城市森林降温效应影响因素研究进展

城市森林是缓解城市热岛效应的重要绿色基础设施。本文探讨影响城市森林降温效应的内、外因素及作用机制,为优化城市森林结构、缓解城市热岛效应提供参考。影响城市森林降温效应的内部因素从单木尺度上主要有树种、树冠结构和树冠形状,从林分尺度上主要有林分类型、林分结构、绿量、林分面积和形状,城区尺度主要应用遥感方法对城市森林降温效应进行研究,主要指标有归一化植被指数、叶面积指数和景观格局指数;影响城市森林降温效应的外部因素有气候、地面类型和经营措施等;内部因素及外部因素通过影响林内外能量的流动和交换,共同影响城市森林降温效应。缓解城市热岛效应,一方面要加强理论研究,重视温度场理论,结合地面观测与遥感解译,充分研究林分结构与城市森林能量传输的关系,另一方面需加强城市森林的经营管理,从促进热量交换的角度优化林分结构,合理布局城市建筑、森林和水体等基础设施,实现降温效应最大化。     

北京山区侧柏人工林林内景观质量分级技术

北京山区侧柏Platycladus orientalis人工林在发挥生态服务功能的同时,其景观质量也备受关注,林内景观质量受美学质量和林分结构质量共同影响。综合考虑美学质量与林分结构质量,对北京山区侧柏人工林进行林内景观质量分级。通过相关分析筛选与林内美景度显著相关的林分结构指标,通过因子分析和逐步回归分析构建美景度模型,使用TOPSIS法和系统聚类分析对林内景观质量进行分级。结果显示:①平均胸径、林分密度、平均枝下高、灌木盖度、透视距离、郁闭度、径高比与美景度呈显著相关（P < 0.05）,林下有效空间与美景度呈极显著相关（P < 0.01）;②二次多项式逐步回归模型能够更好地解释林分结构与美景度间的关系;③将山区侧柏人工林分为高质（Ⅰ级）、中等（Ⅱ级）、低质（Ⅲ级）3个等级,选择在各等级间差异显著的平均胸径、林分密度、平均枝下高、径高比、林下有效空间指标作为划分等级的主要参考依据。林内景观质量等级较高的林地,树木粗壮且长势较好,林分密度不宜过大,枝下高较高且林下灌木较低矮,具有一定的林下空间,林内可进入性较高。     

黄栌根系结构与个体健康程度的关系

以北京延庆八达岭国家森林公园红叶岭景区阳坡黄栌纯林为调查对象,采用人工挖掘法,研究黄栌根系结构与个体健康程度的关系。结果表明:健康程度、树木大小及其交互作用对黄栌根系结构影响显著;健康黄栌根系结构各指标显著高于中等健康黄栌和不健康黄栌,不健康黄栌0.0~0.1 mm、2.0~5.0 mm、>5.0 mm直径范围内的根系显著低于健康黄栌;大树的比根长、比根表面积、比根体积、根尖数量、分枝数量、连接数量和平均连接长度分别比小树低71.8%、54.6%、35.4%、59.3%、26.3%、30.1%和6.9%,在0.0~0.2 mm范围内,小树根系结构各指标及其所占比例显著高于大树根系,而在>1.0 mm范围内则显著低于大树根系;黄栌根系的发育能力随着树木老化和健康程度的降低而减弱,不健康黄栌大树的根系发育能力最弱。因此,根系发育程度和结构变化可较好地反映北京地区黄栌健康程度,恢复根系活力可能成为恢复老龄黄栌生命力的重要措施。     

