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Health function evaluation and exploring its mechanisms in the Shanghai Green Belt, China

上海环城林带保健功能评价及其机制



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 13 期摇 摇 2013 年 7 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
强度干扰后退化森林生态系统中保留木的生态效应研究综述 缪摇 宁,刘世荣,史作民,等 (3889)……………
AM真菌对重金属污染土壤生物修复的应用与机理 罗巧玉,王晓娟,林双双,等 (3898)………………………
个体与基础生态
东灵山不同林型五角枫叶性状异速生长关系随发育阶段的变化 姚摇 婧,李摇 颖,魏丽萍,等 (3907)…………
不同温度下 CO2 浓度增高对坛紫菜生长和叶绿素荧光特性的影响 刘摇 露,丁柳丽,陈伟洲,等 (3916)……
基于 LULUCF温室气体清单编制的浙江省杉木林生物量换算因子 朱汤军,沈楚楚,季碧勇,等 (3925)………
土壤逐渐干旱对菖蒲生长及光合荧光特性的影响 王文林,万寅婧,刘摇 波,等 (3933)…………………………
一株柠条内生解磷菌的分离鉴定及实时荧光定量 PCR检测 张丽珍,冯利利,蒙秋霞,等 (3941)……………
一个年龄序列巨桉人工林植物和土壤生物多样性 张丹桔,张摇 健,杨万勤,等 (3947)…………………………
不同饵料和饥饿对魁蚶幼虫生长和存活的影响 王庆志,张摇 明,付成东,等 (3963)……………………………
禽畜养殖粪便中多重抗生素抗性细菌研究 祁诗月,任四伟,李雪玲,等 (3970)…………………………………
链状亚历山大藻赤潮衰亡的生理调控 马金华,孟摇 希,张摇 淑,等 (3978)………………………………………
基于环境流体动力学模型的浅水草藻型湖泊水质数值模拟 李摇 兴,史洪森,张树礼,等 (3987)………………
种群、群落和生态系统
干旱半干旱地区围栏封育对甘草群落特征及其分布格局的影响 李学斌,陈摇 林,李国旗,等 (3995)…………
宁夏六盘山三种针叶林初级净生产力年际变化及其气象因子响应 王云霓,熊摇 伟,王彦辉,等 (4002)………
半干旱黄土区成熟柠条林地土壤水分利用及平衡特征 莫保儒,蔡国军,杨摇 磊,等 (4011)……………………
模拟酸沉降对鼎湖山季风常绿阔叶林地表径流水化学特征的影响 丘清燕,陈小梅,梁国华,等 (4021)………
基于改进 PSO的洞庭湖水源涵养林空间优化模型 李建军,张会儒,刘摇 帅,等 (4031)………………………
外来植物火炬树水浸液对土壤微生态系统的化感作用 侯玉平,柳摇 林,王摇 信,等 (4041)…………………
崇明东滩抛荒鱼塘的自然演替过程对水鸟群落的影响 杨晓婷,牛俊英,罗祖奎,等 (4050)……………………
三峡水库蓄水初期鱼体汞含量及其水生食物链累积特征 余摇 杨,王雨春,周怀东,等 (4059)…………………
元江鲤种群遗传多样性 岳兴建,邹远超,王永明,等 (4068)………………………………………………………
景观、区域和全球生态
中国西北干旱区气温时空变化特征 黄摇 蕊,徐利岗,刘俊民 (4078)……………………………………………
集水区尺度下东北东部森林土壤呼吸的模拟 郭丽娟,国庆喜 (4090)……………………………………………
增氮对青藏高原东缘高寒草甸土壤甲烷吸收的早期影响 张裴雷,方华军,程淑兰,等 (4101)…………………
基于生态系统服务的广西水生态足迹分析 张摇 义, 张合平 (4111)……………………………………………
深圳市景观生态安全格局源地综合识别 吴健生,张理卿,彭摇 建,等 (4125)……………………………………
庐山风景区碳源、碳汇的测度及均衡 周年兴,黄震方,梁艳艳 (4134)……………………………………………
气候变化对内蒙古中部草原优势牧草生长季的影响 李夏子,韩国栋,郭春燕 (4146)…………………………
民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候特征及其对气候变化的响应 韩福贵,徐先英,王理德,等 (4156)………
血水草生物量及碳贮量分布格局 田大伦,闫文德,梁小翠,等 (4165)……………………………………………
5 种温带森林生态系统细根的时间动态及其影响因子 李向飞,王传宽,全先奎 (4172)………………………
资源与产业生态
干旱胁迫下 AM真菌对矿区土壤改良与玉米生长的影响 李少朋,毕银丽,陈昢圳,等 (4181)…………………
城乡与社会生态
上海环城林带保健功能评价及其机制 张凯旋,张建华 (4189)……………………………………………………
研究简报
北京山区侧柏林林内降雨的时滞效应 史摇 宇,余新晓,张佳音 (4199)…………………………………………
采伐剩余物管理措施对二代杉木人工林土壤全碳、全氮含量的长期效应
胡振宏,何宗明,范少辉,等 (4205)
………………………………………
……………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*326*zh*P* ¥ 90郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄07
封面图说: 岳阳附近的水源涵养林及水系鸟瞰———水源涵养林对于调节径流,减缓水、旱灾害,合理开发利用水资源具有重要
的生态意义。 洞庭湖为我国第二大淡水湖,南纳湘、资、沅、澧四水,北由岳阳城陵矶注入长江,是长江上最重要的水
量调节湖泊。 因此,湖周的水源涵养林建设对于恢复洞庭湖调节长江中游地区洪水的功能,加强湖区生物多样性的
保护是最为重要的举措之一。 对现有防护林采取人为干扰的调控措施,改善林分空间结构,将有利于促进森林生态
系统的正向演替,为最大程度恢复洞庭湖水源林生态功能和健康经营提供重要支撑。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 13 期
2013 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 13
Jul. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:上海市教育委员会科研创新项目(13YZ142);上海高校青年教师培养资助计划资助(SXY11008)
收稿日期:2012鄄09鄄18; 摇 摇 修订日期:2013鄄03鄄15
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zhangkx99@ 126. com
DOI: 10. 5846 / stxb201209181316
张凯旋,张建华.上海环城林带保健功能评价及其机制.生态学报,2013,33(13):4189鄄4198
Zhang K X, Zhang J H. Health function evaluation and exploring its mechanisms in the Shanghai Green Belt, China. Acta Ecologica Sinica,2013,33(13):
4189鄄4198.
