中国城市森林十年生态观测：揭示城市化微环境异质性及其生态效应

本刊推荐：研究通过北京生态观测网络（BEON）十年数据，揭示城市化对森林微环境（CO2/O3/温湿度等）的异质性影响，提出“天空-地面-网络”一体化观测框架，为城市可持续发展提供关键科学支撑。

　　

监测网络与数据预处理

位于中国北方的北京具有典型的温带大陆性季风气候，平原区年降水量500-600毫米，年均温11-13°C。西部和北部为起伏山区，东部和南部为平坦平原（图1）。作为中国首都，北京经历了快速城市化（Zhao等，2015）。截至2023年，全市常住人口达——（数据细节略）。

城市森林环境因子的时间变化

所有环境因子均呈现多时间尺度的动态变化：昼夜尺度上（图2a-i），CO₂浓度白天下降、午后16:00达最低值；O₃于15:00-19:00达到峰值；气温峰值出现在16:00-17:00；湿度峰值在08:00；风速在正午最高；土壤温度（10厘米、30厘米）追随气温变化但振幅更小；土壤湿度昼夜变化微弱。周内变化在各站点间高度一致，而年际趋势则因因子和站点不同呈现显著差异。特殊事件期（如春节、2014年APEC峰会）显示出人类活动驱动的独特环境响应模式。

城市森林环境异质性及驱动机制

BEON网络中环境因子的时空格局反映了自然生态节律与城市化干扰的耦合。CO₂的昼夜和季节变化（白天和夏季浓度最低）与光合碳汇机制增强一致（Keenan等，2014）。夏季午后臭氧峰值符合由太阳辐射和温度驱动的光化学反应动力学规律（Han等，2023；Liu等，2022）。然而，城市化进程叠加自然过程，导致了显著的空间异质性和复杂的时间动态。

结论

这项沿城乡梯度开展的、长达十年的北京城市森林环境研究表明，微环境异质性是局地微气候和空气化学动态的主要驱动因子。时间上，环境因子表现出稳健的昼夜和季节周期（源于光合作用等自然过程），而年际趋势较弱。特殊时期（春节、APEC峰会）人类活动的变化引发了独特响应，印证了城市生态系统的高度人为干扰特性。