城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被的生態(tài)功能研究

黃巍，楊濤，石長春

（1.陜西省榆林林業(yè)學校，陜西 榆林 719000；2.陜西省治沙研究所，陜西 榆林 719000）

20世紀中后期，隨著西方發(fā)達國家工業(yè)化與城市化進程的加快，大城市周邊地區(qū)紛紛涌現(xiàn)出一種介于城市與鄉(xiāng)村之間、職能和景觀方面與傳統(tǒng)的城市和鄉(xiāng)村有著明顯不同的新型地域或景觀類型［1］，這個地帶屬于城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶。該地帶的地域或景觀使得城市和鄉(xiāng)村的界限不再清晰，在城市和鄉(xiāng)村接合處，出現(xiàn)了大量的農(nóng)田、城市防護林帶與工廠相間分布的獨特景象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，也形成了明顯的植被過渡帶，城市熱島效應(yīng)在這個區(qū)域發(fā)生著特殊變化，因而其植被生態(tài)功能的研究引起了國內(nèi)外學者濃厚興趣和密切關(guān)注［2－5］。

城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶的植被是城市生態(tài)系統(tǒng)中另一個重要的主體，是保護城市富有生命的基礎(chǔ)設(shè)施，為城市居民以及郊區(qū)村民、工礦企業(yè)從業(yè)人員提供了調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境等生態(tài)服務(wù)功能，更重要的是同樣固定CO2、釋放O2、凈化空氣、涵養(yǎng)水源、保持水土、減少噪音，能有效地改善因城市發(fā)展所引起的環(huán)境質(zhì)量下降等方面起著不可替代的作用［6，7］。該地帶的存在有助于維持城市生態(tài)系統(tǒng)的健康和平衡，對城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被的生態(tài)服務(wù)功能的構(gòu)成、評估、利用和保護等研究［8，9］，既是學術(shù)理論發(fā)展的需要，更是實踐中城市發(fā)展和環(huán)境保護的需要。

1 城鄉(xiāng)結(jié)合部的成因

城鄉(xiāng)結(jié)合部的成因主要體現(xiàn)在以下幾個方面：在空間組成上，既有城市化水平較高的中心地域，也有城市化水平較低的邊緣地域；區(qū)位上，一般介于城市與鄉(xiāng)村之間；結(jié)構(gòu)上，社會、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)與景觀格局三者處于動態(tài)變化；土地利用上，城市建設(shè)用地和鄉(xiāng)村農(nóng)耕用地相互交錯混雜；形成機制上，突出了大都市的輻射與擴散對于半城市化區(qū)域形成的作用。劉盛和等人［10］認為，我國城鄉(xiāng)過渡帶的形成主要受外國資本的流入、大都市區(qū)的輻射和擴散以及鄉(xiāng)村工業(yè)化的作用等3個因素的作用。城鄉(xiāng)結(jié)合部是城市化進程中處于特定地域的特殊階段，主要表現(xiàn)為城市和農(nóng)村的連接性和過度特征［11，12］。

2 城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被生態(tài)空間格局的動態(tài)變化

城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶是一個動態(tài)的、過渡性的特定區(qū)域，受系統(tǒng)中人流、物流、信息流、能流等交換的影響，其生態(tài)空間格局也處于不斷的調(diào)整和變化之中，而針對城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶植被生態(tài)空間格局的研究正是源于對該特定區(qū)域的探討。

國內(nèi)外學者沿襲美國生態(tài)學家奧德姆［13］對區(qū)域生態(tài)環(huán)境空間格局的研究方法和思路，相繼展開了針對半城市化地區(qū)的研究，并獲得了關(guān)于城鄉(xiāng)過渡帶的生態(tài)安全、資源與環(huán)境方面的研究成果。對于城鄉(xiāng)結(jié)合部生態(tài)環(huán)境空間格局的動態(tài)變化研究，學者們［3，7－12］主要借鑒景觀生態(tài)學中對于景觀動態(tài)變化研究的方法，以影像數(shù)據(jù)和“3S”技術(shù)為支撐，綜合運用各種景觀指數(shù)和空間統(tǒng)計學方法，重點從時空兩個尺度分析了城鄉(xiāng)結(jié)合部特殊的景觀轉(zhuǎn)變。

