气候变暖对城市园林树木的影响

刘鸣　张德顺

日益明显的气候变暖已被人们很容易地觉察和感知，也正在显著地改变着城市园林树木的分布动态、生长发育和物候特征，通过合理选择园林树种，既能促进园林树木健康生长.也能为缓解气候变化做出贡献。

尽管对于当代气候变化各人有着不同的理解和认识，但全球性气候变暖的事实已得到认同。1980年代后，人类社会最关注的全球性重大问题莫过于气候的变化。世界各地的气候异常和变暖趋势使得气候变化已被明显感知：北极海冰持续消融，全球冰川体积和北半球的春季积雪范围逐步减小，全球海平面进一步上升。据政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）的评估，近百年来全球年平均气温已上升（0.6+0.2）C川。其中，东亚地区变暖幅度高于全球的平均水平，冬季变暖最明显。极端天气和气候事件频发，例如高温、寒潮、台风（飓风）、暴雨、霜冻等，不仅对人们的生产和生活带来严重危害，更严重的是，将可能引发不可逆的全球尺度的生态系统失衡，包括城市生态系统的深刻变化。

气候变化在生物和非生物的历史演化过程中一直扮演着重要的角色。气候是影响植物生长发育的重要决定因素，它构成影响植物时空分布、生境变迁、种群兴衰的外部环境条件。随着气温升高，全球84%的物种分布倾向于向南北两极方向扩展，这里既有气候原因也有非气候原因。排除16%的物种因非气候原因迁移外，仍有超过68%的物种受气候变暖影响而迁移。全球气候变化不但影响树木的存活和生长，还可能改变许多温带和北方树种的地理分布。尽管热带地区气温变化相对较小，但是热带地区陆地生物的新陈代谢率变化远高于两极地区的生物，所以，热带动植物群落的动态变化受到近期和未来气候变暖的影响也会更大。

城市园林树木对气候变化的适应

气候决定树木的生长发育和自然分布。城市树种是从自然种群中引种驯化而来的，不同树种的生长和分布各有其一定的气候地带特征，每一树种的生长发育都有其最低、最适、最高的温度和降水需求，气候变化直接影响着植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等生理活动。对于城市园林树种，不仅要求其能够存活，更重要的是需要它持续发挥某种服务功能，有些则需要其保持相对稳定的性状和群落结构，这些均与气候环境条件存在着密切的联系。例如，我国寒温带地区适合栽种东北红豆杉（Taxus cuspidata var.nana）、白桦（Betula platyphylla）、山杏（Armeniaca sibirica）和山荆子（Malus baccata）等;暖温带北部特别适合栽种苹果（M.pumila）、梨（Pyrus bretschneideri）、桃（Amygdalus persica）、枣（Ziziphus jujuba）、柿（Diospyros kaki）、山楂（Crataegus pinnatifida）、杏（Armeniaca vulgaris）、李（Prunus salicina）和樱桃（Cerasus pseudocerasus）等;南部地区则适合种植板栗（Castanea mollissima）和核桃（Juglans regia）;亚热带长江流域可以种植香樟（Cinnamomum camphora）、乌柏（Triadica sebifera）、茶（Camellia sinensis）、梅（Armeniaca mume）、枇杷（Eriobotrya japonica）、杨梅（Myrica rubra）、柑橘（Citrus reticulata）等，而漆树（Toxicodendron vernicifluum）等则分布在该地区海拔较高的山区。

近些年，城市园林树种应对气候变化的响应和适应的研究已成为全球性气候变化领域的焦点之一。过去50年间，北美植物耐寒区已表现出明显的北移，专家呼吁城市园林树种选择必须考虑正在变暖的气候变化。一项针对美国20个具显著城市热岛效应和高密度人口的城市约200种常见园林树种种植历史的研究发现，有6个城市的园林树种种类数正在下降，亚特兰大和华盛顿特区内的树种消失最为严重。另一项基于全球10大城市的树木年轮分析发现，1960年代以来，城市树木的生长速率总体比农村环境中的快，但是，加速生长也可能意味着更快地老化和寿命缩短。