上海环城林带保健功能评价及其机制
张凯旋*,张建华
(上海商学院生态旅游学院,上海摇 201400)
摘要:选取上海环城林带典型的植物群落,分别在夏季和冬季对群落的温湿度调节、负离子提升、抑菌、降噪和大气净化等保健
功能进行测定和评价;同时结合群落结构因子,分析群落结构与保健功能之间的关系,并探讨了群落物种组成和结构特征对保
健功能的影响,以期揭示群落保健功能发挥的机制。 结果表明:夏季,落叶针叶林池杉群落除抑菌功能以外,在其他保健功能上
均具有较好的效果,而落叶阔叶林全缘叶栾树群落和悬铃木群落效果较差,其他类型的群落居中;冬季,常绿阔叶林女贞群落在
各种保健功能方面均具有较好的效果,其次为常绿落叶阔叶混交林的全缘叶栾树+香樟群落和杂交杨+香樟群落,其他类型的
群落效果较差。 群落各种保健功能与群落结构特征的相关性分析表明,叶面积指数和郁闭度在夏冬两季均与多种保健功能呈
显著正相关,是指示群落保健功能优劣的重要结构因子。 研究结果表明人工森林群落的保健功能可通过调整群落结构来提升,
为城市森林的群落建构与管理提供了科学依据。
关键词:保健功能;上海环城林带;结构特征; 城市森林
Health function evaluation and exploring its mechanisms in the Shanghai Green
Belt, China
ZHANG Kaixuan*, ZHANG Jianhua
Department of Ecology and Tourism, Shanghai Business School, Shanghai 201400, China
Abstract: Urban forests are complex ecosystems created by the interaction of anthropogenic and natural processes. Two keys
to improving the management of urban forest ecosystems are an understanding of their structure and its relationship to forest
functions, and coordination of the management of the multiple functions of urban forests. As green infrastructure is an
important part of urban systems, urban forests can provide a variety of ecosystem services. With rapid urbanization,
increasing numbers of urban dwellers are facing health problems caused by environmental pollution. Therefore, the
beneficial impacts of urban forests on human health have attracted increasing attention. Extensive development in Shanghai
during the last few decades has led to rapid urbanization. The Shanghai Green Belt, with its many species and diverse
vegetation types, is an important part of Shanghai忆 s urban forests. After more than 10 years of construction and
development, the Green Belt has become a major attraction for people who desire green space for recreation and relaxation,
and it continues to have a positive role in the protection and promotion of the health of urban residents. Since the Green Belt
landscape has increased in importance, its function in promoting human health should be evaluated to optimize its structure
and to promote both its ecological functions and the related benefits it provides to people. Many research studies have
demonstrated that the functions of urban forests that promote human health mainly depend on the vegetation type present,
the vegetative community components and the structure of the plant communities present. In this study, typical plant
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communities in the Shanghai Green Belt were selected for analysis of their function in promoting a healthy human
environment. This function was evaluated from the aspects of temperature and humidity amelioration, the generation of
negative ions, bacteria inhibition, noise reduction, and air pollution reduction in summer and winter. The relationships
between functions beneficial to human health and community structural characteristics and factors were analyzed, and the
mechanisms influencing the function of forest communities in benefiting human health were explored based on the species
composition and structural characteristics of these urban forests. The results showed the Taxodium distichum var.
imbricarium Community, a deciduous coniferous forest type, has the best effect on most forest ecosystem functions related to
human health with the exception of bacterial inhibition in summer. Two deciduous broad鄄leaved forest types, the
Koelreuteria bipinnata var. integrifoliola Community and the Platanus 伊 hispanica Community, have the least effect on
promoting forested ecosystem functions related to human health, while other community types are in the mid鄄range. In
winter, the evergreen broad鄄leaved forest Ligustrum lucidum Community has the best effect on such functions, followed by
the evergreen and deciduous broad鄄leaved forest Koelreuteria bipinnata var. integrifoliola + Cinnamomum camphora
Community and the Populus spp. + Cinnamomum camphora Community, and other communities types that have weaker
health鄄related function effects. Correlation analysis between the functions related to the promotion human health and
community structural factors shows leaf area index (LAI) and canopy closure were significantly and positively correlated
with health鄄related functions, and LAI and canopy closure were important structural parameters that indicated the plant
community provided important functions related to human health. By quantitatively evaluating the health鄄related functions of
different plant communities in the Shanghai Green Belt, we explore the differences in different community types in the
promotion of ecosystem functions related to human health. We also reveal the mechanisms influencing those functions,
suggest some strategies related to optimizing plant community structure under specific environmental conditions, and provide
a scientific basis for urban forest planning, design, and management.
