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王文杰:基于哈尔滨市城市森林研究结果看生态城市建设

发布日期:2018-10-12 浏览次数:76

   9月10日上午,在河北衡水举行的湿地园林与滨水城市高端学术交流上,东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室副主任王文杰教授发表题为《基于哈尔滨市城市森林研究结果看生态城市建设》的演讲,以哈尔滨城市森林研究为例,阐述城市森林在生态城市建设中的作用,呼吁城市建设应该更加关注森林与树木的作用!

 

  以下为演讲实录:

王文杰:哈尔滨城市森林研究看生态城市建设

▲东北林业大学教授王文杰演讲

  非常感谢组委会能给我这次机会来到衡水给大家汇报一下我的一些研究结果,这两天听了不少大家的讲座,学了很多,下面对基于哈尔滨城市森林研究的结果,给大家汇报如下。

  哈尔滨的地理位置是在北纬45度,是我国最北部的省会城市,以夏季比较凉爽,冬季比较寒冷著称,是避暑和冰雪运动的好地方。哈尔滨有一个特色,有一条河穿城而过,是国内最大的黑龙江支流,叫松花江。哈尔滨有万顷湿地的称号,因此在湿地滨水城市方面和今天的主题有一定的契合度。

王文杰:哈尔滨城市森林研究看生态城市建设

▲哈尔滨的地理位置

  我们对哈尔滨城市森林的研究主要概括在以下几方面。

  第一,城市生物多样性的维持功能。我们主要关注的是树木和鸟类。

  一般来讲,城市化导致生物多样性的降低,这是大家普遍认为的规律。我们对哈尔滨城区周围的农场、林场,以及黑龙江省,或者说东北地区的天然保护区进行了详细的调查。我们研究发现,哈尔滨市区共有木本植物33科、60属、131种,种类数目远远高于周围的林场、农田保护林,甚至高于周边的国家级自然保护区:国家级自然保护区有26科、58属、172种。显示出我国在城市化过程中,特别是城镇绿化、平原绿化过程中形成了这样一个事实:城市化提高了树木种类多样性,对保护植物种类来看,具有很好的多样性维持功能。

王文杰:哈尔滨城市森林研究看生态城市建设

▲哈尔滨市树木种类组成与周边林场、农区和天然保护区木本植物比较

  有没有问题呢?我们把种类进行了区分,包括它的外来种和本地种,明显的看出来,在树木多样性提升过程中,外来种有很大的比例,提高的非常明显,这就为我们未来的城市树种选择方面提供了一个提示:外来种选择方面应该避免入侵、有害性树种的选择。

  在城市范围内,中等干扰导致外来种密度增加:比如说从城市历史的角度,从城市环路的角度,1907-2014年形成的区域、二环到四环区域具有最高的外来种的密度。在外来有害植物控制方面,这些地区应该是重点监控区域。

王文杰:哈尔滨城市森林研究看生态城市建设

▲哈尔滨市不同的城市化尺度下本地种和外来种的数量

  以上是我们利用空间代替时间的方法进行研究的结果。同时我们也对长期历史数据进行了统计。从1955年、1980年、2014年来看,同样发现了了城市在树木种类多样性维持方面具有非常大的作用。在科的水平上:60年的城市发展,使得树木由 24科增加到了33科,在属的水平由52属增加到了69属。上述结果说明,通过不同的方法确认了一个事实,就是我国这种典型城市的城市化过程对于树木多样性具有很好的维持功能,但是外来种类增加是一个需要警惕的问题。

王文杰:哈尔滨城市森林研究看生态城市建设

▲1955-1980—2014年树木种类的变化

  树木种类的增加,也显著影响了鸟类多样性特征。1980年和2010年代对比,哈尔滨鸟类从154种增加到了171种,包括夏鸟、候鸟、留鸟、冬鸟,都有非常明显的增加的趋势。
增加的主要原因是什么?我们认为有两个原因,鸟类变化与城市森林的变化紧密相关,鸟巢是一个很重要的考虑因素。比方说我们发现林栖鸟、树栖鸟从47种增加到58种。为鸟类提供的食物也是重要因素,一些食昆虫的鸟、杂食性鸟、植食鸟增加的很多,但是食肉类的鸟有明显的下降。

