世界森林日 | 朱春阳：城市蓝绿空间建成环境生态功能提升的规划路径

导读

每年的3月21日是世界森林日，又被译为“世界林业节”(World Forest Day) ，旨在呼吁民众关注森林、保护森林，探寻人与自然和谐共生的绿色发展道路。

作为2023年中国城市规划年会备受关注和规模盛大的专题会议之一，“两山引领国土空间生态修复”于9月25日上午在武汉市国际博览中心二层学术会议厅召开。华中农业大学园艺林学学院教授、博士生导师朱春阳应邀作了题为《城市蓝绿空间建成环境生态功能提升的规划路径》的精彩主旨报告。

本文字数：5470字

阅读时间：17分钟

朱春阳

华中农业大学园艺林学学院教授、博士生导师

朱春阳教授认为：优化蓝绿空间建成环境，致力实现环境效益的最大化，将是当下和未来城市绿色开放空间系统规划面临的现实需要。城市环境关乎全球一半以上人口的生活质量。由绿地、水域、湿地等构成的蓝绿空间是城市生态空间的基本骨架、城市公共空间的主体、城市特色风貌的重要组分，在提供自然生态、游憩、科普和文化等服务的同时，对优化城市空间结构、隔离防护各种危险和污染具有重要意义，在建设生态、美丽、和谐、宜居的现代城市中有着不可替代的重要作用。

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世界森林日

城市蓝绿空间与生态效应

城市建成环境与人类活动

城市是一个以人类活动为中心的社会-经济-自然复合生态系统。伴随着城市人口剧增和工业化进程加速，城市环境质量急剧恶化。土地利用转变带来了诸如热岛效应、大气污染、水污染、土壤污染、噪声污染、生物多样性丧失等一系列生态环境问题。

城市化进程造成了不同尺度的生态过程问题，并影响着从局地到全球尺度的气候和生物地化循环。气候变化与土地利用极大改变了生态系统服务的供给，由此导致的城市热岛效应、空气污染已成为制约城市生态系统服务功能发挥与城市可持续发展的主要问题。城市建成环境与人类活动已逐渐影响到城市自然生态系统的生态功能与生态完整性，且成为当今城市建设迫待解决的关键科学问题。全球范围内出现的“生态危机”已经成为限制地区和城市社会经济可持续发展的“瓶颈”。

生态意识

近年来，全球范围内城市扩张加剧，预计在未来几十年内城市将成为人口增长最多的区域。城市的规模和密度也将迅速增长，尤其在发展中国家，城市面积已经扩展至3倍甚至以上。因此，城市及周边地区生态系统面临着越来越大的生态压力，这些压力对城市生态系统功能的发挥产生了制约作用，从而导致了诸多城市尤其是经济欠发达区域出现较大的生态赤字。城市化和气候变化被认为是驱动城市生态系统退化的最关键因素，因而如何应对这些驱动因素成为改善城市生态系统功能迫切需要解决的问题。

城市区域社会经济的发展与自然系统相互依赖而存在，城市自然系统能够为城市居民提供多种生态系统服务，从而促进城市的可持续发展。因此，揭示城市自然系统对多重生态压力交互作用的响应模式，显得十分重要。但目前缺乏该领域的相关研究，影响了城市生态系统服务的发展。

城市蓝绿空间生态效应的界定

20世纪70年代以来，随着环境污染、资源短缺、人口膨胀和自然保护等问题引发的讨论，“生态”一词骤然流行，成为政策方针中不可缺少的话题。联合国教科文组织先后组织了国际生物学研究计划和人与生物圈研究计划，从而极大地促进了生态学的发展。随着城市化进程中人口向城市的不断集中，城市规模不断扩大，人与环境的关系问题尤为突出。

这些在城市环境中出现的与自然生态系统完全不同的问题向人类生存提出了挑战。以生态学的观点研究城市生态系统的结构与功能，解决城市化带来的诸多生态学问题，成为了人类迫在眉睫的需求。

