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生態學原理在城市生態園林設計中的應用

[日期：2008-05-26] 來源：作者：高雷,吳建國,陸曉民發表評論(1)打印

　　論文摘要：隨著經濟的發展，社會的進步，城市環境問題日趨嚴重，城市生態園林建設在緩解城市環境壓力方面將起著至關重要的作用，建立可持續發展的人與自然和諧相處的城市生態園林成為人們的必然追求和選擇。本文從生態學與生態城市園林的內涵、生態效應、生態園林植物配置和城市生態園林的建設中存在的問題及發展對策等多角度探討了生態學原理在城市生態園林中的應用。Abstract:Withthedevelopmentofeconomyandtheimprovementofsociety,urbanenvironmentalproblemisincreasinglyserious.Theconstructionofurbanecologicalgardenplaysacriticalroleinabatingurbanenvironmentalpressure,andbuildingofsustainableurbanecologicalgardenwherepeopleandthenaturecoexistharmoniouslyhasbecometheinevitablechoiceandinexorablepursuit.Inthispaper,theapplicationofecologyprincipleintheurbanecologicalgardenconstructionwasdiscussedfromseveralaspects,suchasthescientificcontentoftheurbanecologicalgardenandecology,ecologicaleffect,urbanecologicalgardenplantarrangement,someproblemsandstrategyinconstructionoftheurbanecologicalgardenetc.Keywords:Ecologyprinciple;Urbanecologicalgarden;Ecologicaleffect;Gardenplants;Gardenplantarrangement

　　關鍵詞：生態學原理；城市生態園林；生態效應；園林植物；園林植物配置

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　　正文

　　隨著我國城市化水平的不斷提升，城市生態形勢日益嚴峻,人們對環境意識的不斷提高,城市生態環境的建設正實現從綠化層面向生態層面的發展,傳統的造園技術正面臨著前所未有的挑戰。然而，根據生態學原理，并應用現代科技手段逐步創建，在生態文明時代形成可持續發展的城市生態園林，構建人與自然的和諧環境(Nolan-Spohn,2005)。那么，如何將生態的內涵賦予到園林規劃與設計中去,以及如何構建綠地生態效應的城市生態園林成為

　　園林工作者的新挑戰。本文就城市生態園林建設中存在的問題進行初步分析和探討如何建設好城市生態園林，為人們提供一個安逸舒適生態環境。

　　1.植物生態學原理

　　1.1植物生態學與城市生態園林的內涵

　　植物生態學是研究植物之間、植物與環境之間相互關系的科學。其研究內容主要包括植物個體對不同環境的適應性，及環境對植物個體的影響；植物種群和群落在不同環境中的形成及發展過程；以及在生態系統的能量流動、物質循環中植物的作用。植物生態學包括個體生態學、種群生態學、群落生態學和生態系統學四個部分。植物生態學則是環境保護的理論基礎之一。其使命是利用植物生態學的原理，揭示植物和環境之間的關系，掌握自然規律，以便人類合理開發、利用資源，治理和保護環境，使人們在進行生產活動時達到最好的生態效應和經濟效益（于曉森，2007；劉建斌，2005）。

　　早在20世紀初，西方就出現了為保護原野上自然景觀而建造的生態園林。美國學者Jensen首先提出了以自然生態學的方法來代替以往單純從視覺景觀出發的園林設計（唐文躍等，2006）。然而，真正重視生態園林應該是20世紀的六七十年代，城市生態園林的理論尚在發展之中。2004年生態園林與城市可持續發展高層論壇就生態園林城市與可持續發展問題進行了深入研討，并提出建設“生態園林城市”就是要利用環境生態學的原理，規劃、建設和管理城市，進一步完善城市綠地系統，有效防治和減少城市大氣污染、水污染、土壤污染、噪聲污染和各種廢棄物，實施清潔生產、綠色建筑，促進城市中人與自然的和諧，使環境更加清潔、安全、優美、舒適（周本賢,2003；孫麗等,2005；史丹等,2006；王亞軍等，2007；張曉婧,2007）。

　　對于廣大園林工作者來說，應以植物生態學理論為指導，貫徹“以人為本，以生態效益為首”的理念，充分利用植物生態學原理來指導設計城市園林（冀鳳全等，2005）。因此，深入掌握植物生態學和生態園林城市的內涵，正確定位城市園林綠化的生態效益，這樣才能使園林規劃在符合美學性同時，又符合和諧性和科學性。

