基于景觀生態(tài)安全格局的北京市通州新區(qū)生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構研究

成超男 胡凱富 關海莉 趙 鳴

北京林業(yè)大學園林學院 北京 100083

基于景觀生態(tài)安全格局的北京市通州新區(qū)生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構研究

成超男 胡凱富 關海莉 趙 鳴

北京林業(yè)大學園林學院 北京 100083

生態(tài)園林綠地系統(tǒng)在其綠地規(guī)劃定額指標和生態(tài)建設目標控制下，涉及城市綠地空間結構規(guī)劃、地域文化景觀規(guī)劃、生態(tài)功能分區(qū)規(guī)劃及生物多樣性規(guī)劃等多個方面。文中選取城市綠地空間結構規(guī)劃這一內(nèi)容，將GIS構建的景觀生態(tài)安全格局與生態(tài)園林城市建設的相關指標相結合，推導出研究區(qū)域內(nèi)相對科學合理的城市綠地空間結構，為構建北京市通州新區(qū)生態(tài)園林綠地系統(tǒng)規(guī)劃提出相應的參考。

生態(tài)園林城市，綠地空間結構，景觀生態(tài)安全格局,北京市通州新區(qū)

城市化步伐的加快造成城市建設用地不斷蠶食生態(tài)用地，使城市熱島效應、景觀綠地破碎化、生物多樣性喪失以及生境破壞等生態(tài)問題在城市人居環(huán)境中屢見不鮮。構建生態(tài)園林城市，是解決城市目前所面臨困境的一種積極探索，也是保證城市可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。城市生態(tài)園林綠地系統(tǒng)規(guī)劃是生態(tài)園林城市構建的重要支撐與保障[1]，其核心內(nèi)容為綠地空間結構規(guī)劃。

此外，景觀生態(tài)安全格局對維持城市生態(tài)系統(tǒng)結構和過程的完整性、保護生物多樣性、實現(xiàn)生態(tài)問題可控性與持續(xù)完善性具有重要意義[2]，且構建景觀生態(tài)安全格局的核心內(nèi)容為空間規(guī)劃決策方法[3]。目前，國內(nèi)采用空間規(guī)劃策略方法構建景觀生態(tài)安全格局的相關研究包括對風景區(qū)生態(tài)安全格局的構建，提取城市綠心[4]，結合粒度反推法和生態(tài)阻力面綜合構建法優(yōu)化城市生態(tài)安全格局等[5-6]。但空間規(guī)劃策略方法所構建的景觀生態(tài)安全格局，在城市綠地系統(tǒng)的應用研究尚未完善。因此，文中將GIS手段構建的景觀生態(tài)安全格局融入到綠地空間結構規(guī)劃中，是對深入研究生態(tài)園林綠地系統(tǒng)規(guī)劃良好的切入點，也為今后構建生態(tài)園林綠地系統(tǒng)提供新思路。

1 研究區(qū)域概況

通州區(qū)位于北京市東南部，是首都北京的東大門、京杭大運河的北起點。區(qū)域地理坐標北緯39°36′—40°02′，東經(jīng)116°32′—116°56′，南北長48 km，東西寬36.5 km，面積約906 km2。通州區(qū)屬大陸性季風氣候區(qū)，春季干旱多風、夏季炎熱多雨、秋季天高氣爽、冬季寒冷干燥，年平均溫度11.3 ℃，年平均降水620 mm[7]。

本文研究區(qū)域為北京市通州新城區(qū)，是通州區(qū)的“現(xiàn)代化國際新城”工作規(guī)劃的城區(qū)，預計在“十二五”期間新城將初具規(guī)模。規(guī)劃面積155 km2，其中核心區(qū)面積48 km2，未來人口承載將達到100萬人。通州核心區(qū)在近幾年的發(fā)展速度將突飛猛進，因此如何合理開展通州新區(qū)的城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃是亟須討論的課題。本文從GIS空間分析以及生態(tài)學的理性數(shù)據(jù)出發(fā)，構建研究區(qū)域的城市綠地空間結構，為研究區(qū)域的生態(tài)園林綠地系統(tǒng)的規(guī)劃提供參考，具有深刻的現(xiàn)實意義。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

