构建具有气候适应性的城市森林：灌溉和高温对传统城市中树木生长影响的研究

《Urban Forestry & Urban Greening》：Building climate resilient urban forests: Impacts of irrigation and heat on tree establishment in a legacy city

　　埃里卡·R·赖特 | 克里斯托弗·B·莱利 | 埃伦·丹福德 | 塞缪尔·F·沃德 | 玛丽·M·加德纳
俄亥俄州立大学昆虫学系，哥伦布，OH 43210，美国

**摘要**
气候变化导致全球大部分地区的温度上升，而城市热岛效应使得这种升温现象在城市地区更为显著。扩大城市森林是减少城市热岛效应的有效方法之一。然而，温度上升加上干旱强度的增加给城市新种植树木的存活带来了挑战。在那些财政资源有限、难以进行树木种植和管理的传统城市中，这些障碍更加突出。2024年夏季，我们在美国俄亥俄州的代顿进行了一项大规模的实地研究，以探讨如何在传统城市中扩展城市森林。为了寻找低成本的城市森林扩展方案，我们在代顿的20个公园里为640株新种植的本地树苗提供了不同程度的灌溉支持，并监测了这些树苗的存活率、生长情况以及健康状况，同时考虑了每个种植点周围500米范围内的不透水表面（作为热量的代理指标）。研究发现，灌溉处理和周围热量的影响因树种而异。总体而言，大约50%的树苗存活到了生长季节结束，但也有许多树苗因人为干扰而死亡。因此，我们建议采取一种因地制宜的方法来扩展城市森林，充分考虑树种、可用的灌溉资源以及周围的不透水程度，以制定可持续的城市重新造林计划。

**1. 引言**
气候变化导致全球许多地区的温度上升和干旱期延长且更加严重（Cook等人，2021年；Mukherjee等人，2018年）。这种影响在城市中表现为城市热岛效应，即城市区域比周边郊区和农村地区更热。城市热岛效应主要是由于局部不透水表面（如路面、建筑材料）吸收并重新辐射热量造成的（Aleksandrowicz等人，2017年；Frank和Backe，2022年；Oke，1982年）。除了城市热岛效应外，热浪也变得更加频繁和强烈，而且在城市地区的热浪强度可能更高（Tan等人，2010年；Tripathy等人，2023年）。极端高温对人类健康有负面影响，尤其是对脆弱人群（如老年人或儿童）的影响更大。例如，在过去20年里，65岁及以上的成年人因高温死亡的人数增加了53.7%，2022年的欧洲热浪导致超过6万人死亡（Ballester等人，2023年；Sorensen和Hess，2022年；Watts等人，2021年）。此外，由于电力成本或缺乏空调设施，脆弱人群更不可能采取预防措施来缓解热应激（Sampson等人，2013年）。因此，确保城市居民，特别是脆弱群体能够获得降温措施至关重要。利用城市树木提供的遮荫是实现这一目标的一种方式。

城市森林对城市居民的健康和福祉以及城市的生态健康都至关重要（Dwyer等人，1992年；Mullaney等人，2015年；Nowak等人，2018年）。城市树木可以美化城市并提供多种生态系统服务，包括雨水管理、碳封存以及通过遮荫降温（Dwyer等人，1992年；Nowak等人，2008年；Nowak等人，2018年）。树木带来的诸多好处使它们成为缓解城市变暖影响的重要工具。据估计，城市树木可使夏季电力消耗减少1.5%至5.2%（Donovan和Butry，2009年），而对美国大陆当前城市森林覆盖情况的模型模拟显示，树木提供的遮荫可使城市日平均温度降低3.06°C（Wang等人，2018年）。除了改善人类健康外，城市森林还为许多节肢动物、鸟类和其他野生动物提供食物和栖息地（Gardiner等人，2013年；Pham等人，2023年；Riley等人，2018年；Tallamy，2021年；Turo和Gardiner，2021年）。因此，扩大城市森林对于应对气候变化的不利影响至关重要。

