城市化(urbanization)是社会经济发展的必然趋势，预计到2030年世界城市人口将超过60%(彭镇华，2003a)。城市化给社会带来长足进步的同时也使城市面临着一系列社会环境问题(Rickman et al., 2003；Sukopp et al., 2000；Bakkenes et al., 2002；Scheller et al., 2005)。城市森林是解决城市发展和环境保护之间矛盾的重要途径和纽带，已成为衡量一个城市文明进步和可持续发展能力的重要指标，现已被世界各国所普遍重视(彭镇华，2003b；Salter, 1998；Webb，1996；1998a；1998b；Cheng, 2002；Chan et al., 2000)。在半干旱地区，如何利用有限的水资源，建设高效益并可持续发展的城市森林是迫切需要解决的问题。单位附属绿地是城市景观单元中星罗棋布的小型绿地嵌块体，具体包括学校、机关单位、医院和其他企事业单位以及单位职工生活小区绿地等(孙中党等，2002)，它们与其他绿色景观共同构成城市森林生态体系，极大地改善了城市环境和居民的身心健康。相对于街道等其他功能区而言，单位附属绿地噪音污染等相对较弱，但在半干旱地区，风沙严重、水分短缺仍然是主要的限制因子。树种选择是发展城市森林最坚实的基础，科学地选择单位附属绿地的绿化树种不仅关系到绿化的速度和质量，也直接影响经营管理成本。

目前对城市绿化树种选择的研究多为定性地探讨树种选择的原则、现存问题及绿化要求(李娥娥等，2001；宁伟艳，2002；申彩霞，2001；翟兴礼等，2000；张昕欣，2003)，少数的定量研究多集中在个别树种上(刘常富等，2003)，缺乏系统性和规范性，将城市森林功能效益与其他指标结合起来定量选择城市单位绿地最适绿化树种的综合研究尚属空白。本文以神东矿区为例，综合多种指标定量研究了城市单位附属绿地绿化树种的选择，为半干旱地区城市森林建设提供理论基础。

1 研究地区与研究方法 1.1 研究地概况

研究地位于神府东胜矿区，是新经济开发区，绿化树种平均年龄在10 a以下。神府东胜矿区位于晋陕蒙交界处(109°30′—110°30′ E，38°50′—39°50′ N)，行政上由北向南涉及到陕西和内蒙古两省(区)的伊金霍洛旗、准格尔旗、神木、俯谷4个旗县15个乡镇180个行政村。该矿区是世界一流的特大优质煤田，探明储藏量达2 000多亿t。神东矿区地处黄土丘陵沟壑与毛乌素沙地的过渡地带，平均海拔1 100~1 300 m，沙漠化及潜在沙漠化面积约占85%，风蚀强度2 500 t·km^-2a^-1，水蚀强度5 000 t·km^-2a^-1，是黄河流域风蚀沙化和水土流失最严重的地区之一。气候属半干旱大陆性季风气候，年平均降水量350 mm。

1.2 试验方法 1.2.1 树种选择规划原则

城市单位附属绿地树种选择是个十分复杂的过程，最基础的工作是在了解植物特性的基础上，根据城市环境条件和具体绿地特点选择与之配比的树种(图 1)。

1.2.2 调查和分析方法

采用分层抽样法(宋新民，1999)，调查了神东矿区23个单位附属绿地(包括5所学校、7个企事业单位以及神东公司、上湾煤矿和大柳塔煤矿生活小区的11块生活楼前绿地)42种绿化树种，共8 464株，其中包括20种落叶阔叶乔木，5 629株，6种常绿针叶树种，1 903株，16种花灌木，932株，具体见表 1、2。

