《Remote Sensing》：Urban Green Guardians: Quantifying Ecosystem Services of Public Versus Private Trees in a High-Latitude City in Canada
编辑推荐：
城市树木无论生长在公共或私有土地上都提供多种生态系统服务（ecosystem services, ESs）。然而，市政树木保护政策历来主要针对公共的、城市所有的树木，往往忽视通常占城市森林冠层一半以上的私有土地树木。本研究以加拿大埃德蒙顿市为案例，基于私有土地
城市树木无论生长在公共或私有土地上都提供多种生态系统服务（ecosystem services, ESs）。然而，市政树木保护政策历来主要针对公共的、城市所有的树木，往往忽视通常占城市森林冠层一半以上的私有土地树木。本研究以加拿大埃德蒙顿市为案例，基于私有土地树木所提供的生态系统服务，论证了在高纬度冬季城市保护私有土地树木的必要性。研究人员将光探测与测距（Light Detection and Ranging, LiDAR）数据衍生的树木特征与i-Tree Eco模型相结合，评估了三项主要生态系统服务：总碳固存、避免径流和大气污染去除。结果表明，在成熟社区中，私有树木占树木冠层的60%，并提供显著高于公共树木的总体生态系统服务及其货币价值（p < 0.05）。公共城市树木作为高质量的单体资产——其特征为较大的胸径（diameter at breast height, DBH）和较高比例的落叶树——而私有树木则作为大规模高容量的集体资产，因其数量丰富而提供1.66倍的总生态系统服务。鉴于其可观的生态贡献、货币价值、固有的生长限制以及对填充开发的脆弱性，高纬度城市成熟社区的树木需要有效的管理策略。高纬度冬季城市的市政政策框架应将自上而下的树木保护法规与自下而上的社区管理倡议相结合，以保护公共和私有土地上的森林冠层。
**论文解读：高纬度冬季城市私有树木的生态系统服务量化与政策启示——以加拿大埃德蒙顿为例**
**1. 研究背景与问题**
城市森林作为基于自然的解决方案，在全球范围内对气候韧性和极端天气缓解具有关键作用。树木提供的生态系统服务（ecosystem services, ESs）涵盖供给、调节、支持和文化服务，并已被纳入联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）等全球政策框架。在高纬度冬季城市，树木不仅承担碳固存与空气污染去除，还提供夏季遮荫降温、冬季防风保温、融雪期水文调节等适应季节性极端气候的高价值服务。然而，私有土地上的树木往往占城市冠层的大部分，却因管辖权限制、管理复杂性以及对产权所有者施加额外监管的顾虑，长期被市政保护政策忽视。现有研究大多聚焦于公共或街道树木，鲜少按土地权属（公共与私有）区分生态系统服务贡献，尤其在高纬度城市中，这一研究缺口更为显著。埃德蒙顿市位于北纬53°至54°之间，冬季严寒、生长季短，公共树木以落叶和针叶树种为主、物种多样性低；其市政保护法规仅适用于公共财产，且现有评估依赖过时的基线数据并遗漏私有树木。快速的城市填充开发进一步加剧了成熟社区私有冠层的流失风险。因此，有必要通过量化公共与私有树木的生态系统服务差异，为私有树木保护政策提供实证依据。
**2. 研究目标与开展的工作**
本研究以埃德蒙顿市31个成熟社区（约占全市成熟社区总数的30%）为研究区域，旨在：（1）量化和比较公共与私有树木提供的生态系统服务；（2）识别影响土地权属间生态系统服务空间变化的关键因素；（3）提出支持循证市政治理和私有树木保护倡议的政策建议。研究人员利用2019年城市机载光探测与测距（Light Detection and Ranging, LiDAR）数据提取单木高度与冠幅，结合2018年加拿大自然资源部（Natural Resources Canada, NRCan）的LiDAR强度数据进行落叶/常绿功能型分类，并接入i-Tree Eco模型评估总碳固存、避免径流和大气污染去除三项主要服务及其货币价值。由于物种级识别在大尺度上不可行，采用美国榆（Ulmus americana）和科罗拉多云杉（Picea pungens）分别作为落叶与常绿功能型的结构替代物种，通过异速生长方程由树高推算胸径（diameter at breast height, DBH），并统一设定树木健康状况为65%。此外，构建基于DBH和树木类型的MM型稳健回归模型作为i-Tree Eco输出的简化预测工具，并采用配对样本t检验比较公共与私有树木的服务差异。
**3. 主要研究方法**
研究采用的主要技术方法包括：（1）基于LiDAR点云生成冠层高度模型（canopy height model, CHM），利用可变窗口滤波（variable window filter, vwf）和标记控制分水岭分割（marker-controlled watershed segmentation, mcws）算法进行单木 delineation（单木 delineation）与冠层边界提取，并通过市政基础设施矢量数据掩蔽非植被结构；（2）利用2018年NRCan 1 m分辨率LiDAR强度数据对树木进行落叶/常绿功能型分类，依据常绿树种更高的回波强度区分两类植被；（3）运用i-Tree Eco模型量化生态系统服务，模型所需的气象与污染物数据来自研究区内McCauley空气质量监测站（2020年连续小时数据）和ACIS Edmonton Blatchford气象站；（4）采用MM型稳健回归建立DBH、树木类型与年生ES货币价值的预测模型；（5）通过配对样本t检验评估公共与私有树木年均ES价值的差异。研究样本覆盖132,070棵个体树木，树木分类总体准确率为89%，树木提取总体准确率为93%。
