城市近自然森林生态效益探究及评价与不同结构的群落绿地对比研究.docx

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城市近自然森林生态效益探究及评价与不同结构的群落绿地对比研究

2008届研究生硕士学位论文学校代码：

10269

学号：

51050802019

城市近自然森林生态效益探究及评价

——与不同结构的群落、绿地对比研究

院系：

资源与环境科学学院

专业：

生态学

研究方向：

城市生态学

指导教师：

达良俊教授

硕士研究生：

彭鹓

2008年6月完成

MasterDegreeof2008Universitycode:

10269

Studentnumber:

51050802019

EastChinaNormalUniversity

ExplorationandEvaluationofEcologicalBenefitsof

UrbanNear-naturalForest

——contrastwithartificialplantations

andnatureforests

Department:

EnvironmentalScience

Subject:

Ecology

Major:

UrbanEcology

Supervisor:

Prof.DaLiangjun

Master:

PengYuan

June2008,Shanghai

学位论文独创性声明

本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：

日期：

学位论文授权使用声明

本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。

有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。

有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。

有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。

保密的学位论文在解密后适用本规定。

学位论文作者签名：

导师签名：

日期：

日期：

彭鹓硕士学位论文答辩委员会成员名单

姓名

职称

单位

备注

周秀佳

教授

上海中医药大学

主席

由文辉

教授

华东师范大学

顾泳洁

副教授

华东师范大学

张庆费

教授级高工

上海市园林科学研究所

张德顺

高工

上海辰山植物园

摘要

快速城市化导致人居环境迅速恶化，威胁到人体健康，城市森林已从单纯的休憩、景观功能，转向如何最大程度发挥其对人体有利、改善城市环境的的功能效益。

“近自然森林”是源于日本的植被恢复新理念，选择当地乡土种，在前期简单的养护之后，后期以自然生长为主，应用“模拟自然”的手法所营造的在种类组成和群落结构上与区域顶级群落接近的人工森林。

本文以2000年在上海营建的3000m2城市近自然森林为研究对象，选取了空气正负离子浓度、空气温湿度、空气微生物、土壤微生物4个指标，与宁波天童地区常绿阔叶林、城市常见的人工绿地类型进行对比，探究并评价城市近自然森林生态效益。

研究结果如下：

1．城市近自然森林空气负离子浓度场效应不显著，空气负离子浓度在林中最高，林中心和林缘差异不显著，林外浓度随距离增加大幅度衰减。

空气正负离子浓度的季节变化曲线显示，空气正负离子浓度基本上在4-5月出现一个峰值，8-9月出现另一个峰值，这与植物生长的季节周期性相一致。

林内空气负离子浓度受空气温湿度、季相和群落结构的影响。

2．城市近自然森林空气负离子浓度高于常见城市人工绿地类型，但远低于天童常绿阔叶林样点的浓度，目前的群落状态尚不能显著提高城市人居环境的空气负离子浓度。

3．城市绿地群落中，空气真菌、细菌、放线菌粒径分布不同。

近自然森林四季空气细菌总浓度低于对比样地，降菌作用明显；而四季空气真菌和放线菌总浓度高于对比样地，城市近自然森林具有完整的枯枝落叶层，因为空气真菌和放线菌主要来自于土壤释放。

近自然森林除菌效果仅仅是针对细菌而言。

4．以土壤微生物数量来衡量城市近自然森林土壤恢复状况，结果表明：

土壤细菌、放线菌及好氧自生固氮菌在0～10cm和10～20cm之间无显著差别，真菌有显著差别。

采用线性变换法将土壤细菌、真菌、放线菌的数量进行归一化处理，将数据化归到[0～1]区间内，建立各样地土壤微生物数量特征的综合指标，得出近自然林比同期建设的浦东绿化带和建成多年的长风公园的绿地在土壤微生物数量特征上更接近于自然生长的常绿阔叶林。

综上所述，城市近自然森林可以提高空气中负离子浓度、发挥一定的降温增湿作用、减少降低空气中细菌含量、改善土壤中微生物群落。

但限于目前近自然森林发育不成熟，绿量低，因而生态效益优势不显著，但随其演替进展和绿量增加，其生态效益会逐渐加强。

因此，近自然森林具有良好的推广和应用价值，适合于在景观要求较低的道路两旁绿化、工厂区或居住区隔离绿化等处种植。

关键词：

城市近自然森林生态效益空气离子降温增湿空气微生物土壤微生物

Abstract

Sincerapidurbanizationresultedinworseninghumanhabitatandincreasingthreattophysicalhealth,UrbanGreeninghasevolveditsfunctionfrommereaestheticlandscapingtoimprovingcityenvironmentandthusminimizinghealththreats.Near-naturalforestisanewvegetationrestorationconceptthatappliesasimulatednaturalapproachtocreateanartificialforestclosetoregionalClimaxCommunityonspeciescompositionandcommunitystructure.