文中采用定量分析推導出定性研究，再回到定量分析的研究方法，以得到北京市通州新區(qū)相對科學合理的生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構。城市的生態(tài)過程和生態(tài)功能，不能構建模型進行直觀的分析與評價，而城市景觀生態(tài)安全格局在一定程度上反映和呈現(xiàn)了城市的生態(tài)過程與生態(tài)功能[8]。因此文中以GIS構建的景觀生態(tài)安全格局，作為研究北京市通州新區(qū)生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構的技術支撐，并對構建后的空間結構采用景觀格局指數(shù)進行評價，以驗證構建的城市空間綠地是否符合生態(tài)園林綠地系統(tǒng)的要求，研究思路(圖1)。

圖1 研究思路

由于地理信息系統(tǒng)(GIS，Geographic Information System)的發(fā)展為綠地系統(tǒng)的研究提供了強大的技術支持[9]，因此文中采用GIS手段構建研究區(qū)域的景觀生態(tài)安全格局。根據(jù)生態(tài)網(wǎng)絡的基本模式，分析研究區(qū)域景觀組成的類型、數(shù)目以及空間分布，并把研究區(qū)域的景觀類型識別為生態(tài)源地、生態(tài)節(jié)點和生態(tài)廊道。

文中根據(jù)源-匯景觀理論識別生態(tài)源地，采用累積消耗距離模型和阻力面模型識別廊道和斑塊，并搭建出景觀生態(tài)安全格局。在研究區(qū)域景觀生態(tài)安全格局構建的基礎上，參照生態(tài)園林城市規(guī)劃定額指標的相關數(shù)據(jù)[10]，優(yōu)化研究區(qū)域的景觀生態(tài)安全格局，獲得研究區(qū)域宏觀層面的綠地空間結構。最后運用GIS平臺相關的景觀格局指數(shù)，對研究區(qū)域優(yōu)化前后的空間格局進行評價。研究區(qū)生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構構建的技術流程見圖2。

圖2 生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構構建方法

2.2 數(shù)據(jù)來源

文中選取的數(shù)據(jù)源為2016年2月3日的Quick Bird遙感影像，相關數(shù)據(jù)還包括2012—2020年的通州區(qū)綠地系統(tǒng)規(guī)劃圖集以及《通州志》(2004年)等資料。

2.3 景觀類型劃分

本文采用遙感影像監(jiān)督分類法以及ArcGis10.2環(huán)境中進行目視解譯法相結合的方式，對研究區(qū)域的景觀類型進行解讀。根據(jù)研究需要，將其分為城市建設區(qū)、河流水域、道路、工業(yè)區(qū)、綠地5種景觀類型。研究區(qū)內(nèi)的城市綠地采用綠地系統(tǒng)規(guī)劃的方式分為附屬綠地、公園綠地、防護綠地、生產(chǎn)綠地4種類型。最后，通過對景觀類型進行野外精度隨機抽樣可知，正確率達91.5%，符合遙感解譯的通用規(guī)范。

3 通州新區(qū)生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構分析

3.1 構建研究區(qū)的景觀生態(tài)安全格局

城市景觀安全格局構建的實質(zhì)，是通過線性的城市生態(tài)廊道，將這些因城市建設而被迫分割的生態(tài)用地再次聯(lián)系起來。為了保障城市生態(tài)體系基本形態(tài)的網(wǎng)絡化以及生態(tài)流的暢通運行，相鄰生態(tài)源地間至少需有1條生態(tài)廊道將其鏈接。

就研究區(qū)域而言，可識別的生態(tài)源地,即具有生態(tài)功能的用地主要包括水域、林地、城市綠地等。識別生態(tài)廊道則運用累積耗費距離模型，先對通州新區(qū)的各類用地，賦生態(tài)系統(tǒng)功能值，構建阻力面模型(表1)，得出2個源地間最小阻力通道即生態(tài)廊道，并將生態(tài)廊道交匯點視為生態(tài)節(jié)點，從而形成由生態(tài)源地、生態(tài)廊道和生態(tài)節(jié)點構成的基本城市景觀生態(tài)安全格局[11]。

3.1.1 生態(tài)要素的識別

從景觀生態(tài)學“源-匯”的理論得出，“源”是對景觀功能起到維持與促進作用的景觀類型，而“匯”則相反，主要是指抑制生態(tài)過程發(fā)展的景觀類型[12]。在此理論的基礎上，把研究區(qū)域大面的水域及綠地識別為生態(tài)源地。

