杨雪岩，吴雪梅，王 冰，杨 京，张 禹，谢晓君，冯红莉，刘增文,3*

(1.西北农林科技大学 资源环境学院，陕西 杨陵 712100；2.西北农林科技大学 水土保持研究所，陕西 杨陵 712100；3.农业农村部西北植物营养与农业环境重点实验室，陕西 杨陵 712100；4.陕西省扶风县国有野河林场，陕西 扶风 722200)

生态系统的服务功能主要包括支持服务、产品服务、调节服务和文化服务4个方面，而城市园林绿化生态系统的服务功能主要体现在其景观服务(属于文化服务)和生态服务(属于调节服务)2个方面。其中，景观服务具有观赏、造景和绿篱等美化环境的作用，主要通过绿量、绿叶期长短、花量、花色和花期等实现；生态服务体现在其涵养水分、滞尘、造氧、固碳、降噪和降温等方面，主要通过根系固土、枯落物改良土壤、叶子吸持、光合作用和蒸腾作用等实现。目前已有许多专家对园林绿化树木功能进行了大量研究与报道，如张家洋等[1]对37种道路绿化树木的滞尘能力进行了比较和分类；龚诚[2]对北京市常见4种绿化树种的净化空气污染物的能力进行研究；徐艳辉[3]对园林树木的优化环境功能进行了调查研究；沈静静[4]对南宁市树木园公益林和商品林的制氧、固碳、滞尘等生态服务功能进行了综合评价，虽然做了大量工作，但多数研究仅考虑了树木单项或几项功能，并未将其景观服务功能与生态服务功能综合考虑。本研究以杨陵区常见绿化树种为对象，通过对树木景观服务功能与生态服务功能进行调查分析与综合评价，建立科学的综合评价体系，旨在为今后城市绿化树种筛选提供科学指导。

1 研究区概况

研究区位于地处陕西关中平原中部的杨凌农业高新技术产业示范区(107°59′-108°08′E，34°14′-34°20′N)；年均降水量635.1～663.9 mm，年均气温12.9 ℃，属暖温带季风半湿润气候区，地处关中平原腹地，区内绿化树种丰富，具有很强的代表性。位于区内的西北农林科技大学作为一所农业类高校，校园内道路绿化物种丰富，几乎涵盖北方城市常见的绿化树种，故选取校园内的15种落叶和9种常绿行道树，落叶树包括紫荆(Cercischinensis)、梧桐(Firmianasimplex)、樱树(Cerasusjamasakura)、苦楝(Meliaazedarach)、悬铃木(Platanusorientalis)、国槐(Sophorajaponica)、栾树(Koelreuteriapaniculata)、元宝枫(Acertruncatum)、三角枫(A.buergerianum)、青檀(Pteroceltistatarinowii)、银杏(Ginkgobiloba)、七叶树(Aesculuschinensis)、鹅掌楸(Liriodendronchinense)、朴树(Celtissinensis)和椿树(Ailanthusaltissima)；常绿树包括油松(Pinustabuliformis)、白皮松(Pinusbungeana)、雪松(Cedrusdeodara)、刺柏(Juniperusformosana)、圆柏(Sabinachinensis)、龙柏(Juniperuschinensis)、女贞(Ligustrumlucidum)、广玉兰(Magnoliagrandiflora)和桂花(Osmanthusfragrans)，共计24种绿化树种。

2 研究方法

2.1 绿化树种的景观服务功能调查

2.1.1 绿量密度 绿量是单位面积上绿色植物的总量，又称三维绿色生物量(three-dimensional green biomass)，其实质是植物的“叶量”，可以用叶面积和叶生物量来综合体现[5]，在众多反映树木生长的指标中，绿量密度[6](也叫单位冠体绿量，即单位树冠体积的叶生物量或叶面积)是基本不受树龄影响，可作为计算其他生态服务价值指标的基础，能够反映绿量的空间分布情况[7]。单株叶生物量采用标准枝法进行测算；具体通过选取每个树种的5个样本作为典型标准木，实测标准枝的叶干重和叶面积，以标准枝叶生物量或叶面积×标准枝数量来计算全树的单株叶生物量；最后根据测算的不同树种的绿量密度，将绿化树种以阔叶乔木、针叶乔木划分为稠密型、疏透型和稀疏型3类，并确定每类的分类等级标准。