不幸的是，许多美国传统城市（也称为衰退或后工业城市）——这些城市的经济曾经繁荣，但后来经历了严重且持续的人口减少（20%至60%）——缺乏进行城市重新造林所需的资金和劳动力资源（Mallach和Brachman，2013年）。这些城市主要位于美国的“锈带”地区，其经济在20世纪初至中期以制造业为主（J. Max Bond Center，2015年；Mallach和Brachman，2013年；Watts等人，2021年）。自最初的经济繁荣以来，这些城市因制造业衰退、居民迁往周边郊区以及州和联邦资金在郊区开发上的过度投入而面临严重的人口下降（Hughes，2020年；Mallach和Brachman，2013年）。面对人口减少、经济衰退和税收收入下降（Shetty和Reid，2014年），这些城市极易受到气候变化和城市变暖的影响，因为几乎没有资金用于气候变化规划和缓解措施（Hughes，2020年）。

尽管资金有限，许多传统城市仍制定了绿化计划以提高其气候适应能力。例如，俄亥俄州的克利夫兰制定了《气候行动计划》，详细列出了通过植树等多种方法减少温室气体浓度的目标；俄亥俄州的代顿也开始制定城市森林总体规划（克利夫兰市，2024年；公共工程部，街道维护司，2025年）。制定这些计划是扩展城市森林的重要第一步，但实施这些绿化措施也带来了许多挑战。新种植的树木需要必要的后期护理以降低死亡率。城市中的植树工作往往面临高死亡率，因为城市环境中存在许多压力因素，如受污染的土壤、极端高温、干旱和受限的生长条件（Day和Bassuk，1994年；Jim，2019年）。缓解这些压力因素并照顾树木的成本很高，因为在这种条件下，树木还需要灌溉、修剪和害虫管理（Roman等人，2014a；Roman等人，2016年；Roman等人，2021年）。城市高温会加剧树木的压力，因为害虫在高温下更容易繁殖，进一步增加了城市树木管理的成本（Dale等人，2016年）。高昂的树木维护成本是低收入社区和传统城市植树和树木存活的另一个障碍，因为当地预算不足、资助周期短，以及地方政府缺乏支持，导致场地管理负担落在当地居民身上，从而导致树木被遗弃和忽视（Turo和Gardiner，2020年）。

鉴于传统城市因变暖和资金减少而面临的日益严峻的挑战，我们研究了需要不同资金和时间投入的可复制灌溉技术。我们的目标是评估不同的灌溉方法和种植地点景观对俄亥俄州代顿市八种本地树苗存活率、生长情况和健康状况的影响。我们预测，较高投入成本的灌溉措施将提高树苗的存活率、促进生长并改善健康状况，因为这可以减少树木的水分压力。我们还预测，在城市较凉爽、周围绿地较多且不透水表面较少的地区，树木的存活率会更高。

**2. 材料与方法**
2.1. 地点与树种选择
我们与美国俄亥俄州代顿市的可持续发展办公室合作进行了这项研究，因为该市的官员表达了扩大城市森林的兴趣。尽管代顿在20世纪初经济繁荣，但自20世纪70年代以来人口减少了近一半，预计到2050年人口还将减少8%（Columbus Dispatch Editorial Board，2024年；研究办公室，2024年）。从20世纪初到70年代，代顿是重要的制造业中心，发明了第一台机械收银机以及后来的电子收银机，还在牙科、工程和航空领域取得了多项进展（Wright，2022年）。自这一初期繁荣以来，代顿的人口持续下降，目前有超过9000块空地和废弃建筑（代顿市规划委员会，2022年）。尽管采取了多种措施吸引居民回流，但代顿的人口仍在持续减少，包括建立了多个公园，如占地340多英里的Five Rivers Metroparks系统（Five Rivers Metroparks，2025年）。

为了选择代顿市的重新造林地点，我们与城市可持续发展经理合作，确定了适合重新造林的城市公园。城市方面根据公园的当前和未来用途提供了指导，并在多次评估后批准了我们的最终选址。这些地点的冠层覆盖率从0%到87%不等，其中8个地点的冠层覆盖率低于5%（见“附录A”，表S1）。代顿市的整体冠层覆盖率为22.5%，一些低收入社区的冠层覆盖率低至5%至8%（公共工程部，街道维护司，2025年），这有助于我们的选址。选址考虑了不透水表面的不同程度，作为城市热量的代理指标。地点之间的平均距离为1.20公里，最小距离为0.59公里，最大距离为2.49公里。为了进一步缩小选择范围，我们选择了周围500米范围内不透水表面不同的地点，因为周围不透水程度的增加会加剧城市变暖的影响（Schatz和Kucharik，2014年；Ziter等人，2019年）。缓冲区的大小基于先前的研究结果，即500米的半径适合描述不透水表面的加热效应（Schatz和Kucharik，2014年）。我们的20个地点包括19个城市公园和1块空地，这些地点周围的不透水表面比例从7%到65%不等（图1）。城市可持续发展协调员建议我们将这块空地纳入研究范围，因为它计划被改造为长期绿地。我们假设这块空地受到土壤和地下水中挥发性有机化合物及非水相液体的影响。该地区的大部分住宅基础设施已被拆除，附近有两个美国环境保护署的超级基金场地（Delphi/General Motors Home Avenue Plant和Behr Dayton Thermal System VOC Plume）。