生態(tài)廊道的識別依附于生態(tài)流的確定，生態(tài)流在“源生態(tài)斑塊”與“目標生態(tài)斑塊”之間存在，是生態(tài)過程的載體也是生態(tài)功能穩(wěn)定的決定性因素。因此本研究將面積在5 km2以上的綠地識別為“源斑塊”，把面積在2 km2以上、5 km2以下的綠地識別為“目標斑塊”[13]。由于這種生態(tài)流的運行，需克服不同景觀要素的阻力才能實現(xiàn)。本文以大量文獻成果與專家判斷為基礎，綜合考慮研究區(qū)的景觀類型、數(shù)量及空間分布情況，從生態(tài)園林城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的角度出發(fā)，對城市景觀用地的分類進行相應的賦值，以構建累積耗費距離模型[4]。各景觀類型所占研究區(qū)的面積比例及其涵義見表1。

根據(jù)研究區(qū)景觀類型的賦值結果，運用GIS工具構建出的累積耗費距離模型，計算出研究區(qū)域的成本方向和成本距離。本文識別的廊道包括顯性廊道和隱性廊道2種，其中顯性廊道是研究區(qū)域內(nèi)可見的容易識別的廊道，但是數(shù)量較少，主要包括北運河生態(tài)廊道等，在生態(tài)園林綠地規(guī)劃體系中可直觀的被保留。而隱性廊道不易直接觀測，但是對城市生態(tài)流的流動起著至關重要的作用，因此在生態(tài)網(wǎng)絡構建時，需要著重考慮隱性廊道的識別。由于研究區(qū)域位于城市建設的核心區(qū)域，因此識別2類生態(tài)廊道的同時需與研究區(qū)域現(xiàn)有的人工生態(tài)廊道相結合，以獲得相對完整的生態(tài)網(wǎng)絡結構。

表1 研究區(qū)景觀類型涵義與阻力賦值

生態(tài)空間中相鄰生態(tài)源的連接處為生態(tài)節(jié)點，對引導與控制景觀生態(tài)安全格局中生態(tài)流的流動起著至關重要的作用。落實到阻力面模型上，以相鄰“源”為中心的等阻力線的相切點就是生態(tài)節(jié)點，一般是景觀生態(tài)安全格局的薄弱點[14]。本文運用GIS空間分析中的領域分析和重分類等方法，得到這2個節(jié)點間克服阻力所做功的最大值和最小值的柵格表面；再針對它開展柵格計算，提取以上2個柵格表面的交集，定性地確定生態(tài)節(jié)點的空間分布。

3.1.2 生態(tài)要素的優(yōu)化

本文的研究區(qū)域為城市新城區(qū)，相關的生態(tài)園林城市的定額指標包括建成區(qū)綠地覆蓋率≥38%、建成區(qū)綠地率≥33%、道路綠地達標率≥95%等。研究區(qū)域由于建筑密度較高而綠地相對破碎，而生態(tài)園林城市所需的綠地面積較大，應在保持大型生態(tài)源的基礎上，增加大量小型生態(tài)源，使大型生態(tài)斑塊與小型斑塊結合。因此，本文對于生態(tài)源的優(yōu)化方法是將綠地面積為0.5 km2以下的小型城市綠地也納入到生態(tài)網(wǎng)絡中，增加生態(tài)源的數(shù)量，同時在生態(tài)源周邊擴展出300 m的緩沖區(qū)，以增加斑塊之間的聯(lián)系。

針對生態(tài)廊道的優(yōu)化方式，是在成本距離疊加的基礎上，識別阻力值相對較低的區(qū)域，增加次要生態(tài)廊道，并結合現(xiàn)狀道路綠化，完善生態(tài)源地之間的連接程度，并在廊道周圍設置150 m的緩沖帶。在新增廊道的基礎上，采用以上生態(tài)節(jié)點的識別方法，增加潛在生態(tài)節(jié)點的數(shù)量。

3.2 構建研究區(qū)域的生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構

通過以上對研究區(qū)域景觀生態(tài)安全格局定量的識別與優(yōu)化，得到研究區(qū)域內(nèi)景觀要素的特征，再采用定性的分析，可初步得到研究區(qū)域的景觀生態(tài)安全格局規(guī)劃。研究區(qū)域的景觀格局規(guī)劃內(nèi)容包括1個生態(tài)源地，主要由沿著運河兩邊的綠地構成，同時包括4個一級生態(tài)廊道，若干條二級生態(tài)廊道及生態(tài)節(jié)點。

