胡 春，馬淵潔，曾凡景，趙惠恩

（北京林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，北京100083）

1 引言

現(xiàn)有城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中應(yīng)用人均綠地面積、綠地率、綠化覆蓋率［1］來(lái)控制城市綠地建設(shè)。這從一定程度上控制了綠地的比例和面積，然而卻忽略了草坪、灌木和喬木等不同樹(shù)種結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生不同程度的生態(tài)效益，不能一概而論。同一地區(qū)用同樣樹(shù)種營(yíng)造的疏林草地肯定比喬灌草復(fù)層群落的生態(tài)效益要低，不同樹(shù)種組成的相同覆蓋率綠地的生物量也不同。這在人均綠地面積、綠地率、綠化覆蓋率均無(wú)法有所體現(xiàn)。因此，本文提出在城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)建設(shè)中應(yīng)用生態(tài)效益量化指標(biāo)——綠量，來(lái)引導(dǎo)城市生態(tài)規(guī)劃重視綠地生態(tài)效益，合理配置喬灌草群落。

綠量（Ga）是指植物全部葉片的1／2總面積，是一個(gè)面積的概念，它反映了綠地中植物的生物量和對(duì)改善生態(tài)環(huán)境、發(fā)揮生態(tài)效益的能力。為了便于比較和計(jì)算，對(duì)應(yīng)于城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中的綠地率和人均綠地面積的指標(biāo)，目前專家提出了綠量率、人均綠量指數(shù)等概念。其中，綠量率（Gr）也稱葉面積指數(shù)（LAI），指單位面積內(nèi)植物1／2的總?cè)~面積［2］。人均綠量指數(shù)是指在規(guī)劃范圍內(nèi)每人擁有的綠量?？梢?jiàn)，兩者均建立在綠量計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上。而一種植物綠量的大小與樹(shù)冠的冠形、葉片排列、枝葉密度都相關(guān)。在實(shí)際計(jì)算中，美國(guó)加利福尼亞大學(xué) McPherson教授［3，4］（1998）總結(jié)了喬木的綠量計(jì)算公式，是一個(gè)與胸徑、冠徑成正相關(guān)的方程。見(jiàn)公式（1），北京園林科研所［5］陳自新、蘇雪痕、劉少宗等（1998）通過(guò)大量（上海27種植物，北京37種植物）實(shí)測(cè)建立了綠量回歸模型，其中灌木綠量見(jiàn)公式（2）。

喬木綠量：Ga＝LA＝ea1×eb1×DHB1－1×eMSE1／2（1）

灌木綠量：Ga＝LA＝aH－b （2）

式中：a1、a2、a3、b1、b2、b3、MSE1、MSE2、MSE3、a、b為相關(guān)系數(shù)，DHB為植物胸徑，H為植株高度。

北京林業(yè)大學(xué)申曉愉（2007）對(duì)北京40種園林植物的綠量進(jìn)行比較，認(rèn)為植物綠量的估測(cè)均可通過(guò)冠幅、胸徑和樹(shù)高進(jìn)行［6］。葉面積指數(shù)在相同的立地條件下，與上述三者相關(guān)。周堅(jiān)華等［7］指出冠幅和樹(shù)高具有正相關(guān)關(guān)系，兩者可以通過(guò)回歸方程相互轉(zhuǎn)化，那么只要知道冠幅，求出樹(shù)高，就可得到樹(shù)木的樹(shù)冠體積，實(shí)現(xiàn)了二維平面到三維立體的轉(zhuǎn)化。

