居住區(qū)綠地結(jié)構(gòu)對(duì)其生態(tài)效能影響分析

■ 劉 頌 Liu Song 趙婧達(dá) Zhao Jingda

居住區(qū)綠地結(jié)構(gòu)對(duì)其生態(tài)效能影響分析

■ 劉 頌 Liu Song 趙婧達(dá) Zhao Jingda

以居住區(qū)綠地結(jié)構(gòu)分析和生態(tài)效能評(píng)價(jià)為切入點(diǎn)，借助Fragstats、CITY green等軟件分析不同居住區(qū)綠地結(jié)構(gòu)與生態(tài)效能的特點(diǎn)與差異及綠地結(jié)構(gòu)與生態(tài)效能的相關(guān)性，為居住區(qū)綠地布局提供依據(jù)。結(jié)果表明：居住區(qū)綠地生態(tài)效能同綠化覆蓋率、三層蓋度和、最大斑塊面積指數(shù)、喬灌草綠地比例、綠地斑塊連接度、平均綠地斑塊面積呈現(xiàn)正相關(guān)性；與景觀破碎化程度、綠地斑塊平均最近距離呈負(fù)相關(guān)；并且，良好的樹種構(gòu)成與種植結(jié)構(gòu)有助于提高綠地生態(tài)效能。

居住區(qū)綠地；綠地結(jié)構(gòu)；生態(tài)效能；相關(guān)性分析

居住區(qū)綠地在城市綠地系統(tǒng)中占有較大的比重，其綠化水平直接影響城市綠地系統(tǒng)的生態(tài)功能和城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此，如何在有限的居住區(qū)用地內(nèi)，科學(xué)合理地進(jìn)行綠地布局，高效發(fā)揮居住區(qū)綠地的生態(tài)效能，提高居住區(qū)品質(zhì)成為亟需研究的問(wèn)題。本文以居住區(qū)綠地結(jié)構(gòu)和生態(tài)效能的定量研究為基礎(chǔ)，嘗試探尋綠地結(jié)構(gòu)與生態(tài)效能的相關(guān)性，找出影響綠地生態(tài)效能發(fā)揮的結(jié)構(gòu)性因子，為今后居住區(qū)綠地規(guī)劃建設(shè)提供參考。

1 居住區(qū)綠地結(jié)構(gòu)分析方法

綠地結(jié)構(gòu)一直是風(fēng)景園林學(xué)、生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)研究的重要領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)對(duì)綠地環(huán)境效益進(jìn)行分析，普遍認(rèn)為當(dāng)綠化覆蓋率小于40%時(shí)，綠地的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及空間布局顯得尤為重要[1]。綠地結(jié)構(gòu)包括水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面，水平結(jié)構(gòu)是指綠地在水平面上所反映出的形狀特征，起源于景觀生態(tài)學(xué)中對(duì)景觀格局的研究[2]，定量分析研究景觀結(jié)構(gòu)的組成和空間配置，包括綠地面積、形狀、破碎化程度、連通性等特征。垂直結(jié)構(gòu)脫胎于園林植物學(xué)，是指立面上綠地所反映出的性狀特征，包括綠地樹種構(gòu)成、種植結(jié)構(gòu)、植物個(gè)體特征、三層蓋度和等[3]。

1.1 綠地水平結(jié)構(gòu)分析方法

研究表明，景觀格局指數(shù)能夠精確地反映景觀結(jié)構(gòu)特征。本研究采用最常用的格局指數(shù)分析法（表1），選取表征居住區(qū)綠地的7個(gè)景觀格局指數(shù)：斑塊密度指數(shù)PD、最大斑塊指數(shù)LPI、斑塊平均面積指數(shù)MPS、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)AWMPFD、平均最近距離指數(shù)MNN、香農(nóng)均勻度指數(shù)SHEI、蔓延度指數(shù)CONTAG。此外，綠化覆蓋率也作為反映綠地水平格局重要指標(biāo)。

本研究通過(guò)遙感影像解譯計(jì)算各居住小區(qū)的綠化覆蓋率，并獲取建筑、道路及硬質(zhì)鋪裝、不同類型綠地（喬灌草型、喬灌型、喬草型、單喬型、灌草型、單灌型、單草型）的空間布局，采用Fragstats4.1對(duì)居住區(qū)綠地景觀格局進(jìn)行分析。

