水热梯度带中城市绿地植物同质化的生态服务与水成本研究

Over the past decades, the global urbanization has been increasing rapidly. Under the increasing role of human beings, the plant species in urban green spaces across the climate zones have been performing homogenization. The change of plant composition caused by human may improve the ecosystem services of greenspaces, but the consumption of water resources may increase and affect the sustainable development of society, especially in arid and semi-arid cities. However, the degree of plant homogeneity between cities and its influence on the pattern of ecosystem services are still lack of quantitative research. This project intends to choose 5 cities as case studies locate in transect of hydro-thermal gradient from humid warm subtropical to arid temperate climate zones. By means of remote sensing identification, field survey, water treatment experiment and carbon isotope determination, the degree of homogenization of plant species between cities and its impact on the pattern of ecosystem services will be quantitatively analyzed, and its mechanism will be explored. Tradeoff analysis between ecosystem services and water cost caused by plant homogenization will be carried out. The sustainable strategies to improve plant diversity and ecosystem services while to reduce the water resources cost in different climatic zones will be explored, and suitable plant species for each climate zone will be find out, which contribute to the development of resources botany.

过去几十年来全球城市化进程不断加快，在人类越来越强的作用下，跨气候区城市之间绿地植物种类组成出现了同质化趋势。人类造成的植物组成改变可能提高绿地的生态系统服务，但是对水资源的消耗可能增大并影响社会可持续发展，特别在干旱半干旱区的城市。然而，对水热梯度上城市间植物同质化程度及其对生态服务和水资源代价的影响还缺乏量化理解。本项目拟在中国湿润南亚热带-湿润中亚热带-半湿润温带-半干旱温带-干旱温带5个水热梯度上各选一个城市，通过城市绿地遥感识别、样地调查和观测、控制实验、碳稳定同位素分析和模型等技术手段定量分析水热梯度带上城市间绿地植物种类同质化程度，植物同质化对绿地生态系统服务和水分利用效率的影响，并进行生态系统服务收益与水资源成本的权衡分析，探索不同气候区城市绿地中提高植物多样性与生态服务并降低水成本的可持续发展策略，并找出适合各气候区的优良绿化工具种类，为资源植物学的新方向做出贡献。

城市绿地主要指建成区内人工建植和管理的植被。人类改变了环境及引种导致不同气候带城市绿地的物种组成接近，产生同质化。以往研究主要考虑了距离、气候等综合因子但对单一生态因子的响应仍未知。本项目选择两条梯度带：（1）在温带地区沿着水分梯度，即湿润、半干旱与干旱3个梯度的18个城市；（2）在东部沿海湿润区沿着温度梯度，即南亚热带-中亚热带-温带-寒温带4个热梯度中29个城市。本研究探索了不同气候区城市绿地中同质化的程度、提高植物多样性与生态服务并降低水成本的可持续发展策略，并找出适合各气候区的优良绿化工具种类。主要结果：（1）水分梯度带上18个城市的绿地中共记录到了462种树，有88种树在9个以上不同水分条件城市的绿地中出现。（2）城市绿地的树种丰富度和多样性指数在水分梯度(年均降水200~800mm)上趋同，变异系数只有野外林的一半。（3）城市绿地间的树种组成相似性(J ~ 0.30)显著高于城外森林间的树种组成相似性(J ~ 0.07)，表明不同湿润度城市绿地间树种组成存在同质化。（4）城市绿地树种组成相似度随城市间降水量差异和人均GDP差异减小而增大，说明自然的水量和社会经济因素共同影响了城市绿地间的同质化。（5）在温度梯度上29个城市绿地沿温度梯度的树种多样性指数增加率低于野外林一半，表明树种多样性的趋同。（6）在温度梯度上，城市间绿地树种组成的相似性高于自然区域的森林。（7）城市间绿地树种组成的相似度随着城市间温差的增大而降低。（8）绿地中落叶阔叶树比例随所在区域年均温的增长速度比野外林慢~24%，显示出生活型同质化。（9）在温度梯度城市中广泛分布的树种有88种，其中60%在其自然分布区外的城市出现，说明了引种是一个机制。（10）水热梯度上树木组成同质化提高了绿地的生态系统服务和城市间人们享受绿地生态服务的公平性。然而，绿地对水资源的消耗增大可能影响社会可持续发展，特别在干旱半干旱区的城市，需要引起注意。本研究也为城市绿地的管理提供了一定的指导。