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树木在增加城市生物多样性方面发挥着重要作用，为植物和动物提供赖以生存的栖息地、食物和庇护。城市树木作为城市中具有自然属性的绿地空间，一般是依托城市自然山川、地貌，将城市各类林木加以组织和规划，成为城市自然生态系统的主体，其空间环境的多样性以及自然性维持着生物多样性的状态。环境的多样性有利于生物种类的生存繁殖与迁徙，而自然的环境为野生动植物提供了良好的栖息地。保证其生境的自然属性，来吸引更多的物种，有利于保护生物多样性。以树木为主体的自然系统应该是完整的生态系统，理论上包括动物、植物、微生物等一切生物，所以它是真正的生物多样性的载体，是维持和保护生物多样性的重要场所。
遗传多样性是生物多样性的重要组成部分，是物种多样性和生态系统多样性的基础，或者说遗传多样性是生物多样性的内在形式。在生物的长期演化过程中，遗传物质的改变是产生遗传多样性的根本原因。遗传物质的突变主要有两种类型，即染色体数目和结构的变化以及基因位点内部核苷酸的变化，前者称为染色体的畸变，后者称为基因突变。此外，基因重组也可以导致生物的遗传变异。
广义的遗传多样性是指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和。这些遗传信息储存在生物个体的基因之中。因此，遗传多样性也就是生物的遗传基因的多样性。城市森林保存着大量的遗传基因，因此，可被看作是一个基因库。一个树种所包含的基因越丰富，它对环境的适应能力越强。基因的多样性是生命进化和物种分化的基础。狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变化，包括种内差异显著的种群之间以及同一种群内的遗传变异。此外，遗传多样性可以表现在多个层次上，如分子、细胞、个体等。在自然界中，对于绝大多数有性生殖的物种而言，种群内的个体之间往往没有完全一致的基因型，而种群就是由这些具有不同遗传结构的多个个体组成的。
物种多样性是指地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度。物种多样性包括两个方面：一是指一定区域内的物种丰富程度，可称为区域物种多样性；二是指生态学方面的物种分布的均匀程度，可称为生态多样性或群落物种多样性。物种多样性是衡量一定地区生物资源丰富程度的一个客观指标。分类学家和系统进化学家对“什么是物种”的讨论从未中断。迈尔（1953）认为：物种是能够（或可能）相互配育的、拥有自然种群的类群，这些类群与其他类群存在着生殖隔离。中国学者陈世骧（1978）对于物种所下的定义为：物种是繁殖单元，由既连续又间断的居群组成；物种是进化的单元，是生物系统线上的基本环节，是分类的基本单元。维护物种多样性是生物多样性的核心，物种是生物分类的基本单位，在分类学上，确定一个物种必须同时考虑形态的、地理的、遗传学的特征。也就是说，作为一个物种必须同时具备如下条件：①具有相对稳定而一致的形态学特征，以便与其他物种相区别；②以种群的形式生活在一定的空间内，占据着一定的地理分布区，并在该区域内生存和繁衍后代；③每个物种具有特定的遗传基因库，同种的不同个体之间可以互相配对和繁殖后代，不同种的个体之间存在着生殖隔离，不能配育或即使杂交也不能产生有繁殖能力的后代。城市中的树木作为生物种的重要组成部分，对维护物种多样性意义重大。
在阐述一个国家或地区生物多样性丰富程度时，最常用的指标是区域物种多样性。区域物种多样性的测量有以下3个指标：①物种总数，即特定区域内所拥有的特定类群的物种数目；②物种密度，指单位面积内的特定类群的物种数目；③特有种比例，指在一定区域内某个特定类群特有种占该地区物种总数的比例。城市树木品种的多样化是城市生物多样性的重要组成部分，丰富的植物种可形成形态各异、季相变化分明的绿地景观效果，同时对地区生物多样性具有重要的生态学意义。
生态系统是各种生物与其周围环境所构成的自然综合体。所有的物种都是生态系统的组成部分，在生态系统之中，不仅各个物种之间相互依赖，彼此制约，而且生物与其周围的各种环境因子之间也是相互作用的。从结构上看，生态系统主要由生产者、消费者、分解者所构成。生态系统的功能是维持地球上各种化学元素的循环和能量在各组分之间的正常流动。生态系统的多样性主要是指地球上生态系统组成、功能的多样性以及各种生态过程的多样性，包括生态环境的多样性、生物群落和生态过程的多样化等多个方面。其中，生态环境的多样性是生态系统多样性形成的基础，生物群落的多样化可以反映生态系统类型的多样性。城市树木作为城市生态环境的主要构建者，其群落多样性对维护生态系统多样性至关重要。不同的环境条件下构建不同的树木群落，既能满足城市使用功能，又能增加生态环境多样性。
景观多样性（landscape diversity）是生物多样性的第四个层次。景观是一种大尺度的空间，是由一些相互作用的景观要素组成的具有高度空间异质性的区域。景观要素是组成景观的基本单元，相当于一个生态系统。景观多样性是指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化程度。城市树木形成的绿地斑块和廊道在城市中呈现空间异质性特点，是构成城市景观多样性的重要部分，也是城市自然系统的主要构成要素，对城市生态环境的维护发挥着重要作用。