城市綠地綜合效應(yīng)場

祝寧 李敏 柴一新

本文以生態(tài)場理論為基礎(chǔ)初步提出生物體與環(huán)境間相互作用產(chǎn)生空間綜合生態(tài)效應(yīng)場，這種生態(tài)效應(yīng)場包括溫度效應(yīng)場，濕度效應(yīng)場及CO₂，效應(yīng)場等。并選取哈爾濱市的兩片典型綠地為研究對象，進(jìn)行與人類舒適度密切相關(guān)的三種效應(yīng)場 (溫度效應(yīng)場，濕度效應(yīng)場及CO₂效應(yīng)場)的研究，指出了綜合生態(tài)效應(yīng)場存在的物質(zhì)性及有限性。同時指出以產(chǎn)生場的主體綠地為主中心的綜合生態(tài)效應(yīng)場為空間梯度場，場強(qiáng)由綠地中央至外圍逐漸減弱，其減弱的程度各綠地間存在差異。

植物生態(tài)場理論的先驅(qū)工作起源于美國德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的一個著名的系統(tǒng)生物學(xué)研究組，這個系統(tǒng)生物學(xué)研究小組產(chǎn)生 "場"的想法始于對植物群落中個體的空間作用分析，尤其是相鄰植物的競爭與對其資源利用的研究。他們1985午在EcologlcalModeling上發(fā)表文章提出生態(tài)場理論:"Aspatialanalysisofresourceinterfrence among plants"。

國內(nèi)對生態(tài)場理論的研究起步較早，其中王德利指出:生物之間 (非直接接觸)的相互作用是通過對生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變、能量轉(zhuǎn)化以及信息交換實(shí)現(xiàn)的，這種生物之間相互作用的空間稱為生態(tài)場。并將生態(tài)場進(jìn)一步定義為:生物與生物之間、以及生物與環(huán)境之間相互作用形成生態(tài)勢的時空范圍。王根軒將其定義為生物的生命過程與環(huán)境相互作用產(chǎn)生的綜合生態(tài)效應(yīng)的空間分布。

從生態(tài)場理論的提出至今，國內(nèi)外有關(guān)植物生態(tài)場理論的研究，其對象由簡單的天然植物群落己經(jīng)擴(kuò)展到了天然、半天然及人工植物群落，研究層次也發(fā)展到了個體、種群和群落三個不同水平。生態(tài)場的提出，首先為探求生態(tài)學(xué)的核心問題相互作用的研究提供了一條定量化的途徑。其研究內(nèi)容主要表現(xiàn)為建立植物競爭、共存等生態(tài)場模型，并對模型中的參數(shù)進(jìn)行定量化，即研究生物體間的抑制與互惠作用。同時研究植物生態(tài)場的強(qiáng)度、相互作用場強(qiáng)度、場梯度。植物個體的影響范圍等各方面。國內(nèi)的研究主要有 "紅松種群生態(tài)場特征函數(shù)的初步分析"，"半干旱生態(tài)條件下植物個體的綜合生態(tài)效應(yīng)的空間距離分布規(guī)律"、"羊草種群地上部生態(tài)場二維行為的特征分析"、"不同種群密度狀態(tài)下羊草地上部生態(tài)場、生態(tài)勢、場梯度及其季節(jié)性變化規(guī)律研究"等。

生態(tài)場的產(chǎn)生與生物的生命活動密切相關(guān)，任何自然、半自然或人工環(huán)境中都存在著生物生命活動對環(huán)境的生態(tài)干涉。城市綠地生態(tài)系統(tǒng)作為一種特殊的人工生態(tài)系統(tǒng)，各種綠地類型的人工植物群落與環(huán)境交互作用產(chǎn)生的三維空間生態(tài)效應(yīng)即可稱為生態(tài)場，以產(chǎn)生場的場源植物為中心發(fā)生的溫度、濕度、氣體成分等的空間梯度變化范圍我們則稱之為綜合生態(tài)效應(yīng)場。隨著人們把綠地改善環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)凌駕于景觀效應(yīng)之上，城市植物對周圍環(huán)境產(chǎn)生的這種效應(yīng)場應(yīng)該被人們所認(rèn)知，且對場強(qiáng)及作用范圍的研究與確定急待解決。城市人工植物群落結(jié)合生態(tài)場理論，研究城市綠地生態(tài)系統(tǒng)對小環(huán)境的改善作用，在國內(nèi)外研究中尚屬首例。本文對此方向做了初步研究，提出了城市綠地生態(tài)系統(tǒng)綜合生態(tài)效應(yīng)場及場強(qiáng)梯度存在的物質(zhì)性，以期為今后的城市綠地效應(yīng)場的深人研究奠定基礎(chǔ)。

