基于RS的?？诔鞘芯G地及其生態(tài)效益演變研究

付暉　廖建和

摘 要 以1990、2000、2006和2015年Landsat TM/ETM遙感影像為數(shù)據(jù)源，從城市整體和行政區(qū)不同空間尺度分析26 a間海口市城市綠地演變規(guī)律；應(yīng)用citygreen模型，計(jì)算海口市和各行政區(qū)的城市綠地生態(tài)效益，探討綠地生態(tài)效益演變特征。結(jié)果表明：1990～2015年間，海口市主城區(qū)城市綠地面積總量萎縮顯著，共減少3 611.8 hm2，其中以瓊山區(qū)降幅最大，其次是美蘭區(qū)和秀英區(qū)，龍華區(qū)降幅最小。綠地固碳和空氣污染物清除兩項(xiàng)生態(tài)效益演變趨勢(shì)一致，?？诤透餍姓^(qū)綠地生態(tài)效益整體均呈下降趨勢(shì)，生態(tài)效益演變特征與綠地變化規(guī)律并不一致，其中美蘭區(qū)綠地生態(tài)效益下降最多，減少了41.8%，其次為龍華區(qū)和秀英區(qū)，分別減少26.7%和26.6%；瓊山區(qū)最低，減少11.5%。說明影響綠地生態(tài)效益變化的因素除了綠地面積外，與綠地斑塊大小呈正相關(guān)。

關(guān)鍵詞 城市綠地；生態(tài)效益；演變；?？?/p>

中圖分類號(hào) Q14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Abstract The remote-sensing image of Landsat TM/ETM for years of 1990， 2000， 2006 and 2015 was regarded as the data source to extract the information of urban green space， analyzing the evolution rule of green space in Haikou during the 26 years from the different space scale of the city as a whole and administrative region. In addition， the Citygreen model was implemented to calculate the ecological effect of urban green space of Haikou and each administrative region so as to discuss the evolution characteristics of the ecological effect of urban green space. The results showed that： from 1990 to 2015， the total area of urban green space in main Haikou was shrunk significantly by 3 611.8 hm2， and among the regions， Qiongshan District declined obviously， the following were Meilan and Xiuyingt， Longhua had the smallest reduction. The green space carbon sequestration and air pollutant removal showed the same evolutionary trend， meanwhile， the ecological effect in Haikou and administrative regions presented a downward tendency. However， the evolution characteristics of the ecological effect and the green space change rule were not consistent. The Meilan District got the highest rate of change for ecological effect of green space by declining 41.8%， then Longhua and Xiuying with 26.7% and 26.6%. respectively Qiongshan was ranked the lowest of 11.5%. These indicated that in addition to the green space area， the factors affecting the change of ecological effect of green space were positively correlated with green patch size.

Key words Urban green space； Ecological effect； Evolution； Haikou

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2016.06.025

城市綠地在城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中是最富生命力的元素，能夠調(diào)節(jié)城市環(huán)境，是城市環(huán)境的“綠色衛(wèi)士”[1]。但隨著城市擴(kuò)張，人口急劇膨脹，工業(yè)化進(jìn)程加快，土地利用方式發(fā)生了極大的轉(zhuǎn)變，由于缺少直接的經(jīng)濟(jì)投入和產(chǎn)出，城市綠地受到擠壓和侵蝕，綠地面積不斷減少[2]。因此怎樣在有限的城市空間中，尋求城市發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的平衡，通過調(diào)整綠地空間布局有效增加綠地生態(tài)效益，成為迫在眉睫的問題。

20世紀(jì)90年代美國(guó)林業(yè)署設(shè)計(jì)的Citygreen模型，是應(yīng)用于城市環(huán)境效益評(píng)價(jià)和生態(tài)環(huán)境空間分析的極佳工具。該模型是以ARCVIEW軟件為基礎(chǔ)建立起來(lái)的對(duì)城市綠地生態(tài)效益分析計(jì)算的功能模塊[3]，自2002年引入國(guó)內(nèi)后，廣泛應(yīng)用于各個(gè)尺度的城市綠地生態(tài)效益的研究，大尺度的研究如沈陽(yáng)市[4]、南京市[5]、蘇州市[6]和重慶市[7]等，中尺度的研究如北京市建成區(qū)[8]、上海市奉賢區(qū)南橋鎮(zhèn)[9]等，小尺度的研究如居住區(qū)[10-11]、南京紫金山[12]、北京市奧林匹克公園[13]等，但鮮有對(duì)不同空間尺度下城市綠地生態(tài)效益的時(shí)空演變研究。

