优化城市树种构成以最大化基于自然的解决方案

为什么城市树木比以往更重要

许多城市正竞相种植数千棵新树，希望为街道降温、净化空气并吸收暴雨径流。但这项研究指出，仅仅统计树的数量是不够的。不同树种承担的功能差异很大，每个街区也面临不同的热量、洪涝和污染组合。通过将“合适的树”谨慎匹配到“合适的地点”，作者展示了城市可以在相同绿地面积下获得大幅更多的效益。

城市问题并非处处相同

以费城为研究对象的这项工作说明了城市状况如何不均匀。研究团队利用卫星数据、居民的洪涝报告、空气污染记录和土地利用图，将城市划分为小网格单元，并对每个单元在暴雨径流、热量、空气质量和致暖碳方面的需求程度进行评分。被铺装和较旧排水系统覆盖的市中心密集区和南部区，成为洪涝和极端高温的热点。临近繁忙道路的区域显示出对更清洁空气的更高需求。相反，靠近大型公园和河流廊道的社区整体需求较低。这种需求的拼图式分布意味着一刀切的树木策略必然会错失机会。

并非所有树都会做相同的工作

为了解不同树种能提供什么，研究人员参考了费城城市林木的详细清单和一种广泛使用的建模工具i-Tree Eco。他们考察了城市中已有的30种最常见树种，估算了每种树在单位冠层面积上对四项服务的贡献：截留空气中的细颗粒、固存碳、拦截雨水以及通过遮荫和降温减少建筑能耗。差异相当明显。有些树在吸收雨水方面表现出色，但在为建筑降温方面只是中等水平；有些树固碳能力很强，但在过滤空气方面表现不那么突出。费城一些非常常见的树种，如悬铃木和花梨木，结果显示在这四项服务上都不如目前较为稀少的其他树种。

设计最佳树种组合

研究团队没有寻找单一的“超级树”，而是将树种选择视为一种平衡行为。他们采用了一种多目标优化算法——一种类似遗传搜索的方法，探索无数组合——为每个网格单元找到由九种表现最好的树种构成的最佳组合。该算法尝试同时最大化四项效益，同时识别权衡：例如，偏好一种对暴雨径流极为有利的树可能会略微减少在降温或固碳方面的收益。从生成的众多近优解中，作者选择了在每个类别上均能取得良好结果的折衷方案。该方案建议的全市性组合由少数几种树主导——尤其是银枫、红枫、甜gum（苦楝属）、糖枫和郁金香树——这些树共同构成了约85%的理想种植清单。重要的是，优选树种随着地点而变化：有些更适合密集、易涝的市区核心，有些则更适合更为绿色的外部辖区，在那里可以最大化固碳。

更聪明的种植能带来多少额外效益？

为检验这一策略是否真能带来实效，研究人员模拟了在费城以相同幅度扩大树冠覆盖率时两种不同方法的结果：一种是在每个网格单元使用优化的物种组合，另一种则是随机选择常见树种。随着冠层覆盖的增加，两种情景下所有生态系统服务均有所改善。但优化后的构成在相同空间中取得了更大的成效。在冠层适度增加15%的情况下，“智能”组合比随机组合多去除约28%的细颗粒并多固存近38%的碳。它在减少暴雨径流方面的效果约高出20%，而在降低建筑能耗方面更为显著，约高出77%，突显了其缓解城市高温的能力。总体而言，视具体服务而定，通过更好的规划，可以在不增加单棵树数量的情况下，将效益提高大约20%到80%。

这对更绿、更公平的城市意味着什么

研究结论是，城市植树行动应超越诸如“种树数量”或“冠层覆盖百分比”等简单目标。通过绘制环境问题最严重的区域并选择那些其优势与局部需求相匹配的树种，城市可以在有限的种植空间中提供更多的降温、更清洁的空气、防洪保护和碳固存。作者还提出了两条总体经验规则：在更安全、压力较小的地区使用高固碳树种以建立长期的气候效益；并在面临特定危害的社区集中种植那些在降温、净化污染或处理水量方面尤为擅长的树种。简言之，如何种植和在哪里种植和种多少一样重要。

引用: Dong, X., Ye, Y., Su, D. et al. Optimizing urban tree species composition to maximize nature-based solutions. npj Urban Sustain 6, 47 (2026). https://doi.org/10.1038/s42949-026-00361-w

关键词: 城市树木, 基于自然的解决方案, 生态系统服务, 城市热岛与洪涝, 树种规划