城市农林复合景观影响生态系统多功能性与服务相互作用

为何城市农田与林地需要并存

随着城市扩张，我们常把农田与森林视为争夺空间的两方。但许多城市地区实际上由二者的镶嵌格局构成：作物田间穿插防护林带、林块与公园。该研究考察了不同农田与林地混合形式在中国东北主要粮食产区长春周边，如何影响人们依赖的多项收益——粮食、清洁水源、健康土壤与碳储存——以及哪种土地利用组合最能平衡这些需求。

在城市周边混合耕地与林带

研究者聚焦长春，这里处于世界重要的黑土农业区与玉米带。利用二十年的卫星影像与环境数据（2000–2020 年），他们将土地利用绘制为一公里见方的网格，并按每格中农田与森林的比例进行分类。类别从几乎全部耕地，经若干不同树作比例的农林混合类型，直到几乎全林。基于网格的办法使他们得以观察城市扩张以及国家退耕还林等植树项目如何推动景观变化。

评估的不仅仅是产量

为了解不同土地混合形式的表现，研究团队在每个网格单元估算四项关键功能：粮食产量、水分保持、土壤保持与碳固定。粮食产量由卫星对玉米生长的观测值并结合田间样地校准推算。水分保持反映了有多少降雨被滞留而未径流流失。土壤保持估算植被与地形阻止侵蚀的程度。碳固定衡量植物每年封存的碳量。将各功能标准化到相同的 0–1 量表后相加，得到反映一块土地如何同时提供这四项收益的“多功能性”简单指数。

寻找多重收益的最佳区间

结果显示，几乎全部用于耕作的土地虽产量高，但生态调节能力薄弱，总体多功能性最低。令人意外的是，森林主导的区域也并非得分最高。尽管树木显著提升了水分保持、土壤保持与碳储存，但它们取代了耕地，降低了粮食产量。总体表现最好的来自那种以耕地为主但林地占比约五分之一到五分之二的混合农林区。在这些景观中，防护林带与林块减少了风蚀与水蚀、改善土壤并储存更多碳，同时尚未显著削弱粮食产出。

服务之间如何互助或相互制约

研究还考察了四项收益如何协同变化。在以作物为主的区域，粮食产量往往与水分保持同步上升，可能是因为更健康的作物与更好的地表覆盖同时改善产量与水分利用。在更混合与林多的地区，最强的协同关系发生在水分保持与土壤保持之间——浓密的植被与树根减缓径流并稳固土壤，从而两者都得到提升。然而，随着林地覆盖进一步增加，粮食产量与土壤保持之间的关系由轻微协同转为明显的权衡：在密林下土壤得到最好保护时，可用于种粮的土地就相对减少。

为更绿色的城市与农田提供指引

对于试图在养活人口的同时应对侵蚀、洪涝与气候变化的城市区，这项工作提供了实用指引。研究表明，既非全是耕地也非全是森林能提供最佳利益组合。相反，在以农业为主的景观中，审慎地织入林带与林块、把林地比例控制在中等水平，可使整体表现比纯耕地提高约十分之一到五分之一。在森林主导区，加入耐荫作物或林下林产品可以在不牺牲生态收益的前提下恢复部分粮食产量。简言之，城市周边一块平衡的农林拼贴，是同时保护土壤与水源、储存碳并保障粮食供应的关键。

引用: Zhai, C., Geng, R., Liu, G. et al. Urban agroforestry compositions influence ecosystem multifunctionality and service interactions. Sci Rep 16, 9897 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37986-x

关键词: 城市农林复合, 生态系统服务, 景观规划, 多功能景观, 土壤与水资源保护