《Trees, Forests and People》:Declining Urban Tree Canopy Around Public Schools: Highlighting Priorities for Urban Greening
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城市木本植被覆盖(Urban Woody Vegetation Cover, UWVC)塑造了学生日常环境的热环境和心理条件,然而学校周边的冠层覆盖情况却鲜有记录。研究人员利用2011—2014年间获取影像(于2016年评估)以及2019年和2020年获取影像
城市木本植被覆盖(Urban Woody Vegetation Cover, UWVC)塑造了学生日常环境的热环境和心理条件,然而学校周边的冠层覆盖情况却鲜有记录。研究人员利用2011—2014年间获取影像(于2016年评估)以及2019年和2020年获取影像(于2022年评估)的土地覆盖调查,量化了迈阿密-戴德县公立学校(Miami-Dade County Public Schools, M-DCPS)336所学校周边250 m和500 m缓冲区内的UWVC。在UWVC-2019/20中,学校周边平均UWVC在250 m和500 m缓冲区分别为13.6%和15.0%,远低于全县约20%的平均水平,更低于该县设定的30%冠层覆盖目标。值得注意的是,从UWVC-2011/14到UWVC-2019/20,大多数学校周边的冠层覆盖出现下降,57%–63%的学校出现净损失,这与全县相对稳定的趋势形成鲜明对比。基于M-DCPS行政运营区域,区域差异显著。南迈阿密-戴德地区的学校冠层损失显著高于北部或中部地区(Kruskal–Wallis,p < 0.01);符合优先干预标准(冠层覆盖低于平均值且持续损失)的学校集中在南部地区,占南部学校的14%,而北部学校仅占1%。学校类型在250 m尺度上影响UWVC(高中 > 小学,p < 0.005),但在500 m尺度上不显著。不同空间尺度的结果总体相似(ICC = 0.907),但250 m缓冲区对局部变化更为敏感。这些发现表明,M-DCPS学校周边的UWVC远低于全县平均水平,并且在UWVC-2011/14至UWVC-2019/20期间许多地点出现下降。观察到的空间异质性凸显了学校级UWVC评估在识别冠层赤字、监测时间变化以及确定未来绿化优先地点方面的价值。
城市木本植被覆盖(UWVC)指城市区域内树木和灌木覆盖的面积比例,具有缓解热岛效应、管理雨洪、支持生物多样性等生态系统服务,并对公共健康产生积极影响。在学校场景中,校园及周边景观与学生幸福感和学习表现密切相关。儿童由于体表面积与质量比更高、出汗率较低,在高温下更易受到热相关疾病影响,且气候变化对儿童健康的负担尤为突出。尽管学校是城市儿童接触自然最稳定的场所,但校园树木常被排除在城市森林调查之外,形成“隐形树木”现象。迈阿密-戴德县公立学校(M-DCPS)是美国第三大学区,超过60%的中小学为Title I学校(低收入学生比例不低于40%),但该县此前尚未对学校周边树木冠层进行系统评估。同时,该县设定的30%冠层覆盖目标迟迟未达成。因此,本研究利用两期全县土地覆盖数据,分析336所M-DCPS学校周边250 m和500 m缓冲区内的UWVC水平、时间变化及其与学校类型、地理区域和入学人数的关联,并识别最需要优先干预的学校。
研究方法上,研究人员使用了2011/14和2019/20两期土地覆盖图,分别基于2011—2014年和2019—2020年获取的Worldview-2多光谱卫星影像(8波段,2×2 m分辨率)分类得到,对应的UWVC评估记为UWVC-2011/14和UWVC-2019/20。样本为在第一次评估前已经开学的336所M-DCPS学校,其地理位置来自M-DCPS公开的GIS点图层。以学校点为中心建立250 m和500 m半径缓冲区,计算缓冲区内的树/灌木覆盖比例。统计方法包括Wilcoxon符号秩检验、Kruskal-Wallis检验、Dunn事后检验(Bonferroni校正)、Spearman秩相关、组内相关系数(ICC)和Bland-Altman分析,并使用Moran's I检验空间自相关。空间处理在ArcGIS Pro中完成,统计分析使用R。
研究结果包括四个方面。Q1:学校与全县UWVC水平的差异。最新评估(UWVC-2019/20)中,学校周边平均UWVC在250 m缓冲区为13.6%,500 m缓冲区为15.0%(中位数分别为11.9%和12.6%),均远低于全县同期平均20.1%,250 m均值约低6.5个百分点。Q2:学校与全县UWVC轨迹的差异。与UWVC-2011/14相比,UWVC-2019/20学校周边UWVC平均下降,250 m下降0.35个百分点(不显著),500 m下降0.88个百分点(显著,p < 0.001);57%(250 m)和63%(500 m)的学校出现净损失,而全县层面同期轻微增加0.2个百分点。Q3:学校类型、区域和入学人数的影响。UWVC-2019/20在250 m尺度上因学校类型显著不同(Kruskal-Wallis H=15.7,p<0.001),高中显著高于小学(p<0.001);在地理区域上,北部学校的UWVC显著高于南部(250 m和500 m均如此),北部也高于中部(500 m)。UWVC轨迹的区域差异更为突出:南部学校的冠层下降显著超过北部和中部(p<0.0001),而北部和中部无显著差异。入学人数与UWVC水平或轨迹无显著相关(所有Spearman |ρ|≤0.11)。Q4:尺度效应。250 m和500 m缓冲区的UWVC水平(ICC=0.907)和轨迹(ICC=0.876)具有较强一致性,但配对的Wilcoxon检验显示500 m产生略高UWVC值和略负的轨迹;学校类型效应仅在250 m尺度显著。Moran's I(0.40–0.72,p<0.0001)显示较强的空间自相关,反映区域土地覆盖梯度。
基于上述分析,研究人员进一步基于最近期UWVC(250 m半径)低于16.3%且轨迹为负的标准识别出22所优先干预学校。其中16所(73%)位于南部区域,16所为小学;14所学校在500 m尺度上也符合优先标准。若干学校如Campbell Drive、Winston Park、Sylvania Heights损失达7–9个百分点,尤为严重。这提示南部地区和小学可能是最需要绿地干预的对象。
讨论部分指出,学校周边UWVC显著低于全县平均,且多处呈下降趋势,需要针对性的绿化与保护行动。研究人员建议将校园树木视为“生活教育基础设施”(Living Educational Infrastructure, LEI),结合食物森林、原生树种种植等多功能景观设计。同时,研究强调持续监测的重要性,建议将城市冠层监测制度化,并加强与社区、非营利组织和教育机构的合作。结论可翻译为:本研究表明M-DCPS学校周边的UWVC远低于全县平均水平,且在许多地点呈下降趋势;空间异质性突出,250 m缓冲区对局部变化更敏感;识别出的优先学校可为城市绿化资源分配和干预设计提供依据。