城市绿地综合生态效应场的研究
祝宁 李敏 柴一新（东北林业大学，哈尔滨，150040）
摘 要 本文在生态场理论的基础上，打破传统的研究简单的天然植物群落中生物体间的相互抑制与互惠作用，初步提出生物体与环境间相互作用产生空间综合生态效应场，这种生态效应场包括温度效应场、湿度效应场及CO2效应场等。并选取哈尔滨市的两片典型绿地为研究对象，进行与人类舒适度密切相关的三种效应场（温度效应场、湿度效应场及CO2效应场）的研究，指出了综合生态效应场存在的物质性及有限性。同时指出以产生场的主体――绿地为中心的综合生态效应场为空间梯度场，场强由绿地中央至外围逐渐减弱，其减弱的程度各绿地间存在差异。 关键词 城市绿地 生态场 综合生态效应场 梯度分布 中图分类号
Study of systematically ecological effect field of urban green space。
ZHU Ning LI Min and CHAI Yixin (Northeast Forestry University, Harbin 150040)
Abstract Based on the theory of ecological field, this paper put up with systematically ecological effect field induced by interaction between organism and environment different from traditional research which emphasize inhibition and mutualism of organisms in simple natural plant communities. Two patch of typical green spaces were selected in Harbin to study in the aspect of temperature effect field, humidity effect field and CO2 effect field closely-related with human comfort included in systematically ecological effect field. It is suggested that the basic character of systematically ecological effect field is material and boundary. Results indicated that around green space there exist a spatial gradient effect field and field intensity decreased from the center of green space to margin which different in green spaces.
Key words urban green space, ecological field, synthesis ecological effect field, gradient distribution
1 引言
植物生态场理论的先驱工作起源于美国德克萨斯农工大学的一个著名的系统生物学研究组，这个系统生物学研究小组产生“场”的想法始于对植物群落中个体的空间作用分析，尤其是相邻植物的竞争与对其资源利用的研究。他们1985年在Ecological Modelling上发表文章提出生态场理论：“A spatial analysis of resource interference among plants”。
国内对生态场理论的研究起步较早，其中王德利指出：生物之间（非直接接触）的相互作用是通过对生态环境的物质结构改变、能量转化以及信息交换实现的，这种生物之间相互作用的空间称为生态场。并将生态场进一步定义为：生物与生物之间、以及生物与环境之间相互作用形成生态势的时空范围[2]。王根轩将其定义为：生物的生命过程与环境相互作用产生的综合生态效应的空间分布。
从生态场理论的提出至今，国内外有关植物生态场理论的研究，其对象由简单的天然植物群落已经扩展到了天然、半天然及人工植物群落，研究层次也发展到了个体、种群和群落三个不同水平。生态场的提出，首先为探求生态学的核心问题-相互作用的研究提供了一条定量化的途径。其研究内容主要表现为建立植物竞争、共存等生态场模型，并对模型中的参数进行定量化，即研究生物体间的抑制与互惠作用。同时研究植物生态场的生态场强度、相互作用场强度、场梯度、植物个体的影响范围等各方面。国内的研究主要有：“红松种群生态场特征函数的初步分析”、“半干旱生态条件下植物个体的综合生态效应的空间距离分布规律[5]”、“羊草种群地上部生态场二维行为的特征分析”、“不同种群密度状态下羊草地上部生态场、生态势、场梯度及其季节性变化规律研究”等。
1
生态场的产生与生物的生命活动密切相关，任何自然、半自然或人工环境中都存在着生物生命活动对环境的生态干涉。城市绿地生态系统作为一种特殊的人工生态系统，各种绿地类型的人工植物群落与环境交互作用产生的三维空间生态效应即可称为生态场，以产生场的场源植物为中心发生的温度、湿度、气体成分等的空间梯度变化范围我们则称之为综合生态效应场。随着人们把绿地改善环境的生态效应凌驾于景观效应之上，城市植物对周围环境产生的这种效应场应该被人们所认知，且对场强及作用范围的研究与确定急待解决。城市人工植物群落结合生态场理论，研究城市绿地生态系统对小环境的改善作用，在国内外研究中尚属首例。本文对此方向作了初步研究，提出了城市绿地生态系统综合生态效应场及场强梯度存在的物质性，以期为今后的城市绿地效应场的深入研究奠定基础。
2 研究地区与研究方法
在哈尔滨市内选取2块人工植物绿地作为研究对象，绿地周围或至少某一个方向上20m范围内为无人工建筑物或其它植被的空旷场地，以减少对测量的干扰。由于仪器设备及城市环境的限制，本实验仅选定绿地为空旷场地的一个水平方向，在选定绿地中央、绿地边缘、2倍树高处，各设一个观测点，并在远离绿地的空旷地另设一个对照观测点。在距地面1.5m处采取同步测定的方法，测定空气温度、湿度、CO2浓度，测定时间为8：00到18：00，每2h 测定一次，为排除气象因素干扰，测定时间均安排在天气晴朗、静风夏天进行。研究地林分状况见表1：
表1 绿地林分状况
Table 1 Stands statue of green space
种植结构 树 种 树 高(m) 胸 径(cm) 冠 幅(m) 密 度(n.m-2) 面 积(m2) Structure Species Height Diameter Crown range Density Area
12 29 7.5 0.01 1577.46 乔灌草 糖 槭 Acer negumda
(Tree+Shrub+Herb) 丁 香 Syringa oblata 3.25 0.206 —— —— —— 灌 木 (Shrub) 树锦鸡Caragana arborescens
