延吉市城市生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)

宮　雪，　張晟源，　李明玉

(延邊大學(xué)理學(xué)院，吉林 延吉 133002)

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延吉市城市生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)

宮雪，張晟源，李明玉*

(延邊大學(xué)理學(xué)院，吉林 延吉 133002)

摘要：生態(tài)用地作為城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為城市生態(tài)系統(tǒng)提供必要的服務(wù)。本研究以延吉市為例，對(duì)延吉市1990、2005和2013年3個(gè)時(shí)段城市生態(tài)用地進(jìn)行景觀格局分析及生態(tài)用地結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)過程中，采用層次分析法構(gòu)建指標(biāo)體系和判斷矩陣，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。評(píng)價(jià)結(jié)果科學(xué)合理，希望能為延吉市未來的生態(tài)用地規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞：城市生態(tài)用地；景觀格局；空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)；延吉市

城市生態(tài)用地作為城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1]，對(duì)保障生態(tài)安全、構(gòu)建城市宜居生活具有促進(jìn)作用，對(duì)城市物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、生物遷移等關(guān)鍵生態(tài)過程有較大影響，具有生態(tài)系統(tǒng)的氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、生命支撐等重要功能[2]。在快速城市化的情況下,經(jīng)濟(jì)、人口與環(huán)境之間的矛盾日益嚴(yán)峻，為快速解決不斷增加的人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾，提出了研究城市生態(tài)用地的空間結(jié)構(gòu)[3]。城市生態(tài)用地評(píng)價(jià)和城市空間格局的優(yōu)化，符合中國(guó)快速城市化發(fā)展中城市生態(tài)安全的要求,促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展[4]。本文旨在以延吉市為媒介，從可持續(xù)發(fā)展的視角解決城市生態(tài)用地布局等問題。通過運(yùn)用城市規(guī)劃學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)的理論及方法，評(píng)價(jià)延吉市城市的生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)，為該區(qū)域城市生態(tài)用地規(guī)劃及合理開發(fā)利用資源、保護(hù)和建設(shè)生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)[5]，也為更科學(xué)地研究城市生態(tài)用地結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)提供新的實(shí)例與理論支撐[6]。

1數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)處理

本研究所用數(shù)據(jù)為1990、2005和2013年延吉市城市現(xiàn)狀圖，1∶10 000延吉市地形圖。建成區(qū)數(shù)據(jù)主要來自延吉市當(dāng)年的統(tǒng)計(jì)年鑒，部分指標(biāo)數(shù)據(jù)來自延吉市當(dāng)年的生態(tài)環(huán)境報(bào)告。結(jié)合延吉市實(shí)際情況，將延吉市城市用地類型劃分7個(gè)一類用地，分別為耕地、園地、林地、綠地(公園綠地、廣場(chǎng)綠地、防護(hù)綠地和庭院綠地)、水域(人工濕地、天然濕地)、其他生態(tài)用地和非生態(tài)用地[7]。

以2013年延吉市西市場(chǎng)附近為中心，以建成區(qū)最北端為止做圓，半徑大約7 km，作為研究區(qū)范圍(由于1990年城市現(xiàn)狀圖沒有足夠范圍，只能用整個(gè)研究區(qū)范圍剪切后畫出已有部分)。

2模糊層次分析法

運(yùn)用層次分析法對(duì)城市生態(tài)用地進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建判斷矩陣，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，最后確定生態(tài)用地的綜合評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1指標(biāo)選取

主要遵循綜合性、層次性和實(shí)用性等原則，選取具有代表性指標(biāo)來構(gòu)建評(píng)價(jià)體系[8]。進(jìn)行專家打分，并無量綱處理，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)分類賦值，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)[9]。

結(jié)合研究?jī)?nèi)容，根據(jù)延吉市城市生態(tài)景觀本身的屬性，以城市生態(tài)用地的數(shù)量、結(jié)構(gòu)和連通性等3方面因素作為評(píng)價(jià)項(xiàng)。市域城市生態(tài)用地?cái)?shù)量指標(biāo)包括人均耕地面積、森林覆蓋度、建成區(qū)綠地率、城市水面率、人均公共綠地面積和人均森林面積；結(jié)構(gòu)指標(biāo)包括河流曲度指數(shù)、森林健康指數(shù)和水域健康指數(shù)、水綠結(jié)合指數(shù)；連通性指標(biāo)包括景觀多樣性指數(shù)、生活岸線公共化率、景觀破碎度指數(shù)、景觀均勻度指數(shù)和景觀協(xié)調(diào)性指數(shù)。

2.2綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)指數(shù)