**图1. 代顿市植树地点及不透水表面分布图**
图中圆圈表示每个植树地点周围500米范围内的不透水表面百分比，范围从7%到65%。深色圆圈代表不透水表面比例较高的地点，浅色圆圈代表不透水表面比例较低的地点。地图使用Arc GIS Pro软件v3.2.0制作。

由于各地点距离较近，土壤和降水特征可能相似，但我们受限于选址范围，无法选择相距较远的地点。主要土壤类型为粉壤土，而Washington Park和Stuart-Patterson Park的主要土壤类型为壤土（见“附录A”，表S2）。各地点的排水情况从排水良好到排水非常差不等；具体土壤信息见“附录A”，表S2。所有地点目前都维护为修剪过的草坪。我们使用ArcGIS Pro计算了每个站点周围500米缓冲区内不透水表面的百分比，这些数据来源于2021年欧洲航天局10米分辨率WorldCover地图中的“建成区”类别（Zanaga等人，2022年），并投影到NAD 1983 Ohio State Plane South坐标系（图1）。在2024年5月开始数据收集时，我们在每个站点放置了一个iButton温度记录器（DS1921G-F5# Thermochron 4K，iButtonLink Technology，美国威斯康星州惠特沃特）以在整个研究期间收集温度数据。然而，由于许多记录器被从站点移除（到季节结束时共有13个记录器丢失，可能是被盗或受到强风等天气事件的影响），我们无法获得准确的站点级温度数据，因此使用不透水表面百分比作为站点级城市热岛效应的替代指标。我们使用了那些从未丢失或在被发现丢失后立即被替换的温度记录器的数据来验证不透水表面百分比与这些站点记录的温度是否一致（见“附录A”，图S1）。

我们选择了八种原产于北美洲东部的树种在每个站点进行种植：黑胶树（Nyssa sylvatica Marshall）、北方 catalpa（Catalpa speciosa Warder ex Engelm）、红枫（Acer rubrum L.）、郁金香杨（Liriodendron tulipifera L.）、黄连木（Sassafras albidum (Nutt.) Nees）、白橡树（Quercus alba L.）、美国梧桐（Platanus occidentalis L.）和刺槐（Gleditsia triacanthos L.）。这些树种中的许多常见于城市地区，因此被认为能够适应城市中的压力条件，而其他一些则适应北美洲东部的森林环境。我们从商业供应商（美国乔治亚州的TyTy Nursery）获得了高度为1.2-1.5米的裸根树苗，并在收到后1-7天内进行了种植。树苗在种植前被存放在0.4°C的冷藏库中，根部用湿纸、保湿凝胶和塑料薄膜包裹。

2.2. 树木种植
2024年4月初，我们在代顿选定的20个站点共种植了640棵树苗。每个站点分为四个区块，每个区块种植8棵树苗（图2）。在同一区块内，每棵树苗之间的间距为2.5米。区块之间留有5米的距离，以营造类似公园的美观效果，并为公园管理人员提供足够的修剪空间。在种植前，每棵树苗的位置都被测量并用标桩标记，以确保各站点之间的间距一致。除了用标桩固定每棵树苗外，我们还在每棵树苗周围放置了防鼠装置，以防止啮齿动物和鹿的啃食以及割草机的损坏（Plantra 47” SunFlex Grow Tubes配59” Trunk Builder Stakes – Beaver Shield，10包装，Plantra公司，美国明尼苏达州伊根）。为了保持水分和控制杂草，我们在每棵树苗的基部安装了29厘米厚的椰纤维覆盖物（Coco Weed Guards，直径29厘米，CD29A，A.M. Leonard，美国俄亥俄州皮夸）。

