原生与适应性宫胁微森林及人工湿地在城市公园中的生长、生物多样性与降温效应比较（意大利雷焦艾米利亚）

《Urban Ecosystems》：Comparative growth, biodiversity and cooling effects of native and adaptive Miyawaki microforests and a constructed wetland in a urban park (Reggio Emilia, Italy)

　　

城市绿化在欧洲和国际法规中日益被推广为“基于自然的解决方案（Nature-Based Solutions, NBS）”概念，以增强生物多样性并缓解城市热岛（Urban Heat Island, UHI）效应。在LIFE CityAdap3项目中，意大利雷焦艾米利亚市在公共绿地实施了“气候友好型公园”干预措施。本研究聚焦于其中一个绿地——Marco Biagi公园，该公园在2021至2022年间建立了多种NBS，包括两个宫胁微森林（Miyawaki microforests）——原生森林（Native Forest, NF）和适应性森林（Adaptive Forest, AF）——以及一个湿地系统、乡村树篱和树行。研究人员开展了一项环境监测计划，以评估：(i) 两个微森林的生长性能和结构发育，通过死亡率、相对生长速率（相对生长速率（高度）RGR_H和相对生长速率（胸径）RGR_DBH）和细长比（Slenderness Ratio, SR）；(ii) 湿地地区的植物区系动态和生态组成；(iii) 不同NBS场地及周围建成区的微气候调节。研究人员应用线性混合效应模型（Linear mixed-effects models）来检测空间和年际模式。种植三年后，两个微森林均表现出极低的死亡率和可比较的整体生长，确认了成功建立。然而，生长分配出现了差异：AF物种在直径生长和结构稳定性上投入相对更多，而NF物种表现出更大的变异性和更多的高度导向发展。两个森林的SR随时间均呈现下降，这是高密度条件下典型的调整。湿地显示出快速的植物区系丰富化（一年内物种丰富度增加69%），并出现早期功能分区和地中海分布型（Mediterranean chorotypes）的增加，表明响应城市环境条件的动态群落组装。微气候结果显示，与建成区相比，微森林内部持续更凉爽、更湿润，而NF和AF之间的差异有限，并受年际变化影响。总体而言，研究结果突出并量化了综合蓝绿基础设施（blue–green infrastructures）增强生物多样性、支持快速植被发展和缓解城市热量的能力，支持在未来城市造林策略中结合使用原生和气候适应性物种。

**研究背景与问题**
城市绿化作为基于自然的解决方案（Nature-Based Solutions, NBS）被广泛推广，旨在增强生物多样性并缓解城市热岛效应（Urban Heat Island, UHI）。尽管已有研究证实植被的降温机制，但基于实地测量的定量数据仍有限，尤其是对宫胁微森林（Miyawaki microforests）的早期生长动态、不同微森林类型之间的直接比较，以及蓝绿基础设施（如人工湿地）的综合生态与微气候效益评估尚属空白。现有文献多集中于单一NBS类型，缺乏对同一城市公园内多种NBS的同步对比研究。本研究旨在通过创新性并排比较，填补上述空白，为基于证据的城市规划提供支持。

**研究内容与结论**
本研究在意大利雷焦艾米利亚的Marco Biagi公园内，于2021至2022年间建立了多种NBS，包括两个宫胁微森林（原生森林NF和适应性森林AF）、人工湿地、乡村树篱和树行。研究人员通过环境监测计划评估了：(i) 两个微森林的生长性能和结构发育；(ii) 湿地的植物区系动态与生态组成；(iii) 不同NBS场地及周围建成区的微气候调节效果。研究结论表明：种植三年后，两个微森林均表现出极低死亡率与可比整体生长，确认成功建立；但生长分配存在差异，AF物种更注重直径生长与结构稳定性，NF物种则更偏向高度生长且变异性更大。湿地物种丰富度在一年内快速增加69%，并出现早期功能分区与地中海分布型（Mediterranean chorotypes）增多，表明动态群落组装过程。微气候方面，微森林内部持续比建成区更凉爽、更湿润，NF与AF间差异有限且受年际变化影响。研究结果量化了综合蓝绿基础设施在增强生物多样性、促进快速植被发育及缓解城市热方面的能力，为未来城市造林策略中混合使用原生与气候适应性物种提供了实证支持。该论文发表在《Urban Ecosystems》。

**主要关键技术与方法**
1. **生长性能分析**：通过死亡率（%M）、相对生长速率（RGR_H和RGR_DBH）以及细长比（SR）评估微森林的生长与结构发育，采用线性混合效应模型（LMM）分析时空模式。
2. **湿地植物多样性调查**：采用1 m2样方法对湿地内及周边植物进行物种鉴定与覆盖度估算，计算生物谱（Biological Spectra）和区系谱（Chorological Spectra），分析群落组成与年际变化。
3. **微气候现场测量**：在公园内12个站点及外部缓冲区（Ext1~Ext3，距公园中心100~300 m）测量空气温度（T_air）、土壤温度（T_soil）、相对湿度（RH）和土壤含水量（SWC），采用LMM评估站点效应，并利用鱼眼照片计算天空可视因子（Sky View Factor, SVF）以分析辐射交换。
4. **统计模型**：使用R软件（lme4、lmerTest包）进行LMM分析，以日期为随机效应，站点为固定效应，并通过估计边际均值（EMMs）与Tukey校正进行成对比较。样本来源：Marco Biagi公园（意大利雷焦艾米利亚）。