城市生態(tài)空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算公式：

式中，EPI為城市生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)指數(shù)；Pi為單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)；Wi為單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。

2.3綜合評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)延吉市城市生態(tài)用地的評(píng)價(jià)指標(biāo),結(jié)合國(guó)內(nèi)外指數(shù)的相關(guān)分組方法,為明確城市生態(tài)用地類型的空間格局，將城市生態(tài)用地劃分為5個(gè)層次(表1)。

表 1　城市生態(tài)用地空間格局等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

3延吉市研究區(qū)景觀格局分析

3.11990—2013年延吉市生態(tài)用地景觀格局定量分析

1990年，延吉市研究區(qū)總斑塊數(shù)為537個(gè)，占地面積9 242 hm2，其中以耕地為主，占整個(gè)研究區(qū)的41.83%(圖1)。由表2可知，耕地的分維數(shù)和平均形狀指數(shù)分別為1.096、1.99，說明耕地相對(duì)集聚，形狀比較規(guī)則，連通性較好。綠地、非生態(tài)用地和其他生態(tài)用地斑塊分布離散，斑塊較破碎，連通性不足；水域平均形狀指數(shù)、斑塊分維數(shù)均較大，說明水域斑塊的形狀相對(duì)較完整；林地、耕地與園地分維數(shù)相似,表明林地和園地的連通性較好，離散程度小。1990年的景觀多樣性指數(shù)為1.48，破碎度、協(xié)調(diào)度分別為0.063和0.6，表明區(qū)域用地類型復(fù)雜程度一般，斑塊較完整。

2005年延吉市研究區(qū)總斑塊數(shù)350個(gè)，面積15 553.25 hm2。其中，耕地依然是斑塊面積最大的土地利用類型，占總面積的50.83%，其次是非生態(tài)用地和林地，分別為18.04%和12.32%(圖2)。由表3可知，耕地類型面積比、斑塊平均面積和平均形狀指數(shù)均高于其他類型，說明耕地斑塊較聚集，形狀規(guī)則；綠地和水域分維數(shù)均較小,說明二者斑塊分布的較分散。此外，景觀多樣性指數(shù)為1.47,破碎度及協(xié)調(diào)度分別為0.078 5、0.5。與1990年相比，景觀斑塊有所破碎，但景觀復(fù)雜程度及協(xié)調(diào)性變化不大。

圖1　1990年延吉市城市生態(tài)用地土地類型圖　　　　　　圖2　2005年延吉市城市生態(tài)用地土地類型圖

耕地林地園地綠地水域非生態(tài)用地其他生態(tài)用地斑塊個(gè)數(shù)/(NP)445910228914146類型面積(CA)/hm23866.25695.751146.5620.75431.52077404.25類型面積比(PLAND)41.837.5312.416.724.6722.474.37平均斑塊面積(MPS)/hm287.8711.7949.852.7247.9414.738.79平均臨近距離(MNN)/m134.4195.2343.2136.4297.9163.6371.1分維數(shù)(AWMPFD)1.0961.0781.0661.0481.0811.0621.059平均形狀指數(shù)(AWMSI)1.991.611.511.271.911.491.32

表3　2005年延吉市(研究區(qū))城市生態(tài)用地景觀指數(shù)

由表4、圖3可知，研究區(qū)總面積為16 554.75 hm2，斑塊總數(shù)602個(gè)。耕地是斑塊面積最大的用地類型，占研究區(qū)總面積的50.32%，平均面積為183.68 hm2，分維數(shù)和平均形狀指數(shù)分別為1.077和1.88,表明耕地斑塊分布相對(duì)較集中,形狀完整,連通性好。水域和綠地的分維數(shù)、最大斑塊指數(shù)及平均形狀指數(shù)均較小，表明其斑塊相對(duì)破碎，呈現(xiàn)萎縮趨勢(shì)；非生態(tài)用地斑塊面積僅小于耕地，但其平均斑塊面積較小，表明非生態(tài)用地斑塊分布相對(duì)較分散。2013年的景觀多樣性指數(shù)為1.48，破碎度為0.218 5，協(xié)調(diào)度為0.6。景觀破碎化的趨勢(shì)得到改善，用地類型的復(fù)雜程度基本不變。

表4　2013年延吉市(研究區(qū))城市生態(tài)用地景觀指數(shù)