2.3. 灌溉处理
为了测试灌溉对树苗存活率、生长和健康的影响，我们实施了四种不同资源投入的灌溉处理。在我们的研究中，灌溉是指在自然降雨量之外提供额外的水分。2024年夏季，根据区块分配了不同的灌溉处理方式。区块1作为对照组（以下简称“对照组”），该区块的树苗在整个研究期间没有接受任何额外浇水。区块2（以下简称“每两周一次”）的树苗从5月到9月每隔一周接受19升水，除非两次浇水之间有至少2.54厘米的降雨量。区块3（以下简称“每月一次”）的树苗每月接受19升水，除非两次浇水之间有至少2.54厘米的降雨量。最后，区块4（以下简称“鳄鱼袋”）的树苗每月接受75.7升的水，无论降雨量如何。鳄鱼袋是一种缓释型树苗浇水装置，由一个类似防水布的塑料袋制成，包裹在树干基部，内部有可以慢慢释放水分的隔层。灌溉量是根据俄亥俄州自然资源部的建议确定的，建议树苗每英寸树干直径应接受5加仑（19升）的水；由于我们的树苗在种植时的直径都小于1英寸（25.4毫米），所以我们提供了推荐的最小水量（Siewert，2021年）。我们使用区块2和区块3的降雨阈值来模拟城市森林管理者面临的预算和时间限制，使研究尽可能真实。2024年5月至9月代顿的总降雨量约为38-51厘米。每个区块包含我们选择的八种树种中的每一种，每种树种在区块内的位置是随机分配的。总共，每个站点每种树种都有四个重复样本。

2.4. 数据收集
在实施灌溉处理的同时，我们从2024年5月到9月每月测量树苗的存活率、生长情况和健康状况。为了评估存活率，没有叶子和可存活芽的树苗得分为0，而有叶子或可存活芽的树苗得分为1。为了测量树苗的生长情况，我们在距离地面15.24厘米（6英寸）处使用数字卡尺测量树干直径；初始测量位置用白色记号笔标记，后续的所有测量都在这个位置进行。树的高度用米尺从地面测量到树苗的最高点。最后，我们使用美国农业部森林服务局制定的树冠活力评分系统来评估树苗的健康状况，评分范围为1到5分，没有叶子或可存活芽的树苗得分为5分，而叶子茂盛健康的树苗得分为1分（Roman等人，2020年）。所有测量数据每月记录一次，从2024年5月到9月。为了避免观察者偏差，每个月由两到三个人组成的团队收集数据，第一作者每月也与团队成员一起收集数据。由于4月份代顿持续降雨（国家气象局，2024年），树苗在种植时没有接受额外的浇水。每个区块包含我们选择的八种树种中的每一种，每种树种在区块内的位置是随机分配的。总共，20个站点每种树种都有四个重复样本。

2.5. 统计分析
为了分析树苗的存活情况，我们拟合了一个Cox混合效应模型，测试了（1）灌溉（分类变量）和树种（分类变量）的交互作用，（2）灌溉和不透水表面的交互作用，（3）树种和不透水表面的交互作用，以及（4）树种、灌溉和不透水表面的主要效应。站点和区块作为随机截距纳入模型，以考虑可能存在的独立性不足问题。然后我们使用II型方差分析（ANOVA）进行假设检验。在计算ANOVA的F比率时，我们将交互作用的平方和与误差的平方和相加作为主要效应的分母。Cox混合效应模型使用R语言的coxme包运行（Therneau，2024年），ANOVA使用car包运行（Fox和Weisberg，2019年）。为了拟合Cox混合效应模型，我们计算了每棵树的存活时间，以种植日期作为存活的“起始日期”。我们使用emmeans包（Lenth，2024年）的估计边际均值进行了显著交互项的成对比较，但没有进行主要效应的比较。我们使用Schoenfeld图直观地评估了模型的假设是否满足。

