基于景觀生態(tài)學(xué)的北京環(huán)境綠地景觀格局研究

基于景觀生態(tài)學(xué)的北京環(huán)境綠地景觀格局研究

景觀多樣性是指景觀在空間結(jié)構(gòu)、功能機(jī)制和時(shí)間動(dòng)態(tài)方面的多樣性或變異性。根據(jù)研究?jī)?nèi)容，可分為三種類型：點(diǎn)多樣性、類型多樣性和模式多樣性。點(diǎn)多樣性是指景觀中點(diǎn)的數(shù)量、大小、形狀和復(fù)雜性。類型多樣性指的是景觀類型的豐富性和復(fù)雜性。模式多樣性是指景觀類型空間分布的多樣性、種子和顆粒之間的空間關(guān)系和功能關(guān)系。城市綠地是城市景觀要素之一,城市植被是一種特殊景觀類型,在城市景觀中處于重要的地位,具有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能.城市綠地系統(tǒng)是一個(gè)由各類城市綠地相互聯(lián)系組合而成的城市綠色環(huán)境體系,是一個(gè)高度人為干擾形成的景觀,具有高度的空間異質(zhì)性,景觀要素間的流動(dòng)復(fù)雜,而且景觀變化迅速.在遙感和GIS技術(shù)的支持下,對(duì)城市綠地系統(tǒng)的分析與度量有了定量的認(rèn)識(shí),從原來(lái)的定性描述發(fā)展到定量分析的模型預(yù)測(cè),通過(guò)運(yùn)用各種定量指標(biāo),分析城市綠地的景觀空間分布格局3--4].城市綠地景觀多樣性分析不僅是了解城市綠地景觀現(xiàn)狀的基礎(chǔ)資料,更是完善城市綠地景觀規(guī)劃的重要依據(jù).為了揭示城市綠地景觀格局特征的現(xiàn)狀和破碎化程度,本文以北京五環(huán)內(nèi)城市綠地景觀為對(duì)象,對(duì)城市綠地景觀組分的數(shù)量特征進(jìn)行分析,闡明各個(gè)景觀組分間的特征差異,評(píng)價(jià)景觀破碎化程度,進(jìn)而揭示各個(gè)組分在整個(gè)景觀中地位和作用的差異,并為生物多樣性保護(hù)研究奠定基礎(chǔ).1北京配方綠地綠地系統(tǒng)分類首都北京是有著3000多年建城史和800多年建都史的歷史文化名城和世界著名古都,也是有著1300多萬(wàn)人口的綜合性特大城市.北京市五環(huán)以內(nèi)面積為652.2km2,北京五環(huán)內(nèi)城市綠地類型主要是公園綠地、附屬綠地和少量的生產(chǎn)綠地和防護(hù)綠地,大型綠地主要集中在2環(huán)內(nèi)和城市西北部.2學(xué)習(xí)方法2.1綠地斑塊的識(shí)別本研究選用的是2004年6月2日的SOPT5衛(wèi)星影像,經(jīng)加拿大PCIGeomatica軟件處理,由全色2.5m和多光譜10m圖像融合而成,比例尺為1∶50000.在ArcGIS支持下,對(duì)北京五環(huán)內(nèi)城市綠地進(jìn)行手工解譯勾繪,賦予每一綠地斑塊相關(guān)屬性,并用SpatialAnalyst將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù),景觀粒度為5m×5m,提取綠地最小面積為25m2.然后通過(guò)GIS統(tǒng)計(jì)分析功能和FRAGSTATS景觀指數(shù)計(jì)算軟件,對(duì)勾繪的綠地斑塊求面積,劃分面積等級(jí),統(tǒng)計(jì)不同面積等級(jí)綠地斑塊數(shù)量,并進(jìn)行景觀指數(shù)計(jì)算.北京城市結(jié)構(gòu)為“圈層+放射狀”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),城市被環(huán)路分割,形成“同心圈層”,即2環(huán)內(nèi)、2～3環(huán)、3～4環(huán)、4～5環(huán),本文嘗試從北京五環(huán)內(nèi)的4個(gè)圈層來(lái)研究城市綠地景觀類型的空間分布格局,并探討這4個(gè)圈層綠地景觀結(jié)構(gòu)與人類活動(dòng)的關(guān)系.