景觀格局分析在城市森林規(guī)劃中的應(yīng)用研究

魯敏，劉國(guó)恒，趙潔，張?zhí)?/p>

(1.山東建筑大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101;2.山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

0 引言

園林樹木是構(gòu)成城市綠地的主要植物材料，也是發(fā)揮城市綠地功能效益的主要植物群落體，城市森林作為城市生態(tài)綠地系統(tǒng)的重要組成部分，突出強(qiáng)調(diào)了喬木在城市綠地中的骨架和主體地位，它不僅具有改善城市小氣候、凈化空氣、涵養(yǎng)水源、滯塵降噪等生態(tài)功能，而且對(duì)森林城市的建設(shè)具有不可替代的作用，城市森林的理論研究及實(shí)際建設(shè)已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。景觀生態(tài)學(xué)作為一門涉及多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，從宏觀上研究景觀結(jié)構(gòu)(格局)、功能和動(dòng)態(tài)變化是其主要內(nèi)容，在很大程度上景觀格局制約著景觀功能的發(fā)揮。城市森林景觀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是城市森林規(guī)劃的最終目的，將景觀格局分析應(yīng)用到城市森林規(guī)劃中去，有利于對(duì)城市森林景觀格局的直觀了解，也為城市森林景觀格局的優(yōu)化提供了大量直觀的數(shù)據(jù)支持，從而構(gòu)建出科學(xué)合理的城市森林景觀格局，有利于城市森林生態(tài)功能的發(fā)揮。

1 城市森林的內(nèi)涵

“城市森林”(urban forest)這一名詞，最早出現(xiàn)在1962年美國(guó)肯尼迪政府關(guān)于戶外娛樂資源調(diào)查的報(bào)告中[1]，自此，城市森林在理論研究和實(shí)際建設(shè)方面都取得了重大突破。

城市森林概念的提出已經(jīng)有40多年的歷史，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同角度對(duì)城市森林的內(nèi)涵進(jìn)行了研究，但對(duì)其的定義依然沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。Miller將城市森林定義為城市規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)所有植物的總和[2];Grey認(rèn)為城市行道樹、各類公園、街頭綠地及居民區(qū)內(nèi)所有樹木構(gòu)成了城市森林，是城市景觀環(huán)境的重要組成部分[3];劉殿芳給城市森林定義為以植物群落(喬木占主體地位)為主體，包括其中生活的各類生物群體，及其周圍環(huán)境的綜合體[4];劉常富認(rèn)為城市森林是指能對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生影響，達(dá)到一定的規(guī)模和覆蓋度，以喬木為主體的一種生態(tài)系統(tǒng)，并強(qiáng)調(diào)了其生態(tài)價(jià)值和景觀文化效應(yīng)[5]。

許多學(xué)者對(duì)城市森林的概念提出了不同見解，但都肯定了城市森林的生態(tài)服務(wù)功能，在范圍上大都也定義在能夠?qū)Τ鞘协h(huán)境起到直接作用的尺度內(nèi)，而且將喬木的主體地位進(jìn)行了重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)?；诒姸嘌芯砍晒?，筆者認(rèn)為:城市森林是指在城市周圍、對(duì)城市環(huán)境保護(hù)及改善起到直接作用的空間范圍內(nèi)，達(dá)到一定面積(≥0.3hm2)和樹冠覆蓋率(≥10%)，以喬木為主體，具有喬、灌、花、草、藤復(fù)合結(jié)構(gòu)的植物群落。

2 城市森林景觀格局分析的方法

景觀格局一般是指景觀的空間結(jié)構(gòu)，即景觀單元的類型組成、組合方式，是景觀異質(zhì)性的體現(xiàn)，是景觀結(jié)構(gòu)和過程相互作用的結(jié)果，在一定程度上，景觀格局直接影響景觀功能的發(fā)揮。

目前景觀格局分析的方法有:空間統(tǒng)計(jì)分析法，景觀指數(shù)分析法[6]，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)法，模型模擬法[7]等。遙感和GIS等技術(shù)的發(fā)展，為景觀格局的研究提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，景觀格局定量化的研究已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)階段運(yùn)用最多的方法是基于景觀指數(shù)的景觀格局分析方法，本文就是以此種方法來介紹景觀格局分析在城市森林規(guī)劃中如何應(yīng)用的。

基于景觀指數(shù)的城市森林景觀格局研究的方法，可以定量化、數(shù)據(jù)化直觀地展示城市森林的空間結(jié)構(gòu)特征，但這種方法在表達(dá)景觀結(jié)構(gòu)具有的整體性與景觀空間單元間的功能關(guān)系[8]等方面具有局限性。為解決這種方法帶來的局限性，可以與其他研究方法結(jié)合起來運(yùn)用，景觀格局梯度分析和動(dòng)態(tài)分析是目前最主要分析方法。

