基于GIS的宣州區(qū)綠色空間景觀格局及優(yōu)化策略

劉 歡

(中建八局裝飾工程有限公司,上海 200215)

隨著城市化的快速發(fā)展,其景觀格局發(fā)生巨大變化,城市生態(tài)環(huán)境面臨巨大壓力[1]。城市綠色空間作為城市的重要組成部分[2],其具有顯著的生態(tài)價(jià)值與休閑娛樂(lè)價(jià)值[3]。在生態(tài)文明建設(shè)的背景下,對(duì)綠色空間的分布格局進(jìn)行研究,優(yōu)化城市綠色空間格局,從而促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)平衡,對(duì)于城市的可持續(xù)發(fā)展與人居環(huán)境的合理建設(shè)具有重要意義[4]。

綠色空間在廣義上被定義為“貫穿于城市建成區(qū),對(duì)城市生態(tài)環(huán)境具有重要生態(tài)作用的生態(tài)空間,包括城市綠地、農(nóng)田、濕地、河流等”[5]。目前,關(guān)于綠色空間的研究主要集中在以下幾方面:①綠色空間生態(tài)價(jià)值研究,如潘悅等[6]對(duì)滇中城市群綠色空間生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的研究,王駟鷂等[7]對(duì)綠色空間對(duì)熱島效應(yīng)影響的研究;②綠色空間分布格局的研究,如李昕桐[8]對(duì)唐山市綠色空間變化的研究,王圳峰等[9]對(duì)福建省綠色空間變化與驅(qū)動(dòng)因素的分析;③綠色空間公共游憩休閑價(jià)值的研究,如辛昱錚等[10]關(guān)于綠色空間對(duì)公共心理健康影響的研究,高延平[11]對(duì)綠色空間與居民健康福祉關(guān)系的研究。綜上可知,綠色空間對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化、土地與資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展以及對(duì)城市居民身心健康的保持有著促進(jìn)作用。因此,筆者基于GIS分析對(duì)宣州區(qū)的綠色空間進(jìn)行解譯,并進(jìn)行綠色空間植被覆蓋度與景觀格局分析,并提出優(yōu)化策略,以期為安徽省宣城市宣州區(qū)城市綠地規(guī)劃與人居環(huán)境建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

宣州區(qū)地處118°28′～119°04′E,30°34′～31°19′N,隸屬于安徽省宣城市,為宣城市人民政府所在地,總面積約2 533 km2,屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,季風(fēng)氣候明顯,全年雨量充沛,水資源豐富。宣州區(qū)為皖南山地丘陵與長(zhǎng)江中下游沖積平原交接地帶,境內(nèi)地貌類型多樣,包括山地丘陵、平原、湖泊、河流等。近年來(lái),宣州區(qū)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,連續(xù)多年入選“全國(guó)綜合實(shí)力百?gòu)?qiáng)區(qū)”。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市的不斷擴(kuò)張,其城市生態(tài)環(huán)境也面臨巨大壓力。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理研究區(qū)數(shù)據(jù)為2022年Landsat8 OLI遙感影像,來(lái)源于USGS(美國(guó)地質(zhì)勘探局網(wǎng)站)。將Landsat8 OLI遙感影像的不同波段進(jìn)行組合,可得到多種色彩圖像,從而在ArcMap中使用監(jiān)督分類的支持向量機(jī)分類法進(jìn)行土地利用分類。該研究將研究區(qū)分為水田、旱地、林地、草地、水體、裸地、建設(shè)用地7種類型,其中水田、旱地、林地、草地、水體5種土地利用類型作為綠色空間。

2.2 植被覆蓋度計(jì)算植被覆蓋度(FCV)通過(guò)歸一化植被指數(shù)即NDVI值采用像元二分模型進(jìn)行計(jì)算[12],以此反映出綠色空間的質(zhì)量。其中NDVI值可用來(lái)反映植被的生長(zhǎng)情況和空間分布,其通過(guò)遙感影像的紅外波段與紅波段來(lái)計(jì)算。具體公式如下:

(1)

(2)