1.2 綠地垂直結(jié)構(gòu)分析方法

綠地垂直結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)植物配置和植物群落構(gòu)建，關(guān)系著綠地結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和多樣性。因此，綠地中植物資源不僅影響著景觀的視覺享受，更與生態(tài)效益息息相關(guān)[5]。本研究將從綠地的樹種構(gòu)成、種植結(jié)構(gòu)、植物特征及三層蓋度和4方面進(jìn)行研究和分析。并通過(guò)實(shí)地調(diào)研，詳細(xì)記錄每塊綠地的配植類型、植株位置、樹種名稱，測(cè)定胸徑、冠幅和樹高。

表1 綠地景觀格局指數(shù)含義及生態(tài)學(xué)意義[4]

2 生態(tài)效能分析方法

綠地生態(tài)效能是指綠地對(duì)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)揮的作用，如吸收有害氣體、改善空氣質(zhì)量、調(diào)節(jié)小氣候、固碳、涵養(yǎng)水源、保持水土、降低噪音和風(fēng)速等。本研究采用CITY green模型，在大氣污染物清除、碳儲(chǔ)存與碳吸收、暴雨徑流緩排3個(gè)方面，對(duì)居住區(qū)綠地的生態(tài)效能進(jìn)行研究分析，并按照市場(chǎng)價(jià)值法、替代價(jià)值法等核算方法折算成直觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[6]。

由于CITY green模型是基于美國(guó)本土開發(fā)設(shè)計(jì)的，其自然條件參數(shù)與我國(guó)存在差異，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模型參數(shù)修正。CITY green模型的計(jì)算方法及參數(shù)修改見表2。

3 居住區(qū)綠地結(jié)構(gòu)與其生態(tài)效能相關(guān)性分析

本研究以上海市楊浦區(qū)為例，為降低因建設(shè)時(shí)間、規(guī)模、質(zhì)量懸殊等因素干擾，從2 200多個(gè)居住小區(qū)中篩選出56個(gè)作為研究樣本，根據(jù)前述關(guān)于綠地結(jié)構(gòu)和生態(tài)效能的分析方法，以居住小區(qū)為單位進(jìn)行定量計(jì)算和定性評(píng)估，再利用SPSS對(duì)綠地結(jié)構(gòu)與生態(tài)效能進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果如表3 所示。

分析發(fā)現(xiàn)，各項(xiàng)生態(tài)效能價(jià)值量均與喬灌草型占景觀面積的比例指數(shù)（PLAND）、綠化覆蓋率、三層蓋度和指數(shù)存在極強(qiáng)的正相關(guān)（|R|≥0.8），且三者均與綜合生態(tài)效能價(jià)值量呈顯著的線性函數(shù)關(guān)系（圖1~ 3），擬合度極高(R2≥0.9)。最大斑塊指數(shù)（LPI）、斑塊平均面積指數(shù)（MPS）、斑塊密度指數(shù)（PD）與各項(xiàng)生態(tài)效能價(jià)值量相關(guān)性明顯（0.5≤|R|≤0.8），最大斑塊指數(shù)（LPI）、斑塊平均面積指數(shù)（MPS）與生態(tài)效能呈正相關(guān)，斑塊密度指數(shù)（PD）與生態(tài)效能呈負(fù)

相關(guān)，但三者與綜合生態(tài)價(jià)值量間的函數(shù)關(guān)系擬合度很低（圖4~6）。而平均最近距離指數(shù)（MNN）與各項(xiàng)生態(tài)效能價(jià)值量存在一定的負(fù)相關(guān)（圖7），蔓延度指數(shù)（CONTAG）與各項(xiàng)生態(tài)效能價(jià)值量間存在正相關(guān)性（0.3≤|R|≤0.5），但與綜合生態(tài)效能價(jià)值總量間無(wú)函數(shù)關(guān)系（圖8）。其他綠地結(jié)構(gòu)指數(shù)，如：面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)指數(shù)（AWMPFD）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）以及平均樹高、冠幅、胸徑與各項(xiàng)生態(tài)效能均幾乎無(wú)相關(guān)性（圖9~13）。

表2 CITY green模型計(jì)算方法

表3 綠地結(jié)構(gòu)與生態(tài)效能相關(guān)性（R）分析

圖1 喬灌草型面積與綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖2 綠化覆蓋面積與綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖3 三層蓋度和面積與綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖4 最大斑塊面積與綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖5 斑塊平均面積與綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖6 斑塊密度指數(shù)與綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖7 平均最近距離與綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖8 蔓延度指數(shù)與綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖9 AWMPFD與綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖10 SHEI與綜合生態(tài)效能系

圖11 樹高綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖12 冠幅綜合生態(tài)效能關(guān)系