景觀格局梯度分析是將景觀格局與梯度分析相結(jié)合，根據(jù)研究區(qū)域城市森林空間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過計(jì)算沿樣帶或者不同緩沖區(qū)間景觀格局指數(shù)的變化，分析城市森林在空間梯度上變化規(guī)律的方法。這種方法特別適合城市森林景觀格局的研究，通過定量地分析城市森林結(jié)構(gòu)的空間梯度變化，可以更加清晰地研究城市森林景觀格局的細(xì)節(jié)變化，分析城市森林建設(shè)中環(huán)境屬性、人類活動(dòng)及決策所起的作用，從而更加準(zhǔn)確細(xì)致地研究城市森林的空間結(jié)構(gòu)特征。

景觀格局動(dòng)態(tài)分析是對(duì)同一區(qū)域不同時(shí)間內(nèi)同一景觀指數(shù)體系變化的研究，通過分析，可以得出景觀格局變化的規(guī)律。通過對(duì)城市森林進(jìn)行景觀格局動(dòng)態(tài)分析，不僅可以得出城市森林景觀格局的變化規(guī)律，結(jié)合相關(guān)資料，還可以發(fā)現(xiàn)影響城市森林格局變化的因素，從而使城市森林規(guī)劃更具有前瞻性。

3 基于景觀格局分析的城市森林規(guī)劃過程

Forman和Godron提出了“斑塊—廊道—基底”的景觀空間解讀模式并且被廣泛應(yīng)用于景觀格局的研究中，他們認(rèn)為斑塊(patch)、廊道(corridor)、基底(matrix)是組成景觀的三種結(jié)構(gòu)單元[9]。這一模式是景觀格局分析及優(yōu)化的理論基礎(chǔ)，它主要表現(xiàn)在景觀要素組成和組合形式兩個(gè)方面，城市森林景觀格局分析就是在這兩個(gè)方面研究城市森林景觀，分析其內(nèi)在的變化機(jī)制，然后結(jié)合景觀格局優(yōu)化的相關(guān)理論來確定城市森林規(guī)劃的方案。

3.1 城市森林規(guī)劃的前提

3.1.1 基礎(chǔ)資料的收集

城市森林規(guī)劃所需要的基礎(chǔ)資料主要包括:城市遙感影像，城市地貌、氣候、水文、植被、社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況等統(tǒng)計(jì)資料，城市林業(yè)綠化相關(guān)資料，城市總體規(guī)劃圖及地形圖，各類綠地資料，近年來城市園林綠化資料等，為下面的分析做了必要的準(zhǔn)備。

3.1.2 適宜性分析

適宜性分析是基于景觀生態(tài)學(xué)垂直過程做的研究，對(duì)城市森林的斑塊、廊道的位置選擇具有重要的作用。

城市森林的適宜性分析，是指在研究區(qū)域內(nèi)，在充分考慮城市土地的自然屬性和社會(huì)屬性的前提下，運(yùn)用一定的研究手段，分析城市森林的多種功能適宜性(土地適宜性、游憩適宜性、景觀適宜性等)，從而決定城市中那些地塊適合進(jìn)行城市森林的建設(shè)，為城市森林各環(huán)節(jié)提供科學(xué)合理的依據(jù)。

在進(jìn)行適宜性分析的過程中，要特別注意研究區(qū)域內(nèi)具有關(guān)鍵生態(tài)作用的地段，例如:城市水源涵養(yǎng)地，森林公園，自然保護(hù)區(qū)，濕地保護(hù)區(qū)等，作為城市良好的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施、城市森林的重要節(jié)點(diǎn)，在規(guī)劃中這些地段要實(shí)行保護(hù)性規(guī)劃。

3.2 城市森林景觀分類

利用“斑塊—廊道—基底”這一模式研究景觀格局，首先要確定景觀的基底，城市森林作為城市景觀的組成部分，處在城市這種土地利用極其復(fù)雜的環(huán)境中，在大部分城市中，城市森林的面積占城市總面積的比例都小于50%。因此，城市森林在城市中只能以斑塊和廊道的形式存在。

城市中的森林公園、各種片林、各類片狀綠地等都屬于城市森林斑塊景觀，這些斑塊是城市森林的重要組成部分，是城市森林發(fā)揮生態(tài)服務(wù)功能的主體部分，也是生態(tài)多樣性最復(fù)雜的部分。城市森林的廊道景觀包括沿道路及河流、呈帶狀的各類公園、林帶等，這些廊道在發(fā)揮生態(tài)服務(wù)功能的同時(shí)，在反破碎化、提高景觀連接度等方面也具有重要的作用。