**4. 主要研究结果**
**4.1 影响生态系统服务的因素**
在大多数成熟社区中，私有树木占树木总数和冠层覆盖的主导地位。公共树木比例最低为Killarney社区的15.16%，最高为Westwood社区的57.99%，后者是唯一公共树木数量超过私有树木的社区。私有树木群体以常绿树种为主（58.29%），而公共树木以落叶树种占绝对优势（73.28%）；公共树木的平均DBH（11.07英寸）高于私有树木（9.16英寸）。稳健回归模型（调整后R2 = 0.99）表明，DBH每增加1%，年生ES总值增加1.76%；同等DBH下，小型常绿树木的货币效益约为落叶树木的37%（β = ?0.99, p < 0.0001），但交互项（β = 0.28, p < 0.0001）显示随DBH增大，常绿树木的ES累积速率更快，功能型间的初始差距逐步缩小。例如Argyll社区私有树木数量占60.55%，但公共树木因平均DBH更大（18.42英寸对10.89英寸）且落叶树种占比高，年生ES总值反而高出38%，说明成熟落叶冠层可超越密度更高的较小幼树或常绿树。
**4.2 生态系统服务的空间变化**
在社区尺度上，私有树木在所有三项ES（总碳固存、避免径流、空气污染去除）中均提供更高的总聚合服务，这主要源于私有树木数量超过公共树木两倍以上。但在单木尺度，公共树木的各项服务均高于私有树木（如单木碳固存9.13 lb/年对5.84 lb/年），归因于公共树木更大的平均DBH和更高的落叶阔叶树种比例。空间上，Pleasantview社区产生的ES总量最高，其次是Calder和Westwood；Pleasantview和Calder的高服务量由树木数量驱动，而Westwood虽树木总数仅为前两者的约75%，但因公共树木占主导（57.99%）且平均DBH较高，实现不成比例的高聚合服务。配对t检验显示，私有树木的总碳固存（p = 0.002, Cohen's d = ?0.62）、避免径流（p < 0.001, Cohen's d = ?0.78）和空气污染去除（p < 0.001, Cohen's d = ?0.78）均显著高于公共树木；剔除异常值社区后结果依然显著。私有树木贡献了超过60%的平均和中位ES交付，其中碳固存最高达81.90%，避免径流和污染去除最高分别达84.41%和84.53%。累计上，私有树木提供的总碳固存、避免径流和空气污染去除分别是公共树木的1.52倍、1.69倍和1.70倍。
**4.3 生态系统服务货币价值**
研究区域内公共与私有树木每年每社区的平均ES货币总值为7362加元。空气污染去除贡献最高（每社区每年5673加元），其次为总碳固存（1514加元）和避免径流（175加元）。私有树木每社区每年平均贡献4590加元，约占全部ES货币总值的62%，其总货币价值是公共树木的1.66倍。统计检验确认两种权属类型间的货币价值差异显著（p < 0.001, Cohen's d = ?0.75），公共树木的年ES货币估值在社区间的空间变异性大于私有树木。
**4.4 树木重置成本或结构价值**
在社区尺度上，私有树木的平均重置成本/结构价值为325万加元，明显高于公共树木的182万加元，主要受私有土地树木密度驱动。但在单木尺度，公共树木的平均结构价值（1443.47加元）高于私有树木（1085.23加元），原因在于公共土地上更大DBH的成熟落叶树种比例更高。Pleasantview和Calder等社区因树木结构因子优势而呈现更高的总体重置价值。填充开发策略需在开发目标与城市林业目标之间权衡这些实质性的重置成本和结构价值。
**4.5 政策启示**
研究结果表明，私有树木产生的总ES量高于公共树木，这反映的是私有土地在空间面积、冠层足迹和树木密度上的支配地位，而非生态优越性。公共树木仍承担不可替代的市政功能，如走廊降温、道路径流滞留和绿色空间公平可达。市政政策应整合私有与公共树木为单一城市森林系统中相互依存的组成部分。当前埃德蒙顿的城市森林资产管理计划和公共树木法规几乎只关注公共资产，需将保护机制延伸至私有土地。政策设计必须正视生态系统不服务（ecosystem disservices），如根系损害基础设施、遮荫降低太阳能效率等，通过“在正确地点种植正确的树”原则、分级收费的私有树木移除许可、经济激励（如参考安大略省MFTIP物业税减免计划）和教育推广来提升公众接受度和合规性。最终应平衡城市密度化目标与冠层保留目标。
**5. 讨论与结论总结**
讨论部分承认了研究中因数据限制而采用的简化与假设，包括以两种替代物种代表全部树木功能型、异地异速生长方程转换、统一65%树木健康状况等，这些因素对ES估值引入不确定性和方向性偏差。但核心结论——私有树木提供显著更高的总聚合ES——在方法论上依然稳健，因为总ES量主要由总冠层面积和树木数量驱动，而私有财产涵盖埃德蒙顿成熟社区绝大部分的冠层足迹和树木数量，即使累计误差也无法改变这一结构性优势。
研究结论指出，无论树木位于公共还是私有土地，都是高纬度城市气候韧性的重要基于自然的解决方案。私有树木产生的累积ES显著高于公共树木（p < 0.05），在碳固存、径流避免和污染去除方面提供超过1.6倍的聚合价值。为保护这些生态资产，城市需要平衡的治理模式：自上而下的法规（如专门的私有树木保护法规）必不可少，但仅靠监管不够，还必须结合自下而上的社区管理、公众教育、经济激励和战略性物种选择。政策应将公共树木视为高质量的单体资产，将私有树木视为大规模高容量的集体资产，并同时保护二者。保护现有冠层应优先于新植计划。未来研究应评估法规实施后冠层保留的空间变化、纳入物种特定的本地异速方程，并探索按社区分化的政策框架。最终，有效的气候适应要求市政政策停止区分公共与私有城市森林，将自上而下的政策与社区管理相结合，保护所有绿色基础设施。
