基于生境分类的城市绿地碳汇功能感知研究——以上海三林楔形绿地为例

本研究针对城市绿地客观碳汇能力与公众主观感知间的空间错配问题，以上海三林楔形绿地为案例，创新性地结合无人机遥感、全景图像分割与空间回归模型，基于三级生境分类体系揭示了不同生境单元中主客观碳汇评估的空间异质性及驱动机制。研究发现，封闭常绿乔木生境(GE-C-E)呈现高NPP与高感知评分协同，而湿地水杉生境(B-PO-D等)虽具中等NPP却因季相变化等视觉线索获得高感知评分，竹林生境则出现高NPP低感知的认知偏差。空间回归表明GVI与SR对感知具全局正向影响，三维分析进一步揭示了NDVI、SR等指标与感知的关联模式，为优化城市绿地碳汇功能设计及提升生态系统服务可感知性提供了理论依据。

　　

在全球气候变化与快速城市化的双重背景下，城市绿地在缓解环境负面影响方面的作用日益凸显。作为自然资本的核心组成部分，生态系统服务通过调节、供给、支持和文化功能维系着人类福祉。其中，碳汇是城市绿地提供的一项重要调节服务，植被通过光合作用固定大气中的二氧化碳，在减缓全球气候变化中扮演关键角色。然而，传统的碳汇评估多依赖于净初级生产力(NPP)、生物量估算等客观生态指标，这种技术导向的方法存在一个显著挑战：科学测量的城市绿地碳汇能力与公众对这些效益的主观感知之间经常出现脱节。这种脱节至关重要，因为当城市生态系统服务从纯粹的功能导向转向以人为本的需求时，公众对生态效益的感知已成为空间规划和环境政策社会接受度的决定性因素。

尽管碳汇评估日益受到关注，但针对碳汇服务主观感知的研究仍显不足。现有感知研究多采用半结构化访谈、李克特量表等方法，而个体对生态系统服务的评估通常基于感官体验，其中视觉线索是感知和评估环境特征的主要信息来源。景观感知研究表明，植被覆盖、空间配置和色彩构成等环境属性会影响人们对自然空间的认知和情感评价，这些视觉特征有助于形成直观印象，包括感知到的生态效益。同时，文化生态系统服务框架内的讨论也认识到，碳汇等调节服务不仅提供生物物理功能，还具有知识和教育价值。人们感知这些调节服务的方式有助于他们理解生态过程，并可能增强公众环境意识。环境心理学进一步证明，植被密度、垂直分层和空间围合等特征会影响心理反应，包括感知舒适度、安全性和环境质量。个体所接触的绿色空间多样性可以塑造其对环境功能的认知评估，可观察特征在构建对碳汇等过程的感知中起着核心作用。

为了深入探究这一问题，研究人员在《Trees, Forests and People》上发表了一项题为“A Study on Perception of Urban Green Space Carbon Sequestration Based on Biotope Classification: A Case Study of the Urban Forest in Shanghai”的研究。该研究聚焦于上海三林楔形绿地这片人工营造的城市森林，旨在揭示不同生境单元中客观碳汇能力与主观感知评估之间的空间耦合与分异规律，并阐明植被特征对感知空间异质性的影响机制。

为开展此项研究，研究人员综合运用了几项关键技术方法：首先，建立了基于土地覆盖类型、乔木冠层覆盖度和优势植物群落的三级生境分类体系，并利用无人机遥感技术进行生境单元制图；其次，通过沿公园路径以35米间隔采集的366张全景图像，结合面向景观专业人员的问卷调查，获取对碳汇功能的主观感知数据，并采用XGBoost模型预测所有图像的感知评分；第三，以净初级生产力(NPP)作为客观碳汇指标，并计算了一系列植被指数（如NDVI、GVI、SR等）进行多维度表征；最后，运用双变量空间分析（如双变量Moran's I）、空间滞后模型(SLM)以及多尺度地理加权回归(MGWR)等空间统计方法，分析了主客观评估的空间关联及驱动因素。

3.1. 生境分类与空间分布特征

研究区生境类型中，GE-C-E（封闭绿色空间，优势群落为常绿乔木）面积占比最大（32.02%），广泛分布于南部松林坡地和中部香樟林等地。B-O（蓝色开放空间）、GE-C-D（封闭绿色空间，优势群落为落叶乔木）和GE-PO-D（部分开放绿色空间，优势群落为落叶乔木）也占有相当比例。GE-C-D包括南部滨水区茂密的水杉林和色彩斑斓的红枫林；GE-PO-D主要包括中部半开放的红枫林和滨河水杉生境。具有游憩功能的开放草地空间(GE-O-G)在整个绿地中也广泛分布。

3.2. 主客观碳汇评估差异

主观感知评分预测模型表现良好（测试集R2为0.703）。高复合感知评分出现在水杉湿地生境及与之相邻的南部湿地栈道区的GE-C-D和GE-C-E生境。南部松林坡地生境和北部香樟林生境(GE-C-E)也观察到较高的评分。