Key Words: health function; Shanghai Green Belt; structural characteristics; urban forest
城市森林是人类和自然过程相互作用所形成的复杂生态系统,是城市生态系统中不可分割的组成部分,
可以提供多种生态系统服务功能[1]。 城市森林和树木能够为城市提供一个高质量的生活环境,通过消除污
染物、释放有益物质和提供舒适环境等来改善公众健康,即城市森林对人类具有保健功能[2]。 随着城市化进
程的加快,居民的健康受到环境污染的严重影响,因而城市森林对人体的保健功能日益受到重视。 城市森林
的保健功能指所有对人体的健康具有促进作用的生态效益,主要包括净化空气、固碳释氧、降噪、改善小气候
及产生空气负离子等[3鄄4]。
近年来,国内外学者对城市森林的保健功能进行了相关研究,美国林务局的 David Nowak 等人从上个世
纪 90 年代开始,对城市森林通过吸滞尘埃和吸收有害气体来减少大气污染进行了研究[5鄄7]。 欧盟在 2004—
2008 年启动了 COST Action E39 “森林,树木和人体健康冶研究项目 ( European Union忆 s COST Action E39
“Forests, Trees and Human Health and Wellbeing冶),以城市森林为主体研究对象,从多个方面定性研究了城市
森林的保健功能[8]。 日本林业署 1982 年提出了森林浴(Shinrin鄄yoku or forest bathing)的概念,通过在森林中
放松休闲,呼吸树木散发出的挥发性物质,有助于减轻压力和放松心情,其效果与自然芳香疗法类似,Li 等学
者对森林浴的人体健康效应进行了深入系统的研究[9]。
国内对城市森林保健功能的需求随着社会经济的发展和人民生活的改善也日益增长,国内学者分别针对
城市森林的小气候效应[10]、产生负离子[11鄄12]、净化大气[13鄄14]、降噪功能[15鄄16]、抑菌功能[17鄄18]等进行了研究。
但以往研究主要侧重于城市和区域的大尺度或具体树种的微尺度,而从群落尺度上对保健功能的研究很少;
同时以往研究主要针对单一保健功能,而对多种保健功能的综合研究,以及保健功能与群落结构相关性方面
的研究还鲜有报道。
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群落是城市森林的基本组成单元,不同的植被组成、群落类型和结构特征,均会影响到保健功能的发挥。
因此,本文以上海环城林带为对象,选取典型的植物群落进行保健功能测定和评价,分析不同类型群落保健功
能的差异;同时结合群落结构因子,分析群落结构与保健功能之间的关系,探讨影响群落保健功能发挥的机制
和途径。
1摇 研究区域概况
上海市地处长江三角洲的东缘,北靠长江入海口,属于长江三角洲以太湖为中心的碟形洼地的东缘。 该
地区位于暖温带向亚热带的过渡带,属北亚热带季风气候类型。 上海环城林带是上海市最大的跨世纪生态工
程,沿着外环线道路建设,全长 98km,规划总面积为 6208hm2。 环城林带工程共涉及浦东、南汇、徐汇、闵行、
长宁、嘉定、普陀和宝山等 8 个区,于 1995 年正式启动建设,现已完成环城林带 100m一期、二期工程和 400m
林带一期、二期工程。 通过对环城林带进行群落学调查得知,环城林带主要有常绿针叶林、落叶针叶林、针叶
混交林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林和竹林等 7 种植被类型,其中以落叶阔叶林和常绿阔
叶林为主[19]。
2摇 研究方法
2. 1摇 样地设置
根据环城林带群落调查结果,选择建成时间相对一致的典型群落进行保健功能的测定,样地选择在普陀
段(1996 年建成)和浦东三林段(1997 年建成)。 每个群落大小为 20m伊30m,群落的植物组成见表 1。 由于考
虑到群落周边环境会对群落保健功能产生影响,因此样地群落选择时均远离建筑物、构筑物、水体,并避免其
他群落的干扰。
表 1摇 保健功能测定的群落植物组成
Table 1摇 Species composition of different plant communities for health function measurement
植被类型
Vegetation type
群落类型
Community type
群落植物组成 Species composition of communities
乔木层 Tree layer 灌木层 Shrubs layer 草本层 Herb layer
针叶林
Coniferous forest
池杉群落
Taxodium distichum var.
imbricarium Comm.
池杉
Taxodium distichum
var. imbricarium
乌敛莓 Cayratia japonica,龙
葵 Solanum nigrum, 牛 膝
Achyranthes bidentata,一年蓬
Erigeron annuus
针阔混交林
Coniferous and broad鄄
leaved mixed forest
杂交杨+水杉群落
Populus spp. +
Metasequoia
glyptostroboides Comm.
杂交杨 Populus spp. ,
水杉 Metasequoia
glyptostroboides,悬铃木
Platanus 伊 hispanica
蚊母 Distylium
racemosum,夹竹桃
Nerium oleander,狭叶十
大功劳 Mahonia fortunei
麦冬 Ophiopogon japonicus
常绿阔叶林
Evergreen broad鄄
leaved forest
女贞群落
Ligustrum lucidum Comm. 女贞 Ligustrum lucidum 夹竹桃
紫茉莉 Mirabilis jalapa,
一年蓬,乌敛莓,狗尾草
Setaria viridis
落叶阔叶林
Deciduous broad鄄
leaved forest
全缘叶栾树群落
Koelreuteria bipinnata var.
integrifoliola Comm.
