咸寧市未來情景綠地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效應(yīng)*

鐘學(xué)斌

(湖北科技學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北咸寧437100)

城市綠地作為“城市的肺”，一直受到城市規(guī)劃和建設(shè)者的關(guān)注［1～11］。早在20世紀(jì)初，城市綠地的研究就受到了有關(guān)學(xué)者和城市決策者的重視。但多局限于對綠地美學(xué)效應(yīng)的研究，而綠地結(jié)構(gòu)和大氣生態(tài)的相關(guān)性研究卻比較晚。近年來，有關(guān)這方面的研究受到了挑戰(zhàn):一方面通過園林綠化來緩解城市氣候效應(yīng)、改善城市環(huán)境質(zhì)量，已為園林科技工作者和城市決策者所推崇;另一方面，城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，使城市土地寸土寸金，可用于綠化的土地愈來愈少，成本也愈來愈高，尤其是老城改造中的綠地規(guī)劃難度更大。人們逐漸認(rèn)識到，提高城市園林綠化的生態(tài)效益，僅把眼光盯在擴(kuò)大綠地面積上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須依靠科技，對有限的綠地在生態(tài)類型、斑塊群落結(jié)構(gòu)、空間格局等方面，進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃和設(shè)計，提高單位綠地面積和城市綠地景觀整體的生態(tài)效應(yīng)，共同解決城市環(huán)境保護(hù)這一重大問題。本研究以咸寧市2007年—2020年城市規(guī)劃作為未來情景，以2007年現(xiàn)狀為參照，對比研究城區(qū)綠地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效應(yīng)變化，為城市綠地空間格局調(diào)整提供依據(jù)。

一、研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1．研究區(qū)概況

咸寧市是湖北省東南地區(qū)區(qū)域性中心城市。咸寧市地跨東經(jīng)113度32'～ 114度58'，北緯29度02'～ 30度19'。咸寧氣候溫和，降水充沛，日照充足，四季分明，無霜期長。冬季盛行偏北風(fēng)，偏冷干燥;夏季盛行偏南風(fēng)，高溫多雨。年平均氣溫16．8℃，極端最高氣溫41．4℃，極端最低氣溫為零下15．4℃。年平均降水量1577．4mm，年平均日照時間為1754．5小時，年平均無霜期為245～258天。主要災(zāi)害性天氣有倒春寒、大暴雨、水災(zāi)、洪澇及夏旱、伏旱等。

全市城鎮(zhèn)建成區(qū)綠化面積1181公頃，公共綠地面積516公頃，人均擁有公告綠地面積7．7平方米。市區(qū)園林綠地面積99公頃，綠化覆蓋率為25%，人均擁有綠地面積9．58平方米，先后建成岔路口轉(zhuǎn)盤、一號橋頭小游園、行管局小游園、咸安桂花廣場和人民廣場等街頭景觀、小游園和城市廣場20余處。淦河治理工程取得階段性成效，建成了新老二橋濱河公園，淦河休閑旅游風(fēng)景帶初顯端倪。市區(qū)已建成和正在建設(shè)的公司有5個，其中潛山為國家級森林公園，占地面積297公頃，香吾山公園占地面積35公頃，十六潭公園占地面積60多公頃，雙龍山公園占地面積140公頃。

