上海金山區園林防護綠地群落調查及防火配置優化?

張德順 陳陸琪瑤 吳 雪 張百川 姚馳遠

同濟大學建筑與城市規劃學院 上海 200092

火災嚴重威脅著城市生態安全, 據公安部消防局統計, 我國電氣火災發生頻率最高, 且重大電氣火災事故多發生在工業區[1-4]。 以林帶、 綠帶形式出現的城市防護綠地, 其主要功能是防護或減弱自然災害和城市公害[5-6]。 城市防護綠地中具備較高含水量等不易燃特征的樹種是其防火功能發揮的重要因素, 同時, 其防火等級和防火能力還受其他多種因素的制約。

上海是火災易發地區, 其中金山區工業園區占總工業用地面積的10.20%, 是潛在火災高發區[7]。 增加防護綠地中具有較強抗火、 阻火、耐火特性的樹種比重是提升城市綠地內部空間韌性, 最大限度發揮其防護功能的基礎[8-9]。 本文以上海金山區為例, 通過對防護綠地開展群落調查, 探索加強防護綠地抗火等級和防火能力植物配置的優化策略。

1 研究內容與方法

金山區位于上海市西南郊,東經121°9′、北緯30°54′,南臨杭州灣,東接奉賢區,西、西南與浙江省嘉善縣、平湖市接界,北與松江區及青浦區毗鄰。區境東西長44 km,南北寬26 km,總面積613 km2。年平均氣溫16.9 ℃,2019 年降水量1 451.0 mm,日降水量為37.6～103.9 mm。 轄區內的金山工業區面積62 km2,東至沈海高速(G15),西至松衛南路,南至漕廊公路,北至亭楓高速(S36)。

基于金山區2035 總體規劃中的土地利用規劃, 對區內已建成防護綠地中樹木種類、 群落結構形式展開調研, 并繪制綠地防護等級現狀圖; 依據上海多發火災類型與場所資料, 根據用地性質劃分不同區域的火災風險, 繪制綠地防護等級目標圖; 最后將現狀防護綠地等級與目標等級進行對比分析, 基于樹木的防火能力,針對不同情況提出防火型防護綠地的樹種成分和群落結構優化策略。

2 結果與分析

2.1 不同防護綠地現狀

根據上海市2035 規劃中防護綠地的布局調研結果可知, 防護綠地集中在工業園區和公路周邊, 以帶狀綠地為主, 主要分布在金山區的東南面, 除東部以外, 規劃的防護綠地主要作為工業區與村莊、 農田、 公路的隔離綠地, 包括以下5 類。

1) 高速公路防護綠帶。 主要分布在亭楓高速和滬金高速公路兩側部分區域。 主要的綠化樹種構成是: 超過100 m 的綠帶樹種以香樟(Cinnamomum camphora)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、楊樹(Populus euramevicana)、垂柳(Salix babylonica)、 全 緣 葉 欒 樹(Koelreuteria bipinnatavar.integrifoliola)、夾竹桃(Nerium indicum)和冬青衛矛(Euonymus japonicus)為主。 種植方式上,亭楓公路主要以200 ～400 m 的間距帶狀交替種植;滬金公路以400 ～600 m 的間距帶狀交替種植。 群落垂直結構是喬—灌林帶、單喬樹種林帶兩種形式。

2) 一般公路防護綠帶。 主要分布在漕廊公路、 松衛南路兩側部分區域。 現狀樹種主要以水杉、 香樟、 東京櫻花(Cerasus yedoensis)、 紫葉李 (Prunus cerasiferaf.atropurpurea) 為主;種植方式上, 漕廊公路主要以香樟為行道樹,樹種和種植形式較單一, 公路兩側偶爾有其他樹木種植, 未形成防護(林) 帶。

4) 防護林帶。 主要位于金山第二工業區,是香樟、 雪松、 水杉、 棕櫚(Trachycarpus fortunei)、 珊瑚樹(Viburnum odoratissimum) 等樹木組成的混合林帶, 林帶寬度50～70 m。