全缘叶栾树 Koelreuteria
bipinnata var. integrifoliola
悬铃木群落
Platanus 伊 hispanica
Comm.
悬铃木 夹竹桃
蛇莓 Duchesnea indica,
苦荬菜 Sonchus uliginosus,
繁缕 Stellaria media,
狗牙根 Cynodon dactylon
常绿落叶阔叶混交林
Evergreen and deciduous
broad鄄leaved mixed forest
全缘叶栾树+香樟群落
Koelreuteria bipinnata var.
integrifoliola +Cinnamomum
camphora Comm.
全缘叶栾树,香樟
Cinnamomum camphora 狭叶十大功劳
麦冬,朴树 Celtis tetrandra
ssp. sinensis幼苗,桑树
Morus alba幼苗,乌敛莓
杂交杨+香樟群落
Populus spp. +
Cinnamomum camphora
Comm.
杂交杨,香樟 狭叶十大功劳,香樟幼苗
1914摇 13 期 摇 摇 摇 张凯旋摇 等:上海环城林带保健功能评价及其机制 摇
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2. 2摇 群落结构特征调查
对所选取的样地进行群落学调查,包括胸径( cm)、高度(m)、枝下高(m)、冠幅(m2 )、林分密度(株 /
hm2),同时测定群落的郁闭度、疏透度和叶面积指数(表 2)。 叶面积指数是植物群落生长和植物生态过程的
重要参数[20],郁闭度可以反映树冠的闭锁程度和树木利用生活空间的程度,疏透度可以反映林分内空隙的分
布状况,郁闭度和疏透度是群落结构的重要表征[21鄄22]。 郁闭度和叶面积指数利用 WinScanopy 冠层结构分析
仪实现,疏透度采用“数字图像处理法冶得到[23]。
2. 3摇 保健功能测定
在生长旺盛期(2009 年 8 月)和落叶期(2010 年 1 月)分别测定各植物群落的空气温湿度、空气负离子浓
度、噪声值、空气细菌含量和大气污染物含量。 由于风向、风速等会对保健功能产生影响,因此测定均选择在
晴朗、无风或者静风的天气进行。
2. 3. 1摇 空气温湿度和空气负离子测定
分别于测定日的 8:00—9:00,12:00—13:00 和 16:00—17:00 3 个时间段进行群落空气负离子和空气温
湿度测定,并在林外旷地选择对照点,使用 ITC鄄 201A 空气负离子浓度仪(日本 Andes 电气株式会社)同步测
定,该仪器能够每隔 1s测定并自动储存一组空气离子浓度和温湿度数据。 每次测定时间为 20min(负离子
10min,正离子 10min),测定高度为 1. 2—1. 5 m呼吸高度。
2. 3. 2摇 空气细菌采样和测定
空气中细菌的含量采用自然沉降法采集测定[18]。 细菌采样培养用营养琼脂培养基,将培养皿(直径
90mm)和配置好的培养基灭菌处理,培养基在无菌状态下倒入培养皿,密封好备用。 在群落内和林外旷地同
时在 1. 2—1. 5m呼吸高度处采样,培养基在空气中暴露时间为 15min,每个样地重复 3 次。 采样后,将培养皿
倒置放入 37益恒温箱中,培养 48h后对各培养皿中的菌落进行计数。
2. 3. 3摇 噪声值测定
分别于测定日的 8:00—9:00,12:00—13:00 和 16:00—17:00 3 个时间段进行噪声测定,在林外旷地和群
落内 30m处分别设置一个测点,同时选取裸地为空白对照。 使用两台 HS6288B 型噪声频谱分析仪分别在两
个测点同步测量噪声值,测量高度为 1. 2—1. 5m,测量前使用声校准器校正,测量时传声器加风罩。
2. 3. 4摇 大气污染物采样和测定
由于环城林带最直接的污染源是外环线道路上机动车的尾气,因此选择 CO、NOx、SO2 和 PM10 4 种机动
车尾气中的主要污染物进行测定。 CO、NOx、SO2 在测定日的 8:00—9:00,12:00—13:00 和 16:00—17:00
3 个时间段采样,PM10 从 8:00 到 20:00 连续采样,在群落内选 3 个测点做平行样,各种污染物均在群落内和
林外旷地同时采样。 使用 QC鄄2B 型大气采样器进行 NOx、SO2 的取样,使用球胆进行 CO 的取样,使用 TH鄄
150C芋型智能中流量总悬浮微粒无碳刷采样器进行 PM10 采样。 二氧化硫测定采用甲醛吸收鄄副玫瑰苯胺分
光光度法,氮氧化物测定采用 Saltzman法,一氧化碳测定采用非分散红外法,PM10 测定采用重量法。
2. 4摇 保健功能评价方法
各项指标采用提升率来表征群落的保健作用,即群落内各项保健功能相对于群落外对照的改善效果。
2. 4. 1摇 空气温湿度
植物群落空气温湿度的调节效应采用群落内外气温(或相对湿度)的变化率来表征,即群落内与林外旷
地气温(或相对湿度)的差值同林外旷地气温(或相对湿度)的比值。
2. 4. 2 摇 空气负离子
以空气质量评价指数作为空气负离子的评价指标[11],计算公式如下:
q= n
+
n-
(1)
CI= n
-
1000q
(2)
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式中,q表示单极系数;n+表示空气正离子浓度;n-表示空气负离子浓度,CI 表示空气质量评价指数。 CI 指标
把空气负离子作为评价指数,同时又考虑了正负离子的构成。
群落空气负离子的提升能力用 CI值的变化率来表征,即群落内与林外旷地 CI 的差值同林外旷地 CI 的
比值。
2. 4. 3摇 噪声值
群落降噪的降噪能力用降噪率来表征,即各群落的降噪量(相对衰减量)同旷地对照噪声值的比值。 群
落的降噪量为测定的群落噪声衰减量减去距离衰减(旷地对照产生的衰减量)所得到的差值。
2. 4. 4摇 空气细菌
通过计数得到每个培养皿上的菌落数,按公共场所每 m3 空气中微生物总数的公式进行计算,公式为:
E=500000N
A伊T
(3)
式中,E 为每立方米空气中细菌数(CFU / m3);N为培养后平皿上的菌落数;A 为所用平皿的面积( cm2);T 为
平皿暴露空气的时间(min)。
群落的抑菌能力用抑菌率来表征,计算公式为:
P=Es-Ec
Es
伊 100% (4)
式中,P为抑菌率,ES 为旷地对照的细菌数,EC 为样地中的细菌数。
2. 4. 5摇 大气污染物
大气污染物评价方法采用最高分指数与平均分指数兼顾的空气质量指数法对环城林带空气质量进行
评价[24]。
综合大气质量指数的计算公式如下:
Ii =
C i
Si
(5)
Iav =
1
n 移
n
i = 1
C i
Si
( i=1,2,…,n) (6)
Imax = max
C1
S1
,
C2
S2
,…,
Cn
Sn
é
ë
êê
ù
û
úú, (7)
I = Imax 伊 Iav (8)
式中,I i 为大气单项污染指数;C i为第 i种污染物的浓度;Si 为第 i 种污染物的质量标准值;Iav 为污染物单项
指数的均值;n为指标个数;Imax 为大气单项污染指数( I i )的最大值;I为综合大气质量指数。
群落的大气净化率用综合大气质量指数的变化率即综合净化率来表征,即旷地对照与群落内综合大气指
数的差值同旷地对照综合大气指数的比值。
数据采用 SPSS 17. 0 软件进行分析,采用重复测量设计的方差分析比较不同植物群落间空气温湿度、空
气负离子浓度、噪声值、空气细菌含量和大气污染物含量的差异显著性,并用 Duncan 检验比较各群落之间的
差异。 群落保健功能的提升率与群落结构的相关性分析采用 Pearson相关系数。
3摇 结果
3. 1摇 不同植物群落保健功能评价
