郊野游憩資源開發(fā)背景下的上海城市森林景觀格局動態(tài)

張凱旋,范 雯,陳圣子

(1.上海商學(xué)院 旅游管理系,上海 201400;2.美國南加州大學(xué) 公共政策學(xué)院,美國 洛杉磯 90089;3.華東師范大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,上海 200241)

1 引言

城市森林是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是生態(tài)城市建設(shè)的重要保障,同時城市森林可為城市居民提供親近自然的游憩活動和游憩服務(wù)[1,2],是城市重要的游憩資源。景觀格局及其變化是自然和人為的多種因素相互作用所產(chǎn)生的在一定區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境體系的綜合反映,其特征具有顯著的時間性和空間性[3,4]。森林景觀格局是指森林景觀組成的空間分布和組合特征,分析不同時空尺度下的森林景觀格局是研究森林景觀功能和動態(tài)的基礎(chǔ),為實現(xiàn)森林資源的可持續(xù)利用提供理論依據(jù)[5,6]。

森林游憩是游憩活動生態(tài)化的重要組織形式和森林系統(tǒng)的可持續(xù)利用方式,是國民旅游休閑的重要組成部分[7,8]。由于城市化進程的快速推進,導(dǎo)致城市人均土地資源緊缺,城市開放空間和公園綠地已遠不能滿足社會公眾日益增長的戶外游憩需求。以往研究表明,近年來在北京、南京、杭州等大中城市中郊野森林等近自然區(qū)域已成為居民休閑游憩的重要載體[9-11]。上海是我國特大型城市的代表,進入21世紀(jì)以后,上海城市公園綠地規(guī)模穩(wěn)步增加,但公園游園人數(shù)的增速遠快于公園面積的增速。2004年上海公園的游園人數(shù)超過1億人次,2008年游園人數(shù)超過2億人次,并且游園人數(shù)仍保持逐年增長的態(tài)勢。以每個城市公園的年游園人數(shù)為統(tǒng)計單位,上海市2000年為67.08萬人次，2006年為115.63萬人次，2012年達到141.60萬人次,公園綠地承載的年游園人數(shù)超過10萬人次/hm2[12],公園游園人數(shù)已接近或超過了公園游憩的承載能力。因此,在城市公園內(nèi)開展更多的游憩活動已面臨瓶頸,急需開辟更多的游憩資源和游憩空間來滿足市民的游憩需求。近年來,上海城市郊野森林建設(shè)得到迅猛發(fā)展,森林覆蓋率逐年提高,森林群落的生態(tài)功能和景觀效益逐步提升[13-16],已初步具備了開展游憩活動的條件。通過探析并優(yōu)化上海郊野森林景觀格局,提升森林游憩服務(wù)能力,可拓展城市游憩活動空間,緩解城市公共空間承受的游憩負荷。

以往有關(guān)城市森林景觀格局及其動態(tài)的研究主要是基于不同的研究目的,從區(qū)域宏觀尺度[17,18]、景觀中觀尺度[19]、斑塊微觀水平[20]或社區(qū)水平[21]等開展研究,但基于游憩需求和游憩資源開發(fā)導(dǎo)向的森林景觀格局研究不多見。面對市民日益增長的戶外游憩需求,本研究以上海郊野森林為研究對象,分析其景觀空間格局及其動態(tài)變化特征,以更好地理解森林游憩的功能與景觀過程相互作用的機理,為郊野森林的游憩開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)和理論支撐。

2 研究區(qū)域概況

上海位于長江三角洲以太湖為中心的碟形洼地的東緣,全市土地面積6340.5km2,氣候類型屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均氣溫15.8℃,年降水量1100mm,地帶性植被以常綠闊葉林和常綠落葉闊葉混交林為主[22]。上海市森林資源的99%以上為人工林,主要由森林公園、外環(huán)林帶和郊區(qū)生態(tài)片林等組成。