2．?dāng)?shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)來源研究區(qū)域數(shù)據(jù)主要來源包括，2007年咸寧市城區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖，2007年—2020年咸寧市城市規(guī)劃圖，2007年衛(wèi)星影像，1983年咸寧市1∶10萬地形圖，以及社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理利用SuperMapDeskpro新建數(shù)據(jù)源“城市綠地”，導(dǎo)入2007年咸寧市城市規(guī)劃圖，2020年咸寧市城市規(guī)劃圖，以及1983年版咸寧市1∶10萬地形圖。首先對咸寧市1∶10萬地形圖進(jìn)行投影配準(zhǔn)，并以此為底圖，以此圖投影信息為基礎(chǔ)對2007年咸寧市城市規(guī)劃圖和2020年咸寧市城市規(guī)劃圖進(jìn)行配準(zhǔn)。對2007年咸寧市城市規(guī)劃圖和2020年咸寧市城市規(guī)劃圖分析圖層，建立線數(shù)據(jù)集，對已配準(zhǔn)的柵格圖形進(jìn)行矢量化，完成后進(jìn)行線數(shù)據(jù)集拓?fù)錁?gòu)面，生成面數(shù)據(jù)集。在面數(shù)據(jù)集中，依據(jù)2007年以及2020年主要土地利用類型分類，分別對圖形斑塊進(jìn)行屬性錄入。將兩圖進(jìn)行疊加分析，生成疊加結(jié)果面數(shù)據(jù)集，通過SQL查詢，再根據(jù)2007年與2020年城市主要斑塊的屬性轉(zhuǎn)變進(jìn)行圖形斑塊屬性錄入。不同方案下的土地利用調(diào)整均通過圖形斑塊屬性編輯來進(jìn)行，各自生成規(guī)劃專題圖。將上述數(shù)據(jù)庫依次進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換生成shape格式文件并導(dǎo)出，借助Arcveiw3．2將shape文件轉(zhuǎn)換為Grid格式，再運用Fragstats3．3計算空間格局指數(shù)。

二、研究方法

景觀格局分析已有很多指標(biāo)［12～17］。景觀格局指數(shù)從斑塊水平、斑塊類型水平、景觀水平等3個水平來定義。斑塊水平反映景觀中單個斑塊的結(jié)構(gòu)特征，是計算其他景觀級別指標(biāo)的基礎(chǔ);斑塊類型水平反映景觀中不同斑塊類型各自的結(jié)構(gòu)特征;景觀級別水平反映景觀的整體結(jié)構(gòu)特征。在景觀水平上，針對面積、密度、邊長、形狀、聚集、分布、連接性和多樣性等五大方面選用了斑塊類型總面積(CA)、景觀總面積(TA)、斑塊所占景觀面積的比例(PLAND)、斑塊數(shù)目(NP)、斑塊密度(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、面積加權(quán)平均分維度(FRAC－AM)、周長面積比分維數(shù)(PAFRAC)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、連通度指數(shù)(CONNECT)、景觀分割指數(shù)(DIVISION)、Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)、Shannon均勻度指數(shù)(SHEI)、辛普森多樣性指數(shù)(SIDI)、辛普森均勻度指數(shù)(SIEI)和聚合度(AI)。各指數(shù)值的計算在FRAGSTATS軟件中進(jìn)行，然后將指數(shù)計算結(jié)果導(dǎo)入Excel處理分析。本文主要應(yīng)用以下指數(shù):

(1)斑塊所占景觀面積的比例(PLAND);(2)斑塊密度(PD);(3)香農(nóng)多樣性指數(shù)(Shannon’s Diversity Index);(4)香農(nóng)均勻度指數(shù)(Shannon’s Evenness Index);(5)景觀分割指數(shù)(DIVISION);(6)蔓延度指數(shù)(CONTAG);(7)斑塊聚合度(AI)。

以上各景觀指數(shù)計算方法和計算公式［18～24］。

三、結(jié)果與分析

1．景觀結(jié)構(gòu)

在2007年咸寧市城市土地利用現(xiàn)狀圖中，參照圖例將斑塊劃分為:(1)生態(tài)綠地;(2)道路用地;(3)公共綠地;(4)水域;(5)建設(shè)用地;(6)菜地;(7)鐵路用地;(8)未利用地。而在2020年咸寧市城市規(guī)劃圖中，由于城市發(fā)展，參照圖例將斑塊劃分為:(1)生態(tài)綠地;(2)道路用地;(3)公共綠地;(4)水域;(5)建設(shè)用地;(6)鐵路用地。2007年土地利用類型分類如圖1所示。