**研究结果**
**Plants growth performance in Miyawaki microforests（宫胁微森林植物生长性能）**
通过死亡率、RGR_H、RGR_DBH和SR分析，发现两个微森林死亡率极低（NF死亡4株，AF死亡1株），整体生长可比。但AF物种在直径增长和结构稳定性上投入更多，而NF物种表现出更高变异性与高度导向发展。SR模型显示NF显著高于AF（β=22.85，p<0.001），且随时间整体下降（β=-24.9，p<0.01），符合高密度种植下的早期调整规律。物种水平上，AF中的地中海栎类（如Quercus ilex）表现出较高RGR_DBH，NF中Populus alba单株RGR_DBH最高。

**Biodiversity assessment on constructed wetland（人工湿地生物多样性评估）**
通过样方调查与谱系分析，2024年记录38种维管草本植物，2025年增至57种，物种丰富度增加69%。水生植物包括引入的5种水生根生植物及新出现的Lemna minor和Typha latifolia。岸坡植物以半地中生根茎植物（H scap）和一年生植物（T scap）为主，区系以古温带/亚世界种为主，但地中海及东地中海分布型从2024年的5.2%增至2025年的19.6%，表明气候筛选效应。

**Microclimate on-site analysis（微气候现场分析）**
通过LMM分析，发现NF在2024年表现出最低的T_air（比外部低2.8°C），AF和运河次之；RH在微森林中最高。2025年由于夏季气温较低，站点间差异缩小，但所有NBS仍比外部凉爽。SVF与T_air呈正相关（R2=0.683~0.777），低SVF的微森林降温更显著。土壤参数方面，微森林的T_soil最低，而灌木丛的SWC最高。NF和AF间微气候差异有限，表明早期阶段冠层密度和结构比物种起源更重要。

**讨论与结论总结**
**讨论部分**：研究指出，低死亡率验证了宫胁法在加速树木建立中的有效性。AF中地中海物种的较强直径增长暗示其在波河平原（Po Valley）的适宜性，可能与未来变暖趋势相适应。SR下降表明高密度种植下树木优先向直径生长调整。湿地快速物种丰富化与功能分区反映了城市环境下动态群落组装，但需长期监测以确认是否趋向成熟。微气候方面，SVF是主要驱动因素，微森林的降温效应在热期更显著，NF与AF间差异较小，说明早期冠层结构比物种组成更重要。土壤水分受地被层影响，灌木丛的匍匐植物更有利于保水。研究局限性包括单一公园的特定环境背景，结果不能直接推广。

**结论部分翻译**：本研究对意大利雷焦艾米利亚Marco Biagi公园内多功能基于自然的解决方案系统进行了结构发育、植物区系动态和微气候调节的综合评估。通过将两种对比鲜明的宫胁微森林（原生和适应性）与新建成的人工湿地及其他绿色设施相结合，本研究在相同城市条件下对NBS组件进行了受控比较。原生森林（NF）与适应性森林（AF）的比较显示，种植三年后存活率和整体生长表现大致相似，证实了高密度宫胁种植在促进快速早期建立方面的有效性。然而，在生物量分配和结构特征上出现了差异。AF物种——特别是地中海栎类——表现出相对更大的直径增量与更低的细长比，表明早期投资于机械稳定性与潜在更保守的功能策略。相比之下，几种NF物种表现出更高的细长比和更大的个体间变异性，反映了更以高度为导向的生长动态。这些结构差异在相同场地条件下观察到，表明物种功能性状影响早期林分结构，即使生态系统服务总体可比。从微气候角度看，两个微森林始终提供比周围建成区更低的空气和土壤温度、更高的相对湿度。NF和AF之间的差异有限且逐年变化，表明在早期发育阶段，冠层密度和林分结构在决定降温强度方面比物种起源更重要。湿地组分显示出动态的生物多样性模式。在建成两年内，物种丰富度大幅增加，并沿水文梯度建立了清晰的功能分区。水生、沼生和杂草类群共存，反映了活跃而快速的群落组装过程。值得注意的是，地中海及东地中海分布型的显著增加表明这一人工城市生态系统中可能的气候筛选早期信号。结果表明，多功能NBS系统可能在植被建立、生物多样性支持和夏季热缓解方面提供早期效益。然而，由于监测期较短，这些发现仍属初步，应谨慎解读。观察到的原生与适应性微森林之间的差异指向潜在相关的功能动态，但需要更长监测期来确定这些早期模式是否会持续并导致随时间推移的差异化韧性和生态系统服务供给。