圖1 上海市郊野森林樣地位置

截至2016年底,上海市森林面積為98687hm2,森林覆蓋率為15.56%[23]。為了塑造特色郊野活動空間,上海市將在郊區(qū)林地的基礎(chǔ)之上規(guī)劃建設(shè)21個郊野公園,總面積約400 km2,以滿足市民開展戶外運動、休閑游憩、科普教育的需要[24,25]。本研究選擇上海市典型的郊野森林樣地64個,總面積11227.88hm2,占上海市林地總面積的11.38%。包括已建成的森林公園6個和外環(huán)公園8個,外環(huán)林地26個,郊野林地24個(圖1、表1)。

表1 上海市郊野森林樣地類型

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究的數(shù)據(jù)來源于上海市2000年(分辨率為2.00m)、2006年(分辨率為1.19m)、2012年(分辨率為0.25m)的航空影像數(shù)據(jù)。根據(jù)上海郊野森林景觀類型差異,分為林地、農(nóng)田、水體、道路、景觀設(shè)施、管理設(shè)施、居住用地和空曠地8種景觀類型(圖2)。利用ENVI 4.8軟件對影像進行幾何校正和自動配準(zhǔn),采用監(jiān)督分類并結(jié)合人機交互的方法完成遙感影像的分類,并進行分類后處理。借助于地面實測數(shù)據(jù),隨機選取若干樣點,利用混淆矩陣法進行評價分析[26],結(jié)果表明3期遙感影像分類結(jié)果的總體精度分別為85.43%、86.56%和89.92%,解譯精度均超過了85%。

3.2 研究方法

本文的研究方法主要采用:①景觀格局動態(tài)。景觀類型動態(tài)變化是研究一定時間范圍內(nèi)某種景觀類型的數(shù)量變化情況,一般用年變化率表示,即為研究時段內(nèi)某一景觀類型研究末期和研究初期面積之差與研究初期面積的比值。本文利用ArcGIS10.0對2000年和2012年景觀類型進行空間分析,得到研究時段內(nèi)景觀類型的轉(zhuǎn)移矩陣[19]。②景觀格局指數(shù)。景觀格局指數(shù)是景觀生態(tài)學(xué)廣泛使用的定量研究方法,高度濃縮景觀格局和景觀動態(tài)信息,能很好地了解景觀格局的組成成分、空間配置和動態(tài)變化過程[27,28]。本研究選取生態(tài)學(xué)意義明確且公式計算簡單的指數(shù)對上海市郊野森林景觀進行定量分析,共選擇8個景觀格局指數(shù),分別是:斑塊密度(PD)、邊緣密度 (ED)、平均斑塊面積(AREA_MN)、優(yōu)勢度指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、蔓延度(CONTAG)、聚合度 (AI)和香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI);景觀格局指數(shù)采用FRAGSTATS景觀格局分析軟件進行計算。

圖2 上海市郊野森林2000年、2006年、2012年景觀類型

4 結(jié)果與分析

4.1 景觀格局構(gòu)成

從表2可知,在上海市郊野森林中林地景觀一直占據(jù)著景觀基質(zhì)的主導(dǎo)地位,在2000年、2006年和2012年3個年份中,林地景觀面積均超過總面積的60%,分別為64.32%、75.01%、78.59%。在所有景觀類型中,水體景觀在3個年份均占據(jù)第二位,分別占總面積的9.29%、10.84%、8.79%?？諘绲卦?000年占總面積的比例接近10%,在2006年和2012年的占比均低于2%,分別為1.41%和0.46%;居住用地在3個年份中占比均在5%—10%之間;在其他景觀類型中,農(nóng)田、道路、管理設(shè)施和景觀設(shè)施在3個年份中所占總面積的比例均低于5%。

