董艷杰, 萬(wàn)福緒

(南京林業(yè)大學(xué), 南京 210037)

工業(yè)化、城市化的發(fā)展帶來(lái)了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如熱島效應(yīng)、大氣污染、土壤污染、水污染[1]等，綠地作為城市公共設(shè)施的重要組成部分，不僅為居民提供美學(xué)景觀和休閑娛樂(lè)場(chǎng)所，而且具有明顯的固碳釋氧、凈化環(huán)境、降溫增濕等生態(tài)效益[2-4]，能明顯改善人居環(huán)境和維護(hù)生態(tài)安全[5]。大量研究表明，生態(tài)效益的好壞與三維綠量具有明顯的相關(guān)性[6]。三維綠量，作為一項(xiàng)衡量綠地質(zhì)量的新興綠化指標(biāo)，可比傳統(tǒng)的平面綠量指標(biāo)(綠化覆蓋率等)更好地評(píng)價(jià)城市公園綠地的生態(tài)效益[7-8]。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)效益及價(jià)值評(píng)估的研究，研究尺度大多著眼于區(qū)域[9-10]、省[11]、市[12-13]等大尺度，而本研究限于郊野公園的幾種典型林分類型，研究區(qū)域更小，研究?jī)?nèi)容更加細(xì)致、精確。郊野公園在國(guó)內(nèi)屬于新興概念，因此國(guó)內(nèi)對(duì)郊野公園生態(tài)效益及其價(jià)值的研究較少，從生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度定量評(píng)估其生態(tài)效益價(jià)值的研究更不多見(jiàn)。對(duì)上海浦江郊野公園不同林分類型的生態(tài)效益及經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估，能夠從貨幣角度讓人很直觀的看到林分的生態(tài)效益及其價(jià)值，提高人們的環(huán)保意識(shí)，促進(jìn)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制的建立[14]，為公園的經(jīng)營(yíng)管理和生態(tài)保護(hù)方案提供指導(dǎo)，為可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供幫助，為全國(guó)生態(tài)GDP核算提供科學(xué)依據(jù)[15]。

1 研究地概況與研究方法

1.1 研究地概況

上海市地處東經(jīng)120°52′—122°12′，北緯30°40′—31°53′，位于太平洋西岸，亞洲大陸東沿，中國(guó)南北海岸中心點(diǎn)，長(zhǎng)江和黃浦江入海匯合處。上海屬北亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海氣候溫和濕潤(rùn)，春秋較短，冬夏較長(zhǎng)。年平均氣溫16.5℃。冬季1月最冷，月平均氣溫3.3℃，較同緯度內(nèi)陸溫和；夏季7月最熱，月平均氣溫27.8℃，又不如同緯度內(nèi)陸炎熱。日照條件較為充足，年日照時(shí)間2 000 h左右。全年無(wú)霜期241 d，年降雨量1 200 mm，雨日多達(dá)132 d。降雨的季節(jié)分配較均勻，夏季約占40.1%，冬季占13.0%，約有70%的降雨集中在4—9月。降雨強(qiáng)度多以中小雨為主，春季始于3月，夏季自梅雨開(kāi)始，進(jìn)入盛夏后，高溫干燥，形成伏旱；秋季金風(fēng)送爽，時(shí)有連綿陰雨；冬季晴朗少雨，北方冷空氣陣陣南下，偶有寒潮侵襲。

上海浦江郊野公園位于上海市閔行區(qū)浦江鎮(zhèn)黃浦江東側(cè)、大治河以北，其規(guī)劃總面積為15.29 km2，以“森林游憩、濱水休閑”為主要功能。公園匯集“郊野、藝術(shù)、秋景”三大理念的復(fù)合型功能，園內(nèi)河網(wǎng)水系發(fā)達(dá),杜行老街、自然村落點(diǎn)綴其中，古樹(shù)和村莊交相輝映[16]。建設(shè)郊野公園是上海貫徹落實(shí)中央生態(tài)文明戰(zhàn)略、全面提升生態(tài)環(huán)境的重大舉措。選擇上海浦江郊野公園為研究區(qū)，因?yàn)樗巧虾Ｊ心壳伴_(kāi)放的4個(gè)郊野公園中，距離市中心最近的一個(gè)，是市民最易達(dá)的郊野公園，故對(duì)其典型林分進(jìn)行生態(tài)效益及其價(jià)值研究顯得極為迫切，對(duì)整個(gè)郊野公園的后期運(yùn)營(yíng)具有重要意義。