3 城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶生態(tài)安全及對生態(tài)環(huán)境作用機制

人類社會活動是影響區(qū)域生態(tài)安全的關(guān)鍵因素。人類活動增加以及該地帶的植被資源破壞導致區(qū)域生態(tài)安全壓力增大。在城鄉(xiāng)過渡帶遠外圍，由于人類活動相對較少，對自然界的干擾較小，植被資源相對豐富，生態(tài)安全狀況較好。人類活動可以改善當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，如陜西省米脂縣高西溝村，通過幾十年的努力，土壤流失減少，生態(tài)環(huán)境得到改善；同時，人類的某些活動也可以對區(qū)域生態(tài)安全造成嚴重威脅，如陜西神木縣因煤炭超負荷開采導致地面塌陷，水資源破壞。人類活動對生態(tài)空間格局變化的影響，特別是生態(tài)空間格局變化引起植被生態(tài)功能的變化對人類活動及其反饋機理，是當前地理學、生態(tài)學及環(huán)境科學等相關(guān)學科共同關(guān)注的熱點問題。其中，半城市化地區(qū)作為人類活動的活躍地帶，對生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生巨大的影響和干擾。該地帶的人口增長與遷移、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和土地利用轉(zhuǎn)變對于城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶生態(tài)功能的影響極其重要。城市規(guī)模的擴大過程所產(chǎn)生的生態(tài)功能變化的問題，主要包括光、熱、氣、水、土等幾個方面。如何解決這些問題，最快捷有效的方法就是把森林引進城市，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的良性循環(huán)，從而達到有效的生態(tài)功能調(diào)控及固碳釋氧、調(diào)節(jié)氣候、殺菌滯塵、涵養(yǎng)水源等功效。

4 城郊結(jié)合部地相關(guān)特性研究

4.1 城郊結(jié)合部地帶森林結(jié)構(gòu)特征研究

城郊結(jié)合部城市森林結(jié)構(gòu)特征和地區(qū)原生植被一樣，因地域的差別，分布范圍的大小，有著不同的表現(xiàn)形式和結(jié)構(gòu)特征。錢能志在進行遵義市城區(qū)城市森林結(jié)構(gòu)與生態(tài)功能的研究中，對該城市的城鄉(xiāng)結(jié)合部進行了對比性研究，表現(xiàn)為城市城鄉(xiāng)結(jié)合部植被較之城市森林結(jié)構(gòu)與生態(tài)功能有著明顯的原生優(yōu)越性，植物物種多樣性明顯高，在非人為干擾下表現(xiàn)為穩(wěn)定［14］。例如遵義市行道樹總的生物多樣性指數(shù)為0.924，表明遵義市城區(qū)干道樹種結(jié)構(gòu)相對簡單。而城鄉(xiāng)結(jié)合部道路網(wǎng)及四旁行道樹生物多樣性指數(shù)為1.241。李娟等人對南寧市城市森林結(jié)構(gòu)與特征研究也得出了類似的結(jié)論［15］。

4.2 城郊結(jié)合部地帶植被格局研究

大尺度下，該地帶的森林水平結(jié)構(gòu)也有很多學者進行了深入的研究。國內(nèi)的多數(shù)研究是從景觀生態(tài)學的角度展開。城鄉(xiāng)結(jié)合地帶的農(nóng)村居民地斑塊密度遠大于其他類型的斑塊密度，形成了農(nóng)村居民地、林地、旱地交織的城鄉(xiāng)交錯帶景觀。

城郊結(jié)合部城市森林的多樣性分布具有較好的空間結(jié)構(gòu)性，屬于中等強度空間相關(guān)特征［16］。荊玉平等人對長春凈月開發(fā)區(qū)進行了格局特征的研究，各向異性分析表明研究區(qū)內(nèi)的多樣性空間分布是各向同性的。運用地統(tǒng)計學的Kriging插值發(fā)現(xiàn)，多樣性空間分布的高值區(qū)主要分布于凈月開發(fā)區(qū)西北部，分析認為其主要原因是受城市總體規(guī)劃和地形因素的影響；同時發(fā)現(xiàn)主要公路兩側(cè)受到人為因素的干擾較大，使得土地利用的程度加劇，自然景觀受到較大的破壞。

