城市绿地的生态环境效应研究进展

　　摘要:工业化的快速发展和城市化进程的加剧，使得城市生态环境的破坏和污染愈来愈严重，加速了城市的“生态环境危机”。城市绿地能够通过植被的光合作用、吸收作用、隔离阻挡作用、蒸腾以及蒸散作用改善城市的生态环境。目前研究主要集中在降温、增湿、固碳释氧、降噪、抗污染、生物多样性保护等6个方面。关于城区绿地对6种生态环境要素的改善程度、影响范围、机理问题以及不同植被种类生态环境效应的差异情况等，国内外学者都进行了大量详细的研究。基于传统实地观测数据进行城市绿地的生态环境效应研究是目前主要使用的研究方法，部分学者开始使用遥感技术手段研究城区绿地的降温增湿效应。在总结和分析前人研究成果的基础上，从研究内容的不同着手，主要总结并系统评估了目前关于城市绿地6种生态环境效应的研究，为今后相关研究提供参考。

　　关键词:城市绿地;生态环境效应;降温;增湿;固碳释氧;降低噪声;抗污染;保护生物多样性

　　城市是人口、政治、经济、文化、宗教等高度密集的载体，是人类活动与自然环境高度复合的独特生态系统。城市生态系统具有开放性、依赖性、脆弱性等特点，极易受到人类活动的干扰和破坏，引起城市生态系统的失衡，导致城市“生态环境危机”的出现。近年来，快速的城市化进程使得大量的人造建筑取代了自然地表，极大的改变了城市的生态环境，影响人类的身体健康和生活环境。绿地是植被生长、占据、覆盖的地表和空间。城市绿地是指用以栽植树木花草、布置配套设施，并由绿色植物所覆盖，且赋以一定功能与用途的场地。城市绿地可以通过植物的蒸腾、蒸散、吸收、吸附、反射等功能，降低温度，增加湿度，固碳释氧，抗污染(吸收粉尘、Cl2、SO2、CO等)，降低噪音，保护生物多样性等。随着生态城市概念的提出、建设和发展，人们日益注意到城市绿地的生态意义(保护生物多样性)和环境价值(降温增湿、固碳释氧、抗污染、降噪)。目前研究城市绿地的生态环境效应已经成为景观生态学、城市园林生态学以及环境科学的热点。

　　国内外已有大量的学者进行了这方面的研究，研究范围较为广泛，内容颇有深度。国外学者的研究主要针对城市绿地的降温效应、固碳释氧、降低噪声、生物多样性效应等方面，关于绿地抗污染效应的研究非常少。

　　国内学者蔺银鼎、李建龙、张琪如、李延明等对城市绿地的降温增湿、固碳释氧、降低噪声、抗污染、生物多样性效应等几方面都进行了比较详细的研究，成果显著。从研究方法上看，绝大部分研究都是基于传统实地观测方法进行的，一般是使用环境参数测量仪(如温湿度测量仪、O2、CO2、SO2、Cl2测量仪、噪声测量仪等)，对多个采样点进行同步采样，进而研究绿地特征参数与绿地生态环境效应的关系，揭示不同采样点绿地类型的生态环境效应的差异。由于遥感技术在同一时间获取较大范围地表参数比传统的实地采样具有先天的优势，且近年来遥感反演地表参数的技术已经相对成熟，为研究较大范围近地表参数分布规律提供了有利的技术支持，因此，定量遥感技术逐渐成为研究城市绿地生态环境效应的另一种新工具。该文总结了国内外现有城市绿地生态环境效应的研究，分析目前研究的重点和难点，为以后进一步研究提供参考依据。

　　1、降温效应

　　20世纪50年代以来，全球气候逐渐变暖，城市温度持续增长，较半个世纪前增长了大约0．5—5．5℃。国外关于城市绿地降温的研究较早，早在1971年Federer发现，城市植被可以通过光合作用、蒸腾作用以及蒸散作用降低温度、增加湿度，能有效的缓解城市“热岛效应”。Bernatzky研究表明，一块山毛榉木林能够蒸发掉其受辐射能量的83．8%，一小块城市绿地的降温效果可以达到3—3．5℃，可见，蒸发是绿地系统降温的主要原因之一。Jauregui分别在干燥季节(4月份)和潮湿季节(7月份)对墨西哥的Chapultepec公园进行了研究，发现城市绿地的降温温差在干燥季节达到4℃，而在潮湿季节只有1℃，2个月份比周边环境温度平均降低约2—3℃，可见，空气湿度也是影响绿地降温程度的因素之一。Taha等考虑到白天和黑夜对城市绿地降温效应的影响，以及绿地内部和外部城市绿地降温效果的不同，对美国加利福尼亚州的城市绿地进行研究，发现，在绿地边缘内5m范围内，白天温度比周边环境低4．5℃左右，而夜间比周边环境仅低1℃;在绿地内部深处，白天温度比周边温度低约6℃左右，夜间低约3℃。Ca等对日本东京城区某公园草地在中午时刻的降温效应进行了研究，结果显示比周边外围1．2m处温度低约2℃，比闹市街区低达15—19℃，研究还发现0．6km2的公园绿地可降温1．5℃，绿地的降温效果和绿地的面积有着一定关系。Kawashima则对日本东京地区城区和市郊绿地进行了对比研究，结果显示，城区浓密植被覆盖绿地的降温效果要好于市郊浓密植被覆盖的绿地，而市郊稀疏植被覆盖绿地的降温效果要好于城区稀疏植被覆盖的绿地。国内学者蔺银鼎、李建龙、张琪如、李延明、史欣、杨志峰、赵深、刘新、冯义龙等分别对太原市、南京市、台北市、北京市、广州市、长沙市、合肥市、重庆市等绿地降温效应进行了类似的研究，在降温温差方面得到了比较相似的结果。基于以上研究发现，城市绿地的降温效应不仅在城区与市郊的大尺度空间上存在差异，而且在小尺度空间上(不同下垫面)也存在显著差异;不仅在大尺度时间(季节、月份)上存在差异，而且在小尺度时间(日、时、刻)上也存在较大差异。