1.2 研究方法

1.2.1 實(shí)地調(diào)查 選取上海浦江郊野公園的5種典型林分：香樟、欒樹(shù)、桂樹(shù)、無(wú)患子、池杉，采用實(shí)際調(diào)查的方法，收集5種林分的林分基本情況和樹(shù)種基本情況。林分基本情況包括林分面積、郁閉度(樹(shù)冠相對(duì)穩(wěn)定的夏季)、株行距、株數(shù)(表1)；樹(shù)種基本情況包括生長(zhǎng)型、樹(shù)冠形狀、樹(shù)高、胸徑、冠下高、冠高、冠幅(表2)。

林分面積采用實(shí)際測(cè)量繪圖近似計(jì)算所得；郁閉度采用樣點(diǎn)法；株行距、冠幅通過(guò)皮尺測(cè)量；樹(shù)高和冠下高采用CGQ-1 型測(cè)高儀；胸徑測(cè)定采用測(cè)樹(shù)鋼圍尺測(cè)量距地面1.3 m處樹(shù)干的直徑；冠形按樹(shù)冠立體幾何模型[7]分為：卵形、球形、半球形、圓錐形、圓柱形、球扇形、球缺形。

表1 林分基本情況

表2 樹(shù)種基本情況

1.2.2 綠量的計(jì)算 綠化三維量(三維綠量，簡(jiǎn)稱綠量)是指綠色植物的莖、葉所占據(jù)的空間體積[2](單位一般用m3)，綠量的計(jì)算方法比較多，本文采用“以平面量模擬立體量”的方法[17]，選用該方法計(jì)算綠量操作相對(duì)簡(jiǎn)單，誤差小。此種方法源于上海園林綠地調(diào)查研究時(shí)所得出的，該計(jì)算方法相對(duì)誤差一般不大于7%，最大不大于10%[18]。根據(jù)實(shí)際調(diào)查情況對(duì)植物冠形分類，然后按照相對(duì)應(yīng)冠形的綠量計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，不同冠形的三維綠量計(jì)算公式見(jiàn)表3。

1.2.3 生態(tài)效益的計(jì)算 生態(tài)效益的計(jì)算，根據(jù)綠量計(jì)算結(jié)果，結(jié)合“上海市綠化三維量遙感調(diào)查”課題組研究得出的基于綠量的綠化環(huán)境效益標(biāo)準(zhǔn)換算量[19](表4),換算出植物的產(chǎn)氧量、吸收二氧化碳量、吸收二氧化硫量、滯塵量、蒸騰量,從這幾個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)5種典型林分的生態(tài)效益。

表3 三維綠量計(jì)算公式

注：x為冠幅(m)；y為冠高(m)。

表4 基于綠量的綠化環(huán)境效益標(biāo)準(zhǔn)換算量

1.2.4 生態(tài)效益價(jià)值的估算 本研究根據(jù)《中國(guó)生物多樣性國(guó)情研究報(bào)告》[20]中森林固定CO2和釋放O2的成本，我國(guó)分別為273.3元/t和369.7元/t，計(jì)算各林分每年固定CO2和釋放O2的價(jià)值；參照國(guó)家林業(yè)局《森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)估規(guī)范》[21]，采用治理成本法[22-23]，治理SO2的費(fèi)用是1 200元/t，清理降塵的費(fèi)用是150元/t，分別估算各林分吸收SO2，滯塵的價(jià)值；按照效益費(fèi)用分析法[24]，蒸騰增濕量根據(jù)灑水車噴灑等量水的成本進(jìn)行估算，參照上海市水務(wù)局公布的居民用水價(jià)格表中自來(lái)水價(jià)格1.92元/t，分別估算各林分夏季的蒸騰增濕量的價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 5種林分的綠量狀況

根據(jù)實(shí)際調(diào)查情況對(duì)樹(shù)種冠形分類，然后按照相對(duì)應(yīng)冠形的綠量計(jì)算公式計(jì)算植物的單株綠量。其中，由于香樟樹(shù)形較大、株行距較小，且綠量與胸徑關(guān)系極顯著[25](p<0.01)，故選用胸徑方程計(jì)算單株綠量最為合適，即

