廈門市中心區(qū)城市森林樹冠覆蓋及潛力分析1)

高美蓉 賈寶全 王 成 孫朝暉

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京，100091)

城市是人類適應(yīng)和改造自然環(huán)境基礎(chǔ)上建造起來的特殊生態(tài)系統(tǒng)［1］。城市森林是城市生命系統(tǒng)的主體，也是城市環(huán)境質(zhì)量和居民生活水平的重要標(biāo)志。但我國(guó)城市普遍沒有很好的森林環(huán)境本底，城市建設(shè)用地緊張，能夠用于城市綠色空間建設(shè)的土地有限，現(xiàn)階段也不可能把大面積的城市建設(shè)用地集中連片地用于城市森林建設(shè)。如何在有限的土地上，科學(xué)合理地建設(shè)、評(píng)價(jià)、管理城市森林，促進(jìn)城市森林建設(shè)從數(shù)量擴(kuò)張向質(zhì)量提升，拓展生態(tài)空間，已經(jīng)成為目前城市森林和城市生態(tài)學(xué)研究的重要課題。

樹冠覆蓋是城市森林更小尺度上的景觀，也是城市森林結(jié)構(gòu)與功能組成的最基本要素。其景觀格局能夠準(zhǔn)確反映城市森林的結(jié)構(gòu)特征和建設(shè)質(zhì)量，體現(xiàn)城市森林以喬木為主、增加空間占有量的目標(biāo)［2－3］。在城市森林發(fā)展較早的歐美國(guó)家，樹冠覆蓋一直是評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)、規(guī)劃城市森林的重要指標(biāo)。對(duì)于樹冠覆蓋的量化研究能夠客觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)城市森林建設(shè)的質(zhì)量，尤其在城市化進(jìn)程加快、生態(tài)問題頻出的今天，測(cè)度城市林木樹冠覆蓋率對(duì)于熱島效應(yīng)、大氣污染、物種多樣性等各種環(huán)境問題多發(fā)的城市具有重要的理論和實(shí)踐意義。

文中以QuickBird衛(wèi)星影像目視解譯所得的廈門市中心區(qū)城市森林樹冠覆蓋數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，量化分析了城市森林樹冠覆蓋格局，通過分析樹冠覆蓋的現(xiàn)狀及潛力，研究在不能顯著增加生態(tài)用地面積的條件下，如何通過潛在樹冠覆蓋來拓展生態(tài)空間，為更小、更精準(zhǔn)尺度上定量評(píng)價(jià)城市森林提供科學(xué)依據(jù)［4］。

1 研究區(qū)概況

廈門市地處臺(tái)灣海峽西岸中部，是我國(guó)著名的“國(guó)際花園城市”。地理位置為東經(jīng)117°52'～118°26'，北緯 24°23'～ 24°54'，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，全年雨量充沛，四季溫和，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。年平均氣溫21℃，降水量近1 100 mm，年平均無霜期達(dá)357 d。地帶性植被屬南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林。文中研究范圍為廈門市的中心區(qū)——廈門本島，包括思明區(qū)、湖里區(qū)和鼓浪嶼，面積約128.14 km2。研究區(qū)由山地、臺(tái)地和平原等地貌形體組成。

2 材料與方法

數(shù)據(jù)來源:7月份獲取的Quickbird影像為數(shù)據(jù)源，選擇的影像成像時(shí)間是植被生長(zhǎng)較好的季節(jié)。分析前遙感影像已經(jīng)過精校正和配準(zhǔn)，在Arcgis支持下，根據(jù)解譯標(biāo)志人工提取樹冠覆蓋斑塊，形成廈門市中心區(qū)樹冠覆蓋矢量圖，進(jìn)而對(duì)相應(yīng)的景觀類型賦予屬性值，生成各景觀類型的空間數(shù)據(jù)庫(kù)及屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。