海口市是海南省會(huì)城市，在1988年海南建省辦經(jīng)濟(jì)特區(qū)后，城市發(fā)展日新月異；2002年海口與瓊山市合并為新?？谑校ǔ蓞^(qū)面積進(jìn)一步擴(kuò)大。2009年海南開始實(shí)施國(guó)際旅游島建設(shè)，?？诔鞘虚_發(fā)步伐加快，環(huán)境資源壓力凸顯。

本文運(yùn)用多時(shí)相遙感影像獲取?？谑芯G地景觀的動(dòng)態(tài)信息，從海口市整體和各行政區(qū)兩個(gè)空間尺度，分析城市綠地的空間格局變化特點(diǎn)，尋找城市綠地生態(tài)效益演變特征，以期為將來(lái)城市的綠地規(guī)劃和生態(tài)城市建設(shè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究區(qū)概況 ?？谑形挥诤Ｄ蠉u北部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°10′～110°41′，北緯19°32′～20°05′，全市陸域面積2 304.84 km2，下轄龍華、美蘭、瓊山和秀英區(qū)。年平均降水量為1 639 mm，最大日降水量331 mm，主城區(qū)植被以棕櫚科和桑科榕屬植物等人工植被為主，還包括鳳凰木、苦楝、白蘭、黃蘭、印度紫檀、羊蹄甲、南洋杉、樟樹、欖仁等其他樹種[14]。

本研究以2006～2020年海口市城市總體規(guī)劃中主城區(qū)范圍為研究區(qū)，包括?？谑薪ǔ蓞^(qū)和部分郊區(qū)，總面積為312.8 km2。

1.1.2 數(shù)據(jù)源 本研究的原始數(shù)據(jù)為1990、2000、2006和2015年4期不同時(shí)相的Landsat TM與ETM遙感影像，軌道號(hào)124/46；2.5 m分辨率SPOT5衛(wèi)星影像（2010年），?？谑型恋乩矛F(xiàn)狀圖（2001年）；海口市綠化統(tǒng)計(jì)資料等。

1.2 方法

1.2.1 城市綠地和其他地物信息的提取 在ENVI5.1中對(duì)原始遙感影像進(jìn)行圖像增強(qiáng)和研究范圍裁剪等預(yù)處理；選擇5、4和3波段合成地物色彩鮮明的標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像；采用監(jiān)督分類和目視解譯相結(jié)合的方法對(duì)影像進(jìn)行景觀類型劃分[15]，考慮到本研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源遙感影像的空間分辨率較低，因此將研究區(qū)域分為城市建設(shè)用地、城市綠地、農(nóng)田和水域。城市綠地包括附屬綠地、公園綠地、防護(hù)綠地和其他綠地；農(nóng)田包括水田、菜園和旱地；水域包括河流、湖泊、水庫(kù)、魚塘及其他有水覆蓋的區(qū)域；城市建設(shè)用地包括建筑用地、道路、鋪裝等硬質(zhì)地表覆蓋土地、農(nóng)村居民點(diǎn)和裸露的未利用地。

1.2.2 citygreen模型應(yīng)用 本文從城市整體和行政區(qū)兩個(gè)空間尺度展開研究，對(duì)于城市整體綠地生態(tài)效益的研究，可以映射城市擴(kuò)張帶來(lái)的總體綠量及生態(tài)效益變化規(guī)律；各行政區(qū)具有不同的城市功能，城市開發(fā)建設(shè)程度有很大差異，對(duì)各行政區(qū)綠地生態(tài)效益的分解研究，是對(duì)城市整體生態(tài)效益研究的進(jìn)一步深化，可以闡釋26 a來(lái)海口市綠地生態(tài)效益的變化，更科學(xué)地指導(dǎo)城市綠地規(guī)劃。