叶生物量密度(W/CV)=单株叶生物量(W)/冠体体积(CV)。

树冠体积应依据不同树种冠形计算：圆锥形=πx2y/12，球形和卵形=πx2y/6，式中x为冠幅，y为冠高。

2.1.2 绿叶期 绿叶天数的长短是评价落叶绿化树种美观度的一个重要指标，更长的绿叶期能给城市带来更好的景观效果。通过落叶乔木的绿叶期实地调查、记录，对每种树木实际调查开始展叶、展叶结束、开始落叶和落叶结束的具体日期，从而获得绿叶期天数，即自展叶中期到落叶中期的时间(天数)。

2.1.3 美观度 通过问卷调查，对西北农林科技大学校园内的园林专业专家教授或技术人员,开展关于不同树种叶形、花形、树形、美观度的问卷打分调查；同时，针对不同树种的飞絮污染、病虫害滴落污染、浆果滴落污染问题和缺陷，进行问卷调查并结合资料对不同树种的缺陷进行打分，最终结合树木美观度及其存在缺陷，对其进行综合评分，以此来衡量各个树种的综合美观度。即专家打分法调查，具体设计调查问卷30份，将美观度按照5分法(即分为1～5级，1级最差，5级最美)；缺陷扣分：0为无缺陷，-1为有轻微污染，-2为中度污染，-3为严重污染。

2.2 绿化树种的生态服务功能调查

2.2.1 固碳造氧能力 汽车尾气与地面扬尘会对空气造成污染，绿化树种可以通过自身的吸收与降解对环境起到净化作用[8]，另外光合作用释放氧气、固定大气中的碳素，从而起到造氧和碳汇的作用，减少大气中的温室气体含量。为此查阅相关文献，选取测量环境与本地环境大致相同的测量结果作为参考指标，再对多个测定结果综合分析后对各个树种的固碳能力进行综合等级评价，从而客观反映出各个树种的固碳造氧能力。

2.2.2 滞尘潜力 城市绿化中的行道树一般有茂密的枝叶，可以阻滞和吸附空气中的粉尘，起到净化空气和减少雾霾的作用。为此，对常见绿化树种野外采集，每种5个原状带叶标准小枝样本，模拟野外实际状态将其悬挂在自制树木滞尘潜力测定装置的悬挂处(图1)，并从马路上收集足够多尘土并过0.25 mm筛备用，然后在装置底部铺放500 g的粉尘，以250 W鼓风机定速(2 800 r·min-1)定时(30 min)连续送风(风量6.5 m3·h-1)，用电子天平称重标准小枝在试验前后的质量差，以此进一步推算单位冠体的最大滞尘潜力(g·m-3)。

图1 自制树叶滞尘测定装置

2.2.3 根区土壤涵养水分能力 绿化树木的根系、枯落物都可以改善土壤的结构和性质，增加降雨入渗和土壤持水能力，从而起到涵养水分的作用。田间持水量是表征田间土壤保持水分能力的指标，选取样品行道树对道路土壤涵养水分的能力分析，对根区和非根区土壤按照不同的土层(0～10 cm和10～20 cm)，采用环刀法按照文献[9]的操作步骤测定，对根区土壤和非根区土壤测定结果进行对比，计算根区土壤较非根区土壤0～20 cm土层田间持水量的提高率，作为评价不同树种涵养水分能力的依据。

2.2.4 降噪潜力 树木茂密的枝叶针对城市噪音具有一定的降低作用[10]，降噪能力大小与冠体的大小、形态、叶质、叶量及其空间配置等多种因素密切相关[11]。为便于比较，这里只进行不同树种单位冠体体积拥有的叶量(叶生物量)在相同噪声环境下的降噪潜力测定。采集单位冠体体积拥有的所有叶子，将其平铺在自制树木降噪潜力测定装置的纱窗上 (图2)，在装置底部中心位置播放相同分贝等级的声音，在叶子上方固定位置用噪音监测设备测定噪音值，以叶子上下所测噪音分贝值之差计算单位冠体叶量降噪潜力(dB·m-3)。

