由城市绿地提供的水相关生态系统服务：一个在中国宜兴研究的案例外文翻译资料

由城市绿地提供的水相关生态系统服务：一个在中国宜兴研究的案例

要点：

·城市绿地对水的调节和净化具有积极作用。

·每单位面积的人工林地比草地拦截更多雨水。

·水相关的服务在建筑区内外的功能是不同的。

关键词：生态服务系统、水的调节、水的净化、城市绿地、宜兴市

摘要：

随着城市化的发展，城市绿地已经收到广泛的关注并成为了城市生态健康的一个重要象征。城市绿地对水的调节和净化具有积极作用，但这个功能通常被地方政府忽略。根据宜兴市的遥感图象解译和实际调查，本文评估了由城市绿地执行的水的调节和净化功能，使用改进了的SCS模型，联通相关的实验数据。结果显示在2007年至2009年期间，宜兴市城市绿地平均每年储存的雨量是53,000,000m³，这超过了雨水总量的88%。在2007-2009年间，雨水中的化学需氧量、总氮、氨氮、总磷平均每年分别被绿地减少了233,600kg，70,900kg，12,600kg，1,700kg。由城市绿地执行的水的调节和净化功能在建筑区内和建筑区外的区别已经被发现，这区别与这两种类型区域的绿地有着重大联系。这个研究将有助于明晰绿地在水调节和水净化的角色，也有助于对城市绿地的科学管理。

1. 引言

城市环境中的绿地已经吸引了广泛的关注，因为它的生态系统能通过提供生态系统服务来提升城市环境。大量研究已经证明城市绿地的生态系统服务功能的重要性。Tratalos，Falloer，Warren，Davies和Gaston在2007年在英国的五个城市确定合理的住宅密度，以城市绿地生态系统服务为根据，并考虑到绿地的生态系统功能可以影响人类居住，因此需要在城市发展规划时认真考虑。绿地可以通过净化空气，降低空气中的尘埃水平并减少噪音，来为居民提高生活水平。涉及水的城市绿地提供的生态系统服务通常不受关注，然而，植被的声场通常靠降水来供养，不过，城市绿地能有效减少地表径流及其污染物排放。

虽然由城市绿地为城市水训话提供的生态系统服务有时候会被忽视，但它们最近在水资源短缺和水污染严重地区收到了广泛的关注。杨，李，谢，张和张计算了在北京绿地对于减少地表径流的经济价值。然而，对于城市绿地提供的生态系统服务影响水供应和水质量的研究仍处于初级阶段，还未被全面阐述。

根据千年生态系统评估（MA），生态系统连同在所有类别中维持这三项服务必要的支持服务，可以分为“供给服务”，“规范服务”和“文化服务”，所有这些都对人类福祉有直接影响。有关水提供绿地生态系统服务主要是水的调节和净化功能存在于“规范服务”类别，连同与维护水文循环的相关支持服务。由于规模和水文循环的范围是如此广泛，甚至全球周期的评估是非常困难的；此外，其对人类福祉的关系是间接的。为了本次研究的目次，因此，水文循环已经被排除在考虑之外；相反，重点是水的调节和净化作用，各自有对人类福祉有直接的影响。

绿地提供了一个水的调节作用主要是通过截留降雨由叶冠，蓄水土壤毛细管，降雨下渗时截留降雨。几个间接研究已经证明绿地的水调节功能的有效性。与英国的五个城市的地表径流相比，绿地比例高的低区的地表径流较少。中国西安市的径流系数和径流模数在绿地领域的各种不同土地类型的比例最低。关于在上海浦东区的研究表明，土地使用的改变导致绿地面积的增加或减少，直接影响地表径流的数量。因此，这些研究表明，在城市生态绿地可有有效地减少地表径流，因此，它有一个水分调节功能。

除了其水分调节功能，城市生态绿地还能有效减少降水中污染物水平和地表径流，因此还具有净化水质功能。发生在一个绿色空间中的污染物除去最初取决于拦截、吸附并由土壤和植物的根吸收。降雨后，其然后依靠土壤栖息微生物降解这些污染物和以影响土壤净化和再生活动。通过一些实验模拟和现场测量绿地的水质净化功能已经被认识和研究了。

通过模拟城市绿地和降雨系统，在降雨两小时后，化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、总氮、总磷，分别平均减少41.3%、44.1%、38.5%、38.2%和39.0%。根据上海凹陷绿地的实验，在地表径流有机化合物、氮和磷污染物的除去率在30%到50%之间，而化学需氧量和氨型氮的除去率则在20%到30%之间。根据现场采样测量，草洼地路旁去除总悬浮物和重金属，包括铅、铜、锌和镉。