3. 1. 1摇 空气温湿度调节效果
夏季,不同植物群落内的气温均显著低于旷地对照的气温,说明植物群落夏季具有明显的降温作用。 其
中高大荫浓的池杉群落体现了最好的降温功能,变化率达 11. 53% ,较稀疏的全缘叶栾树群落降温效果最差,
变化率为 7. 01% 。 冬季,不同群落内的气温均显著高于旷地对照的气温,说明植物群落冬季具有保温作用。
含有常绿树种的女贞群落、杂交杨+香樟群落和全缘叶栾树+香樟群落的保温效果要显著优于其他群落,变化
4914 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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率超过 8% (表 3)。
夏季,植物群落的相对湿度要显著高于旷地对照,在不同的植物群落体现一致的变化,说明植物群落夏季
有明显的增湿效果。 其中全缘叶栾树+香樟群落的增湿效果最好,变化率达 9. 56% (表 3)。 冬季,不同群落
内的相对湿度与林外相对湿度之间的差异并不显著(P>0. 05),说明植物群落在冬季对湿度并没有显著的调
节作用。 综上所述,环城林带植物群落具有夏季降温增湿和冬季保温的作用,而冬季对湿度的调节不显著。
3. 1. 2摇 空气负离子提升效果
在夏季和冬季所有植物群落的空气负离子浓度均显著高于林外旷地的对照。 夏季,池杉群落空气负离子
的提升能力最强,达到 138. 84% ,杂交杨+香樟群落和女贞群落的提升率均超过 100% ,全缘叶栾树群落和悬
铃木群落的提升率较低。 冬季,全缘叶栾树+香樟群落的提升率最高,达到 189. 47% ,其次是杂交杨+香樟群
落(176. 89% )和女贞群落(172. 31% ),全缘叶栾树群落和杂交杨+水杉群落的提升率较低(表 3)。
3. 1. 3摇 空气含菌量的抑制效果
在夏季和冬季,群落内空气中的含菌量均显著低于林外旷地对照的含菌量。 夏季,全缘叶栾树+香樟群
落的抑菌效果最好,抑菌率为 58. 52% ,其次为全缘叶栾树群落(57. 03% )和杂交杨+水杉群落(50. 89% ),而
池杉群落的抑菌效果最差(16. 94% )。 冬季,含有常绿树种的女贞群落、全缘叶栾树+香樟群落和杂交杨+香
樟群落的抑菌率均超过或接近 70% ,抑菌效果要优于其他完全由落叶树种组成的群落,而池杉仍然处于最低
的水平(12. 39% )(表 3)。
3. 1. 4摇 降噪效果
在夏季和冬季,不同植物群落的相对衰减量均显著高于由距离产生的衰减量,说明植物群落具有显著的
降噪功能。 夏季,乔灌草结构的杂交杨+水杉群落的降噪效果最好,降噪率为 6. 34% ,而结构简单的全缘叶栾
树群落降噪效果最差,降噪率为 4. 06% 。 冬季,常绿阔叶林女贞群落的降噪效果最好,降噪率为 5. 03% ,全缘
叶栾树群落衰减量仍然处于最低的水平,降噪率为 2. 71% (表 3)。 整体上,夏季植物群落的降噪效果要优于
冬季,其中常绿阔叶林女贞群落在两个季节相差最小,其他植物群落在生长旺盛期的降噪效果要优于落叶期。
表 3摇 不同植物群落保健功能提升率
Table 3摇 Health function promotion rate of different plant communities
季节
Season
植物群落
Plant communities
空气温度调节
效应变化率
Temperature
amelioration rate
空气湿度调节
效应变化率
Humidity
amelioration
rate
负离子提升率
Negative鄄ion
promotion
rate
抑菌率
Bacteria
inhibition
rate
降噪率
Noise
reduction
rate
大气净化率
Air pollution
reduction rate
夏季 池杉群落 11. 53 9. 02 138. 84 16. 94 5. 92 43. 72
Summer 杂交杨+水杉群落 9. 81 7. 97 81. 62 50. 89 6. 34 22. 14
女贞群落 9. 49 6. 04 111. 36 42. 99 5. 43 14. 75
全缘叶栾树群落 7. 01 6. 02 56. 29 57. 03 4. 06 11. 10
悬铃木群落 8. 06 5. 72 65. 65 45. 09 4. 89 25. 01
全缘叶栾树+香樟群落 10. 73 9. 56 107. 96 58. 52 5. 23 18. 28
杂交杨+香樟群落 8. 82 6. 08 117. 75 34. 25 5. 40 15. 96
冬季 池杉群落 5. 58 130. 43 12. 39 3. 93 7. 24
Winter 杂交杨+水杉群落 4. 56 70. 08 22. 54 3. 51 8. 62
女贞群落 8. 81 172. 31 76. 50 5. 03 25. 33
全缘叶栾树群落 3. 36 63. 03 50. 16 2. 71 7. 39
悬铃木群落 5. 98 115. 56 29. 84 3. 38 9. 64
全缘叶栾树+香樟群落 8. 79 189. 47 73. 14 4. 44 11. 71
杂交杨+香樟群落 9. 30 176. 89 69. 52 4. 68 14. 40
3. 1. 5摇 大气污染净化效果
植物群落对机动车排放的大气污染物具有一定的净化作用。 夏季,池杉群落的净化能力最强,综合净化
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率达 43. 72% ,其次为悬铃木群落和杂交杨+水杉群落,综合净化率均超过了 20% ,而其他群落的综合净化率
在 10%—20% 。 冬季,女贞群落表现出最好的净化能力,综合净化率超过了 25% ,其次为全缘叶栾树+香樟群
落和杂交杨+香樟群落,综合净化率在 10%—15%之间,其他群落的综合净化率均低于 10% (表 3)。
对植物群落在调节温湿度、产生负离子、抑菌、降噪和净化大气等保健功能进行综合分析可知:夏季,落叶
针叶林池杉群落除抑菌功能以外,在其他保健功能上均具有较好的效果,而落叶阔叶林全缘叶栾树群落和悬
铃木群落效果较差,其他类型的群落居中;冬季,常绿阔叶林女贞群落在各种保健功能方面均具有较好的效
果,其次为常绿落叶阔叶混交林的全缘叶栾树+香樟群落和杂交杨+香樟群落,其他类型的群落效果较差。
3. 2摇 群落结构特征与保健功能的相关性
将植物群落结构特征与群落各种保健功能的提升率进行相关性分析可知,夏季,群落降温、增湿、提供空
气负离子、降噪 4 种保健功能受不同群落结构因子调控,最显著的结构因子是叶面积指数、郁闭度和林分密
度,其中叶面积指数与上述 4 种保健功能均呈显著正相关,而郁闭度和林分密度与部分功能呈正相关(表 4)。
冬季,各种保健功能均与群落结构因子相关,其中主要因子为叶面积指数、郁闭度和疏透度(表 5)。 说明在冬
季,群落的叶面积指数、郁闭度和疏透度是协同影响群落保健功能的发挥。 整体上,叶面积指数、郁闭度越大,
疏透度越小时,群落保健功能就越好。
表 4摇 夏季植物群落结构特征与保健功能的相关性
Table 4摇 Correlation between health function and community structural characteristics in summer
降温
Temperature
amelioration
增湿
Humidity
amelioration
提升负离子
Negative鄄ion
promotion
抑菌
Bacteria inhibition
降噪
Noise reduction