为了量化树苗的生长情况，我们在研究结束时使用了线性混合效应模型和II型ANOVA。我们分别分析了最终树干直径和高度，考虑了（1）灌溉和树种的交互作用，（2）灌溉和不透水表面的交互作用，（3）树种和不透水表面的交互作用，以及（4）树种、灌溉和不透水表面的主要效应。站点和区块作为随机截距纳入模型，以考虑可能存在的独立性不足问题。我们还在每个模型中固定了初始树干直径或高度作为固定效应，以解释种植时树苗的高度和直径的较大差异。F比率按照上述方法计算。我们使用emmeans包（Lenth，2024年）的估计边际均值进行了显著交互项的成对比较，但没有进行主要效应的比较。我们使用R语言的plot()函数直观地评估了模型的假设是否满足。

为了分析灌溉对树苗健康状况的影响，我们将响应变量（最终树冠活力）视为连续变量，并使用线性混合效应模型和ANOVA分析了树冠活力评分，考虑了（1）灌溉和树种的交互作用，（2）灌溉和不透水表面的交互作用，（3）树种和不透水表面的交互作用，以及（4）树种、灌溉和不透水表面的主要效应。站点和区块作为随机截距纳入模型，以考虑可能存在的独立性不足问题。然后我们对线性混合效应模型进行了II型ANOVA。我们使用emmeans包（Lenth，2024年）的估计边际均值进行了显著交互项的成对比较，但没有进行主要效应的比较。此外，我们还使用线性混合效应模型和II型ANOVA分析了树种和时间对树冠活力的影响。我们为每棵树分配了一个唯一的标识符作为随机斜率，以考虑随时间的变化以及树冠活力评分的个体差异。R语言的lme4包用于这项分析（Bates等人，2015年）。我们使用R语言的plot()函数直观地评估了模型的假设是否满足。

3. 结果
3.1. 存活率
在生长季节结束时，总体树苗存活率为48% ± 2.06（平均值 ± 标准误差；表1），其中不包括53棵缺失的树苗。红枫的存活率最高，为91% ± 3.38%，黑胶树最低，为10% ± 3.52%，其次是白橡树，为15% ± 4.27%。树种（X72 = 521.25，p < 0.001）、灌溉投入（X32 = 18.14，p < 0.001）、树种和灌溉投入的交互作用（X212 = 47.82，p < 0.001；见“附录A”，表S3）以及树种和不透水表面的交互作用（X72 = 19.10，p < 0.01）显著影响了树苗的存活率。树种和灌溉之间的显著交互作用表明，不同的灌溉处理对不同树种的影响不同；例如，鳄鱼袋处理使所有树种的存活率最高，除了美国梧桐和北方 catalpa，这两种树种的存活率分别由每两周一次和每月一次的灌溉处理最高（图3）。物种与不透水性百分比之间的显著交互作用表明，不透水性对不同树种的影响各不相同。例如，北方 Catalpa 在多种不透水表面上都有100%的存活率，而刺槐仅在三个不透水性水平在13%到30%之间的地点存活率为100%（见“附录A”，表S3）。表1显示了2024年9月数据收集结束时每个地点和每种树种的存活树木总数。我们最初在每个地点种植了每种树种4棵树，总共32棵树。

根据我们的成对比较，许多树种与灌溉投资组合之间存在显著差异。值得注意的是，对于所有灌溉投资水平，白橡树和黑胶树的存活率都显著低于红枫树（|Z| > 7.60；见“附录A”，表S4）。在不同不透水性的情况下，树种的存活率也有所不同。对于黑胶树，每增加1个单位的不透水性，存活率就会减少0.02个单位；而对于北方 Catalpa，则在不透水性增加时存活率减少0.01个单位（见“附录A”，表S5）。

在研究期间，树苗的胸径增长非常小，北方 Catalpa 的平均胸径变化最大为0.65毫米 ± 0.20毫米，而黑胶树的最小平均变化为0.056毫米 ± 0.025毫米。树种（X72 = 54.51，p < 0.001）以及树种与灌溉投资的交互作用（X212 = 48.77，p < 0.001；图4）对最终胸径有显著影响，因为不同树种在不同的灌溉方法下生长情况不同。初始胸径也显著影响最终胸径（X12 = 5340.90，p < 0.001），表明初始树苗大小强烈决定了其生长情况。

与胸径增长相比，某些树种在研究期间的高度增长明显更大，刺槐的平均高度变化最大为4.58厘米 ± 2.13厘米，其次是北方 Catalpa（图5）。初始高度（X12 = 1159.08，p < 0.001）和树种（X72 = 45.58，p < 0.001；图5）对最终高度有显著影响。树种与冠层活力的交互作用对最终冠层活力也有显著影响（X72 = 191.36，p < 0.001；图7）。总体而言，除了刺槐和郁金香杨外，所有树种的冠层活力评分随时间增加而降低，表明大多数树种在整个生长季节中的状况恶化。

