树木可储存碳264.1 t，相当于效益值34.25万元，见图3。本文中碳价值的估算为：1 297元/t。在采样的物种中，雪松的碳储量最高，占28.28%；其次是白蜡(15.45%)、银杏(8.33%)。不同树种的单株效益也有所差异，广玉兰的单株效益最高，水杉的单株效益最少。主要树种的碳储量单株效益为：广玉兰(1 426.7元/株)、乌桕(342.78元/株)、雪松(318.7元/株)。单株加权平均效益为118.94元，榉树、杂交鹅掌楸、枫杨、油松、白皮松、朴树和水杉的单株效益均未超过单株加权平均效益。

图3 碳储量及单株平均效益

图4 总固碳量及单株平均效益

该滨河区树木每年的总固碳量约为22.62 t，价值为2.93万元，见图4。雪松的碳封存量最多，占23.39%，产生的价值为6 861.13元；其次是白蜡(16.05%)；朴树的碳封存量最低。从树木的单株效益来看，广玉兰的单株碳封存效益最高，水杉最低。固碳效益较高的树种为：广玉兰(241.85元/株)、乌桕(29.65元/株)、白玉兰(25.94元/株)。单株加权平均效益为10.19元，除了枫杨、银杏、油松、榉树、白皮松、朴树和水杉，其余树种单株效益均高于单株加权平均效益。

3.3 产氧效益

由于大气中含氧量非常大且相对稳定,本文采用《森林生态系统服务功能评估规范》(GB/T 38582-2020)[9]中的推荐使用价格,即1 000元/t来计算产氧价值。该滨河区的树木年产氧量约为 60.32 t，产氧总价值为60 320元。雪松年产氧量最高(14.11 t)；广玉兰(497.25元/株)、乌桕(60.95元/株)、白玉兰(53.33元/株)单株效益较高；水杉价值最低，每株仅0.45元。

3.4 雨水截留效益

模型中截留雨水的估算价值为16.28元/m3。据估算，该滨河区的2 880棵树木每年可减少径流 893.51 m3，效益值为14 548.19元/a。白蜡的截留雨水效果最好(19.27%)，其次为银杏(18.21%)。较高单株截留雨水效益的树种为：银杏(12.10元/株)、白玉兰(10.86元/株)、白蜡(10.74 元/株)：水杉单株效益最小，仅为1.73元。见图5。

图5 树木截留雨水量及单株平均效益

4 分析与讨论

4.1 树木结构

通过调查数据分析得出，该滨河区有乔木21个树种，其中水杉的数量最多。水杉具有树干通直、适应性强和耐水湿能力强等特点，是良好的固堤护岸树种，用于固土护坡和营造防洪林有很好的优势。雪松、白蜡、榉树和银杏作为优势树种，不仅有很强的适应能力，还有很高的观赏价值。但在21个树种中有10个树种的数量低于2%，不利于滨水区生态结构稳定性的维持。

从该滨河区径级分布来看，胸径主要集中在10～30 cm，占比89.86%。优势树种胸径较大，其余树种相对较小，大多分布在10～20 cm之间。因此，树木多数处于稳定生长阶段，大多数树木还未成长到成熟期，随着树木的生长，有待发挥更大的生态效益。

4.2 生态效益

树木的总碳储量为264.1 t，效益值约342 537.70元。其中雪松的总碳储量最多，其次是白蜡、银杏、榉树，枫杨的碳储量最少。广玉兰的单株效益最高。

每年产生效益14.82万元。在年产生的效益中，产氧效益最高，占年总效益的40.69%；其次是净化空气效益，每年可净化空气4.41万元，占比29.72%；固碳效益占19.78%；截留雨水效益最小，仅占9.81%。

经研究表明，不同树种在发挥净化空气、碳封存、产氧量及截留雨水等方面的单株平均生态效益均有差异。在所采集的树种中，白蜡总体产生的效益最高(图6)，占总效益的17.23%；其次是雪松(16.35%)、银杏(9.84%)、榉树(9.31%)；油松的总效益最低，仅占0.18%。从树种对总体生态效益的影响来看，1 115株水杉的生态效益价值总量为12 378.5元，排名第五；而白蜡仅261株，产生的效益为25 676.84元，总体生态效益价值最高。由此可见，生态效益价值量的多少与树种数量并不呈正相关，而是与树种自身植物特性和生长时间有关，不同的树种其生态效益价值存在着明显的差异。

图6 树木年总效益及单株平均效益

从总体单株效益来看，广玉兰单株效益最高，价值为每年552.19元；其次是白玉兰、乌桕、白蜡、悬铃木。年加权平均效益值为51.48元，仅朴树、油松、白皮松和水杉4个树种未超过均值；水杉的加权平均效益最小，仅11.1元。此外，各树种对不同方面生态效益的效果也有不同。广玉兰、乌桕、白玉兰和雪松的碳储存、碳封存和产氧能力较好；银杏、白玉兰、白蜡和榉树的净化空气和截留雨水效益较高；水杉的各种效益均为最低。在以后的滨河绿化带树种选择中，可将生态效益较好的树种综合考虑种植，以发挥较好的滨水区的生态效益。

如意运河滨水区通过河湖和道路构建成一个生态回廊，实现了人与自然的生态和谐，本文就研究结果提出一些建议。在树木结构方面，稳定中小径级树木生长的同时，需提高占比2%以下的树种数量，提高生态结构的稳定性。此外，生态效益也有很大的提升空间。研究区以喜温暖潮湿的水杉为优势树种，但考虑到水杉生态效益较低，可适当增加垂柳、杨树等其他耐水湿的树种，增加生态效益的同时，也增强了景观丰富度。广玉兰、白玉兰等树种不仅有很高的生态效益，也具有较强景观效果，应适量增加其数量，提高总生态效益。如意运河为人工开凿河道，河道宽度较窄，长时间的河水及雨水冲刷易造成护坡损坏。因此，滨水区绿地的植被种植上不仅要选择生态性强、美观性强的植物，还需选择能够稳固土壤、根系发达的植物，以缓解河水、雨水对驳岸的侵蚀。

5 结 论

本文以调研如意运河北段绿化带为基础，利用 i-tree Eco 模型对该研究区的生态效益进行了评估分析。结果表明，树木的碳储量为264.1 t，产生的价值为34.25万元。研究区内2 880棵树木每年可产生效益 14.82万元，其中产氧效益最高，占总效益的40.69%，其次是净化空气效益、固碳效益、截留雨水效益。白蜡的效益值占总效益的17.23%，占比最高；油松最低。广玉兰的单株效益最高，水杉最低。栽种生态效益较高的树木可以更好地增加林业碳汇。