净化大气
Air pollution
reduction
ADBH / / / / / /
AH / / / / / /
ABH / / / / / /
ACD / / / / / /
SD + + / / / /
CC + / + / + /
CP / / / / / /
LAI + + + / + /
摇 摇 +表示存在显著正相关性(P<0. 05),-表示存在显著负相关性(P<0. 05), /表示不存在显著相关性
表 5摇 冬季植物群落结构特征与保健功能的相关性
Table 5摇 Correlation between health function and community structural characteristics in winter
保温
Temperature
amelioration
提升负离子
Negative鄄ion
promotion
抑菌
Bacteria inhibition
降噪
Noise reduction
净化大气
Air pollution
reduction
ADBH / / / / /
AH / / / / /
ABH / / / / /
ACD / / / / /
SD / / / / /
CC + + / + +
CP - - / - -
LAI + + + + +
在群落结构特征因子中,叶面积指数和郁闭度在夏冬两季均与多种保健功能呈显著正相关,这两个因子
反映了植物叶片的生物量,在一定程度上是生理活动旺盛的标志,是植物光合作用、蒸腾作用、水分利用以及
构成生产力基础等方面的重要参数[20]。 因此,叶面积指数和郁闭度是指示群落保健功能优劣的重要结构
因子。
4摇 讨论和结论
森林生态系统结构与功能的关系是紧密联系、相辅相成的,结构是功能的基础,功能是结构合理程度的体
6914 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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现[25]。 在自然森林生态系统中,群落结构在一定程度上决定生产力和物质能量循环[26],最终影响群落保健
功能的发挥。 本研究表明,在城市森林生态系统中,群落的保健功能可以通过群落结构特征来反映,群落的叶
面积指数和郁闭度是指示群落保健功能优劣的重要结构因子,而这两个因子表征了群落冠层的叶量及其空间
分布。 由此说明城市森林生态系统中群落功能仍然由其结构和生物量决定。
群落的降温增湿效果与郁闭度和叶面积指数呈显著正相关,张明丽等[27]也得到一致的结果。 这是由于
群落的林冠层起着缓和林内气温变化的作用,一方面林冠层阻挡了太阳辐射摄入林内,使到达群落内的太阳
辐射减少,从而使林内夏季的气温低于林外[10]。 同时植物通过蒸腾耗热,减低辐射平衡,因此叶面积指数的
高低很大程度上决定了林地的降温效果。
群落的结构影响其提高空气负离子浓度和改善空气质量的作用。 叶面积指数高的植物群落,其光合作用
能力强,促进群落产生高浓度的氧分子,从而导致微环境的空气负离子浓度的增加。 群落的郁闭度增大,群落
内相对湿度也会提高,湿度的增加使污染物吸附在水汽上,增加了空气的清洁程度,有利于空气负离子的累
积,从而使空气负离子浓度也相应增加[12]。
在林带宽度相同的条件下,不同结构、不同植物组成的绿地群落降噪效果差别大。 当植物以一定配置方
式形成人工群落时,由于内部非均质性使得其降噪效果差异较大,而群落结构特征因子反映了群落的非均质
性[15]。 叶面积指数和郁闭度高的植物群落,浓密的枝叶有助于提高树木的单位吸声量,具有更好的降噪效
果。 张庆费等[15]的研究表明,平均枝下高、平均高度、叶面积指数、平均冠幅和盖度 5 个群落结构特征因子是
影响群落降噪效果的主要因子。 而本研究中降噪功能与郁闭度和叶面积指数两个因子的相关性显著,而与其
他因子相关性并不显著,可能的原因是张庆费等所选择的是上海植物园中营造时间在 20a 以上的人工群落,
而本研究环城林带的建成时间较短,导致某些群落因子与降噪功能之间的关系显著性不同。
环城林带夏季净化大气功能并没有与结构因子呈显著相关。 殷杉等[13]的研究表明,绿地对空气颗粒物
的净化同群落的郁闭度成正相关,同疏透度成负相关关系,绿地群落净化作用最佳的植物郁闭度范围为
0郾 70—0. 85,疏透度范围为 0. 25—0. 33。 本研究中群落净化大气功能与结构因子并没有呈现显著相关,这与
本研究中群落郁闭度多低于 0. 70,疏透度多高于 0. 33 有关。 夏季群落叶面积指数和郁闭度均高于冬季,但
与群落结构因子之间的相关性低于冬季,这可能是与气象因素有关。 夏季由于群落的降温增湿作用,这种低
温高湿和相对静风的气象条件不利于空气颗粒物的扩散和输送,使其聚集增大,反而导致颗粒物浓度居高不
下。 冬季群落内比较干燥且空气流动性好,更有利于颗粒物的扩散,从而导致净化率与群落结构因子的相关
性更显著。
致谢:本研究调查、取样及处理过程得到华东师范大学王瑞、沈沉沉、商侃侃、宋坤等同学的帮助,特此致谢。
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8914 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 13 Jul. ,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
A review of ecological effects of remnant trees in degraded forest ecosystems after severe disturbances
MIAO Ning,LIU Shirong, SHI Zuomin,et al (3889)
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Mechanism and application of bioremediation to heavy metal polluted soil using arbuscular mycorrhizal fungi
LUO Qiaoyu, WANG Xiaojuan, LIN Shuangshuang, et al (3898)
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…………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Changes of allometric relationships among leaf traits in different ontogenetic stages of Acer mono from different types of
forests in Donglingshan of Beijing YAO Jing, LI Ying,WEI Liping,et al (3907)…………………………………………………
The combined effects of increasing CO2 concentrations and different temperatures on the growth and chlorophyll fluorescence in
Porphyra haitanensis (Bangiales, Rhodophyta) LIU Lu, DING Liuli, CHEN Weizhou, et al (3916)……………………………