总之，生态绿地在城市系统同时执行水的调节和净化水的功能；但是，这些功能在生态系统服务的计算中经常被忽略，结果就是在规划和建设绿地时没有考虑到这一点。尽管如此，绿地的这些功能对一个城市的水资源和水环境有直接影响，尤其是在水短缺或严重水污染的城市。因此，了解绿地是如何影响水的供应和质量以至于这些功能总是被包含在用来做决策的生态系统服务的计算方法利是非常重要的。

在这里的工作报告，宜兴市已被用来作为一个案例研究，用以评价绿地的水管理和水的净化功能。宜兴市地处太湖西侧，近年来由于水质污染湖泊宜兴的水质收到了更多的关注。具体而言，其目标是：（1）来评估宜兴绿地水的调节和净化功能；（2）来分析水调节和净化在不同区域间的空间变化。这项工作将有助于对城市绿地发挥水调节和净化作用的理解，以及城市绿地的创造和科学管理。

1. 方法

2.1. 研究区域

中国江苏省宜兴市，总面积1996.6km²（含太湖水域面积，242.29 km²）。这个城市南高北低，在西南有巨大的山，其最高峰黄塔顶海拔611.5m。太湖位于城市的东部，平均海拔为3米，而在城市的北部和西部分别有平原和低地圩田地区。宜兴市属亚热带气候，年均气温16摄氏度。此区域中的土壤被分类为潜育土，土壤质地主要为粘壤土。

日雨量数据（由江苏省宜兴市气象局提供）显示，宜兴市2007、2008、2009年年降雨量分为别1342.0mm、1360.2mm、1434.0mm。

2.2. 宜兴市的绿地

通过2009年ALOS 2.5m全色和多光谱波段的融合从摇杆影响解读土地利用数据对宜兴市绿地的区域和类型进行测定，再在宜兴市进行实际调查。使用ArcGIS 9.2软件生成的绿地斑块。宜兴市绿地的主要类型被确定为人工林和人工草坪，人工林地比人工草坪区域要大。人造林地被定义为绿地，其中郁闭度ge;20%，且满足森林的标准（中华人民共和国森林实施条例，2000年，人工林地图，参照图3）；人造草坪的绿色空间，其中草是主要植被类型。

2.3. 计算方法

2.3.1. 绿地的水调节功能

在这项研究中，宜兴市绿地的水调节功能在修改后的水土保持服务模式的基础上计算。SCS模型根据土地表面、日降雨量、土地类型之间的关系来估计径流，并可以应用到市区和植被盆地。各式各样的研究已经根据SCS模型调查了城市水文，并取得了令人满意的结果。然而，但SCS模型直接应用到中国时一些问题就会出现。因为在中国的降水表现出很强的季节性特点，在宜兴降雨主要发生在六月至九月。因此，在SCS模型的早期损耗计算中有一个明显的偏差，为了更精确地计算出绿地的水调节功能，有必要优化模型。在目前的情况下，并根据该模型在中国申请的以前的版本，SCS模型第一次被修改，以太湖流域为基础，如下所述。

2.3.1.1. SCS径流曲线号。SCS径流曲线数方法是基于水平衡和两个潜在的假设，其可以表示为：

P = Ia F Q

Q/(P-Ia)=F/S

其中Q是径流（mm）；P是降雨量（mm）；F是累积入渗排除Ia；S是径流开始之后最大电势保持（mm）；Ia是初损率（mm）。Ia代表所有损失径流开始之前。结合上述两个方程中五个量对于Q的表达如下：

式(1)

在Pge;Ia时，等式（1）是有效的；否则，Q=0，在这种情况下得出下面的公式：

式(2)

公式（2）是SCS模型的关键公式，式中的参数S定义为：

式(3)

其中的S以毫米作为单位，并随CN（曲线数）而变化，根据三个前期土壤水分条件之一：曲线I号=干燥，曲线II号=中等，曲线III号=潮湿。

Ia变化很大，但通常与土壤和土地覆盖的参数一一对应。为了简化计算，一个变量会被消除根据经验的关系，来得出：

Ia = mS

其中m是常数，在SCS模型中始终设置为0.2。通过Ia = 0.2S并结合等式（2），导出下列方程：

式(4)

公式（4）是SCS模型的常见形式。

2.3.1.2. CN的确定。

在SCS模型的应用中，CN值需要被确定，基于所述先行水分条件（AMC）和土壤类型。AMC依据降雨在遭遇该雨发生基准天五天总量被归类。该类别称为前期降水指数（API），并且别描述为I（干），II（中度）和III（湿），如表2所示类别II（中度）的CN值根据自然资源保护服务（NRCS）记录的绿地类型和土壤组来确定。CNⅠ和CNIII值从CNII通过参照NRCS的CN传送表进行测定。在计算日径流时，CN值（I，II和III）对应于AMC（I，II和III）在绿地类型和土壤组之后进行了测定。