Inyear2000,anNear-naturalforestareaof3000m2wasconstructedinShanghaiforthefirsttime.Thispaperusesthissampleplotastheresearchobject,andcontrastsitwiththeevergreenbroad-leafforestinTianTongNationalParkandwithgreenlandscapescommonlyseeninurbancities.Severalindexeswereselectedintheinvestigation,includingconcentrationofairpositiveandnegativeions,airtemperatureandhumidity,airmicroorganismsandsoilmicroorganisms.Wewillexploreandevaluatetheecologicalbenefitsofthenear-naturalforest.Wegetthefollowingresult.

1.Thefieldeffectoftheairnegativeionsinnear-naturalforestisnotsignificant.Airnegativeionconcentrationinthecenterofforestdifferslittlefromthatneartheedge.Itdoes,however,dropsharplyoutsideoftheforest.AtthesixsampleplotslocatedinECNUcampus,thefirstpeakinairnegativeionconcentrationvaluesoccursduringApril–May,whilethesecondpeakoccursduringAugust-September.Itshowsthatairnegativeionconcentrationisrelatedtometabolismofplants.ThemorecompletetheCommunity’sstructureis,thehigherairnegativeionswillbe.Thecorrelationbetweenairnegativeiconsandairhumidityisstrong.

2.Theairnegativeionsinnear-naturalforestaremuchhighercomparetothosetypicalurbangreenlandscapes.Butit'sbiomassisquitelimitstillcan'tcomparetoTianTongNationalPark,andnotveryhelpfulwiththeurbanenvironment.

3.Theairmicrobesamplercanputairmicroorganismsontosixstagesbytheirsize.Theresultsprovedthatthedistributionofairbacteria,airfungi,andairactinomycetearedefinitelydifferent.Thetotalairbacteriaconcentrationsofurbannear-naturalforestinfourseasonsarelowerthanPudongandCampussampleplots.Thistellsusthatnear-naturalforestcandecreasetheamountofairbacteria.Ontheotherhand,thetotalconcentrationofairfungiandactinomyceteofnear-naturalforestinfourseasonsishigherthanPudongandCampussampleplots.Weobservedthatnear-naturalforesthasintegrateddeadwoodfallennutswithabundantsoilfungiandactinomycete.

4.Soilbacteria,actinomyceteandazotobacterdonothavenotabledifferencesbetween0-10cmand10-20cmamongthesampleplots,butepiphytedoes.Usinglineartransformationmethod,wenormalizedtheamountofsoil bacteria,fungiandactinomycetesintonumbersbetween0and1.Theresultshowsthatnear-naturalforestisapproachingnaturalforestbetterthancontrastedman-madeurbangreening.

Thispapershowsthatnear-naturalforestcaneffectivelyimprovetheconcentrationofairnegativeions,decreasetemperature,andenhancehumiditytosomeextent.Also,itcanreducetheamountofairbacteriaandincreasebiodiversity.Butbecauseoftheareaandthebiomasswecan'ttellitsbenefittotheenvironment.Butwecanbelieveinthefewyear.Theywillcontributealotthecities.Forallofthis,wesuggestpopularizingtheplantingofnear-naturalforestinurbanareas,especiallyalongroadoraroundfactory.

KeyWords:

near-naturalforest,ecologicalbenefit,airion,airtemperatureandhumidity,airmicroorganisms,soilmicroorganisms