圖3　2013年延吉市城市生態(tài)用地土地類型圖

3.22005—2013 年延吉市景觀格局變化對(duì)比分析

2005—2013年,研究區(qū)斑塊總數(shù)從350個(gè)增加到602個(gè)。平均斑塊面積從44.43 hm2下降到27.50 hm2,

表明景觀格局呈現(xiàn)多樣性和破碎性，也就是說延吉市城市生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定。就單個(gè)景觀要素角度而言，林地減少的幅度最大，為537 hm2；增加面積最大的土地利用類型是非生態(tài)用地，說明在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口逐漸增加的過程中，主要是擴(kuò)張建設(shè)用地，因而加大對(duì)森林的砍伐和對(duì)周圍環(huán)境的破壞[10]。

由表5可知，在城市生態(tài)用地景觀類型面積轉(zhuǎn)化過程中，耕地的保存面積最大，達(dá)97.58%，而由林地轉(zhuǎn)化為耕地的面積也達(dá)651.86 hm2，由耕地轉(zhuǎn)化為非生態(tài)用地的面積達(dá)700.87 hm2，表明非生態(tài)用地主要由耕地轉(zhuǎn)化，而耕地又從林地中轉(zhuǎn)化；而綠地面積的增加,主要由生態(tài)用地轉(zhuǎn)化，表明延吉市在城市建設(shè)中著重考慮了道路、河流的防護(hù)綠地與公園綠地建設(shè)等，開放式綠地并不多見,與居民對(duì)舒適生活環(huán)境的需要相距甚遠(yuǎn)[11]。而水域斑塊的減少，主要是由于城市規(guī)劃中部分填湖、填河措施，使得水域斑塊面積有所減少；城市周圍林地和耕地的相互轉(zhuǎn)換，說明變林為耕和退耕還林都有進(jìn)行[12],前幾年可能是為了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展把林地開發(fā)為耕地，而伴隨著退耕還林政策的出臺(tái)，使得一部分耕地被還原為林地[13]。

表5　2005—2013年，城市生態(tài)用地景觀類型面積轉(zhuǎn)化矩陣

延吉市城市生態(tài)用地的變化趨勢(shì)見圖4。城市生態(tài)用地減少，主要為城區(qū)擴(kuò)建的原因。城市生態(tài)用地在各個(gè)方向都或多或少的被侵蝕，其中，西部公園以西，延邊大學(xué)附近和延邊大學(xué)科技學(xué)院附近被侵蝕的比較嚴(yán)重，南部帽兒山方向侵蝕相對(duì)不明顯，生態(tài)用地的侵蝕面積主要是沿河流方向，這使得斑塊更加破碎。延吉市城市的生態(tài)用地景觀格局以耕地為主體，林地和非生態(tài)用地也占有較大比重。

4延吉市城市生態(tài)用地結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)

4.1評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

1990、2005和2013年，延吉市生態(tài)用地市域尺度空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值、基準(zhǔn)值和評(píng)價(jià)值根據(jù)統(tǒng)計(jì)如表6所示。

圖4　延吉市城市生態(tài)用地變化圖

指標(biāo)層1990年實(shí)際值2005年實(shí)際值2013年實(shí)際值基準(zhǔn)值人均耕地面積C1/(hm2/人)137199153600森林覆蓋率C2/%8.0912.328.9921.90城市水面率C3/%5.023.112.965建成區(qū)綠地率C4/%7.227.5111.2416.90人均公共綠地面積C5/(m2/人)2.192.914.06≥5人均森林面積C6/(m2/人)24.5648.227.5128河流曲度指數(shù)C7/%93.7494.4397.6060水綠結(jié)合度C8/(100%)0.050.150.09≥0.9森林健康指數(shù)C9/等級(jí)0.90.90.81水域健康指數(shù)C10/等級(jí)IIIIIIII景觀多樣性指數(shù)C11/Weiner1.481.471.48≥1.0景觀破碎度指數(shù)C12/FN0.0630.0790.219≤0.15生活岸線公共化率C13/等級(jí)0.2990.4330.295≥0.8均勻度指數(shù)C14/Pielou0.7420.7460.757≥0.9景觀布局協(xié)調(diào)度C15/等級(jí)0.60.50.60.9

4.2綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

通過對(duì)城市生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)中的準(zhǔn)則層及其指標(biāo)構(gòu)建判斷矩陣，進(jìn)行分析，計(jì)算得出準(zhǔn)則層、數(shù)量指標(biāo)層、結(jié)構(gòu)指標(biāo)層及連通性指標(biāo)層各指標(biāo)的判斷矩陣的一致性指標(biāo)比CR分別為0.008 8、0.022 4、0.007 8、0.047 9，均低于0.10，通過一致性檢驗(yàn)。結(jié)合表4中的數(shù)值，運(yùn)用公式計(jì)算1990、2005和2013年的EPI分別為0.799 1、0.557 5和0.505 0。

