延吉市城市生態用地空間結構評價

宮　雪，　張晟源，　李明玉

(延邊大學理學院，吉林 延吉 133002)

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延吉市城市生態用地空間結構評價

宮雪，張晟源，李明玉*

(延邊大學理學院，吉林 延吉 133002)

摘要：生態用地作為城市社會、經濟和自然復合生態系統的重要組成部分，為城市生態系統提供必要的服務。本研究以延吉市為例，對延吉市1990、2005和2013年3個時段城市生態用地進行景觀格局分析及生態用地結構評價。在評價過程中，采用層次分析法構建指標體系和判斷矩陣，并對結果進行檢測。評價結果科學合理，希望能為延吉市未來的生態用地規劃提供參考。

關鍵詞：城市生態用地；景觀格局；空間結構評價；延吉市

城市生態用地作為城市復合生態系統的重要組成部分[1]，對保障生態安全、構建城市宜居生活具有促進作用，對城市物質循環、能量流動、生物遷移等關鍵生態過程有較大影響，具有生態系統的氣候調節、水文調節、生命支撐等重要功能[2]。在快速城市化的情況下,經濟、人口與環境之間的矛盾日益嚴峻，為快速解決不斷增加的人口、社會經濟與生態環境之間的矛盾，提出了研究城市生態用地的空間結構[3]。城市生態用地評價和城市空間格局的優化，符合中國快速城市化發展中城市生態安全的要求,促進城市可持續發展[4]。本文旨在以延吉市為媒介，從可持續發展的視角解決城市生態用地布局等問題。通過運用城市規劃學、景觀生態學的理論及方法，評價延吉市城市的生態用地空間結構，為該區域城市生態用地規劃及合理開發利用資源、保護和建設生態環境提供科學依據[5]，也為更科學地研究城市生態用地結構評價提供新的實例與理論支撐[6]。

1數據來源及數據處理

本研究所用數據為1990、2005和2013年延吉市城市現狀圖，1∶10 000延吉市地形圖。建成區數據主要來自延吉市當年的統計年鑒，部分指標數據來自延吉市當年的生態環境報告。結合延吉市實際情況，將延吉市城市用地類型劃分7個一類用地，分別為耕地、園地、林地、綠地(公園綠地、廣場綠地、防護綠地和庭院綠地)、水域(人工濕地、天然濕地)、其他生態用地和非生態用地[7]。

以2013年延吉市西市場附近為中心，以建成區最北端為止做圓，半徑大約7 km，作為研究區范圍(由于1990年城市現狀圖沒有足夠范圍，只能用整個研究區范圍剪切后畫出已有部分)。

2模糊層次分析法

運用層次分析法對城市生態用地進行評價，建立評價指標體系，構建判斷矩陣，進行一致性檢驗，計算綜合評價指數，最后確定生態用地的綜合評價分級標準。

2.1指標選取

主要遵循綜合性、層次性和實用性等原則，選取具有代表性指標來構建評價體系[8]。進行專家打分，并無量綱處理，對評價指標分類賦值，確定評價指標的權重系數[9]。

結合研究內容，根據延吉市城市生態景觀本身的屬性，以城市生態用地的數量、結構和連通性等3方面因素作為評價項。市域城市生態用地數量指標包括人均耕地面積、森林覆蓋度、建成區綠地率、城市水面率、人均公共綠地面積和人均森林面積；結構指標包括河流曲度指數、森林健康指數和水域健康指數、水綠結合指數；連通性指標包括景觀多樣性指數、生活岸線公共化率、景觀破碎度指數、景觀均勻度指數和景觀協調性指數。

2.2綜合評價指標指數

城市生態空間結構評價指數計算公式：

式中，EPI為城市生態用地空間結構的評價指數；Pi為單項指標評價；Wi為單項指標權重。

2.3綜合評價分級標準

根據延吉市城市生態用地的評價指標,結合國內外指數的相關分組方法,為明確城市生態用地類型的空間格局，將城市生態用地劃分為5個層次(表1)。

表 1　城市生態用地空間格局等級劃分標準

3延吉市研究區景觀格局分析

3.11990—2013年延吉市生態用地景觀格局定量分析

1990年，延吉市研究區總斑塊數為537個，占地面積9 242 hm2，其中以耕地為主，占整個研究區的41.83%(圖1)。由表2可知，耕地的分維數和平均形狀指數分別為1.096、1.99，說明耕地相對集聚，形狀比較規則，連通性較好。綠地、非生態用地和其他生態用地斑塊分布離散，斑塊較破碎，連通性不足；水域平均形狀指數、斑塊分維數均較大，說明水域斑塊的形狀相對較完整；林地、耕地與園地分維數相似,表明林地和園地的連通性較好，離散程度小。1990年的景觀多樣性指數為1.48，破碎度、協調度分別為0.063和0.6，表明區域用地類型復雜程度一般，斑塊較完整。