图2 自制树叶降噪潜力测定装置

2.2.5 降温增湿能力 城市绿化树木通过蒸腾降温也是对城市热岛效应做出的生态服务功能[7]，降温增湿可以通过树木蒸腾作用吸热来衡量，行道树的蒸腾与降温增湿能力成正比关系[12]。树叶蒸腾潜力测定采用标准枝离体快速称重法[13]，即采集树木标准枝，插入盛水容器中培养，让其充分吸水，用吸水纸擦拭干树枝上的明水，用1/1 000电子天平准确称重，然后悬挂在固定温度(40 ℃)的空气干燥的装置里，一定时间(3 min)后再次准确称重，2次称重差除以标准枝、叶子总重量即为蒸腾潜力，蒸腾潜力乘以绿量密度即为单位冠体的蒸腾潜力；再将蒸腾潜力换算成吸热潜力即得降温潜力。

2.3 数据处理

运用SPSS 23统计软件，对各个树种在生态服务和景观服务方面的差异通过主成分分析法(principal component analysis)进行分析，根据特征值大于1的原则提取得到主成分；根据各主成分的得分和对应的权重，计算得分并排序，主成分综合得分越高代表树木的综合效益越好，将所选树种分为首选树种(优先等级)，次选树种(中等等级)，备选树种(次等等级)3个等级，从而为指导城市绿化树种选择和配置提供一定的科学依据。

3 结果与分析

3.1 绿化树种的景观服务功能

3.1.1 绿量密度和绿叶期天数 根据调查结果(表1)，在落叶阔叶树种中，樱树和银杏的叶生物量密度在90.0 g·m-3以上，属于稠密型；苦楝、悬铃木、栾树、七叶树、紫荆和鹅掌楸的叶生物量密度属于疏透型(53.0～82.0 g·m-3)，朴树、椿树、三角枫、国槐、元宝枫、梧桐和青檀的叶生物量密度较小(50.0～30.0 g·m-3)，属于稀疏型树种。在常绿树种中，刺柏、雪松和广玉兰的叶生物量密度在200.0～250.0 g·m-3，属于稠密型树种；其次是圆柏、龙柏、油松和白皮松的叶生物量密度属于疏透型(100.0～200.0 g·m-3)，而桂花和女贞的叶生物量密度(<100.0 g·m-3)属于稀疏型。

根据实地调查以及牛弯弯[14]的研究，通过计算分析，朴树、悬铃木和国槐的绿叶期较长，达到了220 d以上，椿树、梧桐、苦楝的绿叶期小于200 d，绿叶时间较短；常绿树种的绿叶天数为全年365 d。

3.1.2 树木美观度 通过对树木的美观以及缺陷进行打分对比(表1)，包括树木的叶形、花形、树形的美观方向对比，以及飞絮的污染、浆果滴落对路面的污染、病虫害分泌物污染对树木缺陷的扣分，通过对比，在落叶阔叶树中，樱树和紫荆的总体评分在10.0分以上，属于优良品种，银杏、椿树和悬铃木的美观度较高但是树木本身具有很大的污染缺陷，导致总得分在6.0分以下，属于备选树种。在常绿树种中，广玉兰和桂花的总体评分超过10.0分，属于优良品种，其次是女贞、白皮松、龙柏和雪松的评分在5.0～8.0分，属于次选树种类型，圆柏、油松和刺柏的总体评分在5.0分以下，属于备选树种。

表1 常见城市绿化树种景观服务调查

3.2 绿化树种的生态服务功能

3.2.1 树叶固碳释氧能力 参考郑鹏等[15]对武汉市不同树种的研究，根据叶生物量密度计算单位冠体日固碳量(表2)可得，在落叶阔叶树中，梧桐、悬铃木和栾树的单位冠体日固碳量达到了600.0 g·m-3以上，属于固碳能力较强的品种，其次是七叶树、银杏、苦楝、鹅掌楸、椿树、朴树和青檀，单位冠体日固碳量在200.0～600.0 g·m-3，固碳能力一般，而紫荆、元宝枫、三角枫、国槐和樱树的单位冠体日固碳能力较弱 (<200.0 g·m-3)；在常绿树种中，广玉兰的单位冠体日固碳量达到了1 000.0 g·m-3以上，属于固碳能力较强的品种，其次是雪松、刺柏、桂花和白皮松单位冠体日固碳量为100.0～500.0 g·m-3，固碳能力一般，而油松、圆柏、龙柏和女贞的单位冠体日固碳能力较弱 (<100.0 g·m-3)。