分類方法:我國(guó)城市森林研究時(shí)間短，還沒有形成統(tǒng)一的分類系統(tǒng)［5］。本研究根據(jù)城市林木樹冠覆蓋率概念內(nèi)涵，參照美國(guó)部分城市森林樹冠覆蓋分類方法，結(jié)合樹冠覆蓋所在場(chǎng)所的用地屬性，從功能管理角度將研究區(qū)土地覆蓋劃分為公園樹冠覆蓋、道路樹冠覆蓋、居住區(qū)樹冠覆蓋、草地、不透水地面等5個(gè)類型，以便與現(xiàn)狀城市中常用綠化指標(biāo)進(jìn)行比較。

斑塊尺度等級(jí)劃分:為了更好地了解城市森林斑塊大小級(jí)別組成情況，文中根據(jù)城市森林景觀特點(diǎn)，借鑒吳澤民等［6］的城市森林斑塊等級(jí)劃分系統(tǒng)，把城市森林按斑塊尺度大小劃分為5個(gè)斑塊等級(jí)(S):0＜S≤500 m2為小型斑塊，500 m2＜S≤2 000 m2為中型斑塊，2 000 m2＜S≤10 000 m2為大型斑塊，S＞10 000 m2為特大型斑塊。

潛在樹冠覆蓋提取:潛在樹冠覆蓋是城市未來增加樹木的主要空間，可分為技術(shù)層面和市場(chǎng)層面的潛在樹冠覆蓋［7］。前者指理論上能夠用來增植樹木的土地面積;后者指實(shí)際可允許種植樹木的土地面積，即在全部裸地、草地中排除今后將會(huì)作其他用途，以及人們希望保留現(xiàn)狀不予種植樹木的地方等。相對(duì)來講，技術(shù)層面的樹冠覆蓋較容易測(cè)算，市場(chǎng)潛在樹冠覆蓋由于涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題，因此研究較少。本研究提取的潛在樹冠覆蓋是技術(shù)層面的，即根據(jù)影像數(shù)據(jù)，將理論上能夠增植樹木的草地、裸地以及道路兩側(cè)非喬木地被等全部勾繪出來，作為潛在樹冠覆蓋用地。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)樹冠覆蓋總體特征

3.1.1 樹冠覆蓋率

廈門市中心區(qū)林木樹冠覆蓋面積為3 294.38 hm2(圖1)，總樹冠覆蓋率25.71%，樹冠覆蓋率水平較高。這與廈門市中心區(qū)在城市生態(tài)建設(shè)中注重喬木的使用有較大關(guān)系。據(jù)調(diào)查，在廈門市中心區(qū)綠化喬灌草組成中，喬木樹種比例達(dá)90%以上。

廈門市中心區(qū)各種用地樹冠覆蓋面積中(表1)，以公園樹冠覆蓋面積最大，為2 035.60 hm2，占總樹冠覆蓋面積的61.79%;其次為居住區(qū)660.26 hm2，占比為20.04%;道路的樹冠覆蓋面積最小，為598.52 hm2，占比為18.17%。不同用地類型的樹冠覆蓋率也有所不同，公園的樹冠覆蓋率最高，達(dá)到45.30%;其次為道路，樹冠覆蓋率為15.90%;住宅區(qū)的樹冠覆蓋率最低，為8.50%。

因功能定位及發(fā)展階段不同，廈門市中心區(qū)各行政區(qū)擁有的樹冠覆蓋面積和樹冠覆蓋率差別較大:鼓浪嶼是廈門市著名的旅游景區(qū)，以旅游休閑服務(wù)為主，對(duì)生態(tài)環(huán)境要求較高，雖然區(qū)域面積最小，樹冠覆蓋面積最小，僅為89.16 hm2，但樹冠覆蓋率最大，為46.80%;思明區(qū)歷史上就是廈門市的中央商務(wù)區(qū)，區(qū)域功能以行政、商業(yè)、金融、旅游等為主，樹冠覆蓋面積2 424.10 hm2，是研究區(qū)內(nèi)樹冠覆蓋面積最大的區(qū)域，也擁有較高水平的樹冠覆蓋率，為36.51%;湖里區(qū)早期是廈門市的老工業(yè)區(qū)，近年來隨著廈門市多中心發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，區(qū)域內(nèi)原有的工礦企業(yè)逐漸疏散到海滄區(qū)，湖里區(qū)也逐漸發(fā)展成廈門市的中央商務(wù)區(qū)，但因轉(zhuǎn)型時(shí)間短，基礎(chǔ)較弱，相比之下，樹冠覆蓋面積較小，為781.13 hm2，樹冠覆蓋率為13.06%，為研究區(qū)最低。不同行政區(qū)對(duì)整個(gè)研究區(qū)樹冠覆蓋面積的貢獻(xiàn)率不同，思明區(qū)、湖里區(qū)、鼓浪嶼的貢獻(xiàn)率分別為 73.76%、23.71%、2.53%。