以上是基于景觀生態(tài)的分類方式，另外眾多學(xué)者在不同的角度都對(duì)城市森林進(jìn)行了分類。例如，王木林按功能特征將城市森林劃分為防護(hù)林、公共林地、風(fēng)景林、生產(chǎn)林地、企事業(yè)單位林地、道路林地等8大類[10];何興元等則是從功能和植被的角度，將城市森林分為附屬庭院林、道路林、風(fēng)景游憩林、生態(tài)公益林和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)林5個(gè)城市森林類，共16個(gè)城市森林亞類[11]。

3.3 景觀指數(shù)的選取

景觀指數(shù)是指能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡(jiǎn)單定量指標(biāo)[9]。隨著關(guān)于景觀生態(tài)學(xué)研究的深入，眾多學(xué)者在單一斑塊、景觀類型和景觀三個(gè)層次上[12]提出越來越多景觀指數(shù)，這給研究提供了更多的選擇性，同時(shí)也需要人們?cè)诰坝^指數(shù)的選擇上更加慎重，避免不必要景觀指數(shù)的應(yīng)用。

在城市森林景觀格局的研究過程中，景觀指數(shù)的篩選要注意以下幾點(diǎn):第一，城市森林的研究范圍大都確定在城市及周邊地區(qū)，因此在景觀指數(shù)的選擇上要注意景觀尺度問題。尺度是通過粒度和幅度來表現(xiàn)的，粒度是最小可辨識(shí)單位的特征，幅度則體現(xiàn)研究對(duì)象在空間或時(shí)間上的持續(xù)范圍或長(zhǎng)度。由于景觀格局的特征在不同的時(shí)間或空間上往往表現(xiàn)出不同的尺度特征，所體現(xiàn)的景觀生態(tài)學(xué)意義也是不同的，所以在景觀指數(shù)的選擇上要根據(jù)景觀尺度合理選擇;第二，在單一景觀指數(shù)的選擇上，要考慮景觀指數(shù)的相關(guān)性[13]，在生態(tài)學(xué)意義相近的指數(shù)選擇上，要根據(jù)城市森林的景觀特征和分類等方面綜合研究確定，避免景觀指數(shù)選擇的盲目性;第三，在景觀指數(shù)體系的確立上，要結(jié)合城市森林景觀格局具體的研究目的，選擇具有代表性的能夠體現(xiàn)研究所需生態(tài)學(xué)意義的景觀指數(shù)，在單一斑塊、景觀類型和景觀三個(gè)層次上構(gòu)建科學(xué)合理的指數(shù)體系。

3.4 城市森林景觀格局分析

在城市森林景觀分類和景觀指數(shù)選取的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市森林研究的不同側(cè)重點(diǎn)，選擇適宜的景觀格局分析方法，在城市森林景觀空間結(jié)構(gòu)定量研究的基礎(chǔ)上，分析不同層次上的景觀指數(shù)所代表的景觀生態(tài)學(xué)意義，解讀景觀要素之間相互作用的機(jī)制與方式，從無序的景觀中發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律，得出城市森林景觀的現(xiàn)狀條件、影響因素及動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律等，指導(dǎo)城市森林的規(guī)劃設(shè)計(jì)，為景觀格局優(yōu)化提供直觀的數(shù)據(jù)支持。

3.5 城市森林景觀格局優(yōu)化的重點(diǎn)

城市森林規(guī)劃在很大程度上可以認(rèn)為是城市森林空間結(jié)構(gòu)重組的過程，也就是城市森林景觀格局及元素優(yōu)化的過程。通過城市森林景觀格局的研究，可以得到其景觀格局的現(xiàn)狀、動(dòng)態(tài)變化、空間梯度特征等資料，從中也發(fā)現(xiàn)了城市森林景觀格局存在的問題，解決這些問題的途徑即城市森林景觀格局優(yōu)化的方案。

根據(jù)“集聚間有離析”(aggregate—with—outliers)[14]這種生態(tài)學(xué)意義上最優(yōu)的景觀格局，俞孔堅(jiān)提出的景觀安全格局[15]及景觀生態(tài)學(xué)中關(guān)于斑塊、廊道原理等相關(guān)理論，在城市森林規(guī)劃建設(shè)中景觀格局優(yōu)化要注意以下幾點(diǎn):