城市生态系统虽不像自然生态系统那样能承受相当程度的外界干扰压力，通过负反馈调节维持自身的平衡，但仍具有一定的抗外界干扰和自我维持的能力。这一能力很大程度上来自于城市蓝绿空间作为城市生态系统的重要组成部分，在城市生态系统的平衡调控中起着重要作用。

城市蓝绿空间的生态效应存在一定的“影响范围”，表现为与其规模相对应的“局部性”。研究发现，中型绿地的降温作用（距地面2m高度空气温度）能够到达下风方向1500m处和上风向500m处；城市水体对地表气温的影响阈值甚至可以超过2000m;陈自新等（1998）对北京园林绿地的生态效益分树种和绿地类型进行了全面的量化研究，对北京32种常用园林植物的叶面积建立了回归模型，并提出了乔、灌、草配置的适宜比例为1：6：20：29，即在29 m2的绿地上应设计1株乔木、6株灌木和20 m2的草坪，由乔、灌、草组成的绿地，其综合生态效益为纯草坪的5倍。因此，城市绿地的建设与管理将建立于发展最优系统等相关理论，否则其产出将比预期小的多，尤其对经济欠发达地区更为明显。维护城市绿地的生态服务功能将成为自然系统可持续管理中的主要挑战。

在城市建设复杂背景（多重压力）下研究蓝绿空间生态服务功能的表现状态，强化蓝绿空间本体—蓝绿空间区域单元体的概念，并以此为基础构建蓝绿空间体系生态服务功能源（蓝绿空间）-传导径（周边建成环境）-效应场（城市区域）的体系框架，进而对蓝绿空间在面对不同压力状态下生态服务功能的效能进行模型分析和模拟，致力最大限度的发挥城市湖泊湿地区域环境效应。

研究案例一

城市湖泊湿地建成环境空气PM10,2.5颗粒物的时空分布

LUR模型的构建，通过利用SPSS22软件，以PM10、PM2.5的监测数据作为因变量，引入湖泊湿地指数、绿地空间形态指数、交通变量和气象变量等24个变量作为自变量逐步引入模型，采用留一交叉验证（LOOCV）技术对回归模型的性能进行验证。春季PM10浓度在300m缓冲区内更易与自变量产生连续性影响。并且各自变量与PM10浓度的相关性程度随着缓冲区的增大而逐渐减少。

研究结果：以春季数据为例，城市湖泊湿地500m缓冲区内PM10、PM2.5的空间分布模拟。优化城市湖泊湿地500m缓冲区范围内绿地、交通等空间构成，能够有效提升城市湖泊湿地周边建成环境质量。该研究将以新的视角关联蓝、绿、灰下垫面组成，以新的方式保护城市湖泊等生命共同体资源的环境效益。

研究案例二

城市湖泊湿地与建成环境绿地耦合降减空气PM颗粒物效应

利用SPSS 22软件，以PM10、PM2.5的监测数据作为因变量，引入湖泊湿地指数、绿地空间形态指数、交通变量和气象变量等24个变量作为自变量逐步引入模型，采用留一交叉验证（LOOCV）技术对回归模型的性能进行验证。

春季PM10浓度在300m缓冲区内更易与自变量产生连续性影响。并且各自变量与PM10浓度的相关性程度随着缓冲区的增大而逐渐减少。

研究结果：湖泊湿地周边300m缓冲区内布局灌草、草坪型绿地，对PM浓度的调控起着重要作用。

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世界森林日

当前城市蓝绿空间生态效应研究前沿

城市蓝绿空间与城市生态学

城市蓝绿空间与社会、自然生态系统紧密相连。然而，不同于受人为干扰较小的自然生态系统，城市蓝绿空间具有强烈的人类影响梯度变化特点。在“人类世”概念中，人类对生态系统的影响将加剧，自然与高度人工管理系统之间的差异也将减小。这需要对驱动生态系统过程与属性的机制及过程展开更为广泛的研究，包括被定义为集生态阈值、变异的物种组成及重建模式等于一体的“新兴”生态系统概念的理解。