表1 不同行政區(qū)樹冠覆蓋分類面積

圖1 廈門市中心區(qū)樹冠覆蓋分類圖

3.1.2 各類型樹冠覆蓋的分布

廈門市中心區(qū)不同區(qū)域形成了各具特色的城市森林樹冠覆蓋景觀類型。由于廈門市中心區(qū)的萬(wàn)石植物園、白鷺洲公園等面積較大的公園主要集中分布在思明區(qū)，造成了思明區(qū)的公園樹冠覆蓋占到了整個(gè)研究區(qū)公園樹冠覆蓋的85.88%(表2)。居住區(qū)樹冠覆蓋也以思明區(qū)較高，因?yàn)樗济鲄^(qū)是廈門市中心區(qū)傳統(tǒng)的老城區(qū)，人口密度大，單位和居住區(qū)較為集中。湖里區(qū)前期是工業(yè)區(qū)，區(qū)域內(nèi)居住區(qū)相對(duì)較少，鼓浪嶼雖然區(qū)域內(nèi)以居住為主，但因?yàn)閰^(qū)域總體面積小，區(qū)域的居住區(qū)樹冠覆蓋在研究區(qū)中的比例也較低。湖里區(qū)作為廈門市的老工業(yè)區(qū)，區(qū)域內(nèi)道路密度較大，綠化較好，因此，道路樹冠覆蓋比例較高。

表2 不同類型樹冠覆蓋在各行政區(qū)中的比例

綜合上述分析，廈門市中心區(qū)的公園分布極不均衡，主要集中在思明區(qū)，居住區(qū)樹冠覆蓋的分布也以思明區(qū)為主，道路樹冠覆蓋在整個(gè)研究區(qū)相對(duì)均衡分布。

3.2 研究區(qū)樹冠覆蓋的斑塊特征

3.2.1 樹冠覆蓋斑塊數(shù)量特征

研究區(qū)樹冠覆蓋數(shù)量方面，居住區(qū)樹冠覆蓋數(shù)量斑塊最多(表3)，公園林地樹冠覆蓋數(shù)量斑塊最少。綜合樹冠覆蓋面積分析，居住區(qū)樹冠覆蓋數(shù)量占研究區(qū)樹冠覆蓋總斑塊數(shù)的57.54%，而所占面積較少，僅占研究區(qū)樹冠覆蓋面積的20.04%;道路林樹冠覆蓋所占面積最少，但樹冠覆蓋數(shù)量達(dá)到34.72%;公園林地的斑塊數(shù)最小，僅為7.74%，但其面積卻在研究區(qū)樹冠覆蓋總面積中占的比例最大，達(dá)61.79%。樹冠覆蓋面積和數(shù)量的綜合結(jié)果表明，居所林和道路林樹冠覆蓋面積小而數(shù)量多，林地破碎化程度高。這說明廈門市中心區(qū)在城市建設(shè)中，比較重視城市綠化建設(shè)，但因城市人口密集，建設(shè)用地緊張，綠化用地大多采取見縫插針、拆違建綠等方式建設(shè)，加上廈門市中心區(qū)在城市綠化建設(shè)中流行“稀樹草原”和“椰風(fēng)海韻”模式，現(xiàn)有的居所林和道路林中很多僅為改善其美觀功能，種植一小塊草坪或一小片林地，造成樹冠覆蓋斑塊面積小而數(shù)量多。

表3 研究區(qū)樹冠覆蓋斑塊數(shù)量

從生態(tài)學(xué)角度而言，斑塊中的能量和物質(zhì)總量與面積成正比［8］。大型片狀林地斑塊更能發(fā)揮生態(tài)功能，其數(shù)量、結(jié)構(gòu)與分布格局決定著城市的環(huán)境質(zhì)量。廈門市中心區(qū)居住和道路樹冠覆蓋斑塊體小，導(dǎo)致居住區(qū)林地和道路林地的生態(tài)效能相對(duì)較弱。