5) 基本農田。 在金山區與奉賢區交界處的規劃防護綠地現狀多為農田, 偶爾道路兩側種植行道樹, 樹種多為香樟或水杉。

總體而言, 金山區防護綠地中以香樟、 雪松、 水杉、 紫葉李等樹種為主, 種植方式為常見林帶種植, 既滿足了高速公路和一般公路的防護、 隔離要求, 也符合城市道路兩側的景觀效果。 然而, 現狀綠地中樹種多樣性較低, 除以上樹種外, 漕廊公路、 亭楓高速還局部有珊瑚樹、 紫薇、 全緣葉欒樹等。 現狀綠地中的多數樹種防火性較弱, 其中香樟、 水杉、 紫葉李、雪松的防火等級均為第3 級, 雖然珊瑚樹、 紫薇、 冬青衛矛的防火能力較強, 但樹種數量較少, 無法起到局地降低火災風險的作用。

此外, 規劃的防護綠地(林帶) 一般寬度約為80～150 m, 部分綠地寬約為50 m (亭楓高速部分路段) 或大于180 m (新衛高速部分路段)。 現狀綠地寬度為25 ～55 m, 其余區域多為農田, 與規劃目標存在較大差距。

2.2 不同防護綠地防護等級劃分

根據現狀樹種的防火能力, 按照樹木的燃燒性排序對其賦值[8], 計算各個綠地的綜合得分, 通過SPSS 軟件聚類分析后將各個防護綠地的綜合防護等級分為4 類(圖1)。

圖1 金山區綠地防護等級現狀圖

衛六路、 衛八路、 滬杭公路的部分路段綠地的防火性等級最高, 為第1 等級; 第2 等級是亭楓高速東段、 滬金高速東段; 第3 等級是滬金高速西段; 沈海高速、 亭楓高速西段、 漕廊公路、 松衛南路等綠帶中樹木的燃燒性較高,防火能力較低, 為第4 等級。 其中, 第1 等級的綠地可再細分為兩種類型: 1) 樹種豐富度較高, 如臨近金山新村的衛六路、 衛八路居民較多, 景觀需求較高, 種植方式以喬木-灌木搭配為主, 發揮防火功能的同時兼具景觀觀賞性。2) 防火性強的樹種較多, 如滬杭公路植有珊瑚樹、 石楠(Photinia serrulata) 等。

2.2.1 不同區域火災風險等級劃分

量化考核。跟崗實習的考核要重視過程考核，量化實習過程中的專業知識與崗位技能。比如要求學生完成每日的實習日記，實習結束后提交《現代學徒制跟崗實習手冊》和跟崗實習總結。實習企業指導教師要在《現代學徒制跟崗實習手冊》上對學生的跟崗實習情況作出評價并打分，主要考查學生跟崗實習的過程化管理。跟崗實習總結則更多在于考核跟崗實習的結果，檢驗學生的實習收獲。

根據2016 年上海市火災事故情況統計數據,電氣火災發生頻率最高, 為1 681 起。 在電氣火災高發場所類型統計中, 住宅區的火災發生頻率較高, 但火災強度較低, 很難蔓延擴散; 而工業區的火災雖然發生頻率較低, 但是火災強度較大, 向周邊地區蔓延的速度較快, 造成的損失傷害較嚴重。

結合金山區以工業用地為主的現狀, 將不同用地性質的區域按照火災發生風險分為3 個等級:工業、 倉儲用地以及工業備用地為1 級; 居住、公共設施、 公共衛生、 城鎮發展備用地為2 級;公共綠地、 生態林地、 一般農田等為3 級; 不同用地性質火災風險等級矩陣如圖2 所示。