Y=0.234X12.134

其中：Y為三維綠量(m3)；X1為胸徑(cm)；

由于桂樹(shù)側(cè)枝分叉位置接近地面，樹(shù)冠發(fā)達(dá)，故在本研究中視桂樹(shù)為灌木。因密植導(dǎo)致枝葉交叉掩映，整體林分樹(shù)冠呈立方體，故計(jì)算其三維綠量時(shí)，按照立方體計(jì)算，即用林分面積乘以樹(shù)冠平均高度，這種計(jì)算灌木綠量的方法與其他學(xué)者[4,26-27]所用方法一致。

欒樹(shù)、無(wú)患子、池杉的單株綠量按照表3中三維綠量計(jì)算公式。

結(jié)合各林分株數(shù)或林分面積計(jì)算各林分整體綠量。

綜合上述，各林分單株綠量及整體綠量狀況見(jiàn)表5。

表5 各林分綠量情況

由表5可得，在郁閉度屬于同一等級(jí)[9](0.7以上)的情況下，不同樹(shù)種、冠形中，香樟的單株綠量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余4個(gè)樹(shù)種，無(wú)患子最小，其余幾個(gè)樹(shù)種單株綠量相當(dāng)，各林分單株綠量排序?yàn)橄阏?池杉>欒樹(shù)>桂樹(shù)>無(wú)患子，各林分總綠量排序?yàn)橄阏?池杉>桂樹(shù)>欒樹(shù)>無(wú)患子。

2.2 5種林分的生態(tài)效益狀況

根據(jù)以上計(jì)算的綠量結(jié)果，按照表4對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目計(jì)算綠化環(huán)境效益，換算出各林分的產(chǎn)氧量、吸收CO2，吸收SO2，滯塵量、夏季蒸騰量的效益，結(jié)果見(jiàn)表6。

由各林分總生態(tài)效益(表6)可以看出香樟林提供的生態(tài)效益最多，無(wú)患子提供的最少，這是因?yàn)橄阏恋臉?shù)冠綠量較其他4個(gè)樹(shù)種大很多。在產(chǎn)氧量和吸收CO2量方面，各林分排序?yàn)橄阏?桂樹(shù)>池杉>欒樹(shù)>無(wú)患子；在吸收SO2量、滯塵量(TSP)、夏季蒸騰量方面，各林分排序?yàn)橄阏?池杉>桂樹(shù)>欒樹(shù)>無(wú)患子。

由各林分單位面積生態(tài)效益(表7)可以看出，單位面積產(chǎn)生的生態(tài)效益，香樟依然是最高，無(wú)患子也是最小。在產(chǎn)氧量和吸收CO2量方面，各林分排序?yàn)橄阏?欒樹(shù)>桂樹(shù)>池杉>無(wú)患子；在吸收SO2量、滯塵量(TSP)、夏季蒸騰量方面，各林分排序?yàn)橄阏?欒樹(shù)>池杉>桂樹(shù)>無(wú)患子。由于桂樹(shù)是常綠樹(shù)種，故出現(xiàn)了桂樹(shù)單位面積的固碳釋氧量大于池杉，而吸收SO2量、滯塵量(TSP)、夏季蒸騰量卻小于池杉的情況。雖然桂樹(shù)是灌木，但其單位面積生態(tài)效益卻是無(wú)患子的2.7～5倍，這是因?yàn)楣饦?shù)單位面積綠量較無(wú)患子大。同樣地，雖然欒樹(shù)和無(wú)患子都屬于無(wú)患子屬，且就樹(shù)高和胸徑而言，無(wú)患子甚至還略大于欒樹(shù)，但是欒樹(shù)的單位面積生態(tài)效益卻是無(wú)患子的6.08倍，這也是因?yàn)闊o(wú)患子單位面積綠量太小。

