PM2.5相關(guān)的重慶市主城區(qū)綠地景觀格局評價指標(biāo)體系構(gòu)建

譚 璐，秦 華

(西南大學(xué)園藝園林學(xué)院，重慶 北碚 400715)

隨著城市化進程的加快和城市發(fā)展的內(nèi)在需求，城市土地利用類型正在發(fā)生復(fù)雜而深刻的變化，城市生態(tài)環(huán)境也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。城市發(fā)展不合理導(dǎo)致了大量污染問題，其中霧霾問題尤為突出[1-3]，幾乎已經(jīng)成為各大城市的污染常態(tài)。特別是城市的急速擴張和人口數(shù)量的增加，會導(dǎo)致城市用地緊張，城市綠地空間大量減少，從而使霧霾現(xiàn)象進一步加劇[4]。因此，合理利用有限的城市綠地，將其生態(tài)效益最大化，是我國城市發(fā)展的必然趨勢，也是實現(xiàn)現(xiàn)代化城市的內(nèi)在需求。為了有效地規(guī)劃城市綠地，實現(xiàn)城市與自然的和諧發(fā)展，有必要研究當(dāng)下的城市綠地景觀格局模式對緩解PM2.5污染的影響，并通過科學(xué)的方法進行評價，以期對未來的城市綠地規(guī)劃提供一定的建議。

由于在城市污染中霧霾問題較為嚴重，因此許多專家學(xué)者將研究重點放在綠地景觀格局的配置上，通過研究綠地景觀格局對PM2.5污染的影響，來分析城市綠地在緩解PM2.5污染中所起到的作用。例如，李琴[5]發(fā)現(xiàn)提高綠地板塊之間的聚合度可以減少大氣顆粒物污染；蘇維等人[6]基于南昌市的大氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)與衛(wèi)星影像結(jié)合分析后發(fā)現(xiàn)，PM2.5濃度與林地覆蓋率(F-PLAND)和林地平均斑塊面積(F-MPS)呈顯著負相關(guān)關(guān)系。大量研究表明[7-9]，一個城市的景觀組分和空間格局的比例相互平衡和制約，這些景觀類型組分不同的排列組合能夠間接影響城市污染物的擴散和排放，從空間上反映出污染源的分布差異。通過對綠地格局進行規(guī)劃，改變以往的綠地空間模式，將會對緩解PM2.5污染起到重要的作用[10]。

然而，從目前的研究來看，關(guān)于對能夠削減PM2.5濃度的綠地空間布局模式的評價鮮有報道。本文以重慶市九大主城區(qū)為研究對象，從綠地數(shù)量指標(biāo)與綠地結(jié)構(gòu)指標(biāo)2方面構(gòu)建綠地景觀格局評價指標(biāo)體系，為將來的城市綠地規(guī)劃提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

重慶市位于長江上游地區(qū)，東經(jīng)105°11′～110°11′，北緯28°10′～32°13′，國土面積8.24萬km2，地勢由南北向長江河谷逐漸降低。其中，巴南區(qū)、北碚區(qū)、大渡口區(qū)、江北區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、沙坪壩區(qū)、渝北區(qū)和渝中區(qū)是重慶市的九大主城區(qū)，由于經(jīng)濟快速發(fā)展而帶來的城區(qū)環(huán)境污染問題也日益嚴重。根據(jù)《2017年重慶市環(huán)境狀況公報》顯示，2017年主城區(qū)的空氣質(zhì)量達標(biāo)天數(shù)為303 d，超標(biāo)天數(shù)為62 d，其中PM2.5、PM10、O3和NO2分別超標(biāo)0.29倍、0.03倍、0.02倍和0.15倍。雖然在近年的大氣污染治理中得到了一定的改善，但是持續(xù)控制并緩解PM2.5污染仍然是一個亟待解決的問題。

1.2 研究方法

1.2.1數(shù)據(jù)來源

1)PM2.5濃度數(shù)據(jù)

本研究的PM2.5濃度數(shù)據(jù)來源于重慶市生態(tài)環(huán)境局官方網(wǎng)站(http://sthjj.cq.gov.cn/hjzl)，以及PM2.5(細顆粒物)及空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)實時監(jiān)測網(wǎng)站(http://pm25.in)。從上述網(wǎng)站下載了自2015年1月1日至2017年12月31日主城區(qū)21個大氣質(zhì)量監(jiān)測站點(分別是白市驛、蔡家、茶園、高家花園、虎溪、解放碑、縉云山、空港、禮嘉、兩路、南坪、南泉、唐家沱、天生、新山村、楊家坪、魚新街、龍井灣、龍洲灣、歇臺子和上清寺)的PM2.5濃度小時均值。參考蘇維等人[6]對PM2.5濃度數(shù)據(jù)的處理方式，先計算出每個監(jiān)測站點的PM2.5濃度的日均值、月均值，再推算出該監(jiān)測站點的PM2.5濃度年均值。最后將各監(jiān)測站點的PM2.5濃度年均值按照主城區(qū)進行分類，取其平均值，作為該主城區(qū)的PM2.5濃度年均值。