圖2 不同用地性質火災風險等級矩陣

2.2.2 防護綠地目標等級

調研結果顯示, 金山區的防護綠地主要分為4 種用途: 一是用于防護隔離2 個工業園區,例如滬杭公路東段的防護綠地; 二是用于工業用地和居住用地; 三是用于防護工業用地和一般農田; 四是用于防護居住用地和一般農田。根據火災風險等級與防護綠地現狀分析, 各個綠地的目標防護等級如圖3 所示。

2.3 基于樹木防火性的防護綠地樹種選擇

將目標等級的防護綠地與現狀防護綠地等級進行對比可知, 衛六路和滬金高速周邊防護綠地的現狀等級和目標等級相一致, 其余綠地都存在不同程度的差異(圖4)。

圖3 金山區綠地防護等級目標圖

圖4 現狀綠地防護等級與目標等級對比圖

為提升城市綠化水平、 增強現狀綠地的防護功能, 結合32 種樹木的燃燒性和防護性結果及其季相變化[10-12], 確定種植設計優化的邏輯結構模式: 第1 級為廣玉蘭(Magnolia grandiflora) +銀杏(Ginbkgo biloba) +落羽杉(Taxodium distichum) —珊瑚樹; 第2 級為五角楓(Acer mono)+鵝掌楸(Liriodendron chinense) +楓香(Liquidambar formosana) —女貞(Ligustrum lucidum) —石 楠 + 木 槿 (Hibiscus syriacus) + 紫 薇(Lagerstroemia indica); 由于現狀樹木中香樟、 水杉、 全緣葉欒樹、 紫葉李、 冬青衛矛的出現頻率較高, 對于第3 級, 建議在補植或改造中選擇白玉蘭(Yulania denudata) +樂昌含笑(Michelia chapensis) —櫸 樹 (Zelkova serrata) + 烏 桕(Sapium sebiferum) +無患子(Sapindus mukorossi) —海桐(Pittosporum tobira) 的結構模式; 第4 級為黃櫨(Cotinus coggygria)。

金山區的多數防護綠地位于高速公路、 一般公路兩側, 景觀需求較低, 但衛六路、 松衛南路屬于城市道路, 臨近居住區, 人流量較大, 現狀為城市綠化帶。 因此衛六路、 松衛南路的防護綠地建議以樹木的防護性為依據, 選擇珊瑚樹、 海桐、 白玉蘭、 雪松等樹木對現狀進行優化。

2.4 基于樹木防火性的防護綠地種植結構設計

調研分析結果顯示, 防護綠地的種植方式主要分為單一樹種帶狀種植、 多樹種帶狀種植和多樹種群植3 類。 金山區防護綠地樹種現狀等級較高的區域為衛六路和滬金高速, 該區域的種植方式主要是多樹種的帶狀種植。 相關研究表明, 植物空間異質性與火災的發生有顯著的因果關系, 異質性較高的區域, 其火勢蔓延的速率相對較慢[11], 因此多樹種的種植方式更有利于提升防護綠地的防火效果。 多樹種的群植較少出現, 僅用作臨近住宅、 商業的城市道路兩側, 位于整個防護綠帶的外側, 起到促進城市景觀效果的作用。

3 金山區防護綠地樹種優化策略

3.1 群落成分和結構的調控優化

金山區現狀防護綠地多數位于高速公路、一般公路和城市道路兩側, 綠帶寬度約25 ～55 m, 防護綠地中樹種以香樟、 夾竹桃、 水杉、雪松、 紫葉李為主, 少數綠地中出現東京櫻花、冬青衛矛、 珊瑚樹、 棕櫚等樹木。 總體而言,樹種的多樣性程度較低, 除石楠、 珊瑚樹、 冬青衛矛外, 多數樹種的防火性較弱。 單一林帶種植、 多樹種林帶種植和景觀性配植形式中前兩者較普遍, 景觀性配植一般出現在主要城區附近。