因此，若已知樹(shù)齡，則以樹(shù)齡為參數(shù)計(jì)算胸徑的公式：

若已知冠徑，以胸徑為參數(shù)計(jì)算冠徑的公式：

式中：DHB為植物胸徑；t為樹(shù)齡；CD為冠徑；H為植株高度。

2 園林植物綠量大小的影響因素

每個(gè)城市應(yīng)用的園林植物，一般至少有500～2000多種，品種則更多。若構(gòu)建某個(gè)城市全部植物物種或品種的綠量模型工作量巨大。為了建立城市綠地系統(tǒng)的園林植物群落規(guī)劃的綠量指標(biāo)，本文引入了“代表植物綠量”的思想。所謂“代表植物綠量”是指在植物綠量計(jì)算中，按照影響綠量大小的主要特征因子將植物分成幾類(lèi)，按這些特征對(duì)植物進(jìn)行科學(xué)分類(lèi)，每一類(lèi)植物中選取1～2種植物作為代表植物。代表植物建立的綠量回歸方程就可以近似為某一類(lèi)植物的綠量模型。代表植物的綠量公式系數(shù)由冠層儀等儀器測(cè)量獲取。這樣，同一類(lèi)的植物綠量計(jì)算以代表植物為基準(zhǔn)，通過(guò)乘以修正系數(shù)進(jìn)行修正，修正系數(shù)的值可在后續(xù)的科研中可以不斷完善。

前人通過(guò)冠層儀已經(jīng)測(cè)量了上百種常見(jiàn)園林樹(shù)木的綠量值，建立了綠量計(jì)算的回歸模型。周堅(jiān)華以“平面量模擬立體量”方法建立全國(guó)第一個(gè)以樹(shù)冠體積代替綠量的數(shù)據(jù)庫(kù)，北京園林科研所總結(jié)了各類(lèi)植被的綠量值，見(jiàn)表1。

表1 北京市常見(jiàn)園林喬灌草綠量平均值

2.1 植株形狀

植物綠量是指全部葉片1／2總面積。喬灌草不同形狀的植物在植株大小和植物葉片數(shù)上存在巨大差異，植物單株綠量肯定不同。如表1中北京市園林綠化樹(shù)種生態(tài)效益研究中落葉喬木的綠量約是灌木類(lèi)的19倍，花竹類(lèi)的87倍。

2.2 植株大小

即使同一植株形狀的不同植物因植株大小的不同，其植物綠量也不同。如中大喬木的白蠟樹(shù)與小喬木的碧桃植物綠量也相差近20倍。

2.3 葉片狀態(tài)

常綠植物與落葉植被在植物生理、葉片構(gòu)造上均有一定的區(qū)別，常綠植被能一年四季發(fā)揮生態(tài)效益，因此不能等同而論。

2.4 葉片大小

針闊葉植物的葉片數(shù)量和葉片面積區(qū)別較大，針葉樹(shù)種比闊葉樹(shù)種葉片多而小。從整體來(lái)說(shuō)，一般同樣胸徑的針葉小喬木要比闊葉小喬木的綠量大。

2.5 生長(zhǎng)速度

植物的生長(zhǎng)速度與胸徑成正比，生長(zhǎng)速度對(duì)植物葉片數(shù)量的增加起到重要作用。一般來(lái)說(shuō)，同樣胸徑的不同植物，生長(zhǎng)速度不同，則綠量的增長(zhǎng)量也不同。

3 綠量計(jì)算模型構(gòu)建

綠量算法模型是利用計(jì)算綠量、葉面積指數(shù)反映綠地生態(tài)效益的一種分析方法。主要通過(guò)數(shù)學(xué)公式建立每類(lèi)植物的單株綠量模型，大大簡(jiǎn)化工作量，從而為城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃提供一個(gè)可以量化衡量生態(tài)效益的指標(biāo)。每種植物單株綠量模型的構(gòu)建技術(shù)路線如圖1。該方法克服了城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃綠量計(jì)算公式的參數(shù)需要逐一測(cè)量，無(wú)法直接應(yīng)用于城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的缺陷，提出了植物生物量控制的綠量快速計(jì)算方法，來(lái)正確反映植物的生態(tài)效益，為綠地系統(tǒng)生態(tài)功能提供科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)態(tài)參照［8］。

3.1 代表植物分類(lèi)

