量化印度德里半干旱绿地中主要城市树木资源的环境功能与生态系统服务价值

《Bioresource Technology Reports》：Quantifying environmental functions and ecosystem service values of predominant urban tree resources in a semi-arid green space of Delhi, India

　　

摘要
城市树木提供重要的调节性生态系统服务，然而在印度半干旱城市机构绿地中，对其生态和经济贡献的物种水平评估仍然有限。本研究使用 i-Tree Eco (v6) 模型，评估了印度德里一处半干旱机构绿地中主要树种的结构、生态系统服务和经济价值。从 50 个分层随机样方 (10 × 10 米) 收集的树木清查数据，用于评估物种组成、叶面积、碳储量、碳固存、空气污染物去除 (CO, NO2, SO2, O3, PM2.5 和 PM10) 以及雨水径流减少。共记录了 11 种主要树种。印度刺槐 (Acacia nilotica) 是优势物种，占总树木丰度的 38.3%，占总叶面积的 37.3%。空气污染物去除代表了大多数物种最大的生态系统服务，其次是碳固存，而雨水径流减少的贡献相对较小。印度刺槐产生了最高的年度生态系统服务价值 (878.18 美元/年)，主要由于其卓越的空气污染物去除能力 (652.36 美元/年)，而印楝 (Azadirachta indica) 排名第二 (812.07 美元/年)。PM10 占据了所有物种总污染物去除量的最大比例。虽然数量较少，但大冠幅物种，如木棉 (Bombax ceiba)，在单株基础上提供了不成比例的高生态系统服务效益 (11.34 美元/株/年)。这些发现表明，树种在提供调节性生态系统服务的能力上存在显著差异，并为优先选择高性能本土物种以用于城市绿化和气候韧性景观规划提供了定量证据。

引言
城市化是 21 世纪最具变革性的全球进程之一，目前超过一半的世界人口居住在城市地区，并且预计这一比例在未来几十年内将显著增加 (Hoornweg and Pope, 2017)。快速的城市扩张导致了自然和半自然生态系统的退化和碎片化，降低了它们提供支持环境质量和人类福祉的关键生态系统功能的能力。在此背景下，城市树木和森林构成了城市绿色基础设施的关键组成部分，通过提供广泛的调节性、支持性和文化生态系统服务。这些服务包括碳储量和固存、空气污染缓解、城市热岛效应减弱、生物多样性保护以及休闲和美学效益，所有这些都有助于气候韧性和可持续城市发展 (Nowak et al., 2006; Yao et al., 2025)。对这些益处的日益认可，促使基于自然的解决方案 (NBS) 作为一种综合方法出现，旨在通过自然生态系统和绿色基础设施的保护、恢复和可持续管理来解决城市环境和社会挑战 (Dorst et al., 2019)。城市树木在 NBS 中扮演核心角色，通过调节微气候、减少地表径流和洪水风险、改善空气质量、固存大气碳以及增强人类健康和福祉 (Nowak et al., 2006; Mueller et al., 2022)。因此，城市森林日益被视为具有成本效益的气候适应和减缓策略，能够提高生态系统韧性，同时产生巨大的经济和社会效益。

尽管过去二十年间城市森林生态系统服务评估取得了显著扩展，但在地理和方法论上仍存在显著差距，特别是在全球南方快速城市化的城市中。在印度，大多数研究主要集中在城市树木多样性、绿地覆盖制图、生物量估算或碳储量上，而将森林结构、调节性生态系统服务及其经济估值联系起来的综合评估仍然有限 (Singh et al., 2021; Tripathi and Nema, 2024; Joshi and Garkoti, 2025; Sharma et al., 2025; Leiserowitz et al., 2025)。现有研究 largely 集中在市政公园、路边植树或全市范围内的清查上，相比之下，对于机构绿地的关注较少，而这些绿地通常包含成熟、结构多样且相对未受干扰的树木种群。此外，在半干旱城市条件下，生态系统服务提供的物种水平差异很少被量化，这限制了基于证据的城市绿化策略的发展 (Kumar et al., 2026)。机构校园代表了独特的城市生态系统，因为它们通常经历相对稳定的土地利用，包含成熟且结构多样的群落，并支持比许多周围城市景观更高的生物多样性 (Bassett, 2015; Liu et al., 2021)。这些特征使它们成为评估植被结构与生态系统服务提供之间关系的宝贵自然实验室 (Elmqvist et al., 2015; Przewo?na et al., 2022; Krischke et al., 2025)。尽管具有重要意义，机构绿地在印度城市生态系统服务研究中仍然代表性不足，特别是在物种水平生态系统服务评估和经济估值方面。

在可用的评估工具中，i-Tree Eco 模型已成为量化城市森林结构和调节性生态系统服务的最广泛应用框架之一。该模型使用标准化生态算法估算碳储量、年度碳固存、污染物去除、避免的雨水径流、氧气生产及其相关的经济价值 (Nowak et al., 2013; Hirabayashi et al., 2013; Pace et al., 2018)。尽管 i-Tree Eco 已在北美和欧洲得到广泛应用，但其在印度城市的应用仍然有限，且主要集中在城市范围的生态系统服务估算，而不是特定物种的功能评估。因此，缺乏足够的经验证据来识别在北印度特有的半干旱环境条件下能最大化生态系统服务提供的树种。