4.3評(píng)價(jià)結(jié)果分析

通過分析可知，城市生態(tài)用地空間格局總評(píng)價(jià)指數(shù)EPI在1990、2005和2013年分別為0.799 1、0.557 5和0.505 0。按照生態(tài)用地等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，1990年延吉市生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，空間格局水平良好，生態(tài)用地格局比較合理，生態(tài)效能較高。而2005和2013年均為Ⅲ級(jí)，空間格局水平一般，生態(tài)用地格局、生態(tài)效能一般。2005、2013年與1990年相比有明顯的下降，說明隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地區(qū)的生態(tài)用地空間格局發(fā)生著明顯變化，導(dǎo)致生態(tài)效能降低。城市規(guī)劃應(yīng)注意對(duì)生態(tài)用地的保護(hù)，協(xié)調(diào)生態(tài)用地布局的合理性，使延吉市生態(tài)環(huán)境朝合理化的方向進(jìn)行發(fā)展[14]。

5討論與結(jié)論

根據(jù)專家打分法得到的指標(biāo)權(quán)值,以及針對(duì)不同時(shí)段的城市生態(tài)用地影響因子,層次分析法能夠快速、有效地處理因子變化及重要性排序。本文基于遙感和地理信息系統(tǒng),對(duì)延吉市的城市生態(tài)土地利用景觀格局進(jìn)行分析并評(píng)估城市生態(tài)用地的空間結(jié)構(gòu)的合理性[15]。

1) 從城市生態(tài)用地景觀格局分析和生態(tài)用地結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)2個(gè)方面論述了1990—2013年延吉市生態(tài)用地的演變過程。結(jié)果表明:在城市生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)整體評(píng)價(jià)中，1990年延吉市城市生態(tài)用地的空間格局評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，2005和2013年延吉市城市生態(tài)用地的空間格局評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅲ級(jí)。2013、2005年比1990年有所降低，說明城市生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)水平還有待提高，生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)有待保護(hù)，有很好的發(fā)展?jié)摿16]；相關(guān)部門應(yīng)加大規(guī)劃和管理力度，穩(wěn)定研究區(qū)域的生態(tài)景觀格局[17]，延吉市生態(tài)用地未來發(fā)展的主要方向應(yīng)該放在對(duì)森林、水體和水體周邊綠地的建設(shè)和保護(hù)上;在城市周邊森林的保護(hù)方面，禁止對(duì)原始森林的砍伐和破壞，加大人工林地的種植和發(fā)展[18]；在對(duì)城市水域周邊環(huán)境的規(guī)劃上，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施和道路建設(shè)[19]，應(yīng)加大景觀多樣性的開發(fā)，盡可能減少布置人工設(shè)施和刻意的裝飾，注重與自然環(huán)境的結(jié)合[20]，多營(yíng)造純天然的景觀格局；從而達(dá)到保護(hù)地區(qū)生態(tài)的目的，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共生[21]。

2) 運(yùn)用ArcGIS軟件繪制城市生態(tài)用地類型，并利用Fragstats軟件進(jìn)行景觀指數(shù)相關(guān)選擇與計(jì)算,結(jié)合使用Excel，個(gè)人因素對(duì)斑塊繪制、指數(shù)計(jì)算影響較大，所以精準(zhǔn)度略顯不足。在對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行賦權(quán)的過程中，雖然有專家對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，但還是不能精準(zhǔn)無誤的計(jì)算指標(biāo)權(quán)重值。

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The spatial structure evaluation of the urban ecological land in Yanji

(.*)

(GeographyDepartment,SciencesCollegeofYanbianUniversity,YanjiJilin133002，China)

Abstract：Ecological land is an important part of urban society, economy and nature compound ecosystem. It provides varieties of significant ecosystem services for cities. This study took Yanji City as an example,It analyzed the landscape pattern and evaluated ecological land structure of urban ecological land used in the three periods of 2013, 2005 and 1990 of Yanji City .It used analytic hierarchy process in the evaluation process and created index system, built judgment matrix, finally the results are detected. It showed that the evaluation results are scientific and reasonable. Hoping to provide a reference for the future of ecological land planning in Yanji City.

Key words:the city ecological land；landscape pattern；spatial structure evaluation；Yanji City

中圖分類號(hào)：TU984.113

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-7999(2016)01-0024-07

DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2016.01.005

作者簡(jiǎn)介：宮雪(1989—),女，吉林長(zhǎng)春人，在讀碩士，研究方向?yàn)槌鞘械乩韺W(xué)。李明玉為通信作者，E-mail:leemy@ybu.edu.cn

收稿日期：2016-03-15基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(41461036)；延邊大學(xué)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ydbksky2015200)