城市化地区植被生态环境效应研究
生态环境学报2010,19(11):2737・2742http://www.jeesci.tom
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城市化地区植被生态环境效应研究
曾辉1’2,陈雪1
1,北京大学深圳研究生院深圳市循环经济重点实验室,广东深圳518055;2.北京大学城市与环境学院生态学系,北京100871
摘要:城市植被具有其它牛态环境要素难以替代的多样化牛态服务功能.城市化地区的植被生态环境效应研究是一个具有重要理论和实践意义的研究课题。国内外该领域的研究已经形成一系列特色鲜明的研究方向,几个重要研究范畴中,城市化过程对植被影响研究属于传统的理论兼应用研究范畴,从景观生态学视角人手,注重残遗植被保护等是该领域近年来的新研究方向;城市植被牛态服务功能研究是目前研究T作积累最为丰富的热点领域,重点研究方向包括负面生态环境效应缓冲与还原、自然环境调控、生物多样性保护以及城市碳氧平衡等;比较而言。城市植被保护与管理研究相对薄弱,亟待加强。总结国内外现有研究1二作可以看出。城市化地区的植被生态效应研究存在着一定程度的理论研究与应用研究脱节,专业研究与综合研究脱节,微观研究与宏观研究脱节等不合理现象,应当成为今后研究T作中重点关注并加以克服的问题。关键词:城市化;植被;服务功能;生态环境效应中图分类号:X171
文献标志码:A
文章编号:1674.5906(2010)11-2737.06
城市化过程的生态环境效应及其调控策略研究,是一个具有全球意义的理论和应用问题【1】。快
究各种人为活动和特定环境条件组合对城市植被的影响,是在城市化地区各类生态环境矛盾冲突没有完全暴露出来以前,传统城市化植被生态效应研究的主要着眼点。由于城市内部人工生境条件和自然生境条件的显著差异,直至今日这类研究工作仍具有重要的理论价值和持续的成果报道。例如,关于城市生境条件下植物生理过程r6l、光合与呼吸作
速城市化地区由于人口、经济、空间和社会等4
个方面城市化过程的综合影响,必然对包括植被在内的各种自然环境要素产生强烈的干扰与改造作用【2I。在诸多自然环境要素中,植被因具备其它环境要素难以替代的多样化生态服务功能,始终是城市生态安全格局和安全体系建设中最重要的生态资源类型13J。研究城市化地区植被格局与功能的动态演化机制,有效避免城市化的负面植被效应,推进合理的城市植被结构、格局及生态服务功能建设,不但可以有效改善城市人居环境质量,缓解城市社会经济发展的生态压力,还可以为水、土壤、大气等环境问题的解决创造有利的条件【4】。
城市化地区的植被生态研究属于城市综合系统的关键性要素类专业研究的重要课题,因为植被所具有的生物生产、景观氛闱营造、环境调控、水土涵养、乡土物种及生物多样性保护等服务功能对城市生态环境安全与稳定均具有重要价值pJ。城市化过程中的建设用地扩张和人为活动强烈改变了区域植被的结构和格局,而植被系统所担负的复合生态功能又使之成为城市化地区生态环境系统构成的关键要素【j刮。正是基于这一认识,城市化地区植被生态学基础理论和应用研究,已经成为城市资源环境研究的重点领域,并且逐步形成了一系列特色鲜明的研究方向。
1
用[刀、第一性生产力特征㈣】、物候差异‘10-11],植
被物种丰度与生物多样性特征[12-13】,外来物种入侵i14'。1引,人类活动胁迫下的群落演替【l6J和乡土物种
局部灭绝等问趔17】。这类研究工作大多数体现出较
为明显的理论研究特色,其主旨在于解释各种人类活动介入下城市生境的改变及其植被生态响应。
利用景观生态学的思路和方法,研究城市化过程对植被格局和动态的影响,是近年来逐渐兴起的一个兼具理论和应用价值的研究课题。这类研究通常关注城市内部或区域植被的格局特征,城市景观格局及动态变化对植被景观的影响以及植被安全格局构建研究等。目前关于该研究领域比较有特色的研究工作包括:城市景观格局与植被格局的时空响应关系[18-19】。城市化及人为活动对植被景观的胁迫【201,道路建设和景观可达性程度改变对植被景观碎裂化的影响【16,21-22],城市绿地或区域植被安全格局的构建【23】等。采用景观生态学分析思路和方法研究城市化地区的植被生态效应,可以较为全面地把握城市化过程与植被结构、格局和动态特征之间的联系,从而为区域植被管理工作提供有意义的研究支持。
城市化对植被的影响研究
把城市建成区看成是一种特定的生境类型。研
基金项目:国家自然科学基金项目(41071117;40830747);深圳市“双百计划,颂目
作者简介:曾辉(1964年生),男,教授.博士,博上生导师,研究方向为景观生态学、生态规划。E-mail:zengh@szpku.弛.cIl
收稿日期:2010-10.30
万方数据
2738
