基于GIS的宣州區綠色空間景觀格局及優化策略

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展,其景觀格局發生巨大變化,城市生態環境面臨巨大壓力[1]。城市綠色空間作為城市的重要組成部分[2],其具有顯著的生態價值與休閑娛樂價值[3]。在生態文明建設的背景下,對綠色空間的分布格局進行研究,優化城市綠色空間格局,從而促進城市生態系統的生態平衡,對于城市的可持續發展與人居環境的合理建設具有重要意義[4]。

綠色空間在廣義上被定義為“貫穿于城市建成區,對城市生態環境具有重要生態作用的生態空間,包括城市綠地、農田、濕地、河流等”[5]。目前,關于綠色空間的研究主要集中在以下幾方面:①綠色空間生態價值研究,如潘悅等[6]對滇中城市群綠色空間生態系統服務價值的研究,王駟鷂等[7]對綠色空間對熱島效應影響的研究;②綠色空間分布格局的研究,如李昕桐[8]對唐山市綠色空間變化的研究,王圳峰等[9]對福建省綠色空間變化與驅動因素的分析;③綠色空間公共游憩休閑價值的研究,如辛昱錚等[10]關于綠色空間對公共心理健康影響的研究,高延平[11]對綠色空間與居民健康福祉關系的研究。綜上可知,綠色空間對城市生態環境的優化、土地與資源環境的可持續發展以及對城市居民身心健康的保持有著促進作用。因此,筆者基于GIS分析對宣州區的綠色空間進行解譯,并進行綠色空間植被覆蓋度與景觀格局分析,并提出優化策略,以期為安徽省宣城市宣州區城市綠地規劃與人居環境建設提供科學依據。

1 研究區概況

宣州區地處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,屬于亞熱帶濕潤季風氣候,季風氣候明顯,全年雨量充沛,水資源豐富。宣州區為皖南山地丘陵與長江中下游沖積平原交接地帶,境內地貌類型多樣,包括山地丘陵、平原、湖泊、河流等。近年來,宣州區的經濟快速發展,連續多年入選“全國綜合實力百強區”。隨著經濟的發展,城市的不斷擴張,其城市生態環境也面臨巨大壓力。

2 研究方法

2.1 數據來源及處理研究區數據為2022年Landsat8 OLI遙感影像,來源于USGS(美國地質勘探局網站)。將Landsat8 OLI遙感影像的不同波段進行組合,可得到多種色彩圖像,從而在ArcMap中使用監督分類的支持向量機分類法進行土地利用分類。該研究將研究區分為水田、旱地、林地、草地、水體、裸地、建設用地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 植被覆蓋度計算植被覆蓋度(FCV)通過歸一化植被指數即NDVI值采用像元二分模型進行計算[12],以此反映出綠色空間的質量。其中NDVI值可用來反映植被的生長情況和空間分布,其通過遙感影像的紅外波段與紅波段來計算。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,其實際值會因時間與空間變化,因此選取5%為置信區間,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個等級: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 景觀格局指數景觀格局指數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。基于研究區實際情況與參考前人研究[13-15],筆者選取了分類水平上的5個指數:斑塊數量(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(LSI)以及最大斑塊指數(LPI)。景觀水平上的4個指數:香農多樣性指數(SHDI)、景觀聚集度指數(CONTAG)、景觀形狀指數(LSI)、周長面積分形維數(PAFRACT)。對于景觀指數的具體解釋見表1。

表1 景觀格局指數與其含義[13,15]

3 結果與分析

3.1 宣州區綠色空間分布空間特征基于ArcMap對2022年宣州區的土地利用圖(圖1)進行分析,結果見表2。2022年宣州區綠色空間總面積為2 454.08 km2,占研究區的94.59%。各類綠色空間面積表現為林地>水田>旱地>草地>水體。其中,林地是宣州區面積最大的綠色空間,其面積為836.58 km2,占研究區的32.24%,主要分布于宣州區的南部區域,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,占研究區的29.44%,主要分布于宣州區西北部、南漪湖西岸以及部分河流沿岸。旱地面積為414.33 km2,占研究區的15.97%,主要分布于水陽江沿岸,在建成區下游分布面積較大。草地面積為307.26 km2,占研究區的11.84%,主要分布于宣州區西部,位于水田與旱地之間。總體上,林地和水田在宣州區的綠色空間發揮了較大作用。