3.2.2 树叶滞尘潜力 各树种单位冠体样品滞尘前后的滞尘量见表2，结合绿量数据得到各个树种的单位冠体滞尘量，在落叶阔叶树中，悬铃木、樱树、梧桐和鹅掌楸的单位冠体滞尘能力较强(10.0～35.0 g·m-3)，其次是七叶树、栾树、三角枫和紫荆的单位冠体滞尘能力一般(4.6～10.0 g·m-3)，而苦楝、朴树、银杏、元宝枫、国槐、椿树和青檀的单位冠体滞尘量在4.5 g·m-3以下，单位冠体滞尘量较低。在常绿树种中，广玉兰的单位冠体滞尘量最大(39.01 g·m-3)，其次是刺柏、雪松、圆柏、油松和龙柏的单位冠体滞尘能力一般(4.6～13.02 g·m-3)，女贞、白皮松和桂花的单位冠体滞尘量在4.5 g·m-3以下，单位冠体滞尘量较低。

3.2.3 树木根区土壤涵养水分能力 通过环刀法分别得知根区与非根区的土壤持水量大小，通过数据分析可得(表2)，较非根区持水量，苦楝、银杏、朴树、栾树和樱树的根区持水量提高率较大(10.0%～18.5%)，七叶树、鹅掌楸、悬铃木、紫荆和国槐的根区持水量提高率次之(7.9%～9.1%)，而青檀、三角枫、椿树、梧桐、元宝枫的根区持水量提高率较小(4.0%～7.5%)。在常绿树种中，较非根区持水量，圆柏、广玉兰、白皮松、桂花和龙柏的根区持水量提高率较大(10.0%～16.0%)，刺柏、油松、女贞和雪松的根区持水量提高率次之(7.0%～10.0%)。

表2 绿化树种生态服务能力调查

3.2.4 树叶降噪能力 树叶降噪能力见表2，在落叶阔叶树中，鹅掌楸、悬铃木的单位冠体绿量降噪能力较强(>7.0 dB·m-3)，栾树、三角枫、元宝枫、青檀的单位冠体绿量降噪能力较弱(<3.0 dB·m-3)；在常绿树种中，广玉兰、刺柏、龙柏和雪松的单位冠体绿量降噪能力较强(> 10.0 dB·m-3)，圆柏、白皮松、油松和桂花的单位冠体绿量降噪能力一般(7.0～10.0 dB·m-3)，女贞在常绿树种中的单位冠体绿量降噪能力最弱(2.5 dB·m-3)。

3.2.5 降温增湿能力 由表2分析各个树种的单位冠体绿量降温增湿能力可知，落叶阔叶树中，悬铃木、紫荆、梧桐、七叶树、椿树和国槐的单位冠体绿量降温增湿能力较强(1.5～2.5 g·m-3)，银杏、鹅掌楸、樱树、青檀和栾树的单位冠体绿量降温增湿能力一般(0.5～1.5 g·m-3)，而苦楝、朴树、三角枫和元宝枫的单位冠体绿量降温增湿能力较弱(<0.5 g·m-3)。在常绿树中，广玉兰和圆柏的单位冠体绿量降温增湿能力较强(1.5～2.5 g·m-3)，油松、龙柏、桂花和白皮松的单位冠体绿量降温增湿能力一般(0.5～1.5 g·m-3)，而女贞、雪松和刺柏的单位冠体绿量降温增湿能力较弱(<0.5 g·m-3)。

3.3 树木景观和生态服务功能综合评价

用SPSS 23.0分别对绿化树种的景观服务功能和生态服务功能进行综合主成分分析，得到矩阵的初始特征值和累计贡献率，由因子载荷矩阵可以得出特征向量矩阵，再根据特征向量矩阵计算各主成分的得分[16]，得出2个特征值大于1的主成分，根据综合主成分表达式F=0.6F1+0.4F2，得到全部树种的综合得分(表3)。