王文杰:哈尔滨城市森林研究看生态城市建设

▲增加的鸟类

王文杰:哈尔滨城市森林研究看生态城市建设

▲树木增加鸟类浆果类食物

  我们在造林和树种选择方面可能有很长远的后续效应,对鸟类和其它的生物有非常明显的作用。我们在城市景观规划设计过程中,应该多多考虑这些因素,我们到底要做什么,目的要明确一些。比如说火炬树、毛樱桃、榆叶梅、桑树、梓树都是造林绿化用得比较多的树种,都可为鸟类提供丰富的食物。
第二,城市植被的碳汇功能,这方面的研究我们使用了遥感的方法。从1985年到2014年,五个时期的遥感影像,我们对植被类型的变化进行了比较精确的划分,发现2007年是一个时间点,2007年之后城市森林增加的数量开始有所减缓,湿地开始恢复和增加。我们确定了整个城市的碳汇功能,植被碳汇功能大概是20万吨,20cm土壤碳储量在13.5万吨,从统计学角度确认了城市化能够增加土壤的碳汇功能,并确定了其增加的速率。这一增加的原因在于有机碳的周转时间变慢了,温度敏感性下降,也就是相同土壤温度的提升,与自然生态系统相比,城市内的土壤有机碳分解量在下降。未来应该在城市生态服务功能方面进行比较系统的考虑这一点。目前来看,已有研究文献并没有在这方面进行考虑。

王文杰:哈尔滨城市森林研究看生态城市建设

▲基于城市建成时间梯度量化城市化对生物量碳汇及土壤碳汇的影响

  第三,微气候调节功能方面。

  我们考虑的是遮荫效应、增湿效应和降温效应。降温效应同时考虑了土壤和空气降温,垂直方面的降温和水平方向的降温。垂直降温,也就是冠层和冠层下面。我们认为这个更重要,特别是在城市化过程中,我们怎么使这些高楼更节能,能够为我们更好的服务,能耗非常关键,我们对它也进行了研究。土壤降温,因为土壤是所有植被的基础,我们也做了一些。我们的研究结果是不同林型在降温、增湿的效果不一样。我们对哈尔滨市进行了统计分析,确定了微气候调节的大小。这种方法有助于衡水市的建设,建设过程中也需要对效果进行科学的评价。

王文杰:哈尔滨城市森林研究看生态城市建设

▲不同林型的遮荫、降温、增湿效果

  我们开发出了一种方法,来确定这些微气候调节功能到底受谁控制,都是森林的贡献,还是城市化水平,还是受外界环境条件的影响,比如说外界气候因素的影响。这种统计分析方法表明,林分特征和街谷特征几乎是相当的,甚至街谷特征可能贡献更大一些,这种方法也有助于科学的区分其作用。

  第四,城市森林树种合理搭配与提升

  我们有一个基本的经验法则,叫10、20、30法则,代表了科、属、种的相对多度。在城市森林中保证稳定、健康的生态系统,一个种的数量不能超过所有的城市树木总数量的10%,一个属要不超过20%,一个科不能超过30%。这种情况下才能保证城市森林,或者说成是植被生态系统更加健康,更加稳定。

  我们对哈尔滨市进行了调查,也和以往进行了比较,陈俊瑜教授在1980年对哈尔滨市进行了调查,我们是2014年对哈尔滨市进行了调查,种的水平基本上还可以,属和科的水平由于近几年大量的造林导致其非常的不合理,一个是37%,一个是45%,因此在未来城市森林构建的过程中,我们需要根据不同的城市化区域、不同的环路、不同的林型进行相应的数量控制:我们在造林过程中需要考虑哪些因素,哪些树种别造了,哪些树种要进行相应的增加。