生态系统服务的经济估值通过将生态功能转化为可与传统城市发展指标相比的经济术语，增强了决策能力 (Gómez-Baggethun et al., 2013; Stanford et al., 2025)。以往的研究表明，城市森林通过碳固存、改善空气质量和雨水管理产生了巨大的经济效益 (Nowak et al., 2018)。然而，在印度的半干旱城市景观中，估值研究仍然稀缺，这限制了生态系统服务融入城市规划、气候适应和基于自然的解决方案政策。

德里是世界上最大、人口最稠密的大都市之一，由于快速城市化、高大气污染、水资源短缺和气温升高，面临严重的环境压力 (Jha et al., 2026)。在这个城市矩阵中，位于生态上重要的阿拉瓦利岭的机构森林，通过在半干旱条件下维持相对较大、连续且成熟的树木群落，构成了绿色基础设施的重要组成部分 (Paul and Nagendra, 2015; Garg et al., 2022)。这些景观提供了理想的机会，以评估物种组成、冠层结构和种群结构的差异如何影响调节性生态系统服务的提供。

与以往主要量化总碳储量或城市级生态系统服务的研究不同，本研究使用 i-Tree Eco 模型，在一个统一的分析框架内整合了森林结构、物种优势度、年龄分布、叶面积、生态系统服务量化和经济估值。通过评估物种水平的生态系统服务，本研究确定了主要树种之间的功能差异，并展示了冠层大小和种群结构如何影响半干旱机构森林中的碳固存、空气污染去除和雨水调节。研究结果提供了实用指导，用于物种选择、城市森林管理以及旨在增强快速城市化城市气候韧性的基于自然的解决方案。

本研究在位于新德里的贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学 (JNU) 校园内进行，该校园代表了德里岭半干旱景观内一处相对未受干扰的机构绿地，拥有多样化的成熟树木群落。尽管基于一处机构校园，但本研究旨在作为具有代表性的站点级评估，为评估印度同类城市绿地中的生态系统服务提供可转让的方法论框架。本研究的具体目标是：(a) 量化树种多样性、密度和结构属性，包括主要物种的年龄结构和叶面积分布，(b) 通过量化碳储量和年度碳固存，连同氧气生产、空气污染物去除和雨水径流缓解，来估计城市树木的气候调节服务。(c) 估计主要城市树木提供的生态系统服务的经济价值，并评估其对环境质量和城市可持续性的贡献，以及 (d) 确定基于物种和结构属性的生态系统服务提供驱动因素，并讨论其对城市森林管理、物种选择以及可持续城市规划和气候韧性基于自然的解决方案的意义。

章节片段

研究区域
本研究在位于印度德里国家首都领地南部的贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学 (JNU) 校园内进行。校园位于大约北纬 28°32′–28°34′和东经 77°09′–77°11′之间，覆盖面积约为 4.0 平方公里 (图 1)。JNU 是德里最大的连续机构绿地之一，位于阿拉瓦利岭系统的北部延伸段，这强烈影响了其

物种组成、密度和结构优势
贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学校园内的树木群落由十一种主要物种主导，在密度、重要性值指数 (IVI) 和对总叶面积的贡献方面表现出强烈的变异 (表 1)。印度刺槐 (Acacia nilotica) 成为结构优势物种，具有最高的密度 (每公顷 316 个个体) 和 IVI (89.01)，占总树木丰度的 38.26% 和总叶面积的 37.3%。印楝 (Azadirachta indica) 是第二大优势物种 (120

树种优势度和林分结构
本研究表明，贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学 (JNU) 的城市校园森林在结构上由少数物种主导，特别是印度刺槐和印楝，它们合计占总树木丰度和叶面积的一半以上。印度刺槐和印楝对生态系统服务的不成比例贡献反映了全球城市森林中观察到的模式，即少数大冠幅物种贡献了

结论
本研究表明，城市树木构成有价值的生物资源，能够在半干旱环境中提供多种调节性生态系统服务。物种组成和冠层特征强烈影响生态系统服务的提供，其中印度刺槐、印楝、木棉和白杜对碳固存、空气污染缓解和雨水径流减少做出了不成比例的贡献。在量化的调节性

CRediT 作者贡献声明
Rajendra Kumar Joshi：写作 - 初稿，验证，软件，方法学，形式分析，数据整理，概念化。Satish Chandra Garkoti：写作 - 审查与编辑，可视化，监督，资源，项目管理，方法学，资金获取，概念化。

资助
本研究未获得资金资助。

未引用的参考文献
National Green Tribunal (NGT), 2021
Nowak and Crane, 2000

利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能会被认为影响本文中报告的工作。

Rajendra Kumar Joshi|Satish Chandra Garkoti
环境科学学院，贾瓦哈拉尔·尼赫鲁大学，新德里，110067，印度