种植前处理策略对城市森林斑块中下层植被的影响

《Urban Forestry & Urban Greening》：THE EFFECTS OF PRE-PLANTING TREATMENT STRATEGIES ON UNDERSTORY VEGETATION IN AN URBAN FOREST PATCH

绿屋顶设计通过调整基质厚度（7cm与14cm）和添加结构多样性（如死木堆）可改善微气候，减少极端温度和干旱胁迫，促进非景天酸代谢植物生长及物种多样性提升，为低成本生态效益优化提供新方案。

　　绿色屋顶作为城市生态建设的一部分，近年来在全球范围内受到越来越多的关注。随着城市化进程的加快，屋顶面积在城市中占据了相当大的比例，成为重要的生态资源。绿色屋顶不仅可以缓解城市热岛效应，还能提高空气质量和水资源管理效率，同时为生物多样性提供栖息地。然而，传统的绿色屋顶通常采用浅层基质（一般小于15厘米），这种设计虽然在成本和结构负载方面具有优势，但也限制了植物种类的多样性和生长条件的改善。为了在保持轻量和低成本的同时提升植物生长条件，研究者开始探索通过增加基质深度和引入结构异质性来优化绿色屋顶的设计。

本研究聚焦于奥地利蒂罗尔地区的一个大型物流中心的绿色屋顶，该屋顶虽然采用了广泛的绿色屋顶设计，但部分区域的基质深度增加至14厘米，并设有死木堆等结构异质性元素。研究发现，基质深度的增加显著降低了土壤和表面的最高温度，例如在7厘米基质区域，土壤温度最高达到47.7°C，表面温度则高达57.1°C；而在14厘米基质区域，土壤温度降低至38.7°C，表面温度降至49.6°C。这种温度变化表明，基质深度的增加有助于缓解极端环境对植物生长的不利影响。此外，更深的基质能够提供更多的水分储备，使得植物根系更发达，从而支持更多样化的植物群落，包括多种草本植物和非多肉植物。

在植物生长方面，研究发现，虽然基质深度的增加对植物的平均生态指示值没有显著影响，但对植物的覆盖度和种类多样性产生了积极作用。特别是在夏季干旱期间，14厘米基质区域的植物覆盖度更高，且能够支持更多非多肉植物的生长。相比之下，7厘米基质区域的植物种类和覆盖度则相对较低。此外，死木堆为某些植物提供了独特的生境，这些植物在常规屋顶上难以生长。这表明，通过引入结构异质性，可以显著提高屋顶生态系统的多样性。

植物生理特征在不同基质深度区域也表现出差异。多肉植物如石莲花（Sedum）在高温条件下仍能维持相对稳定的植物水分势，但其叶片温度常常超过52°C，这可能对光合作用造成负面影响。而非多肉草本植物则表现出更显著的水分势下降，甚至在极端干旱条件下可能因水分不足而出现叶片枯萎。然而，这些植物在一定程度上能够通过自身适应机制，如形成种子库或较强的再生能力，来应对屋顶环境的挑战。此外，研究还发现，多肉植物在夏季高温时，其光合作用效率（如电子传递速率和光系统II效率）显著下降，而非多肉植物则表现出更稳定的生理状态。

在植被覆盖和生态指标方面，研究区域内的植被覆盖度在不同基质深度和结构异质性区域之间存在明显差异。7厘米基质区域的植被覆盖度平均为86.75%，其中苔藓和地衣占比较高。而14厘米基质区域的植被覆盖度略低，但仍显著高于死木堆区域（约38.5%）。这些差异可能与基质深度对水分保持能力和植物生长条件的影响有关。同时，研究还发现，基质深度的变化对植物的生态指示值有显著影响，尤其是在氮含量方面，14厘米基质区域的植物表现出更高的氮指标值，这可能与基质中水分和养分的长期储存有关。

在植被多样性方面，尽管基质深度的增加并未导致植物种类数量的显著增加，但其物种组成的变化增加了屋顶生态系统的整体丰富度。例如，某些特定的植物种类如Prunella vulgaris和Trifolium sp.只在14厘米基质区域出现，而其他一些植物则在该区域的出现频率更高。这表明，通过调整基质深度和引入结构异质性，可以创造更加丰富的植物生境，促进不同植物种类的共存。同时，研究还指出，死木堆区域的植物种类虽然相对较少，但其提供的氮素和结构复杂性有助于某些特定植物的生长，这些植物通常具有较高的氮指标值，且多为一年生和先锋物种。

研究还强调了绿色屋顶在应对气候变化和生物多样性丧失方面的潜力。随着全球气候变暖，极端高温和干旱事件的频率和强度不断增加，这给屋顶植物的生长带来了更大的挑战。然而，通过优化基质深度和引入结构异质性，可以有效缓解这些不利影响，提高屋顶生态系统的稳定性和适应性。此外，研究还指出，绿色屋顶的设计需要进一步改进，以更好地平衡生态功能和人类需求。未来的研究应关注这些屋顶设计的长期演替过程，以及其对动物和昆虫多样性的潜在影响。

综上所述，本研究通过分析不同基质深度和结构异质性对绿色屋顶微气候和植物生长的影响，揭示了基质深度调整在提升屋顶生态功能和植物多样性方面的重要作用。这些发现为未来绿色屋顶的设计和管理提供了科学依据，有助于在城市环境中创造更加多样化的生态系统，促进可持续的城市发展。