式中:NIR為紅外波段像素值;RED為紅波段像素值;NDVIsoil為完全無(wú)植被覆蓋的像元;NDVIveg為完全植被覆蓋的像元。由于NDVI受土壤類型、濕度、顏色等多種因素影響,其實(shí)際值會(huì)因時(shí)間與空間變化,因此選取5%為置信區(qū)間,即選取最大5%與最小的5%分別作為NDVIveg和NDVIsoil。此外,該研究將植被覆蓋度分為以下4個(gè)等級(jí):低植被覆蓋度(0≤FVC<30%),中植被覆蓋度(30%≤FVC<60%),較高植被覆蓋度(60%≤FVC<75%),高植被覆蓋度(75%≤FVC≤100%)。

2.3 景觀格局指數(shù)景觀格局指數(shù)是定量分析景觀格局的主要工具,可反映景觀要素分布的空間信息。基于研究區(qū)實(shí)際情況與參考前人研究[13-15],筆者選取了分類水平上的5個(gè)指數(shù):斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)、景觀類型所占面積比例(PLAND)、斑塊景觀形狀指數(shù)(LSI)以及最大斑塊指數(shù)(LPI)。景觀水平上的4個(gè)指數(shù):香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、景觀聚集度指數(shù)(CONTAG)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、周長(zhǎng)面積分形維數(shù)(PAFRACT)。對(duì)于景觀指數(shù)的具體解釋見(jiàn)表1。

表1 景觀格局指數(shù)與其含義[13,15]

3 結(jié)果與分析

3.1 宣州區(qū)綠色空間分布空間特征基于ArcMap對(duì)2022年宣州區(qū)的土地利用圖(圖1)進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表2。2022年宣州區(qū)綠色空間總面積為2 454.08 km2,占研究區(qū)的94.59%。各類綠色空間面積表現(xiàn)為林地>水田>旱地>草地>水體。其中,林地是宣州區(qū)面積最大的綠色空間,其面積為836.58 km2,占研究區(qū)的32.24%,主要分布于宣州區(qū)的南部區(qū)域,在南漪湖的南北兩岸也有較大面積林地分布。水田面積為763.87 km2,占研究區(qū)的29.44%,主要分布于宣州區(qū)西北部、南漪湖西岸以及部分河流沿岸。旱地面積為414.33 km2,占研究區(qū)的15.97%,主要分布于水陽(yáng)江沿岸,在建成區(qū)下游分布面積較大。草地面積為307.26 km2,占研究區(qū)的11.84%,主要分布于宣州區(qū)西部,位于水田與旱地之間?？傮w上,林地和水田在宣州區(qū)的綠色空間發(fā)揮了較大作用。

圖1 2022年宣州區(qū)土地利用分布Fig.1 Land use distribution in Xuanzhou District,2022

表2 2022年宣州區(qū)土地利用解譯數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.2 宣州區(qū)植被覆蓋度空間分布特征宣州區(qū)植被覆蓋度分布空間分布如圖2、表3所示,其分布特征如下:①低、中植被覆蓋度面積分別為224.78、858.15 km2,分別占研究區(qū)面積的8.67%與33.08%,主要為建成區(qū)、水體以及水田。②較高植被覆蓋度面積為857.39 km2,占研究區(qū)面積的33.05%,主要為草地與旱地。③高植被覆蓋度面積為653.73 km2,占研究區(qū)面積的25.20%,主要為旱地與林地的高海拔區(qū)域。由表4可知,各土地利用土地覆蓋度表現(xiàn)為旱地>林地>草地>水田>建成區(qū)>裸地>水體,中值排序與平均值一致,可見(jiàn)宣州區(qū)林地與草地綠色空間質(zhì)量仍有加強(qiáng)空間。整體上研究區(qū)植被覆蓋度自北向南逐漸變高,大部分高植被覆蓋區(qū)域?yàn)榍鹆昊蛏降氐牧值亍?/p>

圖2 2022年宣州區(qū)植被覆蓋分布Fig.2 Vegetation coverage distribution in Xuanzhou District in 2022

表3 2022年宣州區(qū)植被覆蓋度等級(jí)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表4 2022年宣州區(qū)土地利用植被覆蓋度統(tǒng)計(jì)