圖12007年用地類型分布

圖22020年用地類型分布

咸寧城區(qū)2007年與2020年景觀面積指數(shù)變化如表1所示。

表1咸寧市不同年份城市景觀用地類型結(jié)構(gòu)表

從表1可以看出:(1)生態(tài)綠地和建設(shè)用地控制著城市的景觀，兩者占景觀總面積的百分比是最高的，但是從主導(dǎo)的斑塊來看，2007年是以生態(tài)綠地為主導(dǎo)，2020年建設(shè)用地成為主導(dǎo);(2)從2007年到2020年，生態(tài)綠地在斑塊類型總面積和斑塊所占景觀面積的比例的指數(shù)上明顯下降，而與此同時，建設(shè)用地在這兩方面得到長足發(fā)展;(3)生態(tài)綠地的斑塊數(shù)目及密度呈下降趨勢，平均形狀指數(shù)的降低顯示生態(tài)綠地斑塊形狀趨向于規(guī)整。建筑用地的斑塊密度降低，應(yīng)與新近城市規(guī)劃中技術(shù)開發(fā)區(qū)的建設(shè)相關(guān);(4)公共綠地從2007年所占面積與比例偏小，到2020年得到一定發(fā)展，斑塊數(shù)目和密度指數(shù)也呈現(xiàn)上升趨勢，斑塊形狀也傾向不規(guī)則化，主要與青龍山生態(tài)林地、浮山生態(tài)林地、十六潭公園的建設(shè)相關(guān)聯(lián);(5)道路用地在2020年城市規(guī)劃圖上顯示在面積與占總面積比例方面成倍增長，斑塊數(shù)目與密度也一并增長，在圖上主要體現(xiàn)在咸安、溫泉兩大片區(qū)內(nèi)部道路密集度上升，兩大片區(qū)間連通的道路數(shù)目增加，新建設(shè)的東部片區(qū)即技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)道路網(wǎng)規(guī)劃整齊劃一;(6)水域在面積、斑塊數(shù)目、斑塊密度上的增長主要體現(xiàn)在十六潭公園的建設(shè);(7)鐵道用地變化不大。而菜地和未利用地在2020年規(guī)劃中已經(jīng)被其他土地利用類型所取代，如沿河的未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿G地，沿道路的未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ玫亍?/p>

2．城市景觀格局變化

在對兩圖的景觀格局指數(shù)對比分析中，選取了景觀總面積、斑塊總數(shù)、斑塊密度、平均形狀指數(shù)、斑塊平均分維數(shù)、蔓延度指數(shù)、連通度指數(shù)、景觀分割指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、辛普森多樣性指數(shù)、香農(nóng)均勻度指數(shù)、辛普森均勻度指數(shù)、聚集指數(shù)。相關(guān)指數(shù)變化如表2所示。

表2咸寧市不同年份城市景觀格局指數(shù)變化

從表2中可以看出:從2007年到2020年，景觀斑塊總數(shù)與斑塊密度均呈上升趨勢，符合城市發(fā)展方向，顯示城市在主要斑塊方面的密集化和豐富化。而平均形狀指數(shù)的上升顯示了城市景觀斑塊形狀的多樣化。蔓延度指數(shù)的降低，顯示城市發(fā)展過程中，由于道路網(wǎng)的發(fā)展完善，各類型斑塊被分割阻斷，在不同方向上的延伸能力降低，也使得景觀分割指數(shù)上升。連通度指數(shù)的降低則尤為明顯，在2007年咸寧城市規(guī)劃圖中，城區(qū)有大片的生態(tài)綠地與郊區(qū)相連通，倒是隨著城市的發(fā)展，生態(tài)綠地已經(jīng)有相當(dāng)部分成為建設(shè)用地及其他用地類型，仍與城市外部相連通的綠地主要分布在西部與南部，即雙龍山生態(tài)林地、孝子山生態(tài)林地、潛山生態(tài)林地、筆架山生態(tài)林地以及東南部僅存的塘角山生態(tài)林地。與2007年在四個方向上都能與外部連通的情況相比，以犧牲生態(tài)綠地來建設(shè)城市的做法實際上對城市生態(tài)造成損失。從香農(nóng)多樣性指數(shù)和辛普森多樣性指數(shù)上來看，景觀破碎化程度呈上升趨勢，城市化過程中對土地利用的豐富化，說明城市功能的不斷完善。從香農(nóng)均勻度指數(shù)和辛普森均勻度指數(shù)上來看，各斑塊從原有的一兩種用地類型為主向著各種用地類型趨向面積均勻共同發(fā)展，表明城市發(fā)展的合理化。聚集指數(shù)的降低，體現(xiàn)城市發(fā)展中必然的擴(kuò)展現(xiàn)象，尤其以咸寧、溫泉兩大片區(qū)之間區(qū)域的發(fā)展為典型。