气候变化是绝对的，但变化的趋势各不相同。以欧洲各地区园林树木的潜在影响为例：在北欧和西欧地区，至少在中短期内，大气中CO2含量的增加和温度的升高，对树木生长和木材生产具积极作用;在南欧和东欧地区，气候导致增加的干旱和干扰风险对树木造成了不利影响;在地中海地区，气候导致的干旱和火灾风险增加，使得树木生产力下降。

高度人工化的城市环境不同于自然环境，在气候变化的大背景下，城市园林树木将面临更严峻的挑战，因为更温暖的城区不仅对树种有潜在的影响，也可能增加树木病虫害爆发的风险。例如，欧洲城市增温2C，市区行道树红花槭（Acer rubrum）上的害虫数量比较凉爽区域的数量多数倍，且害虫个体更大、繁殖力更强。还有，高度硬质化区域的不透水表层会阻碍土壤水分的渗透和循环，导致园林树木生境更趋干旱，对不同树种产生不同程度的影响。树木年轮研究也证实，欧洲城市中的挪威槭（Acer platanoides）和欧亚槭（A.pseudoplatanus）的生命活力在逐渐下降。

在我国，受气候变暖影响，城市园林树种的适应性也发生了明显变化。据最近的气候数据统计，东部的气候带已出现整体性北移，暖温带北界东段最大北移幅度已超过1纬度，北亚热带北界东段平均北移1纬度以上，明显越过淮河一线，使得河南南阳地区在2000年后能大面积种植柑橘（Citrus reticulata）等亚热带果树。中亚热带北界中段从洞庭湖平原移至汉江平原地区南部，最大移动幅度达2纬度，最东端（宁绍平原）约北移0.5纬度。在台湾地区，气候变暖有利于栽种柑橘、桠柑（C.reticulata’Ponkan’）、文旦（C.maxima'Wentan'）等柑橘类植物，但不利于柳橙（C.sinensis'LiuCheng'）、檸檬（C.limon）和葡萄柚（C.paradisi）的生长。东部气候区划界线整体性北移，一定程度上反映了气候变暖对园林树种适应范围变化的影响。

城市园林树木对气候变化的物候响应

树木在进化过程中，因长期适应气候的周期性变化，会形成与之相适应的形态和生理功能等有规律变化的习性，即树木的生命活动能随气候变化而变化。人们可通过树木生命活动的变化来认识气候的变化，这种变化称为树木物候，它主要是通过观察和记载一年中树木萌芽、展叶、开花、结实和落叶休眠等现象，来了解树木生长发育过程中的节律及其与环境的关系，特别是与气候的关系。植物物候的变化被公认是最敏感、最易于观测的感应器。人们可以很容易地观察到植物花期的提前或推迟，以及生长期的延长或缩短。植物物候对气候的响应往往是通过植物的生理生态变化来完成的，其中温度对植物的生理生态起着重要的调节作用。

近30年来，全球气候变暖和城市热岛效应使城市区域的升温速度远超全球平均升温幅度，因此，城市园林植物的生长节律和发育周期受到的影响更大。例如，在日本京都，始于9世纪的世界历史上最完整的櫻花物候记录，就很好地显示出与全球变暖和城市化有关的局部气温上升对樱花物候的影响过程。1980年代以来，早春热岛效应明显地改变了京都市区櫻花的花期，其花期比附近公园和郊区的都早。日本晚樱（Cerasus lannesiana）、矮樱（C.jamasakura）和东京櫻花（C.yedoensis）等多个种类在过去25年中，花期平均提前了5.5天。大量研究表明，城市气温较周围乡村的气温高1～4C，几乎所有城市的春季物候期都早于乡村地区。