表3 绿化树种景观和生态服务主成分综合得分

4 结论与讨论

本研究选择适合实际情况的最优树种，在改善环境、改进生活质量、构建城市布局等方面均具有突出贡献，以最大限度地发挥城市绿化的综合效益[17]。在选择树种方面，除了要因地制宜合理规划之外，还需考虑树种本身的因素，比如树形端正美观、冠幅大、分枝点高、遮荫降噪效果好，以及抗病强、无毒无臭、固碳释氧和降温能力强的树种更适合选择[18]。

行道树的景观服务功能包括绿量的大小、绿叶期和美观性；各个树种绿量是由于树冠形态的差异，导致各树种之间的绿量有较大差别；其中常绿树的松树与柏树叶形为针形，排列紧密，冠层较厚，所以绿量密度大于其他阔叶树种，这与冯代丽[19]的研究结果一致；绿叶期主要对比落叶阔叶树种的绿叶持续时间，但在落叶以后会有一部分干枯的树叶粘连在树枝上，已经失去了观赏性和生态服务的功能；树种的美观度在部分树种存在缺陷，例如银杏树的种子在秋季成熟时伴有臭味且白果具有低毒性质[20]，外种皮还会掉落污染行人衣物以及道路[21]，对道路的美观性造成破坏，造成评分较低；悬铃木在春季发芽期间，新芽萌发老果开裂，果毛随风飘扬形成飞絮，对一部分过敏人群造成生理上的不适；绿化树木还会受到尺蠖、蚜虫和天牛等害虫的侵害，以及感染叶斑病、马褂木炭疽病、槭果大漆斑病、角斑病等病害[22]，需定期对行道树进行防护。

行道树的生态服务功能选取指标包括：滞尘能力、涵养水分能力、固碳能力、降噪潜力和降温增湿能力。其中针叶树的松树和柏树的树叶形态结构与阔叶树有明显的区别，在滞尘能力上，针叶树的滞尘量总体小于阔叶树种；由于广玉兰、鹅掌楸、悬铃木、梧桐等树木的叶形较大，可以吸收更多的CO2从而释放更多的氧气，而针状树木由于叶形和自身条件的差异，固碳释氧能力并不强；广玉兰、悬铃木、梧桐等树木叶片较为宽大，并且叶片的表面具有绒毛结构[23]，叶脉纵横凹凸不平，在叶片表面形成沟状结构[24]，可以对空气中的颗粒物很好的吸附；关于根区土壤持水能力的提高，是由于根系分泌物和枯落物等原因，增加了根区土壤有机质含量，改善了土壤结构，从而增强了根区土壤的持水能力；绿化树木的树叶可以吸收和反射噪声声波[25]达到降噪的目的，是由于部分树叶具有绒毛结构，可以对噪声声波振动起到吸收作用，并且绿量较大、树叶较厚[26]，可以充分地吸收声波，其次树冠较低的树种可以对道路上声源位置较低的噪声起到阻隔作用[27]；植物的蒸腾效率随时间和季节变化[28]，本研究统一于5月10日至5月20日，每天上午进行采样试验，绿化树木主要通过2个方面达到降温增湿的作用：一是硕大的树冠可以遮挡太阳辐射，进而降低到达地面的热量[29]；二是绿化植物在蒸腾的时候，会将水蒸气散发到空气中附带走一部分热量，从而达到了树荫下温度较低的效果。

综合考虑树种的景观服务功能与生态服务功能，对树种进行综合评价与筛选，在落叶阔叶树中，悬铃木、七叶树、梧桐、银杏和栾树可以作为城市绿化的首选树种，鹅掌楸、紫荆、樱树、椿树和苦楝可以作为次选树种，国槐、朴树、青檀、三角枫和元宝枫可以作为备选树种。在常绿树种中，广玉兰、圆柏、刺柏可以作为城市绿化的首选树种，雪松、龙柏和油松可以作为次选树种，白皮松、桂花和女贞可以作为备选树种。