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

表2 2022年宣州區土地利用解譯數據統計

3.2 宣州區植被覆蓋度空間分布特征宣州區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,分別占研究區面積的8.67%與33.08%,主要為建成區、水體以及水田。②較高植被覆蓋度面積為857.39 km2,占研究區面積的33.05%,主要為草地與旱地。③高植被覆蓋度面積為653.73 km2,占研究區面積的25.20%,主要為旱地與林地的高海拔區域。由表4可知,各土地利用土地覆蓋度表現為旱地>林地>草地>水田>建成區>裸地>水體,中值排序與平均值一致,可見宣州區林地與草地綠色空間質量仍有加強空間。整體上研究區植被覆蓋度自北向南逐漸變高,大部分高植被覆蓋區域為丘陵或山地的林地。

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

表3 2022年宣州區植被覆蓋度等級數據統計

表4 2022年宣州區土地利用植被覆蓋度統計

3.3 宣州區綠色空間景觀格局指數該研究的景觀格局指數中,破碎化指數包括NP、PD、CONTAG等,聚集性指數包括LSI等,優勢度指數包括LPI、SHDI等,復雜性指數包括LSI、PAFRACT等。在分類水平上,由表5可知:①在NP、PD指數上,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類綠色空間遠大于水體與林地,說明草地、水田和旱地破碎度大于水體與林地。②在LSI指數上,草地和旱地的LSI值較大,分別為80.15、76.90,說明草地和旱地的斑塊形狀更為復雜,且空間展布較為不均衡。水田雖然散碎分布于研究區,但在研究區西北部有著大片的水田聚集分布,因此其LSI值相對旱地較低。林地由于在研究區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、水庫分布使得其LSI值較低,僅為11.69。③在PLAND指數上,各土地利用類型占綠色空間面積表現為林地>水田>旱地>草地>水體。④在LPI指數上,林地與水田的LPI值較大,分別為8.85和8.23,說明林地與水田最大斑塊占景觀面積的比例較高,說明其優勢度最大。

表5 宣州區分類水平格局指數分析數值

在景觀水平上,在LSI上,宣州區LSI值為40.59,說明人類活動對綠色空間的影響相對較大,其斑塊較為規則且分布較為集中;在PAFRACT指數上,其值為1.39,相較于其他城市中心城區[8,13]較小,說明宣州區的綠色空間受人為影響較大,其邊界形態更為簡單、規則。在SHDI上,其數值為1.42,說明宣州區綠色空間景觀類型較為豐富,其景觀多樣性較高。在CONTAG指數上,其數值為55.89,說明在宣州區沒有景觀類型在整個研究區具有較好的連通性,在研究區內景觀特征為多種綠色空間的相互嵌套,這從側面也反映出研究區域的破碎化程度較高。

4 結論與討論

該研究采用GIS分析的方法對宣州區綠色空間進行解譯,并進一步分析了其植被覆蓋度與景觀格局指數,結果顯示:

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

(2)宣州區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)宣州區景觀格局指數在分類水平上,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雜,林地占綠色空間面積最大,林地與水田的優勢度最大。在景觀水平上,宣州區綠色空間受人類影響較大,綠色空間形態較為規則與簡單,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。

該研究對宣州區的綠色空間進行了定量與定性結合的研究分析,針對宣州區景觀格局及特征,建議對宣州區綠色空間進行合理規劃。一方面,提升現有綠色空間植被覆蓋度,以提高綠色空間質量,尤其要對退化的林地和草地綠色空間進行修復。另一方面,要減少綠色空間的破碎化,加強綠廊綠道的建設,恢復林地與草地綠色空間的連通性。在整體上,全面提升宣州區綠色空間質量。