數(shù)據(jù)更新與參數(shù)選擇：在ARCVIEW3.3中首先新建studyarea圖層繪制研究范圍，并添加name字段與模型建立聯(lián)系。其次加載監(jiān)督分類后的矢量圖，將不同土地利用類型分別轉(zhuǎn)換為citygreen識(shí)別的類型，如水域轉(zhuǎn)換為citygreen中的waterarea，完成數(shù)據(jù)更新。最后根據(jù)匹配后的分類圖計(jì)算研究區(qū)的綠地生態(tài)效益[16]。因本文側(cè)重對(duì)綠地空氣污染物清除和固碳兩項(xiàng)生態(tài)效益的研究，與之相關(guān)的參數(shù)主要為水文土壤類型和植被類型，海口市主要土壤類型為磚紅壤、潮沙泥土、濱海鹽漬沼澤土、濱海鹽土和濱海沙土。其中，水文土壤類型有A、B、C和D 4種，表征研究區(qū)土壤的滲水能力等級(jí)。土質(zhì)的滲透能力從A至D逐漸增加，自身的粘度逐漸減小[17]。經(jīng)過分析，將?？谑兴耐寥李愋驼J(rèn)定是B級(jí)。?？谑兄鞒菂^(qū)以人工植被為主，鑒于城市人工生態(tài)系統(tǒng)中樹齡較復(fù)雜，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，確定植被類型為平均型。其他參數(shù)采用模型默認(rèn)值。

固碳釋氧模型應(yīng)用：綠地固碳效益由碳存儲(chǔ)量和年碳固定率組成，主要取決于植被覆蓋率和植被固碳系數(shù)。計(jì)算公式為：

Cv=Ar×Gc×Cf

Cv、Ar、Gc和Cf分別代表碳存儲(chǔ)量（t）、研究范圍（km2）、植被覆蓋率和碳儲(chǔ)存系數(shù)[17]

凈化空氣模型應(yīng)用：綠地中的植被通過固定、吸收以及分解空氣中的污染物，可以有效凈化空氣，提高空氣質(zhì)量。Citygreen模型可以分析植被清除O3、SO2、NO2、PM10和CO 5類污染物的能力[17]。計(jì)算公式為：

C=LA×Vd×Et

C、LA、Vd和Et分別代表污染物去除量（t）、葉表面積（m2）、沉降率和暴露時(shí)間（h）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同空間尺度下城市綠地演變分析

2.1.1 城市綠地?cái)?shù)量演變特征 （1）綠地斑塊面積變化：從表1和圖1、2可看出，1990～2015年間，海口市景觀類型變化顯著，綠地面積整體呈減少態(tài)勢(shì)，1990年以綠地和農(nóng)田為主，占景觀總面積的53%。1992年外來(lái)人口涌入?？谙破鸱康禺a(chǎn)熱，農(nóng)田和綠地面積急劇減少，城市建設(shè)用地面積劇增，并呈持續(xù)增長(zhǎng)狀態(tài)。但2000～2006年綠地率減速變緩，由36.1%變?yōu)?5.1%，且減少的綠地集中于郊區(qū)自然林地，建成區(qū)內(nèi)綠地斑塊呈現(xiàn)增加的狀態(tài)，這與政府部門加強(qiáng)園林綠地規(guī)劃力度有關(guān)。

（2）綠地斑塊數(shù)量變化：26 a間，?？谑芯G地斑塊數(shù)量呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，說明綠地景觀格局呈現(xiàn)破碎化程度增大的演變特征。一方面由于1995年?？谑芯G地系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)行和1997年創(chuàng)建國(guó)家園林城市工作的開展，1990～2006年間，公園數(shù)量由3個(gè)增加到18個(gè)，并新建了多個(gè)街旁綠地[18]。另一方面城市開發(fā)使小型綠地斑塊數(shù)量增加，綠地總體面積減少的同時(shí)數(shù)量顯著增加。

2.1.2 各行政區(qū)城市綠地?cái)?shù)量演變特征 2002年?？谑泻铜偵绞泻喜ⅲ瑸榱耸寡芯康姆謪^(qū)保持一致性，1990和2000年數(shù)據(jù)為?？谑泻铜偵绞兄停餍姓^(qū)的劃分以合并后的?？谑行姓謪^(qū)為準(zhǔn)。