參考《中國(guó)植被》中按照植物生活型［9］（常綠／落葉、針葉／闊葉、速生／中生／慢生、中大喬木／小喬木／中大灌木／小灌木／草本等）植物類(lèi)群分類(lèi)方法，對(duì)常見(jiàn)的植物歸納，劃分類(lèi)型。每類(lèi)植物生活型選取一兩種代表樹(shù)種測(cè)量綠量公式中的參數(shù)（表2）。

3.2 代表植物綠量計(jì)算模型

植物綠量計(jì)算相關(guān)理論在前言中已詳細(xì)論述，不同植物的系數(shù)取值不同。結(jié)合植物綠量類(lèi)群表和代表植物表，本文選取的代表植物（喬木和灌木）的具體參數(shù)［10］見(jiàn)表3、表4。

圖1 綠量的計(jì)算模型

表2 植物類(lèi)群

表3 喬木代表植物參數(shù)

表4 灌木代表植物參數(shù)

因此，如表5所示，在計(jì)算某一種植物的綠量時(shí)，如楠木、紫楠、肉桂，可采用香樟的綠量計(jì)算公式乘以修正系數(shù)得到。

表5 植物綠量計(jì)算模型舉例

3.3 修正系數(shù)

由于各種植物本身生理、生態(tài)習(xí)性都存在較大的差異，通過(guò)近似等量的方法來(lái)計(jì)算綠量可能個(gè)別會(huì)存在較大的誤差。因此，在植物綠量計(jì)算時(shí)部分?jǐn)?shù)據(jù)需要進(jìn)行修正。一般來(lái)說(shuō)，植物單株綠量在生長(zhǎng)期的平均綠量率有以下的分布特點(diǎn)，見(jiàn)表6、表7。

表6 植物單株各個(gè)時(shí)期平均綠量率

表7 植物單株各個(gè)時(shí)期平均有效綠量率

本課題組在中國(guó)科學(xué)院遙感所的技術(shù)支持下，對(duì)常見(jiàn)的630種園林綠化樹(shù)種按照植物生活型建立綠量計(jì)算表，建立生態(tài)效益數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)控制地區(qū)的生態(tài)效益和景觀設(shè)計(jì)效果營(yíng)造。結(jié)合GIS，ACCESS，Oracle等相關(guān)軟件，在Intrenet中實(shí)現(xiàn)了植物綠量數(shù)據(jù)庫(kù)中各類(lèi)植物綠量計(jì)算等相關(guān)功能的空間遙感平臺(tái)，見(jiàn)圖2。

4 綠量模型應(yīng)用

4.1 綠量模型應(yīng)用方法

為了將綠量計(jì)算模型和數(shù)據(jù)庫(kù)的成果應(yīng)用在城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃中，本課題組已在多個(gè)項(xiàng)目中采用了以下方法：結(jié)合現(xiàn)狀綠量和城市規(guī)劃中的建設(shè)等級(jí)分區(qū)，通過(guò)規(guī)劃地區(qū)綠量率的方法來(lái)控制植物群落規(guī)劃各類(lèi)適宜植物的選擇與配置比例，來(lái)指導(dǎo)城市綠地空間設(shè)計(jì)。

圖2 植物綠量模型數(shù)據(jù)庫(kù)

經(jīng)過(guò)園林植物綠量計(jì)算模型的測(cè)算得到城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃各地塊的現(xiàn)狀綠量值。

城鄉(xiāng)生態(tài)規(guī)劃中的不同生態(tài)建設(shè)等級(jí)的綠地率和綠化覆蓋率要求不同（表7）［11］，同樣地，目標(biāo)地塊內(nèi)的植物群落規(guī)劃綠量率也與生態(tài)建設(shè)等級(jí)相關(guān)。建設(shè)用地范圍內(nèi)，等級(jí)小的地區(qū)綠量率要大，植被的覆蓋面積大，發(fā)揮的生態(tài)效益高。若目標(biāo)范圍內(nèi)所有面積均有植被覆蓋，則目標(biāo)區(qū)域所有植物群落平均綠量率即為區(qū)域的綠量率（表8）。計(jì)算公式如下：