按照國(guó)家《城市綠地系統(tǒng)分類標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ/T85—2002)和北京五環(huán)內(nèi)城市綠地實(shí)際情況,根據(jù)研究目的,將北京五環(huán)內(nèi)城市綠地分為公園綠地、附屬綠地(居住區(qū)、單位、公共設(shè)施)、道路和堤岸綠地(道路、街頭、河渠堤岸)、其他綠地(3種綠地以外的綠地).為了更準(zhǔn)確地反映城市綠地特征,根據(jù)北京城市綠地特點(diǎn),參考上海城市綠地景觀格局研究,將綠地面積劃分為小型斑塊(<500m2)、中型斑塊(500～3000m2)、中大型斑塊(3000～10000m2)、大型斑塊(>10000m2).2.2景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)根據(jù)北京城市綠地景觀特征運(yùn)用下列景觀特征指數(shù)分析北京城市綠地景觀結(jié)構(gòu)特征,以研究景觀結(jié)構(gòu)與人類活動(dòng)的關(guān)系.2.2.1斑塊平均面積用來(lái)描述景觀粒度,在一定意義上揭示景觀破碎化程度,包括整個(gè)景觀的斑塊平均面積(MPS)和單一景觀類型的斑塊平均面積(MPSi).ΜΡS=AΝ106(1)MPS=AN106(1)式中,A為景觀中所有斑塊的總面積(m2),N為斑塊總數(shù).2.2.2空間異質(zhì)性程度反映景觀的破碎化程度,同時(shí)反映景觀空間異質(zhì)性程度.PD值愈大,破碎化程度愈大,空間異質(zhì)性程度愈大.單位為斑塊數(shù)/km2.ΡD=Ν/A(2)PD=N/A(2)2.2.3景觀類型分類主要是定量描述其核心面積的大小及其邊界線的曲折性,其中周長(zhǎng)--面積比分維數(shù)值越大,景觀形狀越復(fù)雜.ΡAFRAC=2Νm∑i=1n∑j=1lnp2ij-2(m∑i=1n∑j=1lnpij)2Νm∑i=1n∑j=1lnpijlnaij-m∑i=1n∑j=1lnpij×m∑i=1n∑j=1lnaij(3)PAFRAC=2N∑i=1m∑j=1nlnp2ij?2(∑i=1m∑j=1nlnpij)2N∑i=1m∑j=1nlnpijlnaij?∑i=1m∑j=1nlnpij×∑i=1m∑j=1nlnaij(3)式中,Pij為第i景觀類型第j個(gè)斑塊周長(zhǎng),aij為第i景觀類型第j個(gè)斑塊面積,m為景觀類型總數(shù),n為景觀斑塊總數(shù).2.2.4景觀破碎度的測(cè)定用于揭示景觀或類型被邊界分割的程度,是景觀破碎化程度的直接反應(yīng),邊界密度越高,反映景觀破碎度越高.同時(shí)邊界密度越大,表明景觀(類型)的邊緣效應(yīng)顯著,開(kāi)放性強(qiáng),易于同周圍斑塊的物質(zhì)能量流通.單位:m/hm2.ED=EA106(4)ED=EA106(4)式中,E為景觀中所有斑塊邊界總長(zhǎng)度(m).2.2.5聚集度反映景觀組分可能的最大鄰近度.景觀中的同類型斑塊被最大程度的離散分布時(shí),其聚集度為0;景觀中的同類型斑塊被聚合成一個(gè)單獨(dú)的、結(jié)構(gòu)緊湊的斑塊時(shí),聚集度為100.AΙ=[giimax→gii]×100(5)式中,gii為景觀類型i的斑塊之間的鄰接數(shù)量,max→gii為景觀類型i的斑塊之間的最大鄰接數(shù)值.2.2.6shannon多樣性指數(shù)shdi反映景觀要素的多少及各景觀要素所占比例的變化.SΗDΙ=-m∑i=1ΡilnΡi(6)式中,Pi為第i種景觀類型在景觀里的面積比例.2.2.7shangon平整度指數(shù)描述景觀中不同景觀類型的分配均勻程度.SΗEΙ=-m∑i=1