4.3 城郊結(jié)合部地帶植被景觀演變和破碎化研究

城郊結(jié)合部的土地利用結(jié)構(gòu)、布局、功能等很多地帶特征方面具有獨特性、特殊的矛盾性，特殊的地理位置使得城郊結(jié)合部社會、經(jīng)濟等因素變得異常復雜，成為土地利用與管理的薄弱部位［17］。立足城郊結(jié)合部，高峻和宋永昌以福州市倉山區(qū)為實例，綜合運用定性、定量與GIS相結(jié)合的方法對城郊結(jié)合部的區(qū)域界定、土地利用地域空間結(jié)構(gòu)的劃分與土地利用特征、土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化與管理、城鎮(zhèn)建設(shè)用地管理、土地流轉(zhuǎn)與土地市場管理以及土地利用生態(tài)環(huán)境保護與可持續(xù)利用等10個方面進行了探討，預(yù)測城鄉(xiāng)結(jié)合部未來土地利用的動向。王永軍，李團勝，劉康等人研究了榆林地區(qū)位于農(nóng)牧交錯帶和城鄉(xiāng)交錯帶，這里生態(tài)系統(tǒng)脆弱。研究獲得了這類地帶的基本景觀特征［18］（如表1）。

表1 榆林地區(qū)景觀格局總體特征 ×104hm2，km

4.4 城郊結(jié)合部地帶植被土壤結(jié)構(gòu)的研究

城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被的土壤特性的空間變異或其他農(nóng)田特征變異定量化研究已經(jīng)逐漸成為了當前該研究領(lǐng)域的熱點。20世紀70年代以來，逐漸有很多研究從事了這個地帶上的土壤物理性質(zhì)、土壤鹽分的空間變異問題。隨著研究的深入，對土壤養(yǎng)分空間變異的地統(tǒng)計學研究也有了相關(guān)的進展，在較大尺度下，對土壤養(yǎng)分的時空變異進行對比的研究也有所增加；但是對于土地利用率高、結(jié)構(gòu)復雜、質(zhì)量下降的城鄉(xiāng)交錯帶土壤養(yǎng)分的研究不多。

例如，葉道碧在長沙市城鄉(xiāng)交錯帶幾種林分類型土壤特性的研究中［19］發(fā)現(xiàn)：（1）土壤理化性質(zhì)指標垂直分布規(guī)律明顯，各林分內(nèi)化學性質(zhì)指標基本上隨土層深度增加而減小，且土壤養(yǎng)分含量基本上呈現(xiàn)混交林地大于純林林地。同一林分內(nèi)不同土層土壤容重差異不明顯，且基本上隨土層深度增加而增大；毛管孔隙度、總孔隙度和自然含水率基本上隨著土層深度增加而降低；非毛管孔隙度的垂直分布規(guī)律不明顯。（2）土壤酶活性均隨土層深度增加而降低。土壤酶活性可以作為城鄉(xiāng)交錯帶林地土壤肥力評價指標來應(yīng)用。（3）土壤全量養(yǎng)分的變化，會顯著地影響速效養(yǎng)分的供應(yīng)。

5 城鎮(zhèn)化的發(fā)展對城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶生態(tài)功能的影響

5.1 對調(diào)節(jié)氣候的影響

由于城市熱島效應(yīng)的作用，城市和周邊地區(qū)相比，氣溫明顯偏高。城鄉(xiāng)結(jié)合部植被的非特異性在一定的程度上對城市的氣候起到調(diào)節(jié)作用。

5.2 對固碳釋氧的影響

城鄉(xiāng)結(jié)合部的植被通過光合作用吸收空氣中的CO2，制造并釋放出O2，被稱之為第二塊“城市之肺”，是城市附屬性的會呼吸的基礎(chǔ)設(shè)施。隨著城市的快速發(fā)展，城市外圍的植被已經(jīng)成為城市化進程中低碳化的重要因素。