1990～2015年期間，各行政區(qū)城市綠地面積均呈下降態(tài)勢(shì)（圖3），尤其1990～2000這10 a間降幅最高，2000年以后降幅逐漸放緩，其中2000～2006年龍華區(qū)出現(xiàn)小幅反彈。秀英區(qū)綠地降幅率最高，減少47.3%，主要是因?yàn)樾阌^(qū)是海口的新型工業(yè)聚集區(qū)，1988年建省之際，陸續(xù)建成金盤和港澳等工業(yè)區(qū)。2002年兩市合并，秀英區(qū)范圍大幅擴(kuò)大，城市發(fā)展進(jìn)程進(jìn)一步加快，大量城市綠地和農(nóng)田轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，這是秀英區(qū)城市綠地面積減少的主要原因。美蘭區(qū)綠地下降38.6%，但因其基數(shù)小，較1990年僅減少168.5 hm2。美蘭區(qū)位于?？谂f城中心，建筑密度和人口密度較高，綠地僅能以見縫插針的方式開辟，因此在老城區(qū)增綠有限；美蘭區(qū)具有倚江傍海的獨(dú)特地區(qū)優(yōu)勢(shì)，位于出?？诘暮５閸u和新埠島發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，但綠地面積沒有大幅變化，一方面因?yàn)槌鞘薪ㄔO(shè)用地主要由水域和農(nóng)田轉(zhuǎn)化而來(lái)，另一方面新增的城市建設(shè)用地以居住用地為主，居住區(qū)附屬綠地也隨之增加，在一定程度上與減少的自然林地相抵消。此外，2009和2010年白沙門公園和美舍河帶狀公園的建成，也大大提升了綠地面積。但是與土地面積相近的瓊山區(qū)相比較，美蘭區(qū)綠地率偏低，仍有很大的提升空間。龍華區(qū)綠地面積整體也呈下降態(tài)勢(shì)，但在2000～2006年間出現(xiàn)反彈，這主要得益于創(chuàng)建國(guó)家園林城市的實(shí)施，新建了萬(wàn)綠園等多個(gè)綜合公園，使綠地?cái)?shù)量顯著增加，因此綠地面積降幅最小，為22.3%。瓊山區(qū)的城市綠地面積在26 a間減少近50%（表1），使得目前該區(qū)尤其是建成區(qū)范圍內(nèi)的綠地嚴(yán)重不足。

2.2 不同空間尺度下城市綠地生態(tài)效益演變分析

2.2.1 ?？诔鞘芯G地生態(tài)效益變化特征 研究區(qū)固碳量和空氣污染物清除量總體上呈下降態(tài)勢(shì)（表2和圖5）。這與城市綠地面積逐年減少密切相關(guān)，此外隨著建成區(qū)面積不斷擴(kuò)大，建成區(qū)外的綠地不斷被侵蝕，大型綠地斑塊被分割為多個(gè)小型斑塊，所以?？谑芯G地生態(tài)效益仍然呈下降趨勢(shì)。

2.2.2 各行政區(qū)城市綠地生態(tài)效益變化特征 各行政區(qū)在1990～2015年間，綠地生態(tài)效益均表現(xiàn)為逐年減少。其中，秀英區(qū)的綠地生態(tài)效益要遠(yuǎn)高于其他行政區(qū)，這與其本身面積較大有關(guān)。但其降幅最大，一方面是因?yàn)榫G地面積減少24.3%；另一方面在綠地面積減少的同時(shí)，綠地斑塊數(shù)量增加近80%，導(dǎo)致平均斑塊面積減小，而小型綠地斑塊發(fā)揮的生態(tài)效益遠(yuǎn)低于大型綠地斑塊，導(dǎo)致秀英區(qū)綠地生態(tài)效益降幅較高。

美蘭區(qū)的綠地生態(tài)效益遠(yuǎn)小于其他行政區(qū)，表明該區(qū)綠量不足。1990年左右，美蘭區(qū)海甸島和新埠島的水域和未利用地面積占很大比重，2000年后海甸島的開發(fā)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，許多自然植被轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地。雖然新建的居住區(qū)和酒店擁有較高的綠化覆蓋率，但居住區(qū)附屬綠地都是孤立的斑塊，彼此之間缺乏聯(lián)系，生態(tài)效益有限。在快速城市化背景下，美蘭區(qū)并位預(yù)留出足夠的綠地空間，不利于海岸線的保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的維持。