ΡilnΡilnm(7)2.2.8景觀空間連通性檢驗(yàn)也稱景觀導(dǎo)度指數(shù),是測(cè)量景觀類型的空間連接度的指數(shù),值越大,說(shuō)明景觀的空間連通性越高.CΟΗESΙΟΝ=(1-m∑i=1n∑j=1pijm∑i=1n∑j=1pij√aij)(1-1√A)×100(8)3結(jié)果與分析3.1北京市各環(huán)綠化覆蓋率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,北京城市綠地景觀共有18470個(gè)斑塊,總面積11023.29hm2,北京五環(huán)內(nèi)綠化覆蓋率為17%,其中2環(huán)內(nèi)和2～3環(huán)之間綠化覆蓋率均達(dá)23%以上,而3～4環(huán)之間僅為13%.3.1.1綠地斑塊破碎化嚴(yán)重從表1可知,在北京城市綠地系統(tǒng)中,2環(huán)內(nèi)綠地斑塊數(shù)占總斑塊數(shù)的19.42%,斑塊面積卻只占綠地總面積的13.47%,而4～5環(huán)綠地斑塊數(shù)占總斑塊數(shù)的32.28%,斑塊面積占綠地總面積的47.17%.2環(huán)內(nèi)由于人為活動(dòng)干擾嚴(yán)重,綠地斑塊破碎化嚴(yán)重;斑塊平均面積沿距城中心由近至遠(yuǎn)呈遞增趨勢(shì).3.1.2中、小型斑塊是綠地面積小從表2可知,北京五環(huán)內(nèi)綠地中中型斑塊數(shù)量最多,大型斑塊面積最大.從整體看,北京城市綠地破碎化程度比較嚴(yán)重,面積小于3000m2的斑塊,中、小型斑塊占綠地斑塊總數(shù)的72%,而面積只占總綠地面積的13.36%;中大、大型綠地斑塊(面積大于3000m2)雖然數(shù)量少,占綠地斑塊總數(shù)的28%,但面積占總綠地面積的86.64%,是改善城市環(huán)境質(zhì)量和承載城市生物多樣性的主體.3.1.3斑塊面積及位置從表3可知,北京城市綠地系統(tǒng)中,附屬綠地占景觀斑塊總數(shù)的77.59%,面積占41.29%,平均斑塊面積為0.32hm2;公園綠地僅占斑塊總數(shù)的0.38%,綠地面積占21.47%,平均斑塊面積為33.81hm2.3.24景觀質(zhì)量等級(jí)的確定,根據(jù)景觀指數(shù)法計(jì)算出景觀斑塊、邊緣密度、景觀均勻度、連接度、聚集度在地理信息系統(tǒng)的支持下,借助統(tǒng)計(jì)軟件,根據(jù)景觀指數(shù)公式以此計(jì)算出景觀斑塊密度、邊緣密度、景觀多樣性指數(shù)、景觀均勻度指數(shù)、連接度、聚集度.3.2.1邊緣密度.圖1顯示,從北京城市中心到城鄉(xiāng)過(guò)渡帶,城市綠地斑塊密度遞減.2環(huán)內(nèi)的綠地受人類活動(dòng)影響最為強(qiáng)烈,斑塊密度高達(dá)241.57個(gè)/km2,斑塊密度增加,景觀異質(zhì)性增高.邊緣密度指景觀中單位面積的邊緣長(zhǎng)度,反映景觀的破碎程度.圖2顯示,從北京城市中心到城鄉(xiāng)過(guò)渡帶城市綠地邊緣密度遞減.2環(huán)內(nèi)的破碎程度最大,其邊緣密度達(dá)5.34m/hm2,4～5環(huán)帶的破碎程度最小,邊緣密度為1.4m/hm2.3.2.2環(huán)內(nèi)的景觀指數(shù)和綠地類型景觀多樣性指數(shù)反映一個(gè)景觀中不同景觀類型分布的均勻化和復(fù)雜化的程度.圖3顯示,從北京城市中心到城鄉(xiāng)過(guò)渡帶,景觀多樣性指數(shù)遞增.2環(huán)內(nèi)的景觀指數(shù)最低為1.03,綠地類型少,有公園綠地、附屬綠地和道路水系堤岸綠地;4～5環(huán)的景觀多樣性指數(shù)最高為1.39,期間分布有一定數(shù)量的其他綠地(生產(chǎn)綠地、防護(hù)綠地、專用綠地等),豐富了景觀類型,提高了景觀多樣性.