目录

1前言10

1.1研究目的和意义10

1.2研究进展11

1.2.1城市近自然森林建设的发展过程及现状11

1.2.2城市森林及绿地生态效益研究进展13

1.3研究内容14

2研究区域地理位置与自然条件16

3研究方法17

3.1实验地概况17

3.2样地设置18

3.3野外测定、采样与室内实验方法21

3.4数据处理与分析23

3.4.1空气负离子与温湿度23

3.4.2空气微生物25

4空气正负离子浓度、温湿度规律性研究26

4.1城市近自然森林空气负离子浓度和温湿度场效应26

4.2空气正负离子浓度、温湿度季节变化及日变化规律28

4.2.1空气正负离子浓度、温湿度季节变化规律28

4.2.2空气正负离子浓度、温湿度日变化规律33

4.2.3群落结构与空气质量关系研究39

4.2.4空气正负离子浓度和温湿度相关性分析41

4.3讨论41

5基于与不同结构群落、绿地对比的近自然森林生态效益评价43

5.1空气负离子、温湿度对比研究43

5.1.1空气负离子浓度43

5.1.2空气温湿度44

5.2空气微生物粒径分布特征研究45

5.2.1空气微生物粒径分布46

5.2.2各菌种四季变化52

5.2.3不同菌种样地间总浓度分布比较54

5.3除菌率对比研究55

5.4土壤微生物数量对比研究57

5.4.1各类群土壤微生物在不同深度层次的分布57

5.4.2各类群土壤微生物在不同样地的分布58

5.4.3各类群土壤微生物的分布特征的综合分析62

5.5讨论64

6结论与建议66

6.1结论66

6.2建议68

6.3论文不足之处与研究展望68

参考文献70

致谢74

附：

照片75

1前言

1.1研究目的和意义

快速城市化导致人口密度骤增、改变了土地利用类型、恶化了空气、水体和土壤环境、引发了热岛效应，影响了区域气候[1]；城市环境恶化迫使人类关注如何改善城市环境。

城市森林是城市唯一具有生命的基础设施，城市森林建设是改善城市环境的重要途径之一，其功能已从单纯的休憩、景观，向最大程度的发挥其对人体有利、改善城市环境的生态效益方面转化。

城市森林的提法最早源于美国和加拿大。

1962年，美国肯尼迪政府在户外娱乐资源调查报告中，首次使用了“城市森林”（urbanforest）这一名词[2]。

各国学者对“城市森林”的理解有所不同，美国学者重视城市内散生树木的生态功能和经济、社会价值的研究，欧洲学者强调城市森林为人类提供的休闲娱乐功能[2-5]。

我国城市森林和城市林业的研究与建设同国外相比起步较晚，但近年来发展迅速，贵阳、沈阳、长春、广州、上海等城市被先后评为国家森林城市和国家园林城市[2,6-12]。

在上海，九十年代以来，城市绿化建设经历了缓慢复苏到小步发展，再从快速发展到还清历史旧帐取得突破性进展的发展过程，城市生态环境面貌得到明显改善。

1991年市区人均公共绿地面积和绿化覆盖率分别只有1.07平方米和12.7%。

2004年，上海市区人均公共绿地面积10.11平方米，城市绿化覆盖率达到36.03%，力争“国家园林城市”。

截至2007年底，上海全市绿地总面积达到31795公顷，其中公共绿地13899公顷，林地总面积达到140万亩；全市绿化覆盖率37.6%，人均公共绿地面积12平方米[13]。

为了迎接世博会的到来，2010年，上海郊区森林覆盖率预计将达到20—22%，建成区绿化覆盖率40%[14]。

但是，目前城市森林建设中仍存在“大树移植”、“疏林草地”、结构层次不合理、后期管理强度大等问题[15]，寻求合理的城市森林建设模式成为国内林业学者的研究热点。

“近自然森林”（near-naturalforest）是近年来提出的城市森林建设模式之一，它受启发于德国的近自然林业，其建设正是运用残存的潜在植被，结合当地生境条件进行城市森林建设的理想手段和途径，不仅有利于本地植物的保护和恢复，而且也有利其整体效益功能的发挥。

当前，近自然森林的研究，主要集中在树种的选择、种植模式，以及树种的生长状况等方面[16-26]，其生态效益研究也停留在定性描述阶段，近自然森林生态效益的定量研究及与城市其他人工群落对比研究尚不多见。

发挥城市森林最大生态效益，使其充分起到改善城市人居环境、缓解环境污染等作用，是城市森林建设急需解决的问题。

论文以上海城市近自然森林为研究对象，通过空气正负离子、温湿度、空气微生物和土壤微生物五个指标的测定分析，以及与其他城市人工群落和浙江常绿阔叶林自然群落的对比研究，探究评价城市近自然森林生态效益特征，以期为城市森林生态效益研究提供方法借鉴及基础数据资料，为进一步扩大城市近自然森林建设提供科学依据与技术支撑。

1.2研究进展

1.2.1城市近自然森林建设的发展过程及现状

工业发展导致人类生存环境的快速恶化，城市绿地建设日益受到关注。

目前，国内外对“城市森林”建设都颇为重视。

“城市森林”的提法最早源于美国和加拿大。

由于地域环境的不同，各国对于城市森林的内涵理解有异，美国对城市森林研究起步较早，他们重视城市内散生树木的生态功能和经济、社会价值的研究，认为城市森林包含城市内所有的树木；而在欧洲一些国家，比如英国、德国、芬兰，城市周围大多都有大面积的森林，城区内的林木也得到了很好的保护，自然或近自然森林在城市范围内保留的很多。