城市生态系统压力的持续、综合影响会降低城市自然系统的恢复力（驱动动态的退化生态系统）。沿城市中心至郊外自然区域，具有显著的压力梯度变化。蓝绿空间生态效应的生态进程存在明显差异，但相对于压力影响显著区域（近城市中心）的蓝绿空间生态功能来说，压力影响较小区域（近郊外自然）的重要性还处于未知。

近年来，尽管人们已经认识到了压力交互作用的迫切重要性，但由于其自身的复杂性导致理论和经验框架的进展十分缓慢。同时由于在空间和时间上的生物与非生物相互作用的复杂性（和多样性），单个压力因素分析很难预测整个系统的反应。与此同时，压力类型的增多将会进一步提高系统的复杂性，从而降低其可预测性。当前理论表明压力间的协同综合影响频率低于预期（Cote等，2016），意外的出现被报导为“生态讶异”，值得注意的是当前的理论研究框架尚集中于水环境领域。因此，亟需构建一个能够探明压力作用模式以及压力交互作用过程是如何影响相同的路径或过程的框架体系。

研究案例三

多重压力作用下城市湖泊湿地建成环境绿地空气PM10,2.5的空间特征

选取城市化压力、交通污染源压力、城市热环境压力、建筑环境压力等主要代表因子，构建城市生态环境压力基础数据库。本研究基于此提出科学假设，将上述四类压力源/驱动因子/影响因素定义为影响城市空气质量的主要潜在压力类型，并预测不同类型压力对城市蓝绿空间生态功能的影响具有交互叠加/抑制/协同效应，且取决于绝对优势。

分别提取各项压力因子的30×30m格网数据，利用主成分分析以及因子分析计算各因子指标在综合得分模型中的系数，通过GIS加权叠加，构建各区域单元体的压力梯度网格图。

针对城市湖泊湿地区域单元体空气PM10、PM2.5污染进行优化调控，致力实现城市湖泊湿地区域环境效应的最大化。

蓝绿空间与生物多样性

在人类的高强度开发下，原有自然环境被极大改造，适于生物生存的自然生境逐渐减少。在此过程中产生的气候变暖、环境污染、水土流失、景观多样性减少等问题使得动植物生存受到威胁。全球评估显示，与自然界未受影响的基线相比，城市扩张已造成城市化密集地区物种丰富度损失约50%，物种总丰度损失约38%。根据预测，未来城市扩张将导致物种相对总丰度平均损失约52%（Aronson等，2014）。例如分散能力通过影响生物体对环境的感知和反应，从而影响物种的空间分布。

研究结果：与大型公园相邻的区域物种丰富性高于高度城市化的区域，其原因主要是鸟类种群中的扩散个体偏好选择距出生地较近的区域作为定居点，这有利于发现异性、获得生存资源进而保证繁殖成效。

研究案例四

城市湖泊周边建成环境绿地鸟类群落分布特征

本研究将在武汉市南湖周边建成环境范围内筛选大于5ha的连续绿地斑块，并按照面积梯度选择12个作为研究对象。

考虑到每次实验中不能观察到样线内的所有鸟类，数据将采用最大个体数计数法进行鸟类群落特征因子的计算。共选取7个多样性指数，包括4个物种多样性指数和3个功能多样性指数。物种多样性共选择4个多样性指数，分别为Shannon-Wiener多样性指数、均匀度指数、鸟类丰富度和鸟类多度。

研究结果：对于栖息地层级，需要利用好城市已有的绿地斑块空间，保护自然林地，对城市中的碎片化绿地斑块予以重视；对于景观层级，充分发挥鸟类通过连续林冠在建筑物和道路上方移动的特性，绿地斑块与主要交通干道的距离大于200m。不透水下垫面占比在0.4之内，越小越能吸引到更多的林鸟。距离自然林地斑块800m的阈值范围内布置一定数量的绿地。滨湖空间尽量以绿地为主；广布鸟类以白头鹎、丝光椋鸟为例，其分布依赖于城市中的人类活动，当人为干扰处于适宜范围内时，白头鹎、丝光椋鸟数量会有一定的上升趋势，但当干扰过度时，其数量也会下降。林鸟以红头长尾山雀、黄腹山雀和黄腰柳莺为例，当其数量分布较多时，说明有适宜林鸟栖息且受人为干扰较小的绿地空间。水鸟以夜鹭、小白鹭为例，其分布较多时，说明在水域内有丰富的食源以及适宜水鸟生存的栖息环境。