廈門市中心區(qū)公園主要是依托自然山水資源，由仙岳山、云頂巖等公園林地和山地森林所組成，在城區(qū)樹冠覆蓋面積中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，調(diào)控著整個(gè)廈門島的綠地格局。其中的山地森林是城市化過程中保留下來的生態(tài)區(qū)域，是廈門市中心區(qū)城市森林景觀中生物多樣性維護(hù)以及生態(tài)服務(wù)功能的主要貢獻(xiàn)類型。

3.2.2 各等級(jí)斑塊數(shù)量分布特征

從表4中可知，廈門中心區(qū)樹冠覆蓋面積類型以特大型斑塊為主，占總斑塊面積的72.74%，其他依次為中型斑塊、小型斑塊和大型斑塊，分別占總斑塊面積的13.41%、7.85%和6%。

表4 樹冠覆蓋斑塊等級(jí)面積及數(shù)量

從樹冠覆蓋等級(jí)斑塊數(shù)量上看，廈門市中心區(qū)景觀結(jié)構(gòu)以中小型斑塊為主，小型斑塊數(shù)量占到整個(gè)研究區(qū)總數(shù)量的77.30%，占絕大多數(shù)，面積只占到7.85%。它們數(shù)量多而且分布廣，主要分布于居住區(qū)及城市道路兩側(cè)，與城市居民的日常生活有著非常密切的關(guān)系。大型及特大型樹冠覆蓋斑塊僅占總斑塊數(shù)量的4.64%，但其面積卻占78.74%。各個(gè)行政區(qū)也都表現(xiàn)出小型斑塊數(shù)量占有絕對(duì)數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的特點(diǎn)。這一方面反映出廈門市中心區(qū)城市用地較為緊張的現(xiàn)狀，另一方面也反映了我國(guó)城市化區(qū)域強(qiáng)烈人為影響下城市森林的普遍特點(diǎn)。通常我國(guó)城市化地區(qū)主要的用地類型是建設(shè)用地，人們認(rèn)為建設(shè)用地具有更高的價(jià)值，植被只是城市美化的一種點(diǎn)綴，在用地上處于從屬地位。經(jīng)常采用見縫插綠、拆違建綠等方式去建設(shè)城市森林，因此，建設(shè)的森林斑塊面積都比較小。

3.2.3 各等級(jí)斑塊的格局分布特征

從分區(qū)比較來看，無論斑塊面積還是斑塊數(shù)量，思明區(qū)占整個(gè)研究區(qū)的70%以上，占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。特大型斑塊主要集中分布在思明區(qū)和湖里區(qū)的南部(圖1)，城區(qū)北部少有分布。大型及中型斑塊在島上分布比較均勻，小型斑塊以思明區(qū)的東北部分布較集中，該區(qū)域是工業(yè)老城區(qū)，單位和居住區(qū)較為集中，人口密度大，樹冠覆蓋小而密。

研究區(qū)特大型斑塊以公園樹冠覆蓋為主，而大型斑塊、中型斑塊及小型斑塊主要以居所林和道路林為主，公園林地少有分布。其中中型斑塊及小型斑塊主要分布在居所林，大型斑塊主要分布在道路林。

3.3 潛在樹冠覆蓋分析

樹冠覆蓋是研究城市森林的基礎(chǔ)內(nèi)容［9］。潛在樹冠覆蓋是城市森林發(fā)展的潛力指標(biāo)，主要用于進(jìn)一步分析城市能達(dá)到的最大樹冠覆蓋。潛在樹冠覆蓋研究對(duì)于制定城市森林未來建設(shè)目標(biāo)、選擇城市森林地點(diǎn)等方面都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。如美國(guó)多座城市提出種植百萬(wàn)株樹木計(jì)劃時(shí)，均首先開展了樹冠覆蓋現(xiàn)狀及發(fā)展可能性評(píng)測(cè)［10－11］，分析潛在樹冠覆蓋的區(qū)域和面積，為未來城市森林發(fā)展規(guī)劃和建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