景觀均勻度反映景觀分配是否均勻,主要景觀的控制程度.圖4顯示,從北京城市中心到城鄉(xiāng)過(guò)渡帶,景觀均勻度指數(shù)遞減,但差異不大,城市綠地的整體分布還是比較均勻的.3.2.3景觀連接度分析圖5、6顯示,從北京城市中心到城鄉(xiāng)過(guò)渡帶,景觀連接度指數(shù)和聚集度指數(shù)均呈遞增趨勢(shì).連接度指數(shù)均在95以上,聚集度均在90以上,表明綠地景觀由少數(shù)團(tuán)聚、結(jié)構(gòu)緊湊的大斑塊組成.3.3主要景觀類型的樹(shù)冠特征3.3.1相關(guān)圈層綠地分布在4個(gè)圈層中,隨離城市中心距離加大,綠地景觀類型的主導(dǎo)地位發(fā)生明顯的變化.圖7顯示,公園綠地占所屬圈層綠地比例逐漸降低,由于數(shù)量太少(70個(gè)),平均斑塊面積為33.8hm2;道路水系堤岸綠地增幅最大,平均斑塊面積0.95hm2,表明在城市外圍,建設(shè)空間較大尤其是5環(huán)兩側(cè)的寬帶隔離綠地建設(shè);附屬綠地在4個(gè)圈層中總量處于優(yōu)勢(shì)地位,但平均斑塊面積僅為0.31hm2,破碎化程度嚴(yán)重.3.3.2道路水系綠地破碎化度高,城市梯度圖8顯示,在4個(gè)圈層中,主要景觀類型的邊緣密度整體沿城市梯度降低,除2環(huán)公園綠地的邊緣密度較高外,其他3個(gè)圈層中,道路水系綠地占優(yōu)勢(shì).表明道路水系堤岸綠地的破碎化程度相對(duì)較高.3.3.3公園綠地的分辨率圖9顯示,在4個(gè)圈層中,主要景觀類型的周長(zhǎng)--面積分維數(shù)變化不大,附屬綠地的最高分維數(shù)出現(xiàn)在4～5環(huán),為1.47;公園綠地的最高分維數(shù)出現(xiàn)在2～3環(huán),為1.09;道路水系堤岸綠地的最高分維數(shù)出現(xiàn)在2～3環(huán),為1.40.在每一圈層中,周長(zhǎng)--面積分維數(shù)排序均為附屬綠地>道路水系堤岸綠地>公園綠地,表明附屬綠地斑塊的形狀較為復(fù)雜,公園綠地斑塊形狀相對(duì)規(guī)則.3.3.4綠地的聚集度圖10顯示,在4個(gè)圈層中,主要景觀類型的聚集度的最高值均出現(xiàn)在4～5環(huán),附屬綠地的最高聚集度為87.98;公園綠地的最高聚集度為98.34;道路水系堤岸綠地的最高聚集度為92.96.在每一圈層中,聚集度排序均為附屬綠地<道路水系堤岸綠地<公園綠地,表明公園綠地大面積斑塊呈團(tuán)聚狀,結(jié)構(gòu)緊湊;附屬綠地相對(duì)離散.4城市綠地系統(tǒng)主要景觀類型的空間分布格局1)北京城市綠地景觀共有18470個(gè)斑塊,總面積11023.29hm2,北京五環(huán)內(nèi)平均綠化覆蓋率為17%.北京城市綠地破碎化程度比較嚴(yán)重,面積小于3000m2的中、小型斑塊,占綠地斑塊總數(shù)的72%,而面積只占總綠地面積的13.36%;中大、大型綠地斑塊(面積大于3000m2)雖然數(shù)量少,占綠地斑塊總數(shù)的28%,但面積占總綠地面積的86.64%.2環(huán)內(nèi)綠地斑塊數(shù)占總斑塊數(shù)的19.42%,斑塊面積卻只占綠地總面積的13.47%;而4～5環(huán)綠地斑塊數(shù)占總斑塊數(shù)的32.28%,斑塊面積占綠地總面積的47.17%.2)北京城市綠地系統(tǒng)中,附屬綠地占景觀斑塊總數(shù)的77.59%,面積占41.29%,平均斑塊面積為0.32hm2,在城市綠地的組成中占優(yōu)勢(shì);公園綠地斑塊數(shù)僅占綠地斑塊總數(shù)的0.38%,占綠地面積的21.47%,平均斑塊面積為33.81hm2.3)主要景觀類型的空間分布格局沿城市梯度--人類干擾強(qiáng)度呈一定的規(guī)律性變化,不同類型之間特征明顯.隨著人類干擾的增強(qiáng),景觀類型斑塊邊緣密度加大,破碎化嚴(yán)重.