表2 上海市郊野森林景觀格局構(gòu)成及其面積變化

4.2 景觀格局的動態(tài)變化

2000—2012年上海市郊野森林中林地面積一直呈增加趨勢(表2)。2000—2006年，上海市林地面積共增加了1199.94hm2,年增長率為2.77%;2006—2012年增加了402.04hm2,年增長率為0.80%?？傮w上,前一時段的增長速度快于后一時段,在整個研究時段內(nèi)林地面積的年平均增長率為1.85%,共增加了1601.99hm2。農(nóng)田和空曠地的變化趨勢與林地景觀相反,在整個研究時段內(nèi)的總變化趨勢為減少,2000—2006年農(nóng)田和空曠地分別減少了303.23hm2和876.99hm2,2006—2012年分別減少了6.66hm2和106.03hm2,整個研究時段內(nèi)農(nóng)田共減少了309.89hm2,空曠地共減少了983.02hm2,兩者的年減少速率均較快且相差不大,分別為7.81%和7.92%。21世紀(jì)初期,上海為建設(shè)園林城市和森林城市,通過農(nóng)田流轉(zhuǎn)方式進行大規(guī)模植樹造林[23],對一些農(nóng)田和空曠地進行了調(diào)整和利用,森林面積和森林覆蓋率逐年增長。

上海市水體景觀和道路景觀在12年間呈先增長后減少的倒“U”型變化趨勢,2000—2006年郊野森林中水體和道路分別增加了173.52hm2和11.81hm2,而2006—2012年則分別減少了230.07hm2和14.84 hm2。在整個研究時段內(nèi),水體面積減少了56.55hm2,道路面積減少3.03hm2。上海市景觀設(shè)施一直呈增加趨勢,在所有景觀類型中增速最快,2000—2006年增加了0.29hm2,2006—2012年增加了48.16 hm2,后一時段的年增長率高達154.09%,2000—2012年共增加了48.68hm2。在管理設(shè)施的占地面積方面,2000—2006年增加了179.21hm2,2006—2012年則減少了144.67hm2,2000—2012年的變化趨勢為增加,共增加34.54hm2。在森林公園、外環(huán)公園和外環(huán)林地的建設(shè)過程中,為了加強林地的親水性和連通性,前期的水體和道路面積增加較多;在建設(shè)后期,為了更好地體現(xiàn)林地的自然野趣性,對道路和水體進行了適當(dāng)調(diào)整。在郊野森林中,景觀設(shè)施和管理服務(wù)設(shè)施占地面積的總趨勢是增加,主要是為了滿足游人休閑游憩和健身鍛煉的需求,森林公園和郊野林地中普遍增設(shè)了景觀性設(shè)施和必要的管理服務(wù)設(shè)施。在居住用地方面,2000—2006年減少了324.0hm2,2006—2012年則增加了46.47hm2,2000—2012年總的變化趨勢為減少,共減少了277.57hm2。由于上海外環(huán)道路兩側(cè)100—500m林帶建設(shè)和森林公園建設(shè)的需要,對建設(shè)范圍內(nèi)的住宅進行了拆遷異地集中居住,因此郊野森林內(nèi)居住用地在1990年代末期和21世紀(jì)初大規(guī)模減少。

4.3 景觀格局轉(zhuǎn)換軌跡

從表3可知,2000—2012年上海市郊野森林的景觀轉(zhuǎn)換總體為:非林地景觀類型的主要轉(zhuǎn)出類型都是林地。其中,空曠地和水體轉(zhuǎn)換為林地的面積均超過了500hm2,分別為838.89hm2和518.49hm2;居住用地、農(nóng)田和道路轉(zhuǎn)換為林地的面積均超過了200hm2,分別為385.67hm2、262.67hm2和261.07 hm2;空曠地和農(nóng)田的80%左右均轉(zhuǎn)換為林地,分別為81.07%和79.42%;這兩類景觀類型還有超過10%的面積轉(zhuǎn)換為水體,分別為空曠地的115.85hm2(11.20%)和農(nóng)田46.32 hm2(14.00%)轉(zhuǎn)為水體。在林地轉(zhuǎn)出類型中,有326.32hm2(4.52%)轉(zhuǎn)換為水體,有204.84 hm2(2.84%)轉(zhuǎn)換為道路。