欧洲各个国家对城市森林的理解略有不同，总体上讲他们强调城市森林为人类提供的休闲娱乐功能；狭义上讲为城市内部和周围的森林，广义上的理解与美国学者相似，还包括了城市内的公园和行道树等绿地[3-5,27-31]。

我国学者对城市森林的理解比较广，包含了具有中国特色的园林建设内容。

王成等（2004）认为，城市森林建设是以城市为载体，以森林植被为主体，以城市绿化、美化和生态化为目的，实现森林景观与人文景观有机结合，改善城市生态环境，加快城市生态化进程，促进城市、城市居民及自然环境间的和谐共存，推动城市可持续发展。

归纳国内外学者的观点，其统一点在于强调城市森林的功能，把市区、郊区及远郊区作为一个整体来考虑城市森林的建设，注重树木、森林的作用[2,6]。

与城市森林相伴而生的概念是“城市林业”（urbanforestry），它以城市森林为主要研究对象。

自ErikJorgensen教授首次完整提出“城市林业”的概念后，1968年美国娱乐和自然美学咨询委员会向美国总统提出关于城市和城镇树木计划报告，总统接受了这个报告，自此官方承认了城市林业[7-8,32-35]。

近几十年来，城市林业的概念已经逐步成熟，其实践活动也已经广泛开展。

美国林业工作者协会城市森林组（1972）为城市林业下的定义为“城市林业是林业的一个专门分支，是一门研究潜在的自然、社会和经济福利学的城市科学。

目标是城市树木的栽培和管理，任务是综合设计城市树木和有关植物以及培训市民，其范围包括城市水域、野生动物栖息地、户外娱乐场所、园林设计、地面污水再循环、树木管理和木质纤维的生产等”[32-33，36]。

就目前的趋势和大家的认同来看，这个定义比较全面、切合实际，所以被世界各地城市林业学者接受并认可[36]。

我国城市森林和城市林业的建设研究与国外相比起步较晚，1978年台湾大学森林系开设城市森林课；1989年，吉林省长春市开始兴建“森林城”，目前正向纵深发展[2，7]；2001年沈阳市提出了“生态立市，建设森林城市”的战略决策，经过五年的建设，已取得显著的成绩；2003年，广州全面启动了“青山绿地工程”的城市森林建设工程[12]；2004年，“亚欧城市林业会议”在我国召开，“城市林业的社会经济文化价值”、“绿色奥运与城市林业”被列入主要议题，推动了生态化城市的建设和城市可持续发展[2]。

2004年11月，首届中国城市森林论坛18日在贵阳市召开，会上提出“让森林走进城市，让城市拥抱森林”，这成为我国城市绿化建设新方向。

2005年国家林业局制定了《“国家森林城市”评价指标（试行）》，这一评价指标对于中国森林城市的建设和发展具有重要意义；2005年11月首届中国林业学术大会在杭州召开，其中，第九分会场的主题是“城市森林与身心健康”；中国城市林业的研究和城市森林的建设已进入全面快速的发展时期。

近自然林业（nature-approximateforestry）的理念源于德国，起因是森林经营经历了多达200多年的森林高度商品化利用阶段，导致了木材资源的危机，同时也带来了严重的生态问题。

1949年，德国一些林业工作者和林场主结成了一个联盟，称为“适应自然的林业工作同盟”（ANW），它声明以推行“接近自然的林业”为宗旨。

40多年来，在该联盟成员的努力下，“近自然林业”的实践取得了成功；“近自然林业”的经营法可以实现经济效益、生态效益的双增长，主要表现在森林蓄积量提高，抗自然灾害的能力增强，病虫害发生减少，水土流失降低，林地地力得到维护[37-38]。

“近自然林业”最核心的内容为，在确保森林结构关系自我保存能力的前提下遵循自然条件的林业活动，是兼容林业生产和森林生态保护的一种经营模式[39]。

“近自然森林”受启发于德国的近自然林业，达良俊等认为：

“近自然森林”是选择当地乡土种，应用容器育苗等“模拟自然”的技术和手法，以生态学群落演替和潜在自然植被理论为基础，通过人工营造与植被自然生长的完美结合，超常速、低造价地建造以地带性森林类型为目标，群落结构完整、物种多样性丰富、生物量高、趋于稳定状态、后期完全遵循自然循环规律的“少人工管理型”森林.进一步可概括定义为：

以后期自然生长为主，应用“模拟自然