從表5可以看出，廈門市中心區(qū)技術(shù)層面上可增加的潛在樹冠覆蓋面積為292.10 hm2，可提高樹冠覆蓋率2.28%，能達(dá)到的最大樹冠覆蓋率為27.99%。其中，可提高樹冠覆蓋的區(qū)域主要在思明區(qū)，占到可增加潛在樹冠覆蓋總面積的62.84%。

表5 各行政區(qū)潛在樹冠覆蓋面積及比例

上述樹冠覆蓋率的提高是基于假設(shè)目前所有城市中的透水土地都用來植樹。在現(xiàn)實(shí)的城市建設(shè)中，必須保留適當(dāng)?shù)牟萜?、地被等。根?jù)Haber W.的細(xì)分土地利用系統(tǒng)(Differentiated Land－use System)模型［12］，每一土地類型至少應(yīng)保持10%的面積，換言之，90%的土地都可以改變用途。透水土地面積的90%可增植樹木，則廈門本島的潛在樹冠覆蓋率可達(dá)到27.76%，增植區(qū)域主要在現(xiàn)狀草坪、地被區(qū)之間的空地，種植類型為喬木。

廈門市中心區(qū)可增加潛在樹冠覆蓋斑塊數(shù)量為4 750個(gè)(圖2)，潛在可增加斑塊的平均面積為615 m2，面積小于1 000 m2的小型斑塊數(shù)量為4 176個(gè)，占可增加潛在樹冠覆蓋斑塊總數(shù)量的87.92%?？稍黾訚撛跇涔诟采w中，89.26%分布在思明區(qū)，占絕大多數(shù)。潛在可增加的斑塊主要位于居住區(qū)和道路兩側(cè)，以及少量的公園內(nèi)空地，其中，以道路覆蓋斑塊潛在可增加數(shù)量最大。說明廈門市中心區(qū)道路現(xiàn)狀覆蓋雖然相對(duì)破碎，但未來形成連續(xù)覆蓋的潛力最大。

圖2 廈門市中心區(qū)潛在樹冠覆蓋分布圖

4 結(jié)論與討論

廈門市中心區(qū)城市森林總覆蓋率較高，但空間布局不均衡，區(qū)域差異較大，城市森林景觀破碎化程度高。在未來的城市森林建設(shè)中，應(yīng)在城市中部和北部區(qū)域結(jié)合城市改造適當(dāng)規(guī)劃建設(shè)較大面積的城市森林斑塊，使景觀分布結(jié)構(gòu)趨于合理。在不能大面積擴(kuò)展城市森林建設(shè)用地的條件下，應(yīng)在今后的城市森林規(guī)劃中考慮通過潛在樹冠覆蓋斑塊的連接作用增大斑塊體面積，促進(jìn)城市生態(tài)建設(shè)從注重綠化用地面積增加向提高土地空間利用效率轉(zhuǎn)變。

城市森林樹冠覆蓋的形成、分布和自然環(huán)境的地域分異密切相關(guān)。廈門市中心區(qū)公園樹冠覆蓋主要由城市化過程中保留下來的山地森林改造而成，反映了廈門市對(duì)自然山地森林采取了較好的保護(hù)和利用措施。

在我國(guó)，行政分區(qū)往往決定了城市功能分區(qū)，而城市功能區(qū)的不同最終導(dǎo)致了景觀功能區(qū)的差異。廈門市中心區(qū)的思明區(qū)和湖里區(qū)因早期賦予的城市功能不同，形成了現(xiàn)今樹冠覆蓋特征的顯著差異。這種現(xiàn)象在我國(guó)的城市化建設(shè)中普遍存在，因此，在我國(guó)的城市景觀格局分析中，行政分區(qū)也可作為景觀分區(qū)的依據(jù)之一。

當(dāng)前我國(guó)城市建設(shè)用地普遍緊張，可供綠化的土地面積嚴(yán)重不足。開展城市林木樹冠覆蓋的相關(guān)研究，對(duì)于指導(dǎo)我國(guó)森林城市建設(shè)具有重要的理論和實(shí)踐意義。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于樹冠覆蓋的研究還較少，今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究。

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