Research on biomass expansion factor of chinese fir forest in Zhejiang Province based on LULUCF greenhouse gas Inventory
ZHU Tangjun,SHEN Chuchu,JI Biyong,et al (3925)
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Influence of soil gradual drought stress on Acorus calamus growth and photosynthetic fluorescence characteristics
WANG Wenlin, WAN Yinjing, LIU Bo, et al (3933)
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Isolation,identification,real鄄time PCR investigation of an endophytic phosphate鄄solubilizing bacteria from Caragana korshinskii
Kom. roots ZHANG Lizhen, FENG Lili,MENG Qiuxia,et al (3941)……………………………………………………………
Plant忆s and soil organism忆s diversity across a range of Eucalyptus grandis plantation ages
ZHANG Danju, ZHANG Jian, YANG Wanqin, et al (3947)
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………………………………………………………………………
Effects of diet and starvation on growth and survival of Scapharca broughtonii larvae
WANG Qingzhi, ZHANG Ming, FU Chengdong, et al (3963)
…………………………………………………
……………………………………………………………………
Multidrug鄄resistant bacteria in livestock feces QI Shiyue, REN Siwei, LI Xueling, et al (3970)………………………………………
Physiological regulation related to the decline of Alexandrium catenella MA Jinhua, MENG Xi, ZHANG Shu, et al (3978)…………
Numerical simulation of water quality based on environmental fluid dynamics code for grass鄄algae lake in Inner Mongolia
LI Xing, SHI Hongsen,ZHANG Shuli,et al (3987)
……………
…………………………………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Influence of enclosure on Glyeyrrhiza uralensis community and distribution pattern in arid and semi鄄arid areas
LI Xuebin, CHEN Lin, LI Guoqi, et al (3995)
………………………
……………………………………………………………………………………
The interannual variation of net primary productivity of three coniferous forests in Liupan Mountains of Ningxia and its responses
to climatic factors WANG Yunni, XIONG Wei, WANG Yanhui, et al (4002)……………………………………………………
Soil water use and balance characteristics in mature forest land profile of Caragana korshinskii in Semiarid Loess Area
MO Baoru, CAI Guojun, YANG Lei,LU Juan,et al (4011)
………………
………………………………………………………………………
Effect of simulated acid deposition on chemistry of surface runoff in monsoon evergreen broad鄄leaved forest in Dinghushan
QIU Qingyan, CHEN Xiaomei,LIANG Guohua,et al (4021)
…………
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A space optimization model of water resource conservation forest in Dongting Lake based on improved PSO
LI Jianjun, ZHANG Huiru, LIU Shuai, et al (4031)
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Allelopathic effects of aqueous extract of exotic plant Rhus typhina L. on soil micro鄄ecosystem
HOU Yuping, LIU Lin, WANG Xin, et al (4041)
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The impact of natural succession process on waterbird community in a abandoned fishpond at Chongming Dongtan, China
YANG Xiaoting, NIU Junying, LUO Zukui, et al (4050)
…………
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Mercury contents in fish and its biomagnification in the food web in Three Gorges Reservoir after 175m impoundment
YU Yang, WANG Yuchun, ZHOU Huaidong, et al (4059)
………………
………………………………………………………………………
Microsatellite analysis on genetic diversity of common carp,Cyprinus carpio,populations in Yuan River
YUE Xingjian, ZOU Yuanchao, WANG Yongming, et al (4068)