圖13 胸徑綜合生態(tài)效能關(guān)系

此外，通過(guò)分組定量分析研究居住區(qū)綠地垂直結(jié)構(gòu)中非連續(xù)性因素（樹種構(gòu)成、種植結(jié)構(gòu)組成）對(duì)綠地生態(tài)效能發(fā)揮的影響，發(fā)現(xiàn)樹種總量越豐富，樹種構(gòu)成越均衡，種植結(jié)構(gòu)越合理，單位面積的生態(tài)效能越高。這可能是因?yàn)?，樹種間相互制衡，綠地結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不同樹種都能較好地發(fā)揮自己的生態(tài)功能。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以居住區(qū)綠地結(jié)構(gòu)和生態(tài)效能分析評(píng)價(jià)為切入點(diǎn)，通過(guò)相關(guān)性分析，定量研究了影響居住區(qū)綠地生態(tài)效能發(fā)揮的結(jié)構(gòu)因子，所得結(jié)論如下：①綠地水平結(jié)構(gòu)方面。居住區(qū)綠地面積、喬灌草型綠地面積、平均綠地斑塊面積越大，喬冠草型綠地比例越高，綠地斑塊間越接近越好，布局越集中，破碎化程度越低，居住區(qū)綠地的生態(tài)效能越高。該結(jié)果與城市尺度下的效能研究相契合[7,8]。②綠地垂直結(jié)構(gòu)方面。三層蓋度和與生態(tài)效能的相關(guān)性極強(qiáng)，通過(guò)提高居住區(qū)綠地的三層蓋度和可以適當(dāng)提高居住區(qū)綠地的生態(tài)效能。并且科學(xué)合理的樹種總量、樹種構(gòu)成和種植結(jié)構(gòu)都有助于單位面積生態(tài)效能的提高，從而促進(jìn)居住區(qū)綠地生態(tài)效能的發(fā)揮。

針對(duì)目前居住小區(qū)中存在的不足，提出以下優(yōu)化途徑：①多途徑增加綠地面積。優(yōu)化地面硬質(zhì)停車位，可改建為植有高分枝點(diǎn)大喬木的生態(tài)透水性停車位；合理進(jìn)行屋頂和墻體立體綠化；減少不必要的硬質(zhì)景觀，改造為軟質(zhì)綠地景觀；強(qiáng)化與其他城市綠地的聯(lián)系，與城市綠地網(wǎng)絡(luò)相銜接；提高綠化覆蓋率，縮小綠地間的平均距離，加強(qiáng)綠地間的連通性，降低整體景觀破碎化程度。②改善綠地布局。以“重視生態(tài)，綠地先行”為原則，緊湊布局，降低綠地破碎化程度，形成以帶狀道路綠地、宅旁綠地為基，組團(tuán)綠地為重，面狀小區(qū)游園為核的“點(diǎn)、線、面”相結(jié)合的綠地網(wǎng)絡(luò)。補(bǔ)建綠地或拆除人工隔離，串聯(lián)綠地，縮小距離，強(qiáng)化連通性，加強(qiáng)綠地間生物流的流通與交換。③合理配置植物。盡量采用喬木+灌木+草本的復(fù)層結(jié)構(gòu)種植模式，注重樹種量、樹種結(jié)構(gòu)和植物配置的合理性，由此不僅能夠提高三層蓋度和，增加綠量，而且有助于提高植物群落的穩(wěn)定性，有助于提高綠地生態(tài)效能。

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Analysis on the Influence of Green Land Structure on Its Ecological Efficiency at Residential Areas

With the analysis of green land structure at residential areas as the breakthrough point, the paper studies the characteristics and dif ferences between green land structure at dif ferent residential areas and ecological eff ciency, as well as the similarities between green land structure and ecological ef f ciency by using FRAGSTATS, CITY green software, which can provide evidence for green land layout at residential areas. The results shows that green land ecological ef ficiency at residential areas is positively correlated with green coverage rate, the sum of three synusia coverage, the lar gest patch area index, the proportion of arbor, shrub and grass green, the green patch connectivity and the average patch area of green land, while it is negatively correlated with the degree of landscape fragmentation and the average nearest distances of green land patch. What's more, good species composition and planting structure is conducive to improving the ecological eff ciency of green land.

green land at residential areas, green land structure; ecological eff ciency, correlation analysis

2016-06-05）

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51378364）；同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司重點(diǎn)項(xiàng)目研發(fā)基金，高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主與開放課題（2015KY06）。

劉頌，博士，同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院景觀學(xué)系、高密度人居環(huán)境生態(tài)與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授，博士生導(dǎo)師；趙婧達(dá)，碩士，北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司。