表6 各林分總生態(tài)效益

表7 各林分單位面積生態(tài)效益

表8 各林分總生態(tài)效益價(jià)值

注：年蒸騰日數(shù)，常綠植物按365 d計(jì)算，落葉植物按照180 d計(jì)算。

2.3 5種林分的生態(tài)效益的價(jià)值狀況

按照上述生態(tài)效益的價(jià)值估算方法，計(jì)算得出的各林分的年生態(tài)效益價(jià)值見(jiàn)表8。

由表8可以看出各林分總生態(tài)效益價(jià)值，香樟最高、無(wú)患子最小，這是因?yàn)榱址挚偩G量和總生態(tài)效益香樟最大、無(wú)患子最小。各個(gè)林分總生態(tài)效益價(jià)值的貢獻(xiàn)主要來(lái)源于產(chǎn)氧量、吸收CO2量、滯塵量(TSP)和夏季蒸騰量，吸收SO2量的生態(tài)效益價(jià)值很小，幾乎可以忽略不計(jì)，產(chǎn)生這種結(jié)果的原因可能是空氣中SO2含量較少，樹(shù)木只能吸收林分附近有限距離內(nèi)的少量SO2，且樹(shù)木吸收SO2的能力有限。5個(gè)林分在總面積不到1 hm2的情況下，總生態(tài)效益價(jià)值高達(dá)23.07萬(wàn)元。香樟對(duì)總生態(tài)效益的貢獻(xiàn)率高達(dá)81%，這是因?yàn)橄阏恋膯沃昃G量最大，且林分面積較大。各林分總生態(tài)效益價(jià)值排序?yàn)橄阏?桂樹(shù)>池杉>欒樹(shù)>無(wú)患子。同一林分的各生態(tài)效益價(jià)值排序相同，均為吸收CO2量>產(chǎn)氧量>夏季蒸騰量>滯塵量(TSP)>吸收SO2量。

由各林分單位面積生態(tài)效益價(jià)值(圖1)可以看出，各林分單位面積的生態(tài)效益價(jià)值，香樟最高、無(wú)患子最小，這是因?yàn)閱挝幻娣e的綠量和生態(tài)效益都是香樟最大、無(wú)患子最小。各個(gè)林分單位面積吸收SO2量的生態(tài)效益價(jià)值很小，幾乎可以忽略不計(jì)。各林分的單位面積總生態(tài)效益價(jià)值排序?yàn)橄阏?欒樹(shù)>桂樹(shù)>池杉>無(wú)患子?？傮w來(lái)講，產(chǎn)氧量和吸收CO2量產(chǎn)生的生態(tài)效益價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他3種生態(tài)效益產(chǎn)生的價(jià)值，說(shuō)明在所研究的5種生態(tài)效益中，林木光合作用為環(huán)境提供重要價(jià)值；吸收SO2量的生態(tài)效益價(jià)值小到幾乎可以忽略不計(jì)；桂樹(shù)、池杉單位面積綠量和生態(tài)效益接近，故5種生態(tài)效益的價(jià)值也都相差無(wú)幾。單位面積的生態(tài)效益價(jià)值不同林分排序相同，均為吸收CO2量>產(chǎn)氧量>夏季蒸騰量>滯塵量(TSP)>吸收SO2量。

圖1 各林分單位面積生態(tài)效益價(jià)值

3 結(jié)論與討論

本次研究所選5個(gè)典型林分的5種生態(tài)效益，在總面積0.648 5 hm2的情況下，創(chuàng)造的生態(tài)效益價(jià)值為23.07萬(wàn)元，合35.57萬(wàn)元/hm2，整個(gè)郊野公園占地15.29 km2，按照我國(guó)公園設(shè)計(jì)規(guī)范，綠地率必須達(dá)到65%以上，考慮到本研究未選擇草本類植物，按照最低標(biāo)準(zhǔn)65%進(jìn)行核算，浦江郊野公園林分產(chǎn)生的生態(tài)效益價(jià)值約為3.54億元，綠地產(chǎn)生的生態(tài)效益價(jià)值是不可估量的。單位面積產(chǎn)生的生態(tài)效益，香樟最高，無(wú)患子最??；在產(chǎn)氧量和吸收CO2量方面，各林分排序?yàn)橄阏?欒樹(shù)>桂樹(shù)>池杉>無(wú)患子；在吸收SO2量、滯塵量(TSP)、夏季蒸騰量方面，各林分排序?yàn)橄阏?欒樹(shù)>池杉>桂樹(shù)>無(wú)患子；各林分的單位面積總生態(tài)效益價(jià)值排序?yàn)橄阏?欒樹(shù)>桂樹(shù)>池杉>無(wú)患子。

三維綠量，作為一項(xiàng)衡量綠地質(zhì)量的新興綠化指標(biāo)，打破了傳統(tǒng)的平面綠化指標(biāo)(綠化覆蓋率等)的局限性[7]，能更好地反映綠地的空間結(jié)構(gòu)[28]，對(duì)量化城市綠地的生態(tài)效益具有重要意義。本研究通過(guò)結(jié)合三維綠量對(duì)上海浦江郊野公園典型林分的生態(tài)效益測(cè)算與分析，結(jié)果表明：