4.2
——
——
0.16
1564.29
根据所得数据对各观测点进行平均降温率、平均增湿效应及平均CO2吸收率的计算，计算公式如下：
平均降温率： （１）
式中，Ti1为对照点1.5m处温度测定值，Ti2为树木阴影中心1.5m处温度测定值。
平均增湿效应： （２）
式中，fi1为树木阴影中心1.5m处相对湿度测定值，fi2为对照点1.5m处相对湿度测定值。
平均CO2吸收率： （３）
式中：Di1为对照点1.5m处CO2浓度，Di2为树木阴影中心1.5m处CO2浓度。
3 结果与分析
对绿地中央、林缘、林外2倍树高处各观测点进行空气温度、湿度、及CO2浓度的观测，计算得各点的降温率、增湿效应及CO2吸收率（见表2）： ３.１ 温度效应场水平梯度分布
由表2分析绿地降温率得，两片绿地对各观测点均存在一定的降温效应，各点降温率均达到3%以上，即绿地对周围环境的影响在水平方向上存在一个温度生态效应场。绿地温度
2
生态效应场强在水平方向上存在梯度变化，随观测点距绿地距离的逐渐增加场强逐渐减弱，且衰减速率较大。其中对绿地中央观测点的降温效应最佳，林缘次之，林外2倍树高处最差。两绿地对各观测点的气温影响强度其中乔灌草种植结构绿地大于灌木种植结构绿地。
表2绿地生态效应梯度分布
Table 2 Gradient distribution of ecological effects of green space
种植结构 观测点 降温率(%) 增湿效应 CO 2吸收率(%) Structure Observation points T dropping rate Humidity increasing effect Co 2 absorbing rate
1 13.1 2.43 1.02 2 7.64 1.32 0.44 灌 木 (Shurb)
3 3.46 0.12 0.16
1 16.01 5.08 1.46
2 9.72 2.45 0.15 乔灌草
(Tree+Shrub+Herb) 3 3.49 1.60 0.15 1：绿地中央Center of green space，2：林缘Edge of green space，3：林外2倍树高处Distance of two times as much as the tree height.
３. 2 湿度效应场水平梯度分布
绿地对周围环境的影响在水平方向上存在一个湿度生态效应场，两片绿地对各观测点均存在一定的增湿效应（见表2），增湿效应最大值达到5.08。其中灌木种植结构绿地在林外2倍树高处，增湿效应值仅为0.12，绿地在此处的湿度生态效应场场强极小，接近于零，此距离内可近似看作湿度生态场水平方向上的场范围。绿地湿度生态效应场对周围环境的梯度影响与温度生态效应场相似，场强均随观测点距绿地距离的逐渐增加而减弱。两绿地对各观测点空气湿度的影响强度，其中乔灌草种植结构绿地大于灌木种植结构绿地。 ３.３ CO2效应场水平梯度分布
绿地对周围环境的影响在水平方向上存在一个CO2生态效应场。两片绿地对各观测点均存在一定的释氧固碳效应，其中绿地中央CO2吸收率均在1％以上，林缘及林外CO2吸收率值则不超过1％。绿地释氧固碳生态效应场强在水平方向上存在梯度变化，场强随观测点距绿地距离的增加逐渐减弱。
4 讨 论
绿地植物的生命活动对周围环境空气温度、湿度及CO2浓度具有一定影响范围，即植物的生命活动产生了空间综合生态效应场。这种综合生态效场具有有限性，其场范围的确定及场强度的变化形式需要进行仪器精度、灵敏度的改进及测量的时间与空间步长的加密。
绿地综合生态效应场影响范围内场强呈水平梯度分布，且场强分布从绿地中央至绿地边缘至林外逐步递减，递减趋势的强弱依绿地林分状况有异。
绿地综合生态效应场同时具有重叠性、可测性、非线性时变性等特点。 城市生态中研究的绿地服务半径，传统上多指绿地的景观可达性，我们认为绿地的服务半径还应包括绿地生态效应可达性。绿地综合生态效应场的研究不止限于本文的水平方向研究，还应注重向三维空间的拓展。城市绿地建设应以综合生态效应场理论为基础，确定场空间影响范围及影响强度，合理布局城市绿地。
参 考 文 献
［1］ Wang D-L(王德利).1994. Introduction to plant ecological field. Jilin Science & Technology
Press(吉林科学技术出版社)(in Chinese)
［2］ Wang D-L(王德利),Liu X-H(刘兴华),Zhu L(祝玲).1994.Analysis to the two-dimensional behavior
characteristics of the underground ecological field of Aneurolepidium chinense population. Bull Bol Res (植物研究), 14(2): 154~159(in Chinese)
［3］ Wang D-L(王德利),Liu X-H(刘兴华),Zhu T-C(祝廷成).1995. Characteristic analysis of
two-dimensional behavior of aboveground ecological field of Aneurolepidium chinense. Chin J
3
Appl Ecol(应用生态学报),6(supp.):27~31(in Chinese)
［4］ Wang D-L(王德利), Zhu T-C(祝廷成).1996. Study on aboveground ecological field, ecological
potential,field gradient and seasonal change of Aneurolepidium chinense in different population density. Acta Ecol Sin (生态学报),16(2): 121~127(in Chinese)
［5］ Wang G-X(王根轩), Zhao S-L(赵松岭).1993.The spatial distribution of the synthetical ecological
effect of plant individuals under semiarid ecological conditions. Acta Ecol Sin(生态学报) ,13(1):78~86(in Chinese)
［6］ Wang Z-T(王振堂),Lv F(吕风).1989. The preliminary analysis on characteristic function of
ecological field of Korean Pine Populations. Bull Bol Res(植物研究), 8(4): 91~98(in Chinese)
作者简介 祝宁，男，1936年生，教授，主要从事种群生态学、城市生态学研究，发表论文40篇.Tel:0451-2190615，E-mail: Ecgroup@Public.HR.HL.CN
4
相关推荐：
loading