科学前沿问题|气候变化对城市植被健康及功能的影响机制是什么？
题目：气候变化对城市植被健康及功能的影响机制是什么？Title：What are the impact mechanisms of climate change on the health and its function of urban vegetation？
所属类型：前沿科学问题
关键词：气候变化，城市植被健康，生态服务功能，影响机制
Key Words：Climate change; Urban vegetation health; Ecological service function; Impact mechanisms
推荐单位：北京林业大学
作者信息：董丽，北京林业大学教授
问题正文：
一、问题描述
气候变化对城市植被健康及其生态系统服务功能的影响机制如何？是风景园林应对气候变化相关的应用基础性科学问题。
全球气候变化带来了越来越多的生态灾难，尤其是对于人口密集、生态基础脆弱的城市。城市植被是城市生态系统的重要组成部分，被认为在缓解城市受气候变化的影响以及提升城市生态韧性方面发挥重要功能。然而，气候变化首先会影响城市植被自身的健康。持续的气候变暖及多发的气候灾难会通过影响植物的存活、植物正常的生长发育节律及植被的可持续演替等而导致城市植被自身健康状况受到严重影响，而在气候变化及城市高度异质的环境条件下，这一影响机制非常复杂。另一方面，城市植被如何通过自身的气候适应性策略以及在合理的人工干预下发挥其最大的生态服务功能，从而提升城市应对气候变化的生态韧性将极为重要。这是风景园林学科必须要解决的重大科学问题和难题。
本问题围绕（1）响应于气候变化与城市微环境气候异质性协同作用下的城市植被物种生存、生长发育节律以及植被演替的规律；（2）城市植被的气候适应性策略对其生态服务功能的调节规律。研究成果可为未来提高城市植被气候变化适应性、维持城市生态系统稳定性、保障城市景观可持续性及提升城市生态韧性提供科学依据。
二、问题背景
18世纪中叶工业革命以来，人类社会进入快速城市化阶段，大量化石燃料燃烧导致温室气体持续增加，由此引发的全球气候变暖危机严重制约人类社会的可持续发展。我国作为负责任的发展中大国，高度重视气候变化问题。近年来，在习近平生态文明思想指导下，我国部署、采取了一系列应对气候变化的政策和措施，为减缓和适应气候变化贡献中国力量。
城市植被是城市绿色基础设施的主要构成，也是固碳减排 、改善城市气候、减弱空气污染、雨洪管理等诸多城市生态系统服务功能的最重要支持者。气候变化大背景下，高度密集、破碎化的城市环境水热分布不均，加剧了城市气候的复杂性与恶劣性。一方面，绿地植物因其独特的生命活动在缓解气候变化等环境问题中发挥着重要作用，是城市发展应对气候变化的重要生态策略；另一方面，气候变化也通过作用于植物生长而对城市植被的健康状况、整体发育及可持续演替等造成影响，进而加剧了城市植被生态系统服务供给的不稳定性。因此，厘清气候变化对城市植被生长、健康与生态系统服务功能可持续供给的影响机制是指导高质量城市绿地植被建设，主动适应、积极应对气候变化危机的重要科学理论基础，迫切需要深入、系统的研究挖掘。
三、最新进展
气候变化应对是全球性热点话题。基于城市植被在应对气候变化危机中所扮演的重要角色，国内外越来越多的研究者开始关注气候变化对城市植被的影响。特别是2000年之后，许多优秀的研究成果持续涌现，成为一大研究热点。
气候变化对城市植物生长生理的影响