　　1.2城市園林植物的生態效應

　　園林植物是城市生態系統的重要組成部分，它的生態效應一直受到有關專業人員的重視(藺銀鼎等,2006)。園林植物具有維持城市碳氧平衡、蒸騰吸熱、凈化空氣(如吸收有毒有害氣體、滯塵、殺菌)、監測環境污染和降低城市噪音等生態效應（王蕾等，2006;趙宇，2006）。

　　1.2.1維持城市碳氧平衡

　　植物通過光合作用吸收CO2，釋放O2在城市低空范圍內從總量上調節和改善城市的碳氧平衡狀況，改善地區的空氣質量（陳自新等，1998）。孟祥志等(2006)采用經典的數學模型方法對吉林大學前衛南校區園林植物生態效益做出研究，結果表明：校園園林植物每年可吸收二氧化碳1982.0t，放出氧氣1444.5t。薛景龍等（2006）同樣采用經典的數學模型方法對長春市街路園林植物生態效應進行了類似研究，結果表明：長春市街路園林植物每年可吸收二氧化碳15750.1t，放出氧氣11455.6t。

　　1.2.2蒸騰吸熱降低城市氣溫

　　植物通過蒸騰作用消耗城市中的輻射熱，以及通過植物枝葉形成濃蔭來阻擋太陽的直接輻射和來之路面和墻面等的放射熱，產生降溫增濕效應，對緩解城市熱島效應具有重要意義（Avissar，1996）。根據經典的植被／植物種與氣候(如氣溫、降水、光照等)的關系，全球、洲際和區域尺度的氣候與植物功能性狀應該有密切的聯系（孟婷婷等，2007）。然而，全球尺度上175個地點2548個植物種的葉經濟譜(葉片的主要化學、結構和生理特征)的研究揭示，單位面積葉質量(Leafmassperarea，LMA)與氣候間雖然存在某些顯著相關，全球總體格局卻并不十分明顯(Wrighteta1.,2004)，但如果能夠找到合適的氣候指標和選擇合適的植物性狀，可以肯定全球及不同地區植物功能性狀與氣候的關系應是顯著的（孟婷婷等，2007）。張迎輝等（2006）對城市垂直綠化植物爬山虎的生態效應進行了研究，結果表明：在土壤水分條件良好的情況下，生長季節爬山虎可以使周圍1000m3空氣溫度降低0.45℃，相對濕度提高0.39％。劉弘等（2006）通過實地觀測，研究了3種綠化道路的生態效應。其結果表明：3種綠化道路都具有遮光，減弱紫外線，降溫，增濕效應。3種中以懸鈴木為行道樹的綠化道路生態效應最明顯，其遮光率，紫外線平均減弱率，平均增濕效應，平均降溫率都最大，分別為85％、72％、19％、14％；以合歡為行道樹的綠化道路次之；以柳樹為行道樹的綠化道路最差。

　　1.2.3凈化城市空氣

　　隨著經濟的高速發展和工業化進程的加快，對石油、天然氣等高能源的需求不斷增，SO2、HF和Cl2等已經成為大氣的主要污染源（Jones,1983;唐文躍等，2006）。不同園林植物對SO2的吸收、凈化能力的大小與其形態、葉量、葉面積、氣孔開度等有密切關系，即使生物量相同吸收硫的量也不同（鄭淑穎，2000）。張德強等(2003)挑選32種園林綠化植物來研究對空氣中二氧化硫的去除能力，結果發現菩提榕、儀花、小葉榕和鐵冬青不但具有很強的抗性，吸收去除能力也很高。HF是常見的危害植物生長的污染物，自然界中大氣氟化物污染的程度不如SO2，范圍也沒有SO2廣，但氟化物中的主要成分HF對植物的毒性比SO2大10~100倍（汪玉秀等，2001）。氟化物在植物體內的毒害作用，主要是抑制了一些酶的活性的改變（曹洪法，1990），特別是烯醇化合物，從而阻礙代謝機能，破壞葉綠素和原生質（高吉喜等，1998）。各種植物對HF的抗性有明顯的差異。一般而言，敏感植物的容氟量低，抗性植物的容氟量高（汪玉秀等，2001）。Cl2它是大氣環境主要污染物之一，對植物的危害往往比SO2、HF等更為嚴重。Cl2對植物葉片組織有很強的殺傷力（汪玉秀等，2001）。不同的植物對Cl2的敏感性相差很大，一般來說，常綠的比闊葉樹抗性弱或敏感（魯敏等,2004）。