1、研究地區(qū)與研究方法

在哈爾濱市內(nèi)選取2塊人工植物綠地作為研究對象，綠地周圍或至少某一個方向上20米范圍內(nèi)為無人工建筑物或其他植被的空曠場地，以減少對測量的千擾。由于儀器設(shè)備及城市環(huán)境的限制，本實(shí)驗(yàn)僅選定綠地為空曠場地的一個水平方向，在選定綠地中央、綠地邊緣、2倍樹高處，各設(shè)一個觀測點(diǎn)，并在遠(yuǎn)離綠地的空曠地另設(shè)一個對照觀測點(diǎn)。在距地面1.5米處采取同步測定的方法，測定空氣溫度、濕度、CO₂濃度，測定時間為8:00到18:00，每2h測定一次，為排除氣象因素干擾，測定時間均安排在天氣晴朗、靜風(fēng)夏天進(jìn)行。研究綠地林分狀況（見表1）:

根據(jù)所得數(shù)據(jù)對各觀測點(diǎn)進(jìn)行平均降溫率、平均增濕效應(yīng)及平均CO₂吸收率的計(jì)算，計(jì)算公式如下:

2，結(jié)果與分折

對綠地中央、林緣、林外2倍樹高處各觀測點(diǎn)進(jìn)行空氣溫度、濕度及CO₂濃度的觀測，計(jì)算得各點(diǎn)的降溫率、增濕效應(yīng)及CO₂吸收率(見表2)

2.1溫度效應(yīng)場水平梯度分布

即綠地對周圍環(huán)境的影響在水平方向上存在一個溫度生態(tài)效應(yīng)場。綠地溫度生態(tài)效應(yīng)場強(qiáng)在水平方向上存在梯度變化，隨觀測點(diǎn)距綠地距離的逐漸增加場強(qiáng)逐漸減弱，且衰減速率較大。其中對綠地中央觀測點(diǎn)的降溫效應(yīng)最佳，林緣次之，林外2倍樹高處最差。兩綠地對各觀測點(diǎn)的氣溫影響強(qiáng)度其中喬灌草種植結(jié)構(gòu)綠地大于灌木種植結(jié)構(gòu)綠地。

2.2濕度效應(yīng)場水平梯度分布

綠地對周圍環(huán)境的影響在水平方向上存在一個濕度生態(tài)效應(yīng)場，兩片綠地對各觀測點(diǎn)均存在一定的增濕效應(yīng)(見表2)，增濕效應(yīng)最大值達(dá)到5.08。其中灌木種植結(jié)構(gòu)綠地在林外2倍樹高處，增濕效應(yīng)值僅為0.12，綠地在此處的濕度生態(tài)效應(yīng)場場強(qiáng)極小，接近于零，此距離內(nèi)可近似看作濕度生態(tài)場水平方向上的場范圍。綠地濕度生

態(tài)效應(yīng)場對周圍環(huán)境的梯度影響與溫度生態(tài)效應(yīng)場相似，場強(qiáng)均隨觀測點(diǎn)距綠地距離的逐漸增加而減弱。兩綠地對各觀測點(diǎn)空氣濕度的影響強(qiáng)度，其中喬灌草種植結(jié)構(gòu)綠地大于灌木種植結(jié)構(gòu)綠地。

2.3 CO₂效應(yīng)場水平梯度分布

綠地對周圍環(huán)境的影響在水平方向上存在一個CO₂生態(tài)效應(yīng)場。兩片綠地對各觀測點(diǎn)均存在一定的釋氧固碳效應(yīng)，其中綠地中央CO₂吸收率均在1%。以上林緣及林外CO₂吸收率值則不超過1%。綠地釋氧固碳生態(tài)效應(yīng)場強(qiáng)在水平方向那個存在梯度變化，場強(qiáng)對觀測點(diǎn)距綠地距離的增加逐漸減弱。

3.討 論

綠地植物的生命活動對周圍環(huán)境空氣溫度、濕度及CO₂濃度具有一定影響范圍，即植物的生命活動產(chǎn)生了空間綜合生態(tài)效應(yīng)場。這種綜合生態(tài)效應(yīng)場具有有限性，其場范圍的確定及場強(qiáng)度的變化形式需要進(jìn)行儀器精度、靈敏度的改進(jìn)及測量的時間與空間步長的加密。應(yīng)該指出，由于種種條件限制，筆者僅做了一個點(diǎn)(兩塊綠地)試驗(yàn)，其結(jié)論具有定性意義。待條件允許再行多點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，以便得出定量化結(jié)論。

綠地綜合生態(tài)效應(yīng)場影響范圍內(nèi)場強(qiáng)呈水平梯度分布，且場強(qiáng)分布從綠地中央至綠地邊緣至林外逐步遞減，遞減趨勢的強(qiáng)弱依綠地林分布狀況有異。

綠地綜合生態(tài)效應(yīng)場同時具有重疊性、可測性、非線性時變性等特點(diǎn)。

城市生態(tài)中研究的綠地服務(wù)半徑，傳統(tǒng)上多指綠地的景觀可達(dá)性，我們認(rèn)為綠地的服務(wù)半徑還應(yīng)包括綠地生態(tài)效應(yīng)可達(dá)性。綠地綜合生態(tài)效應(yīng)場的研究不止限于本文的水平方向研究，還應(yīng)注重向三維空間的拓展。城市綠地建設(shè)應(yīng)以綜合生態(tài)效應(yīng)場理論為基礎(chǔ)，確定場空間影響范圍及影響強(qiáng)度，合理布局城市綠地。