第一，在城市森林規(guī)劃建設(shè)中要構(gòu)建多個(gè)大型斑塊，用以城市涵養(yǎng)水源、保護(hù)生物多樣性，作為具有戰(zhàn)略意義的城市森林空間;建設(shè)一些小的城市森林斑塊，且保證距離適當(dāng)，通過廊道的連接達(dá)到城市森林空間結(jié)構(gòu)的完整性。

第二，加大城市森林廊道的建設(shè)力度，以城市道路、河流以及帶狀綠地作為建設(shè)骨架，盡可能多地建設(shè)城市森林廊道，并保證具有足夠的寬度，構(gòu)建城市森林廊道網(wǎng)絡(luò)[16]，增加整體景觀的關(guān)聯(lián)度。

第三，在建設(shè)城市森林斑塊和廊道時(shí)，在植物選擇上要遵循適地適樹的原則，使斑塊和廊道的植物組成上具有相似性，從而提高兩者的連接度，同時(shí)也有利于生物的遷移。

4 展望

目前，我國(guó)正處于城市化快速發(fā)展階段，城市環(huán)境問題日益突出，然而當(dāng)前城市綠化還停留在注重城市綠化覆蓋率等綠化指標(biāo)的階段，對(duì)城市綠化植物結(jié)構(gòu)層次的研究相對(duì)欠缺，更有大面積的草坪建設(shè)等追求綠地面積的建設(shè)方法，大大降低了城市綠化的生態(tài)作用。城市森林的建設(shè)突出強(qiáng)調(diào)了植物群落中喬木的主體地位和生態(tài)作用，不僅豐富了城市綠化中植物群落的結(jié)構(gòu)層次，改善和保護(hù)了城市的生態(tài)環(huán)境，也滿足了居民接近自然、回歸自然的愿望。

國(guó)外關(guān)于城市森林理論及實(shí)際建設(shè)的研究起步較早，而我國(guó)在這方面研究才剛剛起步，實(shí)際建設(shè)方面的案例也不多。這就要求在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行理論的創(chuàng)新，理論聯(lián)系實(shí)際，將新技術(shù)和理論應(yīng)用到城市森林的實(shí)際建設(shè)中去。

結(jié)合城市森林理論發(fā)展和實(shí)際建設(shè)案例，筆者認(rèn)為城市森林規(guī)劃的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在以下幾個(gè)方面:

第一，在城市森林景觀格局研究的重點(diǎn)區(qū)域方面，會(huì)從城市中心轉(zhuǎn)移到城鄉(xiāng)結(jié)合部。為了遏制城市的無限制發(fā)展，建設(shè)新城或衛(wèi)星城成了解決這一問題的途徑，從而導(dǎo)致產(chǎn)生了更多的城鄉(xiāng)交錯(cuò)地帶，這些地帶保留的森林景觀相對(duì)較多，產(chǎn)生的邊緣效應(yīng)在景觀結(jié)構(gòu)和功能方面具有重要意義，對(duì)這一地段城市森林景觀格局的研究可以揭示在城鄉(xiāng)交錯(cuò)面上景觀結(jié)構(gòu)對(duì)景觀功能的影響，從而帶來更大的生態(tài)服務(wù)能力。

第二，城市森林建設(shè)呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)。在城市尺度上，通過城市森林廊道網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)將遠(yuǎn)郊森林納入到城市森林的范疇中來，為改善城市生態(tài)環(huán)境服務(wù)。在區(qū)域尺度上，通過區(qū)域性城市森林廊道的建設(shè)，將更多的城市森林景觀元素串聯(lián)起來，構(gòu)建區(qū)域性城市森林網(wǎng)絡(luò)，從而對(duì)區(qū)域生態(tài)安全發(fā)揮作用。

第三，新技術(shù)、新理論在城市森林研究中將會(huì)發(fā)揮更多的作用。例如梯度分析原本是植被科學(xué)研究的方法，將梯度分析應(yīng)用到城市森林景觀格局的研究中，就取得了很好的效果;3S技術(shù)的應(yīng)用使城市森林景觀格局定量化研究成為可能。相信在以后的研究中，將會(huì)產(chǎn)生更多的理論與技術(shù)，為城市森林規(guī)劃建設(shè)服務(wù)。

城市化過程中，生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，城市森林的建設(shè)不僅對(duì)改善城市生態(tài)環(huán)境具有重要作用，而且強(qiáng)調(diào)了喬木在城市環(huán)境改善中的重要作用，城市回歸自然的愿望。城市森林規(guī)劃過程中應(yīng)用景觀格局分析的方法，定量化地研究城市森林景觀格局存在的問題，可以使城市森林的規(guī)劃建設(shè)更加科學(xué)合理，從而更好地發(fā)揮其生態(tài)服務(wù)功能，全面推動(dòng)森林城市的建設(shè)。

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