全球气候变化主要体现在气候变暖与极端天气频发两方面，两者都会对城市植物的生长生理产生影响。一方面，全球气温升高促使植物新陈代谢与生长发育更加活跃，提高了城市树木的生长速率，也加快了植被的衰老与更新。来自中欧、北欧、日本、巴西的研究报道称，这种影响对幼龄树和生态适应性较广的树种尤为显著；另一方面，极端气候会通过阻碍植物光合作用、遏制植物吸收营养元素、促使害虫繁殖频率增加等方式，破坏植被健康，胁迫植物生长。近年来，国内外学者针对热浪、干旱、洪涝等极端气候胁迫植物生长生理的研究都证实了这一点。
气候变化对城市植被构成与演替的影响
气候变化是不可逆转的、持续的，而植物对环境的适应能力有限。国外一些学者借助气候适应性模型（CSMs）、包络模型（CEMs）、时空替代法、物种分布模型（SDM）的模拟预测发现，未来澳大利亚、美国费城、美国加州、中国上海等地的气候适宜生境将有不同程度的减少，这势必会造成城市生物多样性降低。另一方面，学者也关注到变化的城市气候也可能为一些外来树种提供适宜生境，从而促进物种迁徙，加速城市植被树种更新。但显然，伴随而来的生物入侵风险增加将不利于城市植被健康演替。
气候变化对城市植被物候的影响
植物在适应周围环境的过程中形成的生长发育年周期节律被称为植物物候。近年来，国内外学者针对气候变化对植物开花、展叶、秋色、落叶等物候期的影响开展了较为广泛的研究，在“植物物候－气候响应”方面积累了许多有益的成果。随着研究的不断深入，由气候变化引发的城市植被物候同步性错动引起学界关注。物候同步性错动会影响“植物-植物”竞争关系、“植物-动物”营养关系等种间关系及群落结构发生改变，具体体现在对群落生态位、营养结构、数量特征、资源利用情况及生态稳定性等方面的影响。如何适应及应对物候同步性错动对以植被为基础的城市生态系统稳定性与生物多样性的威胁，已成为气候变化影响城市植被物候领域的新兴热点研究方向。
4、气候变化对城市植物景观及其生态系统服务功能的影响
气候变化会通过影响生长发育与改变物候等进而对城市植物景观及其可提供的生态系统服务功能产生影响。研究表明，由气候变化引发的物候同步性错动与叶幕期（绿期与秋色观赏期）延长等，会显著影响城市植被景观。不仅如此，气候变暖对城市植被的影响，最终也会影响其可提供的生态系统服务功能。一方面，气候变暖加速植物衰老与极端天气胁迫植物生长都会阻碍植物生态调节功能的可持续发挥。气候变化还改变过敏源与杨柳类植物花粉、飞絮的扩散期和扩散范围，也会对城市公共健康产生负面影响。但另一方面，气候变暖影响下延长的生长季意味着植物可保持更长时间的生理活跃期来固定二氧化碳，吸滞大气颗粒物等，又促进了城市植被固碳增汇、改善空气质量等服务功能。但目前，这一领域的探索尚在起步阶段，仍需要大量深入、系统的研究予以支撑。
总体上，有关气候变化对城市植被的影响已积累了一些有益成果。但显然，针对中国多样的气候条件及植物资源分布与应用广泛的地域性特征，从多学科的角度对中国城市绿地及植物景观如何响应气候变化开展的研究尚处于起步阶段。因此，基于我国国情特点，加强气候变化对城市植被健康与功能影响机制的研究，并在城市绿地营建及管理中针对性地提出气候变化适应性策略，是未来风景园林学科相关研究的关键难点与挑战。
四、重要意义
城市植被在应对气候变化危机中扮演的积极角色，已获得世界范围的普遍共识。加强气候变化对城市植被影响的研究，有助于理解城市复杂环境条件下，绿地植被响应气候变化、缓解城市生态环境问题的客观规律，为进一步开展城市植被气候变化适应性、高生态服务功能城市植被营建等深入研究奠定扎实的理论基础。
基于该问题的突破，可以具体指导城市绿地树种选择、群落配置与绿地建设管理，并在城市绿地植被营建与管理中针对性地提出气候变化适应性策略。相关研究成果的推广应用将有效促进城市植被健康发育，提升城市蓝绿空间生态系统服务的可持续供给，从而改善城市人居环境，具有长久的生态、社会与间接经济效益。