游憩型城镇景观林林内景观斑块类型特征研究

以林内景观斑块结构为基础,对北京市各类公园游憩型景观林景观斑块特征进行了分析。北京市各类公园游憩型景观林可分为中密度锻炼型景观林、中密度休闲型景观林、中高密度锻炼型景观林、高密度休闲型景观林、低密度综合景观林等5类。而具有低林分密度、高草本覆盖、适量灌木覆盖、丰富的色彩数量、乔草或乔灌草结构的林内景观更符合大众审美。在16个景观斑块要素中,景观密度越大,色彩斑块的SHDI越低,草本覆盖率越高PLADJ和AI越高、而NP、PD、景观斑块形状指数LSI越低。景观指数变化对林内景观美景度影响程度依次为SPLITCONTAGPAFSIEISHDI。随着美景度等级降低,CONTAG呈现线性递减趋势,而PAF、SPLIT、SHDI和SIEI呈现非线性变化趋势。高密度和整齐划一式的林木排列以及简单的林下植被在一定程度上简化了林内景观要素的复杂性,并不利于提高林内景观质量,适当增加树种丰富度,通过提高垂直层次数量和多样化的林下植被,使用提高林下植被近自然程度、采取规则式和非规则式树木排列方式相结合的多样化水平空间配置,将有益于提高林下植被斑块色彩多样性,并可有效地提高林内景观质量。     

基于科学计量分析的生态资产研究进展

为梳理生态资产的研究脉络,利用知识图谱可视化技术对生态资产的文献数量、学者、研究机构及国际间科研网络特征进行分析,总结不同时段的研究热点和演化过程。结果表明:1973年以来生态资产研究的刊文量总体呈增长趋势,主要集中在生态学、地理学、经济学和社会学,其中生态学和地理学的相关学者在生态资产研究中占有重要地位;具有生态学及地理学优势的研究机构是生态资产研究的主要力量,国际间合作多分布于经济发展良好的国家;生态资产研究经历了3个阶段,不同阶段的研究热点具有鲜明的时代特征,说明生态资产研究与全球宏观政策的联系十分紧密。随着全球已有近30个国家和地区做出“碳中和”承诺,未来生态资产价值化和生态资产综合管理将成为主要的研究方向。     

黄栌幼苗叶片气体交换对干旱胁迫的短期响应

[目的]本研究探讨不同产地黄栌苗木叶片气体交换特性对土壤水分胁迫的短期响应特点及规律.[方法]采用田间模拟试验,选取北京西山、山东泰山和山西绛县3个产地的1年生黄栌幼苗为供试材料,设置对照(CK,土壤田间持水量的75％ ～ 80％)、中度胁迫(MS,土壤田间持水量的55％～ 65％)和重度胁迫(SS,土壤田间持水量的35％ ～45％)3个水分梯度,利用LI-6400便携式光合测定系统和SPSS 20.0统计分析软件测定和拟合幼苗成熟叶片的光响应曲线(Pn-PAR)及CO2响应曲线(Pn-Ci),根据非线性最小二乘法的Levenberg-Marquardt迭代原理计算各光合参数.[结果]1)黄栌幼苗的CO2同化能力随干旱胁迫程度的加剧及胁迫时间的增加显著(P＜0.05)下降,主要原因是持续干旱胁迫环境中幼苗叶片CO2传导及光合电子传递受阻、光能利用率下降.受重度胁迫处理幼苗的CO2气孔导度+叶肉导度(gsc+gm)、表观量子产量(AQY)、光饱和点-光补偿点(LSP-LCP)、最大电子传递速率(Jmax)和最大电子传递速率/最大羧化速率(Jmax/Vc,max)分别比对照低50.5％,12.0％,21.0％,37.9％和16.9％,干旱胁迫环境中幼苗的gsc,gm,AQY,LSP-LCP,Jmax/Vc,max在胁迫后期比胁迫中期分别低18.7％,81.0％,19.3％,4.6％,5.5％.2)水分亏缺可在一定程度上刺激黄栌幼苗提高弱光利用效率及CO2羧化速率.3)受中度胁迫处理黄栌苗木的CO2气孔限制值(ls)、叶肉扩散限制值(lm)分别比对照高36.9％和25.3％,而受重度胁迫处理幼苗的ls,lm分别比对照高9.7％和103.0％;干旱胁迫环境中黄栌幼苗的平均ls及平均lm在胁迫中期分别比对照高17.7％和46.0％,在胁迫后期则分别比对照高47.0％和71.1％,说明气孔限制和叶肉扩散限制分别是适度干旱胁迫和严重干旱胁迫环境中导致幼苗净光合速率下降的主要原因.4)重度胁迫环境中,山西产地幼苗光饱和时的最大净光合速率(Pn,max)、CO2饱和时的最大净光合速率(Amax)、Rubisco活性和数量限制的最大净光合速率(Ac,max)、RuBP再生限制的最大净光合速率(Aj,max)、Vc,max、磷酸丙糖利用速率(VTPU)的降幅(相对胁迫处理前)分别比北京产地和山东产地的幼苗高38.0％和50.3％、40.7％和46.3％、45.7％和51.2％、52.4％和54.2％、47.3％和55.8％、55.5％和82.6％,而山西产地受持续干旱胁迫处理幼苗的LCP和暗呼吸速率(Rd)分别比北京产地和山东产地的幼苗低31.2％和47.5％、27.2％和9.2％.[结论]北京西山、山东泰山和山西绛县3个产地黄栌幼苗对持续干旱胁迫环境反应的敏感性具有显著差异.总体而言,重度胁迫环境中山东泰山幼苗叶片的碳同化能力显著高于北京产地和山西产地,而北京产地幼苗叶片的碳同化能力显著高于山西产地.持续干旱胁迫环境中山西产地幼苗的CO2扩散阻力及光合电子传递阻力显著高于其他两产地,而该产地的LCP及Rd均高于其他两产地,因此,山西产地黄栌幼苗光合参数对水分亏缺的反应较北京产地和山东产地剧烈,但该产地幼苗通过降低光补偿点及暗呼吸代谢水平以保证光合同化产物积累的能力相对较强.     