龍華區(qū)的綠地生態(tài)效益在2006年出現(xiàn)小幅反彈，作為海口市的老城區(qū)，不論是在20世紀(jì)90年代房地產(chǎn)熱還是兩市合并，龍華區(qū)的發(fā)展都是首當(dāng)其沖的，但綠地生態(tài)效益并不低，這主要是因?yàn)樵诔鞘虚_發(fā)建設(shè)的同時(shí)新建了多個(gè)大型公園綠地，有效保護(hù)了生態(tài)本底，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)用地和城市綠地協(xié)調(diào)發(fā)展，是其他行政區(qū)應(yīng)該借鑒的。

瓊山區(qū)綠地生態(tài)效益降幅平緩，盡管城市綠地面積減少近50%，但綠地斑塊數(shù)量是4個(gè)行政區(qū)中最少的，由圖1也可以看出瓊山區(qū)的城市綠地分布集中，且以大型斑塊為主，這也間接說明綠地生態(tài)效益與綠地斑塊面積呈正相關(guān)。

3 討論與結(jié)論

本研究以4期TM影像為數(shù)據(jù)源，提取?？谑兄鞒菂^(qū)城市綠地信息，對(duì)其動(dòng)態(tài)變化過程進(jìn)行分析，結(jié)果表明：1990～2015年間，?？谑兄鞒菂^(qū)城市綠地面積總量萎縮明顯，減少了3 611.8 hm2，降幅率為27.4%。在各行政區(qū)以瓊山區(qū)綠地減少最多，減少了47.3%，其次為美蘭區(qū)和秀英區(qū)，分別減少38.6%和27.4%，龍華區(qū)降幅最小，只減少22.3%。

在此基礎(chǔ)上，利用citygreen模型，從城市整體和行政區(qū)不同城市空間尺度上計(jì)算?？谑谐鞘芯G地生態(tài)效益，結(jié)果表明，在城市這一空間尺度上，1990～2015年，由于城市擴(kuò)張，部分城市綠地轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘薪ㄔO(shè)用地，綠地面積減少，綠地斑塊數(shù)量增多，導(dǎo)致其生態(tài)效益呈下降趨勢(shì)。

從行政區(qū)這一空間尺度上，美蘭區(qū)綠地生態(tài)效益降幅率最高，為41.8%，說明綠地生態(tài)效益與綠地斑塊面積大小密切相關(guān)；其次是龍華區(qū)和秀英區(qū)，分別為26.7%和26.6%，龍華區(qū)在政府加大綠地建設(shè)力度下新建了多個(gè)綠地，但因新建的街旁綠地和專類綠地等面積小，生態(tài)效益提升有限；秀英區(qū)的綠地生態(tài)效益最高，說明綠地生態(tài)效益與綠地斑塊大小呈正相關(guān)；瓊山區(qū)降幅率最低，為11.5%，進(jìn)一步說明大型綠地斑塊發(fā)揮的生態(tài)效益更高。

由此看來(lái)，不同空間尺度的研究可以揭示不同的結(jié)果：在城市化進(jìn)程影響下，?？谑兄鞒菂^(qū)26 a來(lái)的綠地?cái)?shù)量和綠地生態(tài)效益，總體均呈下降趨勢(shì)；由于功能定位和城市化進(jìn)程的差異，各行政區(qū)的綠地?cái)?shù)量和生態(tài)效益演變均表現(xiàn)出不同的特征：美蘭區(qū)和龍華區(qū)的綠地生態(tài)效益處于較低水平，在有限的城市空間中，需要通過小型綠地斑塊向中型和大型綠地斑塊的轉(zhuǎn)換，提高單位面積的綠地生態(tài)效益，進(jìn)而提升總體水平，此外美蘭區(qū)應(yīng)在規(guī)劃未建區(qū)域預(yù)留中型或大型綠地空間；秀英區(qū)處于城市拓展區(qū)和新型工業(yè)聚集區(qū)，在高強(qiáng)度的開發(fā)和建設(shè)下，建成區(qū)內(nèi)綠地破碎化明顯，城區(qū)外圍自然植被大幅減少，使得綠地生態(tài)效益大幅縮減；瓊山區(qū)的綠地生態(tài)效益主要來(lái)源于城區(qū)外圍的自然植被，建成區(qū)綠地?cái)?shù)量不足，因此要在保護(hù)好現(xiàn)有綠地的同時(shí)，在老城區(qū)結(jié)合舊城改造開辟新的綠地。

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