式中：LAI地塊1為地塊1綠量率，LAI植物群落i為地塊1上的i類(lèi)群落綠量率 ，LF地塊1為地塊1上的綠化覆蓋率。

表8 不同生態(tài)建設(shè)等級(jí)覆蓋率規(guī)定

對(duì)目標(biāo)區(qū)域的植物群落，參考植物群落規(guī)劃圖（適宜的植物種類(lèi)）和規(guī)劃綠量率的結(jié)果來(lái)配置植物群落的種類(lèi)、比例和面積。各類(lèi)植物綠量模型數(shù)據(jù)庫(kù)可查詢到單株植物綠量。地塊綠量公式為：

若經(jīng)過(guò)計(jì)算配置群落達(dá)不到綠量率規(guī)劃，則可以通過(guò)改變綠地類(lèi)型、變換植物種類(lèi)、增加植物數(shù)量、調(diào)整苗木規(guī)格等方法，增加地塊的綠量，發(fā)揮綠地的生態(tài)效益（圖3）。

圖3 綠量率規(guī)劃與植物群落配置

4.2 綠量模型應(yīng)用案例

淡村鎮(zhèn)位于陜西省渭南市富平縣，西、南與三原相接，北與銅川新區(qū)相連，距富平縣城11.5km，全鎮(zhèn)總面積44.3m2。淡村鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)在控制性規(guī)劃階段應(yīng)用上述的綠量模型和數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)定了每個(gè)地塊的綠量率，實(shí)現(xiàn)了生物多樣性的控制，從而對(duì)每類(lèi)群落在選擇植物和確定植物比例時(shí)都有一定的要求，如地塊A－01上的5個(gè)區(qū)域，根據(jù)規(guī)劃土地性質(zhì)的不同可分別控制綠量率的大小，然后以此為依據(jù)規(guī)劃適宜的植物種類(lèi)和比例，見(jiàn)圖4。

圖4 淡村鎮(zhèn)基于生態(tài)效益的植物群落規(guī)劃方法

淡村鎮(zhèn)區(qū)地塊的綠地系統(tǒng)控制中群落類(lèi)型控制是根據(jù)該地區(qū)的立地條件和生態(tài)功能需求得到適宜生長(zhǎng)的候選植物，見(jiàn)表9。植物多樣性控制（綠量率）則是對(duì)候選植物的比例和數(shù)量進(jìn)行控制。兩者相輔相成，缺一不可。

那么植物群落控制和植物多樣性控制如何相互結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益的控制呢？舉例來(lái)說(shuō)，已知地塊A－01－01為防護(hù)綠地，適宜群落f，可選擇的候選植物有側(cè)柏、懸鈴木、紫葉李、大葉黃楊、月季等。假設(shè)該地塊中有一面積為50m×10m的綠地設(shè)計(jì)了以下的植物群落。

喬木層：5側(cè)柏（6cm）、1懸鈴木（10cm）；

灌木層：4紫葉李（3cm）、2大葉黃楊、20m2月季；

草本層：70m2草坪。

則：該地區(qū)當(dāng)前總綠量＝5×27.68＋1×29.97＋4×4.5＋2×9.36＋20×1.55＋70×1.6＝348.09；

綠量率＝綠量／地塊總面積＝348.09／100＝3.48＜多樣性控制中綠量率的規(guī)劃指（4～5.6）。

因此，由于該綠地的設(shè)計(jì)當(dāng)年綠量率不滿足規(guī)劃要求，可以考慮先適當(dāng)密植，如先在沿路的行道樹(shù)紫葉李中間分別間植一棵大葉黃楊，一棵景觀樹(shù)懸鈴木變?yōu)?棵。等3～5年后植物長(zhǎng)大后再間苗，從而保證地塊的整體園林景觀。

表9 基于生態(tài)效益控制的淡村鎮(zhèn)植物群落規(guī)劃

［3］McPherson E G.Accounting for benefits and costs of urban green space landscape and urban planning［J］.Urban Ecology，1992（22）：41～51.

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