　　隨著城市大氣總懸浮顆粒物（TSP）污染狀況的加劇，和吸入顆粒物（PM10）對人體健康的影響，植物的滯塵作用越來越受到重視（Beckett，etal.,1998；劉文菁等，2001；柴一新等，2002；溫達志等，2003；李建龍等，2004）。如何減少空氣中顆粒物的污染，對解決城市環境污染具有重要的意義。大量研究證明，植物可以起到滯塵作用。不同的園林植物，由于各自葉面粗糙性、樹冠結構、枝葉密度和葉面傾角的差異，導致它們滯留粉塵能力的差異（趙勇等，2002）。劉艷菊等（2001）列出了北方常見植物對煙塵的抗性等級，其中柏樹、刺槐、垂柳、白蠟樹對煙塵的去除作用顯著，說明具有冠大且濃密、葉面多毛或粗糙以及分泌出油脂或黏液的植物滯塵能力較強。

　　一方面植物可以通過滯塵作用，減少附著于塵埃而懸浮于空氣中的細菌數量。另一方面園林植物的分泌物具有較強的殺菌作用。植物分泌的氣體揮發物中有大量的殺菌或抑菌物質占氣體揮發物總量的30％～50％（鄭林森等，2004）。祖麗皮亞·玉努斯和艾尼瓦爾·吐米爾（2007）對烏魯木齊市不同園林植物清除細菌能力進行了測定和數據分析，結果表明：園林植物可顯著清除空氣中的細菌，最大可較對照點減少28％以上，且不同種園林植物清除空氣中細菌的能力具有一定的差異；其中樹錦雞兒，火炬樹、杜松、紅皮云杉、天山花楸、垂柳和樟子松等的除菌率小于40％，新疆圓柏、榆葉梅、楊柳和歐莢迷等的除菌率在40％～70％。

　　1.2.4監測環境污染和降低城市噪音

　　植物群落周邊環境的變化會直接或間接的影響到植物群落，它們之間的關系密切。植物群落中的各種植物對大氣污染的反應程度不同，人們可以據此來了解空氣的污染程度。例如，可利用唐菖蒲對氟化物的敏感性來監測大氣的氟污染（唐文躍等，2006）。同樣種植園林植物對降低噪音具有重要作用。理論上講40m寬的林帶可使噪音減少10dB～15dB，綠化的街道比不綠化的街道可減少噪音8dB～10dB（王笑然等，2003）。隨著人們對植物生態功能的逐步認識，在利用植物地上部分來改善環境的同時，人們也在研究利用植物根系富集污染土壤中的重金屬元素，從而達到修復土壤的作用(周守標等，2007)，為人們的生產活動提供良好的生態環境發揮作用。

　　2.城市生態園林的建設

　　2.1城市生態園林植物的選擇

　　提高城市園林植物生態功能，一方面應盡可能地擴大城市綠地面積，提高綠化覆蓋率；另一方面應充分利用綠化空間，合理利用園林植物的配植結構，提高現有綠地上的綠量（王蕾等，2006）。吳際友等（2004）認為園林植物應具有多種功能且功能性要求較高。由于城市用地緊張，采用復層結構能夠提高單位綠化面積上的綠量，從而使得園林植物最大限度地發揮生態功能。近年來，我國廣大園林工作者根據園林生態學原理，提出了城市生態園林建設中植物材料選用應選觀賞價值高、抗逆性強、生態保健功能強、經濟效益高和具有豐富的歷史文化底蘊、地方特色和人文個性的園林植物為材料（吳際友等，2004；張英杰等，2006）。對于構建城市生態園林，充分發揮植物的生態效應具有指導作用。

　　2.2城市生態園林建設中植物的配置原則

　　建設城市生態園林要充分利用生態學原理應考慮到植物的層次性、多樣性以及各樹種間和草木間群落的穩定性等問題，特別是針對樹木間的生化相克和對人體產生過敏或有礙健康的各種問題都應考慮周全。在植物群落配置上，無論是廣場或綠色隔離帶或片林，都不應是純林，要喬、灌、草結合，從生態學理論出發，不宜建造過多的人造景物。祁素萍等(2005)、陳金印等(2006)、史丹等(2006)和薛金國等(2007)從不同角度探討了園林植物配置的生態原則，總結如下：園林植物配置應遵循生態位原則、互惠共存原則、物種多樣性原則、生態效益原則和藝術原則等。不同植物配置在一起除考慮不同功能區的條件外，還應考慮植物相生相克性、陰陽性、觀賞性，病蟲害的交叉性，以及病蟲害防治的難易程度，耐濕耐旱性、整體功能性的發揮等都是配置園林植物應考慮的重要因素。一般來說，鄉土樹種生命力和適應性強，能有效地防止病蟲害暴發，常綠與落葉樹種分隔栽植能有效地阻止病蟲害的蔓延（張英杰等，2006），林下植草比單一林地或草地更能有效利用光能及保持水土。耐陰灌木樹種與喜光喬木樹種配植，在增加土地利用率的同時，顯著提高園林綠化的綜合效益。在園林綠化應用中，發揮出不同園林植物的獨特的生理優勢，豐富園林綠化的層次空間，提高環境生態效益。