虽然最终的平均冠层活力评分较高（较高的冠层活力评分意味着树冠健康状况较差），但一些树种如刺槐（最终平均冠层活力：2.0 ± 0.17）、红枫（2.9 ± 0.14）和北方 Catalpa（2.9 ± 0.17）的冠层活力评分较低，其中刺槐的整体压力最小（图6）。树种（X72 = 212.77，p < 0.001；图6A）和灌溉投资（X32 = 30.18，p < 0.001；图6B）显著影响最终平均冠层活力，而不透水性没有显著影响。树种与冠层活力的交互作用对最终冠层活力也有显著影响（X32 = 9.89，p < 0.05，见“附录A”，表S7）。在我们的模型中，时间和树种的交互作用对冠层活力评分有显著影响（X72 = 195.57，p < 0.001；图7）。每种树种用不同颜色的线条表示平均每月冠层活力。

城市树木需要密集的后期护理和管理才能长期成功。然而，我们的研究结果表明，灌溉需求因树种和种植景观的不同而异。我们发现，树苗的存活率、生长和健康状况在不同树种之间存在显著差异，其中红枫、北方 Catalpa 和刺槐在所有测量指标上的表现都优于其他研究中的树种。存活率、生长和健康状况持续较低的树种包括白橡树、黑胶树和郁金香杨。值得注意的是，这些树种从种植时的冠层活力评分就显著较低（图7），表明它们在到达时的状态较差，这突显了种植高质量苗木的重要性，以及裸根苗木种植可能导致的成功差异。白橡树、黑胶树和郁金香杨从苗圃运抵时的质量较差可能是它们成功率较低的主要原因，而不是这些树种抵抗压力的能力不同。白橡树、黑胶树和郁金香杨较高的冠层活力评分可能表明它们的长期存活率较低，因为先前的研究表明，较差的冠层健康状况和较小的树体尺寸会导致存活率下降；然而，根据研究（Roman等人，2014a），像刺槐、Catalpa 和美国梧桐这样的大型树种即使冠层活力较高也可能能够恢复。

物种与灌溉以及物种与周围景观中不透水表面的程度之间的交互作用也影响了树苗的存活率、生长和健康状况，从而导致灌溉和不透水性对这些指标的影响因树种而异（图3、图4）。我们的发现与先前的研究一致，这些研究表明不透水性对不同树种的存活率和生长有不同的影响（Chen等人，2017；McClung和Ibá?ez，2018）。由于城市景观中的不透水面可以代表热量（Schatz和Kucharik，2014；Ziter等人，2019），我们的结果表明，在较凉爽的公园中使用鳄鱼袋灌溉时，树苗的存活率、生长和健康状况有所改善，某些树种（如红枫和北方 Catalpa）在所有不透水水平上都有较高的存活率。因此，我们的结果表明，由不透水表面辐射的城市热量会对树苗的存活产生显著负面影响。

高不透水性在我们的研究地点始终与较低的存活率和健康状况相关，这突显了热量在树木种植结果中的作用。然而，一些树种（如红枫、北方 Catalpa 和刺槐）似乎不受高温影响，表明这些树种可能是劳动力和管理资源有限的城市（特别是在俄亥俄州）的潜在种植选择。有强有力的证据表明，热量和干旱共同作用会负面影响城市森林的健康，使树木更容易受到昆虫攻击（Dale和Frank，2017；Meineke等人，2013），减少光合作用（Wang等人，2019），并增加水分压力（Dale等人，2016），这与我们的发现一致。随着俄亥俄州克利夫兰和代顿等城市制定和修订气候行动和城市森林总体规划（克利夫兰市，2024年；公共工程部，街道维护部门，2025年），城市规划者和城市林业工作者应考虑种植地点周围的热量水平，并选择耐热和耐旱的树种。