在空間格局上,空曠地轉(zhuǎn)換為林地主要發(fā)生在上海市外環(huán)道路兩側(cè)的外環(huán)林地、外環(huán)公園、新建森林公園等。從1996年開始的上海市外環(huán)林帶建設(shè)和后續(xù)的閔行體育公園、顧村公園、華夏公園、黎安公園等外環(huán)公園建設(shè),以及濱海、濱江等森林公園建設(shè)過程中均充分利用了原有的空曠地。農(nóng)田轉(zhuǎn)換為林地主要發(fā)生在上海市奉賢區(qū)的海灣森林公園,還有部分為青浦區(qū)的生態(tài)片林。上海市海灣森林公園1999年開始開發(fā)建設(shè),主要是農(nóng)田流轉(zhuǎn)為林地,有部分轉(zhuǎn)換為水體,用于開展水上活動。水體轉(zhuǎn)換為林地和林地轉(zhuǎn)換為水體發(fā)生的范圍相對較分散。在森林公園、外環(huán)林帶和外環(huán)公園建設(shè)過程中,為了更好地利用空間和景觀塑造的需要,進行了適當(dāng)?shù)耐诤焉胶退凳崂?因此出現(xiàn)了水體和林地之間的相互轉(zhuǎn)換。

表3 2000—2012年景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣

4.4 景觀格局水平特征

在景觀格局指數(shù)中,斑塊密度、邊緣密度值越低,且平均斑塊面積越高,表明景觀破碎化在減弱,即異質(zhì)性程度較低。

表4 上海市郊野森林2000—2012年景觀格局指數(shù)

從表4可知,2000—2012年上海市郊野森林景觀水平的斑塊密度(PD)從 137.20個/100hm2持續(xù)減少到111.14個/100hm2,邊緣密度(ED)分別從372.03m/hm2先上升后下降到368.60m/hm2,平均斑塊面積(AREA-MN)則從0.88/hm2持續(xù)增增加到1.24hm2。研究時段內(nèi)上述三個指數(shù)的變化說明,上海市郊野森林景觀的破碎程度在減弱,異質(zhì)性降低;最大斑塊指數(shù)(LPI)從19.08%先降后上升至32.14%,景觀最大面積斑塊所占比例增大,表明優(yōu)勢景觀的優(yōu)勢度增加。聚合度(AI)是對斑塊聚合或離散程度的度量,在研究時段內(nèi)總體變化不大。蔓延度(CONTAG)從63.89%持續(xù)增加到73.20%,說明景觀中優(yōu)勢斑塊類型形成了良好的連接性,破碎化程度減弱。景觀形狀指數(shù)(LSI)從11.61下降到10.96,香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)從1.07持續(xù)下降到0.76,表明景觀形狀復(fù)雜程度降低,邊緣效應(yīng)減弱,景觀空間格局破碎化程度降低。綜合各景觀指數(shù)的變化趨勢,2000—2012年上海市郊野森林景觀的演化軌跡為景觀破碎化逐漸減弱,景觀異質(zhì)性程度降低。

5 討論

5.1 森林景觀格局動態(tài)變化的驅(qū)動因素

政策因素和人為驅(qū)動因素的影響:上海市郊野森林景觀格局變化主要是由于快速造林綠化過程中森林規(guī)劃建設(shè)的政策引導(dǎo)和項目驅(qū)動引起的,即政策因素和人為驅(qū)動作用占主導(dǎo)因素。上海市自20世紀(jì)90年代末期開始大規(guī)模的城市森林建設(shè),按照均衡分布、功能多樣的森林布局要求,在城市郊區(qū)和城市邊緣區(qū)規(guī)劃建設(shè)了總面積約4000hm2的大型片林和總面積6200hm2的外環(huán)林帶等。尤其是21世紀(jì)前10年在外環(huán)道路兩側(cè)、郊區(qū)林地開展了大面積的森林建設(shè)。由于采用農(nóng)田流轉(zhuǎn)、空曠地利用和住宅拆遷集中居住等方式進行林地建設(shè),引起森林景觀斑塊之間的相互轉(zhuǎn)換,非林地景觀類型主要向林地進行轉(zhuǎn)移,農(nóng)田、空曠地、居住用地的面積大幅度減少[23],林地面積快速增加。由于受到人為干擾的強烈影響,在森林建設(shè)初期的2000年前后,森林景觀的斑塊密度、邊緣效應(yīng)較高,且連接性較差,導(dǎo)致森林景觀整體的破碎化程度較高。對長沙[18]、南京[29]、廈門[30]、平頂山[31]等城市的森林景觀格局研究也表明,城市森林景觀格局異質(zhì)性和破碎化較高的原因主要是政策因素和人為因素的影響。