经过30多年快速城镇化的发展.我国城市热岛效应已非常明显。北方大部分城市平均温度的上升在很大程度上是由城市热岛效应引起的，这导致园林植物的春季物候明显提前，冬季落叶期推迟，延长了城市树木的生长季，且变化速率明显大于欧洲大陆。沈阳和北京城区的园林树木的萌芽、展叶和开花物候提前，秋季物候推迟。处于华中地区的武汉，1947-2000年间，那里的东京樱花的初花期每10年提前2.17天，末花期推迟了1.83天，花期延长了13.55天。而在像上海这样的特大型城市，城市化和工业化所导致的城市热岛效应更加剧了气候变暖的幅度，植物物候变化也更显著。由于早春的城市热岛效应，促使市区（本文主要指外环线围合的区域）木本植物的花期比郊区平均提前了2.2天，并且树木生长期得以延长，秋冬落叶期明显推迟。

城市园林树木应对气候变化的适应性策略

为应对气候变化，IPCC提出了减缓与适应两大策略，并专门讨论了减缓与適应行动的协同问题。减缓性策略就是通过节能减排等主动性措施来缓解气候变化对人类社会的影响。其中，种植更多树木是减缓性策略的一项重要措施，利用树木的固碳作用降低空气中的CO2，但是，种植更多的树木并不一定能在短时间内解决气候问题。另外，增长的城市绿地虽然可以一定程度缓解中心城区的热岛效应，但城市绿地面积年均增长率往往远低于城镇化率，园林绿地实际的降温效果有限。

适应性策略则是针对实际或预期的气候及其影响进行调整的过程。由于气候变化的影响在相当长一段时期内将持续发生作用，且现阶段的减缓性策略并不能彻底扭转气候变化，人类不得不采取被动的适应性策略来调整系统以适应变化的环境条件，包括制定城市园林树木的适应性策略。

早在2009年，为应对中欧地区夏季降雨量逐年减少、冬季更加寒冷的气候变化趋势，德国罗洛夫（A.Roloff）教授用气候一物种矩阵（climate-species matrix）综合评估了中欧地区300余种园林树种，发现抗旱性和抗寒性强的树种更具生存优势，提出了适应中欧地区气候变化的城市树木管理对策。在地中海地区，受气候变化影响，希腊克里特岛的果树栽培面临着更频繁的洪灾风险，通过气候适应性评估得出结论，尤其在高洪水风险区域内，必须改变当地当时占主导地位的橄榄、柑橘、葡萄和鳄梨等不耐湿果树树种的种植状况，而选择较耐湿的木瓜、梨、苹果、李、柠檬、樱桃、杏等，才能趋利避害、获得经济收益。

自2014年开始，美国芝加哥地区制订了“城市林业气候变化响应框架（Urban Forestry Climate Change Response Framework）”，为改善城市园林管理提供了一个新契机，并尝试在市中心公园绿地和森林保护区推广应用。加拿大通过气候变化脆弱性评估，识别出城市生态系统中最脆弱的树种，制订了相应的城市树木管理计划以减少脆弱性，他们不仅将气候变化视为一种威胁，更是将此计划作为一次改善绿地园林植物群落结构的机会。

2016年，国家发展改革委与住房城乡建设部公布《城市适应气候变化行动方案》，计划到2020年基本实现将适应气候变化相关指标纳入城市规划体系。城市绿地中的园林树木提供了重要的生态系统服务，在气候变化的影响下，这些服务将变得更为重要。由于树木的寿命长，种植不利于未来气候变化的树种导致的后果可能会持续数十年。因此，对园林树木气候适应性的动态变化应给子充分的重视。当前的城市绿地规划项目中必须选用适合未来气候情形的树种，以确保城市树木提供的生态系统服务正常发挥作用，尽最大可能地降低气候变化对城市园林树木造成的潜在威胁和风险，提升城市生态系统的韧性，保障城市树木健康生长。