  树木和草本不太一样,树木对于城市生态的功能往往需要很长时间才能够反映出来,我们前辈在哈尔滨实验林场,在哈尔滨市区植物园,在50、60年代造了很多种林子,我们基于30年以上的造林结果进行长期的实验,确定了13个树种,在维持土壤理化性质、土壤肥力、碳汇系统功能方面进行了排序分析,找到了哪些树种可能更适于造林,特别是哈尔滨市这个地方。我们进行了统计学的敏感性检验,如果增加这个树种5%的比例,是整体生态功能提升了,还是下降了。我们找出来了,不适宜的树种就是杨树,杨树使整体土壤肥力、土壤理化性质恶化比较严重。我们需要强调的是榆树、云杉这样的本地树种。   

  第五,基本的研究结论

  一是城市森林的碳汇功能。这个要怎么考虑?特别是在城市化过程中怎么考虑,需要科学的、长期的考虑。

  二是生物多样性维持功能。与以往大多数的考虑可能不是很一样,我们发现城市具有生物多样性维持中心的功能。这里面也有需要注意的地方,也就是外来种,特别是一些入侵种需要控制。树木多样性影响了生物多样性的效应,比如说鸟类。北京的研究得出的结果是,绿化导致鸟类在增加,森林结构的合理性也有了提升。

  三是微气候调节功能。 城市森林在遮荫、降温和增湿方面都具有很大的调控功能,这是节能城市建设的基础。城市树种组成与街谷特征对于树木这些微气候调节功能具有重要作用,应该在适宜的街谷栽植合适的树种、配置合理的结构。 

  四是城市森林结构合理性与提升。我们进行了定量的评价,对未来树种的选择进行了分析。相关研究结果发表了一些文章,发表在本领域比较知名的期刊。

  第六,基于这些研究结论,讲一下城市森林在生态城市建设中的作用。

  最近在贵阳召开了生态峰会,提出了要建6个国家级森林城市群,200个国家级森林城市,这是到2020年的目标,现在已经有165个了,到2025年要增加到300个。我认为在生态城市建设中树木大有可为,因为树木意味着更高效的空间应用,意味更低的投入,意味长久的生态学效益的产出。

  需要注意的问题:

  一是我们在哪儿造林。现在普遍来讲有见缝插针的说法,在城市绿化过程中怎么办?我们没有空间了,人类占的空间太大了,见缝插针是一个原则。特别是衡水,每年几万亩森林的建设任务,需要提前做好规划,到底建在什么地方,到底怎么建。

  二是栽哪些树。前期研究结果发现,一个是外来树种,第二个是树种的合理性,因为你造的林往往是百年的尺度,树种不正确的选择,可能就会导致未来很大的不确定性。这里有一些基本生态学法则,比如说10%、20%、30%的经验法则,对于科学稳定的城市森林生态系统构建相当关键。

  三是要有预见性。我们提出了不同的研究方法,提出了城市化对它的影响,因为我们正处在快速城市化的过程中,我们应该建设一个适应未来生态服务、功能稳定性的城市生态系统。树木起到了非常关键的作用,需要一些好的模型,需要一些好的方法进行预测。

  下面谈一个案例。有幸参加了首届国际森林城市大会,对于深圳市进行了比较好的了解,我认为深圳是比较好的案例。全市的城市公园500米服务半径,覆盖区域达到65%,1000米达到91.56%,节假日自然公园,5公里、10公里分别覆盖率是80%—99%。我们的城市植被生态系统建设到这个水平的话,我们就已经成功了,可以说做到真正的为老百姓谋福。

  最后以一句经常我们说的标语结束我的讲座。要想富,多修路!要想升,多栽树!在此预祝各位领导、各位企业家未来更富有,更高升,多多关注城市树木。谢谢大家!

 

  王文杰:东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室副主任,中科院东北地理与农业生态研究所城市森林与湿地学科组组长,百人计划教授,龙江学者教授,中国生态学会理事,黑龙江省生态学会副理事长兼秘书长。

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