(1) 生態(tài)效益、生態(tài)效益價(jià)值均與綠量成正比例關(guān)系，綠量越大，其對(duì)應(yīng)的生態(tài)效益和生態(tài)效益價(jià)值也越大，這與王萍[15]、陳翠玉等[23]研究結(jié)果相符。影響綠量的因素有很多，樹(shù)種類型、生長(zhǎng)型、樹(shù)冠形狀、林齡、郁閉度、林分面積、株行距等。就生態(tài)效益和生態(tài)效益的價(jià)值而言，常綠樹(shù)種>落葉樹(shù)種；喬木>灌木>草本。郊野公園今后的樹(shù)種配置要考慮這些因素，將能產(chǎn)生更大的效益和價(jià)值。

(2) 香樟作為常綠喬木，對(duì)總生態(tài)效益價(jià)值的貢獻(xiàn)率高達(dá)81%，單位面積生態(tài)效益價(jià)值，香樟分別是欒樹(shù)、桂樹(shù)、無(wú)患子、池杉的2.1，2.7，12.9，3.4倍，這是由于其單株綠量和單位面積綠量較大，故對(duì)生態(tài)效益和生態(tài)效益價(jià)值的貢獻(xiàn)也最為突出。這與張艷麗[29]對(duì)成都沙河廊道植物群落及生態(tài)效益的研究結(jié)果相符。在浦江郊野公園的后期規(guī)劃中，種植香樟等綠量較大的常綠喬木樹(shù)種，能在有限的土地上產(chǎn)生更大的生態(tài)環(huán)境效益和價(jià)值。

(3) 雖然桂樹(shù)作為灌木，長(zhǎng)勢(shì)較無(wú)患子矮很多，但其單位面積生態(tài)效益和價(jià)值卻是無(wú)患子的2.7～5.5倍，這是因?yàn)楣饦?shù)單位面積綠量較無(wú)患子大。同樣地，雖然欒樹(shù)和無(wú)患子都屬于無(wú)患子屬，且就樹(shù)高和胸徑而言，無(wú)患子甚至還略大于欒樹(shù)，但是欒樹(shù)的單位面積生態(tài)效益卻是無(wú)患子的6倍，這也是因?yàn)闊o(wú)患子單位面積綠量太小。綜合以上，在園林綠化的樹(shù)種配置上選擇常綠灌木比選擇樹(shù)冠體積較小的喬木能提供更多的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

綠地作為城市公共設(shè)施的一部分，具有明顯的生態(tài)效益，如改善小氣候、凈化空氣等[2-4]。本文對(duì)上海浦江郊野公園典型林分的生態(tài)效益進(jìn)行貨幣化估算，結(jié)果表明：

(1) 5個(gè)林分香樟、欒樹(shù)、桂樹(shù)、無(wú)患子、池杉的單位面積固碳釋氧量的價(jià)值占總生態(tài)效益價(jià)值比重較大，分別為83%、80%，83%、80%和80%。李英[30]等人對(duì)伊春林區(qū)生態(tài)效益價(jià)值的研究結(jié)果中固碳釋氧價(jià)值占總生態(tài)效益價(jià)值的比重較大，這與筆者研究結(jié)果一致。說(shuō)明林木具有極強(qiáng)的固碳釋氧能力，更說(shuō)明其作為天然氧吧的重要性和為居住環(huán)境帶來(lái)的巨大的生態(tài)效益。郊野公園的后期活動(dòng)項(xiàng)目策劃在林中布置，能使人舒緩身心、放松自我，極大的發(fā)揮郊野公園的野趣效果。

(2) 林分單位面積吸收SO2產(chǎn)生的價(jià)值占總生態(tài)效益價(jià)值的比重為0.1%～0.2%，說(shuō)明僅僅通過(guò)種樹(shù)來(lái)改善空氣中的SO2含量，效果不佳，可以在人工治理的基礎(chǔ)上通過(guò)種樹(shù)來(lái)輔助治理改善空氣中的SO2濃度。

(3) 近年來(lái)，夏季高溫酷暑對(duì)人們工作學(xué)習(xí)的影響也愈加明顯，城市綠地的夏季蒸騰降溫增濕效應(yīng)研究得到重視[1]，本研究中5個(gè)林分在總面積0.648 5 hm2的情況下，夏季日蒸騰增濕量43.43 t，相當(dāng)于灑水車灑43.43 t水產(chǎn)生的增濕效果。從中不難看出，林分的降溫增濕價(jià)值很高，所以，夏季在林中舉行各種游樂(lè)項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)更為明顯，能明顯提高人體舒適度，符合國(guó)家節(jié)能減排，低碳環(huán)保的綠色理念。