自然因素的影響:上海市郊野森林中的大型生態(tài)片林和外環(huán)林帶在建設(shè)初期主要采用小苗種植和苗圃式的建設(shè)方式,樹木經(jīng)過十幾年的生長,林地綠化覆蓋率大幅度增加,生態(tài)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化并趨向合理化[15]。隨著森林群落的自身生長,斑塊面積逐漸增加、密度逐漸降低,林地的景觀優(yōu)勢度也在逐漸增加。同時,隨著森林內(nèi)部道路系統(tǒng)的貫通完善、水系疏通連接和場地集中配置,森林景觀的連結(jié)性逐漸增加,整體森林景觀的破碎化和異質(zhì)性逐漸減弱,均質(zhì)性增加。這一研究結(jié)果與北京西北山地森林景觀格局變化[6]和沈陽城市森林在2001年之后的景觀格局變化[32]較為一致。由于本研究的時間尺度較小,且上海郊野森林主要為人工林,郊野森林景觀格局變化受群落自然生長變化等自然因素影響的程度相對較低,自然因素導(dǎo)致的變化相對緩慢。

5.2 森林景觀格局優(yōu)化與游憩開發(fā)對策

我們認為,在上海郊野森林的后續(xù)建設(shè)開發(fā)和管理經(jīng)營中,一是采用自然力結(jié)合人工調(diào)控的方式優(yōu)化森林景觀格局,最大程度地遵循森林自然演替規(guī)律,順應(yīng)森林現(xiàn)有的生長態(tài)勢,進行合理的結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化。雖然上海郊野森林景觀格局破碎化程度逐步得到緩解,但并不意味著所有森林景觀類型都朝著結(jié)構(gòu)合理的方向發(fā)展,仍需調(diào)整不同景觀類型的區(qū)間比例,避免景觀類型的無序轉(zhuǎn)換,保持森林的穩(wěn)定性。二是適度維持郊野森林景觀的多樣性,雖然森林景觀變化沒有帶來強烈的景觀要素流失,但景觀多樣性降低,仍需要采取豐富植被多樣性、增設(shè)景觀設(shè)施等措施維持景觀的多樣性,在提升多樣性的同時避免景觀破碎化影響郊野森林的自然野趣,防止造成過度景觀化和人工化。三是有序引導(dǎo)郊野森林進行分梯度游憩開發(fā),根據(jù)郊野森林類型和景觀格局特征,結(jié)合城市郊野公園規(guī)劃,優(yōu)先開發(fā)景觀結(jié)構(gòu)合理、內(nèi)部聯(lián)通性好、設(shè)施完善度高的郊野森林,逐步優(yōu)化和提升森林整體的景觀格局和生態(tài)品質(zhì),以更好地發(fā)揮郊野森林的游憩的服務(wù)功能。

6 結(jié)論

2000—2012年上海郊野森林景觀格局的主要變化特征表現(xiàn)為:林地始終是上海市郊野森林的主體景觀類型,且林地面積一直呈增加趨勢,其他各景觀類型的面積隨時間的推移呈不同程度的增減;非林地景觀類型的主要轉(zhuǎn)出類型為林地,且主要發(fā)生在新建的外環(huán)林地、外環(huán)公園和森林公園區(qū)域;森林景觀的破碎化程度減弱,景觀異質(zhì)性下降,景觀優(yōu)勢度和連接性增加,景觀多樣性降低。引起上海市郊野森林景觀格局變化的主要原因是城市森林規(guī)劃建設(shè)等政策因素和人為驅(qū)動因素,同時森林自身生長變化等自然因素在一定程度上影響了景觀格局變化,但影響程度相對較低且較緩慢。在后續(xù)的郊野森林建設(shè)中,應(yīng)采用自然力結(jié)合人工調(diào)控的方式優(yōu)化森林景觀格局,合理進行森林游憩開發(fā)。