5.3 對涵養(yǎng)水源的影響

城鄉(xiāng)結(jié)合部大量的植被特別是茂密的林冠可以截留降水，阻止雨水直接沖擊和侵蝕地表；植被可以減少地表徑流泥沙含量，而且對坡面徑流具有分散、阻滯和過濾等作用，防止水庫、湖泊淤積。龐大根系層對土壤有網(wǎng)結(jié)、固持作用，在合理布局情況下，還能吸收由林外進入林內(nèi)的坡面徑流并把泥沙沉積在林區(qū)。

6 城鄉(xiāng)結(jié)合部地帶性植被的社會服務(wù)功能

城市外圍植被的社會功能，多表現(xiàn)在美化城市環(huán)境、改變城市景觀布局、豐富科學知識、提高生活情趣和環(huán)境意識、促進文化教育發(fā)展和社會就業(yè)等功能。城市外圍植被的建設(shè)與發(fā)展有利于普及科學知識，提高文化素養(yǎng)，有助于推動生態(tài)環(huán)境教育，增強生態(tài)環(huán)境保護意識。而且城市外圍“四旁綠化”還有防災(zāi)減災(zāi)、改善水質(zhì)、保護生物多樣性等作用，以“四旁綠化”為主的城鄉(xiāng)綠色植物，是現(xiàn)代城市改善環(huán)境、保持生態(tài)平衡的生命線。

［1］鄭艷婷，劉盛和.試論半城市化現(xiàn)象及其特征－以廣東省東莞市為例［J］.地理研究，2003，22（6）：760－768

［2］顧朝林，熊江波.簡論城市邊緣區(qū)研究［J］.地理研究，1989，8（3）：95－111

［3］ADELL G.Theories and Models of the Peri－urban Interface：A changing Conceptual Landscape ［M］.London：Strategic Environmental Planning and Management for the Peri－urban Interface Research Project，1999

［6］Francisco J，John E，David J，etc.Analyzing the cost effectiveness of Santiago，Chile’s policy of using urban forests to improve air quality［J］.Journal of Environmental Management，2008，86：148－157

［7］Puneet D ，Chinmaya S ，Yogesh D.Ecological benefits of urban forestry：The case of Karla Forest Area（KFA），Bhopal India［J］.Applied Geography，2008（11）：1－7

［8］Katrina B，Anna R.Recreational benefits of urban forests：Explaining visitor’s willingness to pay in the context of the theory of planned behavior［J］.Journal of Environmental management，2008，89：155－166

［9］姚先銘，康文星.城市森林社會服務(wù)功能價值評價指標與方法探討［J］.世界林業(yè)研究，2007，20（4）：67－71

［10］劉盛和，陳田，蔡建明.中國半城市化現(xiàn)象及其研究重點［J］.地理學報，2004，59（增刊）：101－108

［11］朱翔.我國城市邊緣區(qū)可持續(xù)發(fā)展研究［J］.城市規(guī)劃匯刊，1998（6）：16－21

［12］陳佑啟.城鄉(xiāng)交錯帶名辯［J］.地理學與國土研究，1995，11（1）：47－52

［13］熊德國，鮮學福，姜永東.生態(tài)足跡理論在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評價中的應(yīng)用及改進［J］.地理科學進展，2003，22（6）：6182

［14］錢能志.遵義市城區(qū)城市森林結(jié)構(gòu)與生態(tài)功能研究［D］.南京：南京林業(yè)大學，2005

［15］李娟.南寧市城市森林結(jié)構(gòu)與特征研究［D］.廣西大學，2006

［16］徐建華.現(xiàn)代地理學中的數(shù)學方法［M］.北京：高等教育出版社，2002

［17］高峻，宋永昌.基于遙感和GIS的城鄉(xiāng)交錯帶景觀演變研究－以上海西南地區(qū)為例［J］.生態(tài)學報，2003，23（4）：805－813

［18］王永軍，李團勝，劉康，等.榆林地區(qū)景觀格局分析及其破碎化評價［J］.資源科學，2005（2）：161－166

［19］葉道碧.長沙市城鄉(xiāng)交錯帶幾種林分類型土壤特性研究［D］.長沙：中南林業(yè)科技大學，2009