四、結(jié)論

城市在發(fā)展過程中，為滿足不斷增長的城市人口和日益豐富的城市生活，從前空置的未利用地以及城鄉(xiāng)邊界的菜地轉(zhuǎn)變成為建設(shè)用地，如體育館附近的空置未利用地已經(jīng)建成樓盤，這些轉(zhuǎn)變使得城市景觀趨向于現(xiàn)代化。

沿河的未利用地(多數(shù)為灘涂地)轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿G地，說明城市生態(tài)環(huán)境得到一定的重視，尤其以淦河從一號橋到雙鶴橋河段沿岸建成親水平臺走廊，不僅綠化沿河環(huán)境，也為居民休閑娛樂提供便利。

道路網(wǎng)的密集程度增加，密切了溫泉咸安兩大片區(qū)的交流，也使兩大片區(qū)內(nèi)部交通更為便利。對技術(shù)開發(fā)區(qū)的建設(shè)，使得原來大片的生態(tài)綠地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地以及道路用地。由于是新規(guī)劃的片區(qū)，斑塊形狀與排列都整齊劃一，道路也形成了規(guī)則的網(wǎng)格，但是由于轉(zhuǎn)變了用地類型，使得原有的生態(tài)綠地面積大為縮水，應(yīng)有的生態(tài)效應(yīng)遭到削弱。所以在新規(guī)劃的技術(shù)開發(fā)區(qū)類分類出一部分的公共綠地，并且是不規(guī)則的分布在各個斑塊，一方面的確有一定的生態(tài)效應(yīng)，形狀的不規(guī)則更能發(fā)揮綠地對于城市的凈化空氣，調(diào)節(jié)小氣候的功能。另一方面由于新區(qū)中多規(guī)劃為工業(yè)區(qū)，如此少量的公共綠地能否真正改善生態(tài)環(huán)境也值得懷疑。

城市中生態(tài)綠地面積的萎縮是城市發(fā)展的必然結(jié)果，余下的生態(tài)綠地雖然面積依然比較大，但多分布于城市邊界區(qū)，或者分布于城市居民分布較少的兩大片區(qū)之間區(qū)域。而且與2007年相比，生態(tài)綠地與城郊的連通度在下降，有多片生態(tài)綠地已呈現(xiàn)封閉隔離狀態(tài)，并不利于生態(tài)綠地功能的發(fā)揮。所以在生態(tài)綠地的建設(shè)中，提出城市廊道的概念，以團(tuán)狀綠地作為核心，增加內(nèi)部生境，以少量伸出的臂狀綠地，增加生物易達(dá)性，并增加斑塊之間的呼應(yīng)度和連接度。完善道路兩側(cè)綠化帶的建設(shè)，并輔以楔形綠地，盡量模擬自然形態(tài)的凹凸邊緣，以增加小的邊緣生物隱蔽環(huán)境，并兼納團(tuán)狀綠地、帶狀綠地以及臂狀綠地，以增加連接度和中心型生態(tài)棲居地，以便使綠道網(wǎng)絡(luò)能夠同時提供生態(tài)棲居和生態(tài)導(dǎo)管作用。

水域的面積增加，主要在十六潭公園的建設(shè)中體現(xiàn)。貫穿全城的淦河實際上也起到了城市廊道的作用，由于河流兩側(cè)公共綠地的建設(shè)，給能夠在生境區(qū)域間提高關(guān)聯(lián)度，可以使生物個體自由移動以適應(yīng)日常或季節(jié)覓食遷移需要，提供更多物種到達(dá)的可能性，提高種群間基因交換的可能性，可以維持長期種群健康，并在地方環(huán)境不適宜生存的情況下，使種群能夠遷徙，而不至于滅絕;綠道也可以為植物群落提供“遷徙”的可能性及基因交換。如果綠地之間缺少區(qū)域間的連接性，會使地方種群困于孤島，以至減數(shù)甚至滅絕。

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