树种选择用灰色关联分析法(傅立，1992)(确定参考数列X₀时蒸腾耗水要求越少越好，其他指标要求越大越好)。

1.2.3 具体指标计算或评价方法

1) 单株叶面积：按文献(胡志斌等，2003)中公式计算。2)样地各树种树高、胸径、冠幅、叶面积、健康等级、美感评分按其在层次中株数加权平均，各树种上述指标在研究地的最终值按其在各个样地中株数加权平均。3)树种相对优势度为该树种总叶面积与所有树种叶面积和之比。4)生态位宽度采用Levins(1968)提出的公式(齐淑艳等，2002)：，式中B_i代表树种i在s个样地中的生态位宽度；p_i代表树种i在一个样地中的个体数占所有样地中该树种个数的百分数。生态位宽度反映了生物种类对环境资源利用的多样性程度及不同植物对生态环境的生态适应特点，本文使用这一指标在一定程度上可以反映不同树种对城市单位附属绿地环境的生态适应性。5)健康等级评分标准如下：①生长良好：树冠饱满，叶色正常，生长旺盛，抵抗自然灾害能力强，无明显病虫害与机械损伤，仅需少量或没有必要采取补救措施，评分1；②生长中等：叶色基本正常，长势达到中等水平，有少量的病虫害或机械损伤，需要进行适当的修复工作，评分0.60；③生长衰弱：一般处于衰弱状态，有严重的机械损伤或病虫害，树相残破，叶色不正常，有碍观赏，需要大范围的修补或更新，评分0.3；④死亡：由于病虫害等原因而导致枝条干枯，整株濒死，需要补种，评分0。6)树种美感评定：用社会调查评分和实地根据生长状况评分各按0.5的权重计算。具体评价等级和标准为：优：树木生长状况良好，形态典型、优美，形态色彩与周围环境和谐统一，评分1；良：介于优中之间，评分0.75；中等：树木生长健康等级中等以上，形态、颜色与周围环境较和谐，评分0.5；较差：介于中、差之间，评分0.25；差：生长势衰弱，干形杂乱扭曲，色彩与环境不容，给人不舒服感觉，评分0。7)树种的适应性评定：参照文献(任宪威，1997；陈有民，1990；方亮，2003)，将树种对各种逆境的适应性分成5个等级：强、较强、中等、较弱、弱，评分分别为1、0.75、0.5、0.25、0。

1.2.4 功能效益及蒸腾耗水测定

1) 滞尘：雨后一周在各样地中选择每种树种5株，采集不同部位叶子各5片，称质量W₁，然后用蒸馏水洗净，待表面水分晾干后再称质量W₂，用叶面积仪测量叶子面积S，滞尘能力(mg·cm^-2d^-1)=(W₁-W₂)/7S。2)固碳释氧和蒸腾耗水：用Li-6400从10：00到次日10：00每2 h测定1次。日光合量，式中：P为日净同化总量(mol·d^-1m^-2)；p_i, p_i+1分别为初测点和下一测点瞬时光合作用速率(μmol·s^-1m^-2)；t_i，t_i+1分别为初测点和下一测点时间(h)；j为测试次数，最后与O₂、CO₂的摩尔质量相乘得到日固碳释氧量(g·m^-2d^-1)。日蒸腾耗水、蒸腾吸热和降温的计算参照文献(柴一新等，2002)。

2 结果与分析 2.1 树种生长状况调查及美感评定

经调查，国槐(Sophora japonica)、垂柳(Salix babylonica)、小叶杨(Populus simonii)、新疆杨(Populus alba var. pyramidalis)等落叶阔叶乔木树种在神东矿区生长良好，其中新疆杨株数最多，相对优势度达63.94%，重要值也居首位；垂枝榆(Ulmus pumlia var. pendula)、垂柳等生态位最宽；山杏(Armeniaca sibirica)、龙爪槐(Sophora japonica f. pendula)生长量虽小，但健康等级接近优；美感评分以垂柳、国槐、龙爪槐、龙爪柳(Salix matsudana f.tortuosa)、色木槭(Acer mono)等最高，小叶杨、旱柳(Salix matsudana)美感评分不高(表 1)。

神东矿区的常绿针叶树健康等级均在中等以上，圆柏(Sabina chinensis)相对优势度、重要值、生态位宽度、美感评分均居首位(表 2)。灌木中金银忍冬(Lonicera maackii)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、华北紫丁香(Syringa oblata)、玫瑰(Rosa rugosa)、黄刺玫(Rosa xanthina)生长最佳，叶面积、生态位宽度、健康等级及美感评分也相对较高；柽柳(Tamarix chinensis)生长最差，美感评分及其他指标也均最低(表 2)。