由于城市化地区必然存在城乡之间的过渡分割,因此沿着城乡梯度分析植被现象的过渡特征成为研究城乡之间的植被生态差异,评估城市化地区植被生态效J、迈梯度变化特征的重要技术途径睇引。这类研究通常设置一条涵盖城市中心区.郊区一乡村地区的样带口5|,或者采用表征某种城市化程度的空间属性数据构建一条虚拟城市化梯度【26|,分析植被特征沿着样带或虚拟城市化梯度的变化情况。目前,这类研究工作的重点集中在比较城乡之间不同人为活动特征所产生的植被效应差别,或监控特定植被生态现象的梯度分异特征【2”,而对于这种梯度变化现象中反映出来的城市地区对郊区乃至农村地区的植被生态影响,则关注不够。
很多城市在以往的发展进程中由于各种内外部条件约束,保留了一部分带有自然色彩的残遗斑块。随着人们对于现代城市植被生态服务功能认识的不断深入,这些残遗的自然植被斑块的生态价值及其保护研究成为一个新的研究课题12引。由于这类和群落结构,在保护乡土物种、提供动物栖息地、营造近似自然的生态环境氛围等方面具有其它绿主要集中在斑块动态、生态价值评估和保护策略研资源寻找科学依据。
随着城市居民生活水平的不断提高以及各种目前见诸报道的城市生态服务功能研究主要包括占据的份额很低,较少吸引生态学工作者的注意负面城市环境效应的缓冲与还原功能这项功能曾经是城市植被生态管理和建设工
万方数据
生态环境学报第19卷第1l期(2010年11月)
生长发育过程中就可以吸收、分解各类环境有害物质。减轻环境污染压力;还可以通过吸附和物理隔离等作用,限制部分负面环境效应的传播;部分植物种类由于对环境变化具有较高的敏感性,通常还被用于指示环境污染的发生和发展情况[381。关于城市植被的缓冲和还原功能研究是以往城市污染生态学研究的核心组成部分,相关研究积累极为丰富,主要内容包括各类污染物排放对敏感植物种类的伤害分析,特定生物种类对特定污染物的吸收与分解作用,绿地植被结构和格局的滞尘降噪效果评估,污染敏感性指示物种的筛选等。
目前,这类污染生态学的研究成果已经成为现代城市绿地建设、利用和管理的科学依据。例如构筑各种人1:湿地,作为城市内部兼顾景观调控和污水处理的必要补充手段【3刚;设置合理的绿化隔离带结构、格局和物种组成,最大限度发挥城市绿地的滞尘、降噪、杀菌、隔离城市功能区之间的负面环境干扰功效L401;监控植物体内的各种环境有害物质,及时了解城市环境污染的演变趋势,控制环境风险水平等i3引。随着城市污染管理1:作的持续强化,城市植被的该项功能需求有逐渐弱化的趋势,现阶段与植被相关的城市污染生态学研究更关注评估植物种类对污染物质的消纳效果【4lJ,或通过监测植物体内的特定污染物质(例如具有积累效应的持久性污染物质),分析这类环境污染问题的分布特征和形成原因哗刮J。2.2自然环境调控功能
与自然植被群落相同,城市植被群落也具有涵养水土,调节局部小气候特征等自然环境调控功能。随着现代城市规模不断扩大,社会经济活动和人口在局部地区高度密集,加上人们对人居环境质量的要求越来越高,城市植被的自然环境调控功能才越来越受到重视。现阶段这类研究的主题主要包括植被群落结构及其对降雨和径流的调控[5,44】,植
被群落对于城市局部地区小气候的调节作用【45刊,
城市植被对群落内外部空气中各种成分浓度的影
响【4H8】等。尽管大部分研究工作仍停留在理论研究
层面,但在城市植被建设和管理过程中,注重发挥植被的自然环境调节功能,维持城市生态环境的整体安全已经成为一种普遍的共识。
近年来由于城市化地区热岛效应的不断加剧,城市植被特征与热岛效应之间相互关系的理论和应用研究成为一个热点问题。多数研究工作利用3S技术结合地面调查和相关分析方法,探讨植被格局、覆盖程度、群落结构等属性特征与地表温度之间的关联特征,尝试解释城市热岛强度和空间分异的形成机制,进而提出缓解城市热岛效应的方案和
残遗自然植被斑块大多保留着近自然的物种组成地斑块所无法替代的价值,而其本身又受到城市建设用地扩张的严重威胁,因而被称为城市中的濒危生态系统[291。目前,关于这类残遗植被斑块的研究究等方面[301,其目的无疑是为了合理保护这些生态2城市化地区植被生态服务功能研究
地区性和全球性生态问题的不断凸显,城市植被系统所承担的生态服务功能H趋多样化和复杂化【4】。景观美学氛嗣的营造功能p1|、具有全球环境变化调控意义的碳氧平衡功能124|、自然环境调控功能【321、
城市负面环境影响的缓冲与还原功制33】、生物生产
功能【341、乡土物种及生物多样性保护功能[35-361以及文化传承功能p列等。其中,景观美学氛嗣营造功能是城市植被最为古老的生态服务功能类型,现阶段主要为风景园林学者或景观设计学者所关注;城市植被的商品生产功能往往在城市社会化生产中所力;而通常仅限于特色植被类型或古树名木保护的文化传承功能,则一般属于城市历史文化学者的研究范畴。
2.1
作中最为重要的功能类型之一,因为植物种类本身
曾辉等:城市化地区植被生态环境效应研究