以城市用地性質作為火災風險等級的評價依據, 劃分與之對應的防護綠地等級, 建立火災風險-防護矩陣, 將防護綠地分為4 個目標等級。 通過對現狀綠地中的樹種分析可知, 綠地的防護等級與目標等級匹配度較低, 防護綠地的防火特性大打折扣。 為了提升防護綠地的防火等級, 以目標防護等級為依據選擇相對應等級的樹種進行群落結構的性能改造, 可以有效增強綠地整體的防火能力。 為了平衡防火能力和景觀質量, 結合不同樹種的季相變化, 基于樹木燃燒特征的群落垂直結構配植模式建議如下: 第1 級為廣玉蘭—銀杏+落羽杉—珊瑚樹;第2 級為五角楓+鵝掌楸+楓香—女貞—石楠+木槿+紫薇; 第3 級為白玉蘭+樂昌含笑—櫸樹+烏桕+無患子—海桐; 第4 級為黃櫨。

3.2 種植結構模式優化

針對不同等級的防護綠地, 根據不同的用地性質、 使用功能和樹木的種植方式, 并按照不同的防護需求選擇適宜樹種, 豐富防護綠地中樹種多樣性[12-13], 建議采用下面的優化策略(表1)。

表1 金山區防火綠地優化策略

3.2.1 多樹種帶狀種植

對于存在景觀需求的區域,按不同樹種的季相變化選擇樹種,進行喬灌結構配置;對于以防護功能為主的區域,如高速公路兩側的防護林帶,按照不同的防護等級補植抗火能力強的樹種。

3.2.2 增加防火樹種種植比例

第1 等級的防護綠地以亭楓高速兩側綠地為例。 現狀綠地寬度約20 m,樹種主要為香樟,建議補植珊瑚樹,結合不同樹種的季相變化,增植落羽杉、鵝掌楸、烏桕、楓香、無患子、五角楓、三角楓(Acer buergerianum)、紅花槭(A.rubrum)等秋色葉樹種。

第2 等級的防護綠地以衛六路為例。 現狀防護綠地寬度約為55 m,雖然與規劃寬度存在差異,但防護等級與目標防護等級匹配,在現狀基礎上可酌情補植。 衛六路北段為景觀性配植,樹種主要為冬青衛矛、紫葉李、石楠、香樟,喬灌搭配的種植方式,防火性較強,結合季相變化,可補植五角楓、紫薇、木槿、紫荊(Cercis chinensis)等樹種。 衛六路南段以多樹種林帶種植為主,主要樹種為香樟、夾竹桃、冬青衛矛,建議補植五角楓、紫薇、木槿、紫荊等樹種。

第3 等級防護綠地以漕廊公路為例。 現狀林帶約為25 m,主要樹種為香樟,由于臨近居住區,建議補植灌木珊瑚樹,以滿足防護性與防火性的雙重需求。 結合景觀效果,建議補植白玉蘭、紫玉蘭(Magnolia liliflora)、全緣葉欒樹等樹種。

第4 等級的防護綠地較少,主要分布在金山區與奉賢區交界處、新衛高速和漕廊公路交匯處,周圍用地性質為基本農田,火災風險較低,可酌情補植黃櫨、黃連木(Pistacia chinensis)、榔榆(Ulmus parvifolia)、野柿(Diospyros kakivar.silvestris)等樹種。

近年來,不斷升級的火災事件引起全球范圍內的關注。 城市韌性的核心要素是生態安全,改進綠地樹種成分和優化群落結構可以提高城市防災能力。 韌性設計已成為城市抵御災害的重要議題,根據土地使用功能和相互影響關系與程度,評估災害風險、匹配各類土地利用是增加城市內部空間韌性的重要舉措[14-15]。 明確城市綠地與其他功能用地的關系,科學合理地進行城市綠地系統布局,保障各類生態服務功能的正常發揮,是城市防災減災的重要環節[11,16]。 在綠地專項規劃中,提高防火樹種比重和優化配置模式是促進城市生態安全和綠地健康的長期對策。