据NEH-630和土壤类型矢量图形（200mtimes;200m分辨率）（由中科院土壤科学研究所提供）土群分类的要求，宜兴市绿地土类分为土壤B组合土壤C组。土壤B组通常介于10%和20%的粘土和50%至90%的沙子或一种壤质砂土或砂壤混合物；C组通常介于20%到40%的粘土和低于50%的沙，并且有壤土，粉质壤土，沙粘壤土，粘壤土和粉质粘壤土质地。宜兴市87%为土壤C组占主导地位。根据土壤组别和NRCS的数据确定的宜兴市的工林，人工草坪和道理的CN值。

2.3.1.3. SCS模式的修改和验证。

在SCS模型的整体计算中，Ia的估算是一个重要的因素，Ia的确定或修订时本研究提出的SCS模型的主要修改。除了实地测量，统计方差和建模和测量值的回归也用于在SCS模型的修改。王提出了SCS模型的修正，根据统计方差和建模和测量地表径流的回归。对SCS模型这个方差分析和回归方法所做的改进包括：

方差，sigma;，可以从下面的公式计算得出，其中x_i指计算的地表径流，y_i是所测量的地表径流。

从宜兴周边地区测得的地表径流资料在计算中被使用。当mle;0.05时，sigma;值趋于稳定，当m=0.025时，sigma;值最小。计算和测量地表径流值之间的最大相对误差为38.9%，而相对误差要低得多，为25.6%和24%，分别在m=0.05和m=0.025，m=0.2时。该结果表明，如果直接使用在SCS模型会有较大的错误，但如果统计修饰被应用就可以减少这种错误。计算和测量地表径流值之间的相对误差没有很大不论m=0.05或m=0.025。He，Chen，Zhou（2003）对太湖流域城市地标径流的结果表明，实际上m=0.05的数值与太湖流域的条件是一致的，因此m的值在本研究中设置为0.05。

为确保该计算值与实测值尽可能相近，SCS模型得到了进一步改善。该模型可以通过一个比例系数，其中包括乘法，如果线性相关（r＞0.8）在目前初步计算的净降雨量和降水测量之间。基于回归分析，当m=0.05时计算和测量地表径流值呈现出明显的线性关系（rsup2;=0.989）。因此，在SCS模型是通过比例系数的乘法来修改的。

根据来自宜兴周边地区测得的降水资料和地表径流的数据，修改后的SCS模型通过比较估计的径流原位测量数据进行验证。在所估计的径流绝对误差从-10mm到3mm，相对误差从-20%至20%。相对误差在plusmn;20%的范围内，这表明了可靠的仿真结果。

使用这种改进的SCS模型，宜兴市绿地每单位面积截获的日降雨量数量被计算出来，然后水通过绿地系统被调节的水的量进一步计算为：

当WR时调节水量（m³ yr^-1）；Pi为日降雨量（mm）；Qi为日径流（mm）；A为绿地面积（m²）；而I是降雨天数按每年日期的次序排列。

2.3.2. 绿地的水净化功能

由于细颗粒物在大气中的存在，降雨含有沉淀，在降落时可清洁大气。在降雨浓度可以通过先行干旱期，以前的事件降雨量和降雨量的影响。污染物在暴雨之初往往有高浓度由于细颗粒物从大气中的洗涤。同样，在一个干旱的目的而采取的污染物将有更高的浓度比在湿咒语结束拍摄。杨琴，胡，罗，宋监控太湖流域降雨污染物从2002年7月至2003年6月这表明总氮平均浓度为5.23mg L^-1，当降水量小于10mm，这是三倍左右总氮平均浓度当降雨量大于40mm。此外，在大气中细颗粒污染会随着经济的发展和人口的增长，从而导致污染物浓度在降雨逐渐增加。研究显示，降雨总氮平均浓度从2009年8月至2010年7月（3.16 mg L^-1），比2002年7月至2003年6月高，比1987年（0.83 mg L^-1）在太湖流域高。因此，我们选择了降雨污染物浓度在最近的一年。

1. 结论

3.1. 宜兴市绿地的水调节功能

宜兴地处太湖和绿地的4338公顷的西侧，主要分布在建成区，超过该绿地是零星分散的范围内。

正如在方程（6），绿色空间减少径流门槛上的两侧，在其表面径流开始取决于两个因素，降雨量和土壤的前述湿气状态。考虑到降雨量，当Plt;0.05S，不会发生地表径流和雨水全部由绿地被拦截，但Pge;0.05S，会发生地表径流。临界雨量值，这是产生径流（0.05S）所需的最低根据公式，可以计算的。（3）与CN值，为不同类型的绿色空间可以基于AMC和API的比较选择值，以产生表5中所示的结果。

当P lt;0.05S，每次降雨绿地单位面积截获量等于降雨，有宜兴无径流。当Pge;0.05S，不同类型的绿地和密封路面的地表径流利用公式计算。（6）的基础

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