2)綠地數(shù)量指標(biāo)數(shù)據(jù)

本文使用的綠地數(shù)量指標(biāo)數(shù)據(jù)來自2015—2017年重慶市建設(shè)系統(tǒng)統(tǒng)計年鑒使用Excel對該部分數(shù)據(jù)進行分區(qū)整理。

3)綠地結(jié)構(gòu)指標(biāo)數(shù)據(jù)

本文使用的綠地數(shù)量指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)勘探局(United States Geological Survey，簡稱USGS)的官方網(wǎng)站(https://glovis.usgs.gov)的遙感影像數(shù)據(jù)。從USGS官方網(wǎng)站上下載2015年至2017年的覆蓋重慶市主城區(qū)的Landsat 8影像數(shù)據(jù)，參考以往研究[11]的遙感圖像處理方法，對重慶市主城區(qū)的遙感影像進行目視解譯，用于景觀格局指數(shù)的運算與分析。最后通過Fragstats軟件計算各主城區(qū)2015—2017年的景觀格局指數(shù)，作為綠地結(jié)構(gòu)指標(biāo)數(shù)據(jù)來源。

1.2.2構(gòu)建方法

1)熵值法

熵的概念來自信息熵論，它表示系統(tǒng)隨機出現(xiàn)的期望值，可以描述研究對象所反映的有效信息量。當(dāng)損失了部分接收信息時，折損的信息量就被稱為信息熵[12]。因此，可以通過熵來對評價指標(biāo)的權(quán)重賦值。計算指標(biāo)的熵值，需要先對原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化和無量綱化，再進行熵值、差異系數(shù)和權(quán)重計算。

2)TOPSIS評價法

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)法，又稱作理想解法，是一種常見的多目標(biāo)決策方法。它具有運算量小、信息保真度高、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛[13]等特點，常用于資源系統(tǒng)評價、地區(qū)經(jīng)濟評估、員工績效考評等領(lǐng)域的綜合評價。

TOPSIS評價法的基本原理是：構(gòu)建歸一化矩陣并求出各指標(biāo)的正理想解和負理想解，并確定各評價指標(biāo)的正理想解與負理想解的加權(quán)歐氏距離，然后求出各評價對象的相對接近度作為綜合評價值，綜合評價值越大，說明該指標(biāo)的評價越高。進而可以對評價對象進行綜合排序，并據(jù)此對方案的優(yōu)劣進行評價[14-15]。近年來，由于環(huán)境和資源問題日益突出，關(guān)于環(huán)境質(zhì)量和資源評價的相關(guān)研究也與日俱增[16-17]，TOPSIS評價法逐漸應(yīng)用于土地生態(tài)安全評估、環(huán)境治理方案評估等方面，并取得了較好結(jié)果[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 PM2.5結(jié)果與分析

2015—2017年各主城區(qū)PM2.5濃度年均值如表1、圖1所示。從中可以看出，九大主城區(qū)的PM2.5年均濃度值呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，說明PM2.5污染得到了一定的改善。

表1 2015—2017年各主城區(qū)PM2.5濃度年均值

圖1 重慶市主城區(qū)PM2.5濃度年均值

2.2 權(quán)重結(jié)果與分析

利用熵值法將上述綠地景觀格局評價指標(biāo)體系的評價指標(biāo)進行賦權(quán)，結(jié)果如表2所示。

表2 各評價指標(biāo)的權(quán)重計算結(jié)果

由二級指標(biāo)權(quán)重可以算出一級指標(biāo)權(quán)重，進而可以獲得主城區(qū)綠地景觀格局評價指標(biāo)體系的權(quán)重(表3)。

表3 各層級評價指標(biāo)的權(quán)重計算結(jié)果

由上述結(jié)果可知，一級指標(biāo)層相對于目標(biāo)層的權(quán)重由大到小的排序為B2綠地結(jié)構(gòu)指標(biāo)>B1綠地數(shù)量指標(biāo)，即綠地景觀結(jié)構(gòu)方面的權(quán)重相對較大，綠地結(jié)構(gòu)指標(biāo)在整個評價指標(biāo)體系中具有相對重要的作用。