　　部分学者对不同时间、不同下垫面、不同气候条件下城市绿地的降温效应进行了深入的研究，并分析了降温效应与相关影响因子之间的关系。国外学者主要注重研究不同季节、气候条件下的城市绿地降温效应的差异。Hamada等对日本中部名古屋的城区绿地降温季节性变化进行了研究，结果表明，夏季城区绿地的降温效果比冬季城区绿地的降温明显，城区绿地与周围环境的最大温差发生在7月份，达到1．9℃左右，最小温差发生在3月份，为－0．3℃，在每天16:00—19:00时间段以及晚上，降温效应与植被覆盖率有着更为明显的相关性。Alexandri等研究了不同气候条件下城市绿地降温效果的差异，发现干燥、高温的天气下城区绿地降温效果比较明显，潮湿低温的天气下绿地降温效果不明显，即太阳辐射和大气湿度是城区绿地降温的重要影响因素;绿地的几何形状、绿化量对绿地的降温效果也有很大影响，树木比较高大密集、绿化量比较大的绿地，其降温效果要明显于松散、绿化量小的绿地，而风速对于城区绿地的降温影响不明显。Chen和Wong研究发现叶面积指数(Leafareaindex，LAI)、绿地面积和绿地降温效应有着显著的正相关关系，叶面积指数越大、绿地面积越大，其降温效果越好。Shashua-Bar、Whitford等研究认为，树木的几何形状、特征、阴影面积、绿地比例等也对城区绿地的降温效果产生较大的影响。国内学者则比较注重研究不同下垫面下城市绿地的降温效应差异。蔺银鼎、武小钢、郝兴宇、王娟、梁娟等对太原市林地(杨树林)、复合绿地(或灌木林)、草地等3种植被类型的降温效应进行了十分详细的研究，结果表明，3种绿地结构在降温方面的优劣程度顺序依次为林地、复合绿地(或灌木林)、草地;植被叶片的蒸腾作用是绿地产生降温等生态效应的机理原因，垂直结构、绿地面积、绿地绿量、形状指数等是影响绿地降温效应的主要因素。蔺银鼎、梁娟等还发现生态场理论可以较好的描述城市不同空间结构绿地的生态效应及其差异，绿地面积、林分和生长量等绿地空间结构因子对绿地的生态场特征都有不同程度的影响。李建龙等对比了南京市区裸地、草地、水体、树荫的温度差异，发现空气温度在4种下垫面情况下，裸地＞草地＞水面＞树荫，证明林荫对城区的降温效果最好，水体次之，草地最差。李延明等等国内许多其他学者也纷纷进行了类似的研究，得到了类似的结论，进一步总结为太阳辐照量(地表温度)、空气湿度等因素的差异对绿地降温效应的影响;不同下垫面、树木形状、绿化率、绿化量、垂直结构等对城区绿地降温效应的影响，可以归纳为绿地面积、绿地形状(长宽比、高度、边界曲度、周长面积比)、叶面积指数、生物量等绿地因子对绿地降温效应的影响。因此，可以认为，太阳辐照量、空气湿度、绿地面积、绿地形状、叶面积指数、生物量等是影响城区绿地降温效应的主要因素。

　　国内外学者对城区绿地的降温范围与相关影响因子也进行了类似的研究。Jauregui等早在1990年对墨西哥Chapultepec公园进行了研究，发现该公园对周边环境的降温效应可以延伸到边界外2km，差不多等于该公园的宽度。Shashua-Bar等研究证明，宽度为60m的城区绿地其降温影响范围可达到100m左右。张琪如等对台北市61个公园进行了实地观测，发现面积较大的公园的降温效果比小面积的公园要明显，公园内部气温与周边采样点气温的温差与公园面积大小呈现非线性关系，影响范围接近于一个公园的宽度。

　　Hamada等研究发现夜间公园的降温效应影响范围可以达到200m，10月份起降温范围可以达到300m左右，公园边界外500m，公园的降温效应几乎消失殆尽。蔺银鼎等对小片区杨树林、灌木林和草坪的降温范围进行了研究，发现在14:00—15:30时间段，杨树林、灌木林和草坪的水平影响范围分别为14、12m和8m，垂直影响范围分别为7．5、3．5m和2．5m，可见绿地高度也是影响其降温范围的因素之一。总结可以发现，和绿地降温温差相似，太阳辐射量、空气湿度、绿地面积、绿地高度、生物量等，也是影响绿地降温范围的主要因素。目前大部分学者对于绿地降温距离的研究尚处于初级阶段，得出的结论仅仅是适应于单个研究区域，差异较大，绿地降温范围与相关影响因子的机理问题尚待进一步研究。

　　近年来，随着Quickbird、Worldview等高分辨率遥感影像技术的发展以及反演方法的不断成熟，定量遥感为研究中尺度、小范围地表温度分布规律提供了更加准确的遥感技术支持，基于定量遥感技术研究公园降温效应的研究将会越来越多。大量研究表明，植被指数(归一化植被指数NDVI，NormalizedDifferentialVegetationIndex;叶面积指数LAI，LeafAreaIndex;植被覆盖度VF，