密度、灌草盖度和树干形态对油松人工风景林林内景观指数的影响

目的林分密度、灌草盖度和树干形态是影响风景林林内景观质量的重要因子,本文从色彩斑块景观指数变化特点角度,对北京油松人工风景林林内景观质量形成机理进行探讨。方法通过林内景观画面的色彩斑块结构特点解析,研究了林分密度、灌草盖度和树干形态变化对林内景观指数的影响。结果林分密度对斑块分裂指数(SPI)有显著影响,SPI随林分密度的增大而减小;灌草盖度对聚集度指数(AI)、景观形状指数(LSI)有显著影响,随灌草盖度增大两个指数均增大;树干形态对辛普森均匀度指数(SIEI)有极显著影响,对LSI有显著影响,LSI在树干弯曲与通直并存时数值较大,SIEI在树干通直时数值较大;林分密度与灌草盖度的交互作用对LSI、SPI、SIEI有显著影响,3个指数随林分密度的增大而减小,随灌草盖度的增大而增大。林分密度与树干形态的交互作用对LSI、SIEI有显著影响,两个指数随林分密度的增大而减小,LSI在树干弯曲与通直并存时数值较大,SIEI在树干通直时数值较大;灌草盖度与树干形态的交互作用对SIEI有显著影响,SIEI随灌草盖度的增大而增大,在树干弯曲与通直并存时数值较大。结论林分密度、灌草盖度、树干形态及其交互作用均对林内景观指数有显著影响。主要原因是结构要素的变化引起视域内斑块数量以及形状的改变从而引起斑块指数的变化。      

与林内小气候舒适度相关的城市森林冠层结构指数选择

【目的】选择与林内小气候舒适度相关的城市森林冠层结构指数,为进一步优化城市森林结构、改善城市森林热环境提供参考。【方法】以与城市森林降温效应相关度较高的一维度冠层结构指标(包括叶面积指数、平均叶倾角、冠层厚度、枝下高、冠高比和冠层通透度)为基础,从林内外空气流动和能量交换的角度,构建多维度城市森林冠层结构指数,通过相关分析筛选对小气候舒适度解释度较高的城市森林冠层结构指数。【结果】一维度冠层结构指标与林内舒适度(S)、舒适度相对变化(Sd)呈弱度相关关系,对S的解释力为0～30. 5%,对Sd的解释力为0～53. 5%;多维度冠层结构指数对S和Sd的解释程度明显提升,对S的解释力为0～37. 5%,对Sd的解释力为30. 9%～55. 1%;热垂直扩散结构指数和热水平扩散结构指数的协同作用对S的解释程度相对较高(43. 5%);垂直冠层指数和树冠垂直均匀指数的协同作用对Sd的解释程度最高(63. 9%)。【结论】城市森林舒适度和舒适度相对变化受多个冠层结构指标和指数共同影响,所构建的多维度冠层结构指数(包括热垂直扩散结构指数、热水平扩散结构指数、综合热扩散结构指数、垂直冠层指数、树冠均匀指数、树冠垂直均匀指数和冠层综合指数)与林内小气候舒适度及其相对变化相关性较高。     