2005年延吉市研究區總斑塊數350個，面積15 553.25 hm2。其中，耕地依然是斑塊面積最大的土地利用類型，占總面積的50.83%，其次是非生態用地和林地，分別為18.04%和12.32%(圖2)。由表3可知，耕地類型面積比、斑塊平均面積和平均形狀指數均高于其他類型，說明耕地斑塊較聚集，形狀規則；綠地和水域分維數均較小,說明二者斑塊分布的較分散。此外，景觀多樣性指數為1.47,破碎度及協調度分別為0.078 5、0.5。與1990年相比，景觀斑塊有所破碎，但景觀復雜程度及協調性變化不大。

圖1　1990年延吉市城市生態用地土地類型圖　　　　　　圖2　2005年延吉市城市生態用地土地類型圖

耕地林地園地綠地水域非生態用地其他生態用地斑塊個數/(NP)445910228914146類型面積(CA)/hm23866.25695.751146.5620.75431.52077404.25類型面積比(PLAND)41.837.5312.416.724.6722.474.37平均斑塊面積(MPS)/hm287.8711.7949.852.7247.9414.738.79平均臨近距離(MNN)/m134.4195.2343.2136.4297.9163.6371.1分維數(AWMPFD)1.0961.0781.0661.0481.0811.0621.059平均形狀指數(AWMSI)1.991.611.511.271.911.491.32

表3　2005年延吉市(研究區)城市生態用地景觀指數

由表4、圖3可知，研究區總面積為16 554.75 hm2，斑塊總數602個。耕地是斑塊面積最大的用地類型，占研究區總面積的50.32%，平均面積為183.68 hm2，分維數和平均形狀指數分別為1.077和1.88,表明耕地斑塊分布相對較集中,形狀完整,連通性好。水域和綠地的分維數、最大斑塊指數及平均形狀指數均較小，表明其斑塊相對破碎，呈現萎縮趨勢；非生態用地斑塊面積僅小于耕地，但其平均斑塊面積較小，表明非生態用地斑塊分布相對較分散。2013年的景觀多樣性指數為1.48，破碎度為0.218 5，協調度為0.6。景觀破碎化的趨勢得到改善，用地類型的復雜程度基本不變。

表4　2013年延吉市(研究區)城市生態用地景觀指數

圖3　2013年延吉市城市生態用地土地類型圖

3.22005—2013 年延吉市景觀格局變化對比分析

2005—2013年,研究區斑塊總數從350個增加到602個。平均斑塊面積從44.43 hm2下降到27.50 hm2,

表明景觀格局呈現多樣性和破碎性，也就是說延吉市城市生態系統相對穩定。就單個景觀要素角度而言，林地減少的幅度最大，為537 hm2；增加面積最大的土地利用類型是非生態用地，說明在經濟快速發展和人口逐漸增加的過程中，主要是擴張建設用地，因而加大對森林的砍伐和對周圍環境的破壞[10]。

由表5可知，在城市生態用地景觀類型面積轉化過程中，耕地的保存面積最大，達97.58%，而由林地轉化為耕地的面積也達651.86 hm2，由耕地轉化為非生態用地的面積達700.87 hm2，表明非生態用地主要由耕地轉化，而耕地又從林地中轉化；而綠地面積的增加,主要由生態用地轉化，表明延吉市在城市建設中著重考慮了道路、河流的防護綠地與公園綠地建設等，開放式綠地并不多見,與居民對舒適生活環境的需要相距甚遠[11]。而水域斑塊的減少，主要是由于城市規劃中部分填湖、填河措施，使得水域斑塊面積有所減少；城市周圍林地和耕地的相互轉換，說明變林為耕和退耕還林都有進行[12],前幾年可能是為了經濟的發展把林地開發為耕地，而伴隨著退耕還林政策的出臺，使得一部分耕地被還原為林地[13]。

表5　2005—2013年，城市生態用地景觀類型面積轉化矩陣

延吉市城市生態用地的變化趨勢見圖4。城市生態用地減少，主要為城區擴建的原因。城市生態用地在各個方向都或多或少的被侵蝕，其中，西部公園以西，延邊大學附近和延邊大學科技學院附近被侵蝕的比較嚴重，南部帽兒山方向侵蝕相對不明顯，生態用地的侵蝕面積主要是沿河流方向，這使得斑塊更加破碎。延吉市城市的生態用地景觀格局以耕地為主體，林地和非生態用地也占有較大比重。