　　3.我國城市生態園林建設中存在的問題

　　按照國家生態園林城市的標準與評估要求（孔祥海，2006），目前城市生態園林規劃與建設中由于規劃的指導性不足和研究力度不夠而存在的一些問題。李建龍（2004）、孔祥海（2006）和陳衛元（2007）等從不同的層面探討了我國城市生態園林建設中存在的問題，歸納總結得出一下幾點：（1）整體上宏觀失控是城市生態園林建設中存在的典型問題。（2）城市化水平的提高與綠地面積不足的矛盾日益擴大。國內外大量研究表明，在常規情況下，30％~50％的綠化覆蓋率才對生態平衡具有臨界中高度的意義（李建龍，2004）。（3）城市生態綠地分布不均且總體水平不高。隨著城市的擴張，新區開發，舊區拆建，我國城市綠地出現了外移現象，同一城市郊區、新區綠地面積有所增加，但市區公共綠地卻在大量減少。加之我國城市綠化的行業標準少，且沒有完善的城市綠化質量評估體系導致城市生態綠化總體水平不高。（4）在城市總體規劃中按傳統的模式常常僅有綠地系統的規劃，缺乏由生態學、經濟學、美學等理論和原理指導的城市生態園林系統的整體規劃，往往忽略了城市生態園林系統中各系統間的生態關系。(5)建設資金不足制約了城市綠化總體水平的提高。目前城市生態園林的建設指標與發達國家還有較大的差距。發達國家城市綠化覆蓋率達35％，我國城市綠化覆蓋率的最高值達到33％，而絕大多數城市綠化覆蓋率在20％左右；發達國家公共綠地人均占用量達4m2，我國公共綠地人均占用量只有0.6～3.0m2；發達國家綠化率達20％，我國綠化率只有5％～16％。(6)對城市生態園林系統中各系統的認識限于傳統園林范圍之內。僅僅停留在功能及美學意義上的景觀布置，同時也忽略了各植物群落結構、物種生態位以及種間的關系。(7)對于單位綠地、居住區綠地等的綠化，一般只提綠地率指標，不同程度或完全忽視綠地斑塊的相互生態關系及面與點線形成的生態關系，也缺乏對其跟蹤調查與監督。(8)對道路、濱河等線狀綠地往往強調綠地率及功能性的遮蔭及美感。忽略線狀綠地在城市生態系統中特殊的生態地位。(9)樹種選擇時以建設方及規劃方的個人喜好為主，缺乏生物多樣性方面的考慮，對各類喬木、灌木、草本植物組合對生態環境的影響缺乏系統研究。（10）內容過于貧乏簡單，生活和旅游污染也是城市生態園林建設中不容忽視的問題。

　　4.完善城市生態園林建設的對策

　　針對我國城市生態園林建設中存在的許多問題，提出如下幾點對策以期對我國的城市生態園林建設發揮作用。（1）以生態學理論為指導加強城市綠地生物多樣性保護。物種多樣性是促進城市綠地自然化的基礎，也是提高綠地生態系統功能的前提，所以生態綠化應恢復和重建城市物種多樣性以發揮城市生態園林的生態效益。（2）構建人與自然的和諧環境(Nolan-Spohn,2005)。生態園林綠化技術力求使人工設施與園林綠地融為一體。一方面要保持綠色環境的自然特點，滿足人類對自然的心理需求；另一方面應考慮借助人工設施的建設，完善園林空間的功能屬性。因而，現代城市園林在設計時就必須考慮所做的方案實施后是否真正能達到與自然的和諧共存。比如園林中的喬、灌、草的植物配比是否合理，是否適應當地的氣候條件，園林綠地能否兼顧景觀與使用功能，能否真正能發揮凈化空氣的基本生態功能等等。在城市園林建設方面。有必要在保留與繼承傳統園林已有的生態理念的基礎上，力求中西合璧，走生態多元化道路，為中國園林賦予新的生命（涂以全，2005）。（3）城市生態園林建設應走可持續發展之路。遵循生態學原理，建設多層次、多結構、多功能的生物群落，在城市建立人與自然互相依存、共同發展的新秩序，才能使城市生態園林發揮它的生態與經濟效益。運用可持續發展的理念和生態學原理進行城市生態園林的建設，應充分考慮植物的生長習性、生長速度、生命周期等因素，以及綠地的性質、土壤環境等綜合的條件，優化城市園林植物配置，使城市園林植物群落保持可持續發展。

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