城市森林林内景观质量定量通用判别技术研究

  目的  针对城市森林林内景观质量评价研究中存在的理论研究多、评价指标体系不通用等问题，构建区域性通用的林内景观质量评价指标体系，并提出林内景观分级标准，为城市森林结构优化、经营管理和生产实践提供技术支撑。  方法  以城市公园风景游憩林、郊野公园风景游憩林、居住区城市森林、城郊山地风景林等为研究对象，在林分尺度上筛选评价指标，以因子分析法构建林分结构质量综合指数，采用Topsis法结合聚类分析对城市森林林内景观质量等级进行划分。  结果  （1）4种类型的城市森林筛选出15个评价指标用于城市森林林内景观评价，将林内景观分为优、高、中、低4个等级。（2）城市森林林内景观质量评价，核心指标包括乔木树种丰富度、林下物种丰富度、林型、林分整洁度、胸径分化度、郁闭度、观赏器官多样性、色彩季相多样性、单位面积胸高断面积、冠径比等。（3）不同类型城市森林最优景观的指标特点不完全相同。城市公园风景游憩林:相对枝下高最小，径高比较小，冠径比较大，林分整洁度高；居住区城市森林:单位面积胸高断面积最大，相对枝下高最小，冠径比较小，季相丰富度高。郊野公园风景游憩林:单位面积胸高断面积、树高分化度和径高比最大，乔木树种种类最多，观赏器官较多样，多为混交林。城郊山地风景林:郁闭度适中、灌木相对高度最低、林分垂直层次和林下物种较丰富、林分整洁度高。  结论  总体上看，树种组成丰富、适度混交、林内整洁、胸径分化度和郁闭度都适宜的林分和观赏器官较多样，季相富于变化的景观更受人们的喜爱，不同类型城市森林的林分密度和冠径比的最优范围不同。在城市森林经营管理中，建议适当丰富林木树种种类，注重彩色植物和多季相树种的配置，适当调整林分密度，及时修枝、割灌，清除林下杂乱的枯落物和生活垃圾，保持林分整洁，并根据城市森林类型适时采取不同的经营管理措施，以提高其景观质量。      

林分规模与结构对北京城市森林夏季温湿效应的影响

城市化进程加快引发了城市热岛效应等一系列环境问题,城市森林的温湿效应能有效缓解城市热岛,是居民夏季户外活动舒适及健康的保障。以北京城市公园内17处片状林为研究对象,以林分面积和林内到林缘的距离(林内不同深度,L)作为林分规模的参数、以叶面积指数(LAI)作为表征林分结构的参数,对城市森林面积、L、LAI等参数与城市森林降温、增湿程度及温湿指数的关系进行了研究。结果表明,森林规模和林分结构对城市森林的温湿效应有显著影响:1)城市森林温湿效应随林分面积增大而增高,61.67%的相对降温程度(dT)、69.44%的相对增湿程度(dRH)、55.63%的相对温湿指数(dTHI)变化是由城市森林面积引起的;2)城市森林降温效应随LAI的增大而增高,城市森林的降温效应58.98%来自于LAI;3)林分面积和LAI对城市森林降温效应有显著的交互影响,随面积增加LAI对降温程度的影响逐渐下降;4)城市森林dT随L的加大而增高,L对dT的解释程度为57.26%。因此,在城市森林规划与建设中,重视大规模林地的建设并注重增加林分覆盖度才能发挥稳定的温湿效应,有效缓解热岛。