疊加研究區(qū)的景觀生態(tài)安全格局圖與現(xiàn)狀綠地系統(tǒng)規(guī)劃圖，得出研究區(qū)域內(nèi)宏觀層面的生態(tài)綠地系統(tǒng)空間結構，從而對研究區(qū)域的綠地系統(tǒng)及城市生態(tài)功能進行宏觀的控制。通過以上分析，推導出研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構為“一環(huán)(1個生態(tài)廊道環(huán)路)、兩核(2個一級生態(tài)節(jié)點)、四帶(4個一級生態(tài)廊道)、多廊(多個二級生態(tài)廊道)、多點(多個二級生態(tài)節(jié)點)的結構”。

3.3 研究區(qū)域的景觀格局評價

對研究區(qū)域現(xiàn)有的景觀生態(tài)安全格局和規(guī)劃后的空間結構，采用GIS工具，選取具有明確生態(tài)價值的7個景觀指數(shù)，包括斑塊密度(PD)、平均斑塊面積 (MPS)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、平均斑塊面積(AREA_MN)、邊緣面積比(PARA_MN)、平均形狀指數(shù)(SHAPE_MN)進行評價，從而反映兩者在生態(tài)結構的復雜程度與生態(tài)效益的差異。

由表2可知，研究區(qū)現(xiàn)狀生態(tài)網(wǎng)絡結構連接度較薄弱，生態(tài)源分布較散且數(shù)量較少，斑塊密度為6.696(個/km2)、平均斑塊面積為29.87 hm2、景觀形狀指數(shù)13.49、最大斑塊指數(shù)12.16、平均斑塊面積6.80 hm2、邊緣面積比649.67、平均形狀指數(shù)1.80。在對研究區(qū)域生態(tài)源、生態(tài)廊道以及生態(tài)節(jié)點優(yōu)化后，平均斑塊面積增加到了38.24 hm2、景觀形狀指數(shù)增加到了16.89、平均斑塊面積增加到了16.93 hm2，研究區(qū)域整體的生態(tài)網(wǎng)絡結構相對穩(wěn)定，各景觀要素分布相對均衡，是相對合理的綠地空間結構。

表2 研究區(qū)規(guī)劃前后景觀指數(shù)對比表

4 結論

通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的初步統(tǒng)計，可知研究區(qū)域現(xiàn)有的綠地率為25.26%，綠化覆蓋率為36.25%，沒有達到園林生態(tài)城市的要求。經(jīng)過以上分析得出空間格局規(guī)劃后，研究區(qū)域的綠地率為33.2%，綠地面積增加10.31 km2,建成區(qū)的綠化覆蓋率為44.95%，符合生態(tài)園林城市指標的要求，同時又能滿足城市生態(tài)功能可持續(xù)發(fā)展的愿望。

文中對通州新區(qū)生態(tài)園林綠地系統(tǒng)規(guī)劃的探討，采用GIS手段將景觀生態(tài)學中對城市景觀生態(tài)安全格局的構建與生態(tài)園林城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃的要求相結合，從而在構建研究區(qū)域生態(tài)園林綠地系統(tǒng)空間結構的過程中，有定量與定性雙重數(shù)據(jù)的支撐，具有一定的實踐意義。

生態(tài)園林綠地系統(tǒng)規(guī)劃強調(diào)城市綠地的生態(tài)性，但很多規(guī)劃方案往往與生態(tài)學的研究相脫節(jié)，甚至出現(xiàn)相互背離的情況。因此本文基于GIS技術，將生態(tài)放到第一位，運用景觀生態(tài)安全格局規(guī)劃的方法，先對研究區(qū)域進行生態(tài)規(guī)劃，計算出研究區(qū)域內(nèi)存在1個生態(tài)廊道環(huán)路、2個一級生態(tài)節(jié)點、4個一級生態(tài)廊道、多個二級生態(tài)廊道、多個二級生態(tài)節(jié)點。再結合現(xiàn)有的城市綠地規(guī)劃，從而推導研究區(qū)域的城市綠地空間結構為:“一環(huán)、兩核、四帶、多廊、多點的結構”。并采用相關的景觀指數(shù)，評價規(guī)劃前后斑塊密度、斑塊結構和斑塊形態(tài)等多個方面，以驗證規(guī)劃后的空間結構的合理性。因此文中的研究思路是定量分析指導定性研究，最后再回歸到定量分析的過程。基于以上的方法和結論可以更加有效地指導生態(tài)園林綠地系統(tǒng)的構建[15]。

[1]張云路,李雄.基于供給側的城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃新思考[J].中國城市林業(yè),2017,15(1):1-4.