建议【491。现有研究结果证明,各类植被能够有效缓解城市热岛效应,城市热岛效应的强度和分布范围与植被盖度、植被空间配置格局及植被类型密切相关【501。这些成果无疑可以为今后更好地发挥城市化地区植被的环境调控功能,提供有力的科学支持。2.3乡土物种及生物多样性保护功能
快速的生物多样性丧失已经成为受到全球关注的重大生存和发展问题.在城市化地区的植被建设和管理工作中,强调乡土物种及生物多样性保护工作,成为现代城市植被建设的一项具有重要科学价值的生态服务功能需求。西方发达国家的生态学工作者过去十余年来就城市乡土物种和生物多样性保护问题开展了大鼍的研究工作,内容涉及城市化过程对乡土物种及生物多样性的影响【51I,植物多样性在城市内部的空间分异特征125,52】,不同人类行为与植物多样性的关系【171,植被群落特征对城市动物种类数量和分布的影响【l即7'531,以及维持城市乡土植物群落的途径与政策选择【54】等诸多方面。
我国目前这方面的基础研究和实践工作还处于刚刚起步阶段,少数学者陆续开展了一些关于城市化地区绿地植被的生物多样性编目和调查i5引,城市化过程对森林植被生物多样性的影响【56l,以及特定城市绿地类型(如公园)的物种多样性评估【5
7】
等。与国外先进水平相比,国内这类研究工作在深度和广度上还有较大差距,并且还很少有针对性的面向应用的基础研究报道。不过值得欣喜的是,国内很多城市在绿地和城市植被保护与管理工作中,已经将乡土物种及生物多样性保护作为重要的考虑因子之一[57-58】,从而也在一定程度上推动了与之相关的基础研究工作进展。2.4碳氧平衡功能
在城市植被管理工作中重视碳氧平衡功能的建设,已成为城市重视全球环境责任的一种进步表现。对于城市植被在全球环境变化中的地位和作用,也是近年来随着全球环境变化研究热潮的兴起而逐步受到关注的新课题【5引。目前这类研究工作仍以理论研究为主,研究主题包括不同城市植被类型固碳放氧能力分析㈣】,城市化过程对植被释放C02速率的影响【7】,城市植被作为碳汇的能力及动态评估【611,以及城市植被对全球气候变暖的响应【61等。由于全球变化问题涉及面大,且全球环境责任很难在单个城市得到合理分割,所以关于城市植被碳氧平衡功能的理论研究还停留在案例研究阶段,其结果很难用于指导特定城市的植被建设与管理工作。至于一些应用类研究中将碳氧平衡作为城市绿地功能评价因子,或将其用于作为城市植被保护的阈限确定因素p¨,只能被看成是一种尝试性工作。
万方数据
2739
3城市植被保护与管理研究
与城市植被生态的理论研究相比,城市植被保护与管理等实践研究工作则显得较为薄弱,研究成果数量较少,理论研究与实践工作的联系不紧密,缺乏具有显著示范效应和广泛借鉴意义的成功案例。造成这种现象的原因在于城市化地区植被内外部影响因素及影响机制复杂,各类生态服务功能建设缺乏理论基础扎实且操作性强的整体途径与技术方案,生态保护需求与社会经济发展需求在争夺资源配置中往往处于劣势地位等。即便面临上述种种不利局面,生态学工作者仍然在城市化地区植被受损区域生态修复、城市植被保护与建设、植被功能强化的技术途径以及区域植被安全格局构建策略等应用研究领域取得了一定的成果。
现状生态修复研究主要针对一些因建设活动而形成的机械干扰地表的植被重建技术进行研究,少数发达地区开始逐步关注生态服务功能低下的人工或自然植被群落的修复和改造下作16副;植被保护研究目前还只能惠及那些具有重要生态价值的植被分布地段[2引,在城市内部执行更为严格的植被保护管理工作仍缺乏系统的基础研究支持;植被功能强化研究虽然形成了一些诸如“重视乡土物种使用”和建设“城市森林”等合理化模式与建议[13,63。64J,但其推广和应用工作进展显然比较缓慢;至于在城市化地区构建区域植被安全格局这一新兴起的应用研究领域,目前还处于原则和模式探索及应用案例积累阶段。
4展望
总结国内外城市化地区植被生态效应研究现状不难看出,城市化过程对植被的影响、复合植被生态功能建设与评价、城市植被保护与管理等理论和应用问题研究是现阶段的前沿领域。植被作为城市生态系统中的重要生态资源类型,在城市生态安全体系构建中占据着无可替代的功能位置。特别是近年来一系列关乎人类生存发展的重大生态环境问题研究的兴起,极大地丰富了城市化过程中植被生态效应研究的内容。鉴于全球性的城市化进程仍在不断推进,人们赋予城市植被的生态环境职责越来越复杂,可以预见今后相当长的一个时段内,这方面的理论和应用研究仍将是相关学科普遍关注的热点研究领域。而基础性研究工作能否在普遍性规律总结和付诸城市生态建设与管理实践方面迅速打开局面,也许是所有城市可持续发展目标能否达成的关键性影响因素之一。
需要注意的是,以往的研究工作中,综合性的耦合机制分析、功能评估、服务价值核算、可持续支撑能力评价、协调度分析乃至生态安全格局构建
等研究领域几乎均存在着基础支撑理论薄弱,研究方案无法避免主观人为环节,结果可辩护性及管理指导能力不理想等弱点;而数量庞杂的各类专题性
研究由于受传统生态学研究的思路、方法和问题视