主客观评估整体呈现一定的匹配趋势（线性拟合R2=0.14）。GE-C-E、GE-C-D和GE-PO-E生境结合了较高的NPP和较高的感知评分。相比之下，B-PO-D、GE-PO-G和GE-PO-D生境表现出较低的客观碳汇潜力，但主观感知较高。

全局双变量Moran's I显示主客观评估间存在微弱的负空间相关性（Moran's I = -0.012）。局部双变量分析识别出不同类型的空间集群和异常值：高-高集群出现在北部湿地森林的B-PO-D生境、中部香樟林生境(GE-C-E)和南部滨水区GE-C-E生境；低-低集群出现在北部中部沿西河岸的GA-PO-D和GE-PO-E生境以及南部GE-PO-D红枫林生境；高-低异常值主要位于南部水杉湿地区域的各类生境；低-高异常值则主要出现在北部区域的GE-C-E竹林生境。

3.3. 碳汇感知的驱动因素

空间滞后模型(SLM)结果显示，模型伪R2为0.259，空间滞后系数(ρ)显著，证实了感知的空间依赖性。回归系数表明，GVI（绿色可视指数）和SR（简单比值）对感知产生正向影响，其中GVI的正向效应最强（β=0.400），SR也高度显著（β=0.317）。而NDVI（归一化植被指数）、TCC（乔木冠层覆盖度）、LAI（叶面积指数）和MTVI2（改进型三角植被指数2）与感知呈负相关，其中MTVI2的负系数最大（β=-2.808）。

多尺度地理加权回归(MGWR)模型表现出优于普通地理加权回归(GWR)的性能（R2=0.584 vs. 0.474）。MGWR结果揭示了指数效应的空间异质性。例如，GVI对感知的积极影响在中部香樟林和松林生境(GE-C-D, GE-PO-E)尤为突出；而TCC和LAI在北部各类生境中对感知显示出显著的负面影响。

3.4. 多指标关联模式

三维散点图曲面图展示了感知评分（X轴）、NPP（Y轴）和复合植被生长指数（Z轴）之间的关系。NDVI和SR随着NPP的增加而增加，并且与主观感知评分显示出清晰的正相关关系。对于LAI和MTVI2，它们与感知和NPP的正相关关系较弱，并且一些低指数值对应着较高的感知评分。

研究的讨论部分深入分析了上述结果的深层机制。GE-C-E生境（如松林坡地和香樟林）呈现主客观评估的高一致性，归因于常绿物种稳定的视觉存在和密集的冠层结构，既支持了客观碳汇功能，其视觉屏蔽效应和生态稳定性线索又共同强化了公众对碳汇潜力的感知。湿地水杉区域(B-PO-D, GE-C-D, GE-C-E)的高感知评分则可能源于落叶水杉与常绿物种混合形成的丰富冠层结构，以及秋季显著的叶色变化和近水区域可能较高的负离子浓度等微气候线索，这些因素共同提升了感知价值，导致对实际碳贡献的高估。相反，北部GE-C-E竹林生境虽具有较高的生物量碳储量，但其密集、单一的垂直结构和缺乏林下植被减少了视觉层次感，导致尽管客观潜力高，但心理感知评分较低。

关于驱动因素，GVI和SR的强正相关支持了亲生命假说，即可见的绿意和植被活力是健康、资源丰富环境的有力线索，能引发积极的情感认知反应，进而推断生态系统功能的高效性。而NDVI、TCC、LAI和MTVI2的负相关则可用前景-庇护所理论和情感启发式来解释，过高密度的植被会限制视野，引发不适感和安全感降低，这种负面情感会影响整体判断，导致对碳汇等功能价值的低估。三维分析进一步表明，代表植被健康的感知指标（如NDVI、SR）与实际生产力(NPP)有较好的一致性，但代表高生物量的结构指标（如LAI、MTVI2）在超过视觉舒适度和安全感阈值时，会抑制感知评分，造成客观功能与主观评价的明显错配。

该研究的意义在于首次系统揭示了城市绿地不同生境单元中客观碳汇能力与主观感知评估的空间异质性及驱动机制。它强调了在优化城市绿地碳汇功能时，不仅需要关注植被的生理生态特性以提升客观固碳能力，还需充分考虑其视觉特征和空间结构对公众心理感知的影响。研究提出的结合无人机遥感、全景图像和空间统计模型的评估框架，为多尺度、多维度分析主客观碳汇评估关系提供了可操作的方法。研究结果对城市绿地规划设计和生态教育具有重要启示：例如，在碳汇节点区域，可通过优化植被配置（如营造具有季相变化、多层次结构的近自然群落）来增强碳汇功能的可感知性；对于主客观评估错配的区域（如竹林），则需通过增设解说系统等方式引导公众正确认知其生态价值，从而有效提升城市绿地生态系统服务的公众认知度和社会支持度。