3.3 宣州區(qū)綠色空間景觀格局指數(shù)該研究的景觀格局指數(shù)中,破碎化指數(shù)包括NP、PD、CONTAG等,聚集性指數(shù)包括LSI等,優(yōu)勢(shì)度指數(shù)包括LPI、SHDI等,復(fù)雜性指數(shù)包括LSI、PAFRACT等。在分類水平上,由表5可知:①在NP、PD指數(shù)上,草地、水田和旱地的NP與PD值偏高,NP值分別為2 648.00、2 545.00、2 325.00,PD值分別為0.52、0.50、0.46,這3類綠色空間遠(yuǎn)大于水體與林地,說(shuō)明草地、水田和旱地破碎度大于水體與林地。②在LSI指數(shù)上,草地和旱地的LSI值較大,分別為80.15、76.90,說(shuō)明草地和旱地的斑塊形狀更為復(fù)雜,且空間展布較為不均衡。水田雖然散碎分布于研究區(qū),但在研究區(qū)西北部有著大片的水田聚集分布,因此其LSI值相對(duì)旱地較低。林地由于在研究區(qū)南部與南漪湖的南北岸大量分布,因此林地的LSI值較低,為38.87。水體由于南漪湖等水面較大,聚集程度較高的湖泊、水庫(kù)分布使得其LSI值較低,僅為11.69。③在PLAND指數(shù)上,各土地利用類型占綠色空間面積表現(xiàn)為林地>水田>旱地>草地>水體。④在LPI指數(shù)上,林地與水田的LPI值較大,分別為8.85和8.23,說(shuō)明林地與水田最大斑塊占景觀面積的比例較高,說(shuō)明其優(yōu)勢(shì)度最大。

表5 宣州區(qū)分類水平格局指數(shù)分析數(shù)值

在景觀水平上,在LSI上,宣州區(qū)LSI值為40.59,說(shuō)明人類活動(dòng)對(duì)綠色空間的影響相對(duì)較大,其斑塊較為規(guī)則且分布較為集中;在PAFRACT指數(shù)上,其值為1.39,相較于其他城市中心城區(qū)[8,13]較小,說(shuō)明宣州區(qū)的綠色空間受人為影響較大,其邊界形態(tài)更為簡(jiǎn)單、規(guī)則。在SHDI上,其數(shù)值為1.42,說(shuō)明宣州區(qū)綠色空間景觀類型較為豐富,其景觀多樣性較高。在CONTAG指數(shù)上,其數(shù)值為55.89,說(shuō)明在宣州區(qū)沒(méi)有景觀類型在整個(gè)研究區(qū)具有較好的連通性,在研究區(qū)內(nèi)景觀特征為多種綠色空間的相互嵌套,這從側(cè)面也反映出研究區(qū)域的破碎化程度較高。

4 結(jié)論與討論

該研究采用GIS分析的方法對(duì)宣州區(qū)綠色空間進(jìn)行解譯,并進(jìn)一步分析了其植被覆蓋度與景觀格局指數(shù),結(jié)果顯示:

(1)宣州區(qū)林地與水田的面積較大,其集中分布于宣州區(qū)的南部與北部,而旱地、草地和水體面積較小,散碎分布于研究區(qū),其中旱地集中分布于河流沿岸。

(2)宣州區(qū)植被覆蓋度自北向南逐漸變高,東部植被覆蓋度高于西部。林地與旱地的植被覆蓋度平均值較高,而水田由于其基底為水,因此其植被覆蓋度較低。

(3)宣州區(qū)景觀格局指數(shù)在分類水平上,草地、水田和旱地的破碎度較高,草地與旱地的斑塊形狀更為復(fù)雜,林地占綠色空間面積最大,林地與水田的優(yōu)勢(shì)度最大。在景觀水平上,宣州區(qū)綠色空間受人類影響較大,綠色空間形態(tài)較為規(guī)則與簡(jiǎn)單,景觀多樣性較高,整體景觀特征為多種綠色空間的相互嵌套。

該研究對(duì)宣州區(qū)的綠色空間進(jìn)行了定量與定性結(jié)合的研究分析,針對(duì)宣州區(qū)景觀格局及特征,建議對(duì)宣州區(qū)綠色空間進(jìn)行合理規(guī)劃。一方面,提升現(xiàn)有綠色空間植被覆蓋度,以提高綠色空間質(zhì)量,尤其要對(duì)退化的林地和草地綠色空間進(jìn)行修復(fù)。另一方面,要減少綠色空間的破碎化,加強(qiáng)綠廊綠道的建設(shè),恢復(fù)林地與草地綠色空間的連通性。在整體上,全面提升宣州區(qū)綠色空間質(zhì)量。