为提升有韧性的城市规划建设，上海2014年曾发布《上海韧性城市建设策略》，以期加强城市的适应性和韧性。遗憾的是，由于缺乏对提升城市园林树木生态韧性应有的重视和关注，不能指导城市绿地选择适应气候变化的园林树种，对未来城市绿地植被规划也未提出指导建议，因此，开展相关性的研究显得十分必要。在气候变暖影响的大背景下，要提高上海整体的城市生态系统韧性，不仅要考虑城市园林树木面对的不断变化的社会与环境挑战，诸如夏季高温干旱、内涝、风害、病虫害、海平面上升等各种极端气候事件的胁迫，还要提升整体的绿地生态系统内部以园林树木为主体的植物群落自组织、自调节、自适应的能力，从而保证各项生态系统服务功能得以长期稳定地发挥。

近50年来上海气候变化的特征与趋势

近50年从全国整体水平来看，中国年平均地表气温增温速率明显高于全球和北半球同期的平均值，尤其以东南沿海地带及江淮地区增温趋势较为显著。虽然年降水量趋势变化不同地区存在明显的差异，但长江下游和江南地区的年降水量均呈现不同程度的增加趋势。由此推断，上海及周边地区未来气候变化具有区域性特征。

数据显示，上海气候变化趋势以增温、趋湿为主要特征。上海气温整体持续偏高，并以人工环境为主的城市气候为主导。城郊气温差距以每10年增加0.24C的速率显著增加，同时，上海又是我国CO2排放密度最高的城市，城市热岛效应十分显著。1961-2015年，全市平均气温由15.59C上升至16.69C，市区中部和北部各区平均上升1.8C，越接近中心城区增温幅度越大。将1961-1990年与1986-2015年的气候数据进行对比，前后30年中，全市最冷月（1月）的平均温度升高了2.09C，市区至宝山一线上升3.1～3.3C，远郊各区增温均大于1.5°C;最热月（7月）平均增温约2.09C，市区至西北内陆一线升温最明显，平均上升3.0C，夏季更加酷热干燥。超过35C的高温天数平均为18.2天，高温天数增加1倍多。总体而言，上海逐渐趋暖的气候条件对树木生长是有利的，园林植物的霜害、凍害会越来越少，但冬季增温直接导致春季开花植物的物候提前，也引发潜在的病虫害风险上升。

1961-2015年这55年间，受气候变暖和城市热岛效应的影响，上海总体处于多降水期，年均降水量由原1086.0毫米上升至1198.9毫米，年平均增长率10.4%，11月到次年5月的冬春季降水量增加明显，市区南部降水多于北部。暴雨年际变化趋势呈上升趋势。中心城区雨岛效应显著，但年均降水天数低于金山、奉贤、浦东各区均值，中心城区降水多为急雨和暴雨，暴雨中心处于中心城区上风位置的徐家汇至浦东一线。上海夏秋季降水增湿现象越来越普遍，未来降水量可能还将继续保持稳定的增加趋势。温暖湿润的气候条件对大部分植物生长是有利的，但中心城区暴雨容易发生大面积城市内涝等极端气候事件，对植物的耐涝性是一种挑战。

适应未来气候的上海园林树种选择

上海一直在从全国乃至世界各地引种驯化各类园林植物，以丰富其物种多样性。气候变化直接导致湿热条件的改变，间接引发的灾害性气候事件，不仅会对上海的人居环境和城市生态系统产生作用，也会促使当地植被组成以及植物种类发生改变。同时，上海城市化进程中土地利用的剧烈变化，以及园林栽培植物的人工选择，都会对植物多样性产生重大影响，导致本地某些物种的散失和非本地物种的增加，如近年引人的红千层（Callistemon rigidus）、菲油果（Acca sellowiana）、加纳利海枣（Phoenix dactylifera）、华盛顿棕榈（Washingtonia filifera）、布迪椰子（Butia capitata）等外来植物。而刺楸（Kalopanax septemlobus）、白檀（Symplocos paniculata）、黄檀（Dalbergia hupeana）、国槐（Sophora japonica）、臭椿（Ailanthus altissima）、青冈（Cyclobalanopsis glauca）等原分布于上海的树种则变得较为罕见。