[2]傅伯杰，陳利頂，馬克明，等.景觀生態(tài)學原理及應用[M].北京：科學出版社，2011.

[3]歐定華.城市近郊區(qū)景觀生態(tài)安全格局構建研究：以成都市龍泉驛區(qū)為例[D].成都:四川農(nóng)業(yè)大學,2016.

[4]鄢濤,李芬,彭銳.基于景觀生態(tài)安全格局的城鎮(zhèn)綠色廊道網(wǎng)絡建立研究[J].城市發(fā)展研究,2012,19(8):22-27.

[5]張玉虎,于長青,塔西甫拉提·特依拜,等.風景區(qū)生態(tài)安全格局構建方法研究：以北京妙峰山風景區(qū)為例[J].干旱區(qū)研究,2008(3):420-425.

[6]陸禹,佘濟云,陳彩虹,等.基于粒度反推法的景觀生態(tài)安全格局優(yōu)化：以海口市秀英區(qū)為例[J].生態(tài)學報,2015,35(19):6384-6393.

[7]溫煦,王騰飛.通州區(qū)近40年氣候變化特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2013,41(5):2168-2171.

[8]杜欽,張超.景觀規(guī)劃GIS技術應用教程[M].北京：中國林業(yè)出版社,2014.

[9]董仁才,趙景柱,鄧紅兵,等.3S技術在城市綠地系統(tǒng)中的應用探討：以園林綠地信息采集與管理中的應用為例[J].林業(yè)資源管理,2006,1(2):83-87.

[10]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.住房城鄉(xiāng)建設部關于印發(fā)國家園林城市系列標準及申報評審管理辦法的通知(建城[2016]235號)[EB/OL].(2016-10-28)[2017-04-07].http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201611/t20161104_229393.html.

[11]張遠景.哈爾濱中心城區(qū)生態(tài)網(wǎng)絡分析及其景觀生態(tài)格局優(yōu)化研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學,2015.

[12]黃碩,郭青海.城市景觀格局演變的水環(huán)境效應研究綜述[J].生態(tài)學報,2014,34(12):3142-3150.

[13]孫遜.基于綠地生態(tài)網(wǎng)絡構建的北京市綠地體系發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].北京：北京林業(yè)大學,2014.

[14]李暉，易娜，姚文璟,等.基于景觀安全格局的香格里拉縣生態(tài)用地規(guī)劃[J].生態(tài)學報，2011,30(20):5928-5936.

[15]岳德鵬，王計平，劉永兵，等.GIS與RS技術支持下的北京西北地區(qū)景觀格局優(yōu)化[J].地理學報,2007(11):1223-1231.

Spatial Structure Analysis of Ecological Garden Green Space System of New Tongzhou District Based on Landscape Ecological Security Pattern

Cheng Chaonan Hu Kaifu Guan Haili Zhao Ming

(School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

Ecological garden green space system refers to ones in with ecological principles and high-tech means are fused in the traditional green space system, which could facilitate to form a healthy ecological cycle and promote the sustainable development of the city. The ecological garden green space system is involved in the urban green space structure planning, regional cultural landscape planning, ecological function planning and biodiversity planning under the green space planning quota index and ecological construction targets. Focusing on the spatial structure planning of urban green space, this paper combined the Landscape Ecological Security Pattern constructed by GIS with relevant indexes of ecological garden construction, to deduce the science-based spatial structure of urban green space in the study area, in order to putting forward the corresponding references for ecological garden green system planning of New Tongzhou District.

ecological garden city, green space structure, landscape ecological security pattern, New Tongzhou District of Beijing

2017-04-07

成超男(1992-)，女，在讀碩士研究生，研究方向為風景園林規(guī)劃設計與理論，E-mail:653796518@qq.com

趙 鳴(1964-)，男，博士，教授，博士生導師，研究方向為風景園林規(guī)劃設計與理論、園林建筑歷史與理論研究、園林建筑設計，E-mail:zm0940@126.com

10.3969/j.issn.1672-4925.2017.04.009