4延吉市城市生態用地結構評價

4.1評價指標權重計算

1990、2005和2013年，延吉市生態用地市域尺度空間結構評價指標的實際值、基準值和評價值根據統計如表6所示。

圖4　延吉市城市生態用地變化圖

指標層1990年實際值2005年實際值2013年實際值基準值人均耕地面積C1/(hm2/人)137199153600森林覆蓋率C2/%8.0912.328.9921.90城市水面率C3/%5.023.112.965建成區綠地率C4/%7.227.5111.2416.90人均公共綠地面積C5/(m2/人)2.192.914.06≥5人均森林面積C6/(m2/人)24.5648.227.5128河流曲度指數C7/%93.7494.4397.6060水綠結合度C8/(100%)0.050.150.09≥0.9森林健康指數C9/等級0.90.90.81水域健康指數C10/等級IIIIIIII景觀多樣性指數C11/Weiner1.481.471.48≥1.0景觀破碎度指數C12/FN0.0630.0790.219≤0.15生活岸線公共化率C13/等級0.2990.4330.295≥0.8均勻度指數C14/Pielou0.7420.7460.757≥0.9景觀布局協調度C15/等級0.60.50.60.9

4.2綜合評價指標權重計算

通過對城市生態用地空間結構評價指標中的準則層及其指標構建判斷矩陣，進行分析，計算得出準則層、數量指標層、結構指標層及連通性指標層各指標的判斷矩陣的一致性指標比CR分別為0.008 8、0.022 4、0.007 8、0.047 9，均低于0.10，通過一致性檢驗。結合表4中的數值，運用公式計算1990、2005和2013年的EPI分別為0.799 1、0.557 5和0.505 0。

4.3評價結果分析

通過分析可知，城市生態用地空間格局總評價指數EPI在1990、2005和2013年分別為0.799 1、0.557 5和0.505 0。按照生態用地等級劃分標準，1990年延吉市生態用地空間結構評價等級為Ⅱ級，空間格局水平良好，生態用地格局比較合理，生態效能較高。而2005和2013年均為Ⅲ級，空間格局水平一般，生態用地格局、生態效能一般。2005、2013年與1990年相比有明顯的下降，說明隨著經濟的發展，地區的生態用地空間格局發生著明顯變化，導致生態效能降低。城市規劃應注意對生態用地的保護，協調生態用地布局的合理性，使延吉市生態環境朝合理化的方向進行發展[14]。

5討論與結論

根據專家打分法得到的指標權值,以及針對不同時段的城市生態用地影響因子,層次分析法能夠快速、有效地處理因子變化及重要性排序。本文基于遙感和地理信息系統,對延吉市的城市生態土地利用景觀格局進行分析并評估城市生態用地的空間結構的合理性[15]。

1) 從城市生態用地景觀格局分析和生態用地結構評價2個方面論述了1990—2013年延吉市生態用地的演變過程。結果表明:在城市生態用地空間結構整體評價中，1990年延吉市城市生態用地的空間格局評價等級為Ⅱ級，2005和2013年延吉市城市生態用地的空間格局評價等級為Ⅲ級。2013、2005年比1990年有所降低，說明城市生態用地空間結構水平還有待提高，生態用地空間結構有待保護，有很好的發展潛力[16]；相關部門應加大規劃和管理力度，穩定研究區域的生態景觀格局[17]，延吉市生態用地未來發展的主要方向應該放在對森林、水體和水體周邊綠地的建設和保護上;在城市周邊森林的保護方面，禁止對原始森林的砍伐和破壞，加大人工林地的種植和發展[18]；在對城市水域周邊環境的規劃上，加強基礎設施和道路建設[19]，應加大景觀多樣性的開發，盡可能減少布置人工設施和刻意的裝飾，注重與自然環境的結合[20]，多營造純天然的景觀格局；從而達到保護地區生態的目的，實現人與自然的和諧共生[21]。

2) 運用ArcGIS軟件繪制城市生態用地類型，并利用Fragstats軟件進行景觀指數相關選擇與計算,結合使用Excel，個人因素對斑塊繪制、指數計算影響較大，所以精準度略顯不足。在對評價指標體系進行賦權的過程中，雖然有專家對評價指標進行賦權，但還是不能精準無誤的計算指標權重值。

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The spatial structure evaluation of the urban ecological land in Yanji

(.*)

(GeographyDepartment,SciencesCollegeofYanbianUniversity,YanjiJilin133002，China)

Abstract：Ecological land is an important part of urban society, economy and nature compound ecosystem. It provides varieties of significant ecosystem services for cities. This study took Yanji City as an example,It analyzed the landscape pattern and evaluated ecological land structure of urban ecological land used in the three periods of 2013, 2005 and 1990 of Yanji City .It used analytic hierarchy process in the evaluation process and created index system, built judgment matrix, finally the results are detected. It showed that the evaluation results are scientific and reasonable. Hoping to provide a reference for the future of ecological land planning in Yanji City.

Key words:the city ecological land；landscape pattern；spatial structure evaluation；Yanji City

中圖分類號：TU984.113

文獻標識碼：A

文章編號：1004-7999(2016)01-0024-07

DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2016.01.005

作者簡介：宮雪(1989—),女，吉林長春人，在讀碩士，研究方向為城市地理學。李明玉為通信作者，E-mail:leemy@ybu.edu.cn

收稿日期：2016-03-15基金項目：國家自然科學基金(41461036)；延邊大學自然科學基金項目(ydbksky2015200)