2.2 树种适应性评价

神东矿区各树种适应性状况见表 3。总体上落叶阔叶乔木树种适应性较强，其中杨柳类、国槐、龙爪槐、沙枣(Elaeagnus angustifolia)、山桃(Amygdalus davidiana)等综合适应性最强，海棠果(Malus prunifolia)、元宝枫(Acer truncatum)、色木槭相对较弱。常绿针叶树种适应性中抗化学物质能力弱，抗风沙、耐寒、耐旱、耐贫瘠及耐修剪能力较强，尤其是樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)。灌木中紫穗槐、华北紫丁香、玫瑰等树种各项适应性指标值均较大，黄刺玫除减噪、抗氟化物和氯化物及NO₂外其他适应性指标值也很高。

2.3 树种功能效益和蒸腾耗水量分析

表 4表明，不同类型树种吸收SO₂能力不同，落叶阔叶乔木 > 花灌木 > 针叶树。滞尘能力以针叶树最显著，平均滞尘量为1.26 mg·cm^-2d^-1，其中杜松(Juniperus rigida)、圆柏、云杉(Picea asperata)最大，均达1.43 mg·cm^-2d^-1以上，侧柏(Platycladus orientalis)最小(0.57 mg·cm^-2d^-1)。这是因为圆柏叶表面凹陷，滞留灰尘能力强；云杉叶呈四棱状条形，相对扩大了叶片滞尘表面积；油松(Pinus tabulaeformis)能分泌树脂黏液，滞尘能力相对较强。落叶阔叶乔木平均滞尘能力较灌木大，这与高大阔叶乔木能阻挡灰尘并能降低风速使尘埃降落有关。阔叶乔木中山杏滞尘能力最大，达2.14 mg·cm^-2d^-1，这是因为山杏上表皮具毛，叶柄长，硬挺，叶片着生角度为45°~50°，使其叶片向空间伸展，能吸附空气中的颗粒物；而金丝垂柳(Salix×aureo-pendula)、旱柳等叶表面光滑，叶片下倾，滞尘能力较低。灌木中玫瑰、丁香类、毛樱桃(Cerasus tomentosa)等因叶表面多皱或具毛，滞尘能力最强，其中玫瑰可达1.86 mg·cm^-2d^-1；滞尘能力最弱的是柽柳，只有0.14 mg·cm^-2d^-1。

树种单位叶面积日固碳和释氧量以落叶阔叶乔木最大，平均值分别为1.600和1.163 g·m^-2d^-1，其中龙爪槐最大，分别达4.296和3.124 g·m^-2d^-1；垂柳、金丝垂柳、龙爪柳等柳树类也较显著；色木槭、元宝枫相对较弱。灌木平均日固碳和释氧能力最小，分别为0.970和0.706 g·m^-2d^-1，其中紫穗槐、卫矛(Euonymus alatus)、暴马丁香(Syringa reticulata var. mandshurica)最强，连翘(Forsythia suspensa)、黄刺玫、柽柳、山刺玫(Rosa davurica)最弱，其中连翘固碳和释氧量分别只有0.450和0.327 g·m^-2d^-1。针叶树整体上生长慢，干物质积累低，日固碳和释氧量不及阔叶乔木，平均值分别为1.554和1.130 g·m^-2d^-1，日固碳和释氧能力以杜松最大，分别为2.289和1.665 g·m^-2d^-1，圆柏最小，只有0.973和0.707 g·m^-2d^-1。

不同树种蒸腾耗水量、吸热降温效果也不同，总的来说阔叶乔木 > 针叶树 > 灌木树种，这3类树种平均蒸腾吸热量分别为310.188、215.086和194.657 kJ·m^-2d^-1，其中龙爪槐最大，达590.361 kJ·m^-2d^-1，降温0.02 ℃；垂柳、龙爪柳、金丝垂柳及山桃、山杏、海棠果等蒸腾耗水量及降温效果也较显著；小叶杨、新疆杨单位叶面积日蒸腾耗水量最少。花灌木降温作用最不显著，除暴马丁香、紫穗槐、卫矛外，其他树种单位叶面积蒸腾降温均小于0.01 ℃。常绿针叶树种整体蒸腾耗水量、吸热降温效果介于灌木和落叶阔叶乔木之间，其中云杉、杜松最大，圆柏最小。