基于鸟类群落分布与城市蓝、绿、灰空间的关系，致力实现城市湖泊湿地建成环境人鸟友好的城市设计。

蓝绿空间与雨洪调蓄

植被覆盖的城市地区，有5%-15%的降水形成地表径流，其余降水都被植被拦截；而没有植被的城市区域，大约降雨中的 60%以地表径流的形式排到城市下水道。

研究案例五

城市湖泊汇水区绿地削减雨水径流效应特征与优化调控

南湖汇水区位于武汉市中心城区，水域面积760.11ha，汇水区面积3744ha，为武汉市仅次于东湖和汤逊湖的第三大城中湖。属于汤逊湖水系，通过南湖连通渠与其他湖泊、外江连通。

1）SWMM模型构建及验证

使用2015-2019年超长历时降雨事件模拟计算汇水区年径流控制率，模拟结果显示年径流控制率为33.32%；南湖汇水区的现状年径流控制率为33.25%。使用重现期p=1a、p=2a、p=3a、p=5a、p=10a、p=50a的短历时降雨事件模拟查看内涝区域分布，模拟结果显示的径流系数较高的子汇水区分布及主要溢流节点分布与南湖汇水区历史渍水点分布基本吻合。系统模拟的地表径流误差和流量演算误差均小于5%，整体模型的拟合效果较好。

2）以年径流控制率为目标的情景模拟分析

年降雨事件下，可以认为2035年南湖汇水区在实现80%区域的海绵改造，20%和30%的下凹绿地率可分别实现60.75%和64.31%的年径流总量控制率。结合屋顶绿化措施能达到更好的控制效果，实现65%年径流控制率的要求。

综合来看，城市湖泊汇水区范围20%-30%的下凹绿地率是最适合的，能够以更小的改造面积达到更好的径流削减效果。

3）城市汇水分区海绵体系构建

城市汇水区海绵体系由不同功能不同特点的海绵设施共同构成，按照其形态大小可以分为中小型海绵体、线型海绵体和大型海绵体，按照功能及分布不同可以分为分散海绵设施、连通海绵设施和调蓄海绵设施。

不同的海绵设施构成了城市海绵体系，不同海绵设施的建设策略也就构成了城市海绵体系构建是主要策略，即为：源头滞蓄，过程消能，末端适应。所以从这里面就提到了源头秩序，这就是我们建立源—径—场的体系。

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世界森林日

“源-径-场”蓝绿空间生态服务功能效用模式

蓝绿空间生态服务功能效应概念模型

该模型由功能源(蓝绿空间)-扩散径(周边建成环境)-效应场(区域单元体)三大组分共同构成完整体系，研究成果均围绕该模型中的关键组分及其相互作用渐次展开，使蓝绿空间生态服务功能研究得以在一个完整的框架内理性、系统地开展。

意义：实现生态服务功能的定量化和模型表达，为蓝绿空间建成环境的优化提供新方法。

蓝绿空间生态服务功能发挥的方式、强度与效用模式

揭示蓝绿空间与建成环境因子、土地利用、空气颗粒物、温湿度、生物多样性、雨洪调蓄等要素的作用关系，解析城市蓝、绿空间的伴生效应和物理、生理层级的空间交互机制，突破长期以来难以证明蓝、绿空间交互作用是如何影响相同的路径或过程的瓶颈。

意义：解析蓝绿空间生态服务的表现特征，为蓝绿空间建成环境的科学优化提供理论基础。

蓝绿空间规划及系统优化的实现路径

阐明蓝绿空间形态、结构与其改善空气质量、温湿效应、生物多样性保护、雨洪径流等的耦合关联性及响应特征，明确实现蓝绿空间生态功能优化的建成环境因子、土地利用等关键要素，为蓝绿空间建成环境生态规划提供方法支持。

意义：为蓝绿空间建成环境规划及系统优化提供范式。

供稿单位：武汉设计咨询集团有限公司

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