确定低成本的城市森林扩展种植和管理方案具有挑战性，因为种植和管理树木的成本很高。我们的结果显示，使用鳄鱼袋灌溉的存活率最高（图3）。虽然每月填充一次鳄鱼袋在劳动力方面并不复杂，但鳄鱼袋的前期成本和更换成本较高。我们研究中使用的鳄鱼袋每个大约30美元；因此，仅为我们的640棵树安装鳄鱼袋就需要近2万美元。此外，许多鳄鱼袋在我们的研究地点被割草机和其他人为及环境因素损坏，导致更换成本很高。对于那些在种植后缺乏资金进行树木护理的旧城市来说，如果采取保护性围栏或其他预防措施以确保鳄鱼袋不被景观设备损坏，鳄鱼袋可能是一种低成本到中等成本的灌溉选择。

我们的研究旨在测试不同的灌溉投资，但由于树苗分布在代顿市的20个地点，我们无法使用公共水源，因此从市政府获得了使用附近消防栓的水的许可，将水注入一个大型（757升）水囊中，并通过卡车运送到我们的地点，在整个灌溉过程中需要多次加水。这个过程非常耗时且具有挑战性；因此，要实施类似的灌溉制度，需要城市的支持或大量志愿者的帮助才能在临时研究之外实现。尽管我们进行了灌溉努力，但研究地点的总体存活率仍然较低，最终存活率为48% ± 2.06%，略低于先前研究中记录的五年后存活率（50-60%（Roman等人，2014a；Roman等人，2014b））。虽然许多树苗因环境因素死亡，但也有许多树苗因人为干扰而受损或被完全移除。其中一个地点最初种植的32棵树中有30棵因人为原因（如游客使用或维护公园时造成的折断或整株移除）而丢失。这些高移除率表明，特别是在公园等公共区域种植树木时，种植和管理城市树木面临重大挑战。尽管有研究记录了城市树木种植的高死亡率（Huff等人，2020；Roman等人，2016），但城市树木种植成功所面临的障碍多种多样，这一点不容忽视。由于新种植的幼树与大型成熟树木相比损失更为严重，一些人建议应将更多的城市资源用于树木的后期养护而非种植，以确保新栽种的树苗能够成功生长（Miller和Miller，1991；Richards，1979；Roman等人，2014a）。在那些财政和劳动力资源有限的老城区，我们支持这一建议，因为我们的研究地点也遇到了我们种植的树苗大量死亡或被移除的情况。虽然我们的研究发现某些物种在高温和缺水条件下表现更好，但我们并不建议只种植这些物种。研究表明，多种树种组成的城市森林对病虫害的抵抗力更强（Huff等人，2020；La?an和McBride，2008），而且一些节肢动物害虫会在受高温和干旱影响的树木上繁衍（Dale和Frank，2017；Meineke等人，2013；Meineke和Frank，2018）。因此，城市管理者需要同时考虑单个树木对城市压力环境的适应能力以及整个城市森林的韧性。例如，在低收入社区，由于树冠覆盖率较低且温度较高，初期在城市森林扩展时种植更多耐高温和干旱的树种（如红枫、北方 Catalpa 和刺槐）可能是有益的。随着这些树种的逐渐稳定，可以再种植一些对城市压力因素抵抗力较差的树种，从而形成多样化的城市森林，增强其对高温和干旱的抵抗力。需要进一步的研究来发现具有有益特性的其他树种，以提高城市森林的多样性和韧性。然而，对于低收入社区来说，即使在城市森林初步扩展后，种植更易受高温和缺水影响的树种的成本也可能过高而难以承受。

我们的研究结果提供了具体的种植和管理指南，这些指南可以被所有城市的管理者和城市林业工作者实际应用，尤其是在老城区。尽管由于环境和人为因素，我们研究中的树苗死亡率很高，但仍有近一半的树苗存活了下来。这表明，即使在人类干扰较大且浇水频率较低的情况下，某些树种的树苗也能在城市地区存活甚至茁壮成长。尽管面临挑战，但在市政府和地方政府的支持下，我们的灌溉方案和种植建议是可以实施的，从而培育出具有抗逆性的城市森林。

**作者贡献声明：**
Christopher B. Riley：撰写——审阅与编辑、监督、方法论、资金获取、正式分析、概念化。
Wright Erika R：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、监督、资源管理、项目协调、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。
Mary M. Gardiner：撰写——审阅与编辑、监督、方法论、资金获取、正式分析、概念化。
Samuel F. Ward：撰写——审阅与编辑、正式分析。
Ellen Danford：撰写——审阅与编辑、数据管理。