2.4 神东矿区单位附属绿地绿化树种综合评价选择 2.4.1 落叶阔叶乔木树种的综合评价选择

将表 1、表 3和表 4中落叶阔叶乔木树种的27项指标(不包括蒸腾吸热)综合起来，利用灰关联分析做评价，树种优先选择结果见表 6(灰关联分析时各指标的权重分配见表 5，分辨系数取0.5)。

表 6表明，新疆杨是最优绿化树种，其加权灰关联度接近0.7；其次，垂柳、小叶杨、国槐也是半干旱地区城市单位附属绿地的优良绿化树种；另外，龙爪槐、龙爪柳、色木槭、元宝枫、垂枝榆、海棠果、紫花槐(Sophora purpusii)、沙枣、山荆子(Malus baccata)、旱柳等树种也可适当选择；刺槐(Robinia pseudoacacia)因栽植时间稍晚，较矮，导致其灰关联度较小，实际上该树种从适应性、观赏价值等方面都可作为单位附属绿地的备选树种；榆树(Ulmus pumila)从整体上表现最差。

2.4.2 常绿针叶树种的综合评价选择

将表 2~4常绿针叶树种的27项指标综合起来，灰关联评价结果表明，6种常绿针叶树种的优先选择顺序为：圆柏>云杉>樟子松>杜松>油松>侧柏。

2.4.3 花灌木树种的综合评价选择

由表 2~4花灌木的27项指标综合评价后知，神东矿区单位绿地应优先选择华北紫丁香，其加权灰关联度达到0.78以上，黄刺玫、紫穗槐、华北珍珠梅(Sorbaria kirilowii)、火炬树(Rhus typhina)、玫瑰、榆叶梅(Amygdalus triloba)、金银忍冬等也是该地区绿化的优良灌木，山刺玫、连翘、卫矛、毛樱桃、暴马丁香等也是备选树种。小檗类、柽柳在神东矿区单位附属绿地中表现最差。

3 结论

1) 用适应性、生长状况、功能效益、美感评定及蒸腾耗水量等几个方面的27项指标综合评价分析后，得出神东矿区42种绿化树种的优先选择顺序。在类似神东矿区的半干旱地区选择城市单位附属绿地绿化树种时，新疆杨是落叶阔叶乔木中的最优绿化树种。该树种以其耐干旱、适应大陆性气候的特点，在神东矿区单位绿地生长良好，健康等级评分0.99；树高、胸径、冠幅、单株叶面积等各项生长指标均列前茅，加上其数量最多，相对优势度达63.94%，重要值也居首位；新疆杨单位叶面积滞尘等生态功能居中，而单位叶面积蒸腾耗水量相对很低；新疆杨枝干挺拔、姿态优美，深受人们的喜爱，美感评分0.85，介于优和良之间。因此，新疆杨综合评价后表现最好。另外，垂柳、小叶杨、国槐也是优良的绿化树种，龙爪槐、龙爪柳、色木槭、元宝枫、垂枝榆、海棠果、紫花槐、沙枣、山荆子、旱柳等树种也可适当选择。

2) 常绿针叶树种中圆柏耐寒、耐旱、抗风力强，在神东矿区单位绿地数量最多，长势良好；滞尘、吸收SO₂等能力均高于针叶树种的平均水平；单位叶面积蒸腾耗水量又小；圆柏树形优美，青年期呈整齐圆锥形，老树干枝扭曲，奇姿古态，而且可以修剪成各种形状，用于半干旱单位绿地绿化堪为独景，应优先选择。其次选择云杉、樟子松、杜松，再次选择油松和侧柏。

3) 花灌木树种中，华北紫丁香适应性强，生长良好，滞尘能力最大，固定CO₂、吸收O₂能力也较高，而蒸腾耗水量却低于灌木树种的平均水平，该树种枝叶茂密，花美而香，在单位绿地中形成美丽、清雅、芳香、青枝绿叶、花开不绝的景区，是半干旱区城市单位绿地最优绿化树种。另外，黄刺玫、紫穗槐、华北珍珠梅、火炬树、玫瑰、榆叶梅、金银忍冬也是半干旱地区城市单位附属绿地绿化的优良灌木，山刺玫、连翘、卫矛、毛樱桃、暴马丁香等也是备选树种。

4) 经过综合评价，榆树、小檗类、柽柳整体表现较差，建议在半干旱地区城市单位附属绿地适当少选。