角限制,更多地表现为一种微观环节问题的案例研究,难以满足关于城市化过程与植被生态效应之间一般规律总结的要求。由此看来,现状城市化地区的植被生态效应研究一定程度上存在着理论研究与应用研究脱节,专业研究与综合研究脱节,微观研究与宏观研究脱节等不合理现象,这应当成为今后研究工作中重点关注并加以克服的问题。参考文献:
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2.College
ofEnvironmentalandUrbanScience,PekingUniversity,Beijing100871。China
Abstract:Sinceurbanvegetationprovidesdiverseecologicalserviceswhichisirreplaceablebyotherecologicalresearches
on
environmentfactors,
the
eco—environmentaleffectofvegetationinurbanized
researchdirectionsinthis
on
area
areas
hasbeen
a
hottopicwithboththeoretical
andpractical
significance.Severaldistinctiveresearchfrom
on
havebeenformed
to
a
domesticallyandinternationally,amongwhichtheareaoftheoreticalandappliedresearch.However,
is
a
impactofurbanizationperspective
effect
of
vegetationhasbeenclassified
traditional
the
landscapeecology,remnant
vegetationprotection
novelresearchdirection.Research
on
eco-environmental
ofvegetationinurbanizedareasisthehotspotwheremostpreviousworkfocusedon.Keyresearchaspects
includebufferingandrestoringofthenegativeeffectsofbiodiversityandrelativelyweak
balanceand
of
carbonandoxygeninthe
ecologicalenvironment,regulationofnaturalenvironment,protectionofcity,etc.Incomparison,conservationandmanagementofurbanvegetationis
a
shouldbe
urgentlystrengthened.As
conclusionoftheexisted
researchwork,theproblemsinresearchof
eco—environmental
research
effectofvegetationinurbanizedareasare,theoreticalresearchwasseparatedfromappliedresearch,professional
wasseparatedfromcomprehensiveresearch.microresearchwasseparatedfrommacroresearch,etc.Alloftheaboveissues
shouldbepaidspecial
attentionto
andovercome
inthefuture.
effect
Key
words:urbanization;vegetation;service;eco—environmental
万方数据
城市化地区植被生态环境效应研究
作者:作者单位:
曾辉, 陈雪, ZENG Hui, CHEN Xue
曾辉,ZENG Hui(北京大学深圳研究生院深圳市循环经济重点实验室,广东,深圳,518055;北京大学城市与环境学院生态学系,北京,100871), 陈雪,CHEN Xue(北京大学深圳研究生院深圳市循环经济重点实验室,广东,深圳,518055)生态环境学报
ECOLOGY AND ENVIRONMENT2010,19(11)1次
刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
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引用本文格式:曾辉.陈雪.ZENG Hui.CHEN Xue 城市化地区植被生态环境效应研究[期刊论文]-生态环境学报2010(11)