据研究，上海园林树种大致可划属为5种气候型：温凉干旱、温暖干燥、温暖湿润、暖热湿润和暖热潮湿。其中，温暖干燥型、温暖湿润型、暖热湿润型三类是主要气候型，占84.9%，而温凉干旱和暖热潮湿的树种数量较少。据1960-2015年上海树种引种的动态变化数据显示，温暖湿润气候型树种数量从1960年的41.5%逐次下降为2015年的36.0%，但仍是上海园林树种最主要的气候型;暖热湿润型树种数量增加较快，从最初的22.2%上升至26.0%;温暖干燥型的由26.3%下降至22.8%;温凉干旱型则增长了4.5%，但所占比例一直维持在10%。上下;暖热潮湿型的增长最慢。这些树种数量的变化趋势与近年来气候变暖趋势是一致的。

气候变暖引起温湿条件的改善，使得香樟（Cinnamomum camphora）、乐昌含笑（Michelia chapensis）、乌柏（Triadica sebifera）、苦棟（Melia azedarach）、黄山栾树（Koelreuteria paniculata ’Integrifoliola’）等温暖湿润气候型树种更适合在上海生长。这些树种大部分是乡土树种和归化树种，逐步成为园林绿化中的核心建群种。它们几乎不受气候条件变化的影响，一直处于气候最适阈值范围内。但二球悬铃木（Platanus x acerifolia）、雪松（Cedrus deodara）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、榆树（Ulmus pumila）、红花槭（Acer rubrum）等喜温暖干燥气候型的树种偏离了其最适气候范围，尤其是夏季酷热的伏旱天气的延长，对其生长会产生潜在不利影响。

二球悬铃木是温暖干燥型树种的典型代表之一，在上海的引种栽培已有上百年历史。早在1887年，上海法租界开始引种悬铃木，全球变暖之前，上海气候也一直较为平稳，栽植悬铃木是较为适宜的。而香樟是温暖湿润型代表树种之一，据1504年的《上海县志》记载，香樟原是乡土树种，但在1918年上海县立苗圃所列出的植物名录中，与其他栽培树种相比，并未获得过多的关注。香樟的自然分布区主要在长江流域，上海处于分布区的北部边缘，推测由于当时气候相对较冷，香樟易受寒潮冻害，故没有大规模栽植。随着气候变暖，上海开始在1970年代大面积种植香樟，按目前及将来气候变化趋势预测，上海地区对香樟的生长更为有利。

此外，还有一些在上海未来生长较有潜力的树种，例如纳塔栎（Quercus nuttallii）、弗吉尼亚栎（Q.virginiana）、樟叶槭（Acer coriaceifolium）、香泡（Citrus maxima）、红豆树（Ormosia hosiei）等，目前尚未得到应有关注，未来在园林绿地中应予以推广种植。

综上所述，在气候变暖的大背景下，上海气候变化对城市园林树种的选择提出了新的挑战，也带来了新的机遇，重新审视上海城市园林树木的适应性，应对由气候引起的高温、湿涝、盐碱、风害等实际问题，提出科学合理的园林树种规划策略值得持续关注和深人研究。

[本文相关研究受国家自然科学基金面上项目（31470701）资助。感谢上海市气象信息与技术支持中心提供气象数据。]

[1] Team C W， Pachauri R K， Meyer L A. Climate change 2014： synthesis report＼Contribution of Working Groups I， II and III to the Fifth .Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Journal of Romance Studies， 2014， 4（2）： 85-88.

[2]张德顺，刘鸣.上海木本植物早春花期对城市热岛效应的时空响.中国园林，2017，33（01）：72-77.

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[4]刘鸣，张德顺.近55年气候变化对上海園林树种适应性的影响.北京林业大学学报，2018，40（09）：107-117.

[5]张德顺，刘鸣.基于气候信封模型的上海近55年园林树木引种动态变化。中国园林，2018，34（10）：5-10.

关键词：气候变化 城市园林树种 上海