………………………………
…………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Research on spatio鄄temporal change of temperature in the Northwest Arid Area HUANG Rui,XU Ligang,LIU Junmin (4078)………
Simulation of soil respiration in forests at the catchment scale in the eastern part of northeast China
GUO Lijuan, GUO Qingxi (4090)
…………………………………
……………………………………………………………………………………………………
The early effects of nitrogen addition on CH4 uptake in an alpine meadow soil on the Eastern Qinghai鄄Tibetan Plateau
ZHANG Peilei, FANG Huajun, CHENG Shulan, et al (4101)
………………
……………………………………………………………………
Analysis of water ecological footprint in guangxi based on ecosystem services ZHANG Yi, ZHANG Heping (4111)…………………
The integrated recognition of the source area of the urban ecological security pattern in Shenzhen
WU Jiansheng,ZHANG Liqing,PENG Jianet al (4125)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Carbon sources and storage sinks in scenic tourist areas: a Mount Lushan case study
ZHOU Nianxing, HUANG Zhenfang, LIANG Yanyan (4134)
…………………………………………………
………………………………………………………………………
Impacts of climate change on dominant pasture growing season in Central Inner Mongolia
LI Xiazi,HAN Guodong,GUO Chunyan (4146)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Phenological Characteristics of Typical Herbaceous Plants(Lris lacteal) and Its Response to Climate Change in Minqin Desert
HAN Fugui,XU Xianying,WANG Lide,et al (4156)
………
………………………………………………………………………………
Biomass and distribution pattern of carbon storage in Eomecon chionantha Hance
TIAN Dalun,YAN Wende,LIANG Xiaocui, et al (4165)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Temporal dynamics and influencing factors of fine roots in five Chinese temperate forest ecosystems
LI Xiangfei, WANG Chuankuan, QUAN Xiankui (4172)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Effects of AMF on soil improvement and maize growth in mining area under drought stress
LI Shaopeng, BI Yinli, CHEN Peizhen, et al (4181)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Urban, Rural and Social Ecology
Health function evaluation and exploring its mechanisms in the Shanghai Green Belt, China
ZHANG Kaixuan, ZHANG Jianhua (4189)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Research Notes
Time lag effects of rainfall inside a Platycladus Orientalis plantation forest in the Beijing Mountain Area, China
SHI Yu,YU Xinxiao,ZHANG Jiayin (4199)
……………………
…………………………………………………………………………………………
Long鄄term effects of harvest residue management on soil total carbon and nitrogen concentrations of a replanted Chinese fir
plantation HU Zhenhong, HE Zongming, FAN Shaohui, et al (4205)……………………………………………………………
4124 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
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争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索生态学奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,
促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
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生摇 态摇 学摇 报
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(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 13 期摇 (2013 年 7 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA

(Semimonthly,Started in 1981)

Vol郾 33摇 No郾 13 (July, 2013)
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