在綠地結(jié)構(gòu)指標(biāo)層中，二級指標(biāo)層相對于目標(biāo)層的權(quán)重由大到小的排序為C4斑塊類型總面積>C20蔓延度指標(biāo)>C6最大斑塊所占景觀面積比例>C21Shannon多樣性指標(biāo)>C22Shannon均勻度指標(biāo)>C23Simpson均勻度指標(biāo)>C7平均斑塊面積>C17連接度指標(biāo)>C16散步與并列指標(biāo)>C5斑塊所占景觀面積比例>C8總邊緣長度>C13景觀形狀指標(biāo)>C11平均斑塊分維數(shù)>C12平均鄰近指數(shù)>C9邊緣密度>C18分離度指數(shù)>C19聚合指數(shù)>C14斑塊數(shù)量>C10平均斑塊形狀指數(shù)>C15斑塊密度。其中，斑塊類型總面積和蔓延度指標(biāo)的權(quán)重相對較高，分別為 0.078 194 和 0.067 648，其次為最大斑塊所占景觀面積比例、Shannon多樣性指標(biāo)、Shannon均勻度指標(biāo)、Simpson均勻度指標(biāo)、平均斑塊面積以及連接度指標(biāo)，其權(quán)重值分別為 0.058 632、0.057 618、0.057 602、0.057 271、0.057 194 和 0.054 608?？梢钥闯?，斑塊類型總面積和蔓延度指標(biāo)的權(quán)重較大，說明面積和空間聚合度占有重要地位，其次是景觀多樣性和豐富度占有較為突出的地位。在綠地規(guī)劃中，應(yīng)該綜合考慮其面積、空間聚合度和景觀多樣性等方面，有利于更好地建設(shè)城市綠地基礎(chǔ)設(shè)施。

2.3 TOPSIS評價結(jié)果與分析

通過SPSS軟件計算出各評價對象的綜合評價值，并對2015—2017年的評價變化進行比較(表4、圖2)。

從表4中可以看出，2015年、2016年和2017年的同期比較中，巴南區(qū)、渝北區(qū)和北碚區(qū)的綜合評價值較高，并且排名較為穩(wěn)定，均位列前三。從綠地相關(guān)指標(biāo)的比較可知，巴南區(qū)、渝北區(qū)和北碚區(qū)的綠地面積相對較大，相對于其他主城區(qū)，其綠地的蔓延度較好，連接性較強；同時，由于綠地斑塊面積較大，相對于其他主城區(qū)，其景觀類型的多樣性也更小。因此可以認為，巴南區(qū)、渝北區(qū)和北碚區(qū)的綠地景觀格局空間分布模式對PM2.5濃度的削減作用更加明顯，對生態(tài)環(huán)境更加友好。

表4 各評價對象的相對接近度計算結(jié)果

從圖2可以看出，重慶市九個主城區(qū)的綜合評價值均是逐年下降的，但是下降的速度各不相同。各主城區(qū)2015—2017年的同比下降率排序為渝中區(qū)<江北區(qū)<九龍坡區(qū)<渝北區(qū)<南岸區(qū)<大渡口區(qū)<巴南區(qū)<沙坪壩區(qū)<北碚區(qū)，其中渝中區(qū)的同比下降率最小，為-4.22%；北碚區(qū)的同比下降率最大，為-19.47%。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果可知，渝中區(qū)是九個主城區(qū)中唯一一個在2015—2017年中綠地面積增長的主城區(qū)，由于綠地面積權(quán)重較大，因此可以很明顯地看到渝中區(qū)的綜合評價值下降幅度最小。這也從側(cè)面說明了城市綠地面積的增大有利于維持主城區(qū)的高評價值。而反觀北碚區(qū)，在2016—2017年的綠地相關(guān)指標(biāo)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，其綠地斑塊面積便減少了3 727.07 hm2，綠地平均斑塊面積從 146.858 1 hm2驟降至 69.402 9 hm2，代之以大量的建筑和其他用地，嚴重擠壓了城市綠地空間，因此其綜合評價值下降幅度最大。

圖2 重慶市各主城區(qū)2015—2017年評價結(jié)果

通過評價也進一步說明了PM2.5濃度削減作用與城市綠地面積有很大的關(guān)系，綠地面積越大，對緩解PM2.5污染越有利，這與之前的研究結(jié)果相一致[19-21]。在城市面積日益擴張、城市綠地資源趨于緊張的背景下，充分利用每一寸城市綠地，將其發(fā)揮最大功效，是城市規(guī)劃者應(yīng)該思考的重要問題。

3 結(jié)論

1)橫向比較中，巴南區(qū)、渝北區(qū)和北碚區(qū)的相對接近度綜合評價值最高。其中，2015年的評價值分別為 0.618 071、0.514 953 和 0.498 704；2016年的評價值分別為 0.612 525、0.496 605 和 0.491 396；2017年的評價值稍低，分別為 0.562 127、0.476 947 和 0.401 590。通過比較三者的綠地景觀格局可以發(fā)現(xiàn)，雖然整體上由于城市建設(shè)導(dǎo)致建筑用地和居住用地增加，導(dǎo)致綠地景觀格局的破碎度增加，但是從綠地面積總量來看，3個主城區(qū)的綠地斑塊面積都非常高，因此得到的綜合評價值較高。此外，除了綠地斑塊面積較大之外，綠地的邊緣趨于平整、綠地的聚合度和連接性高也使得綜合評價值更高。這表明PM2.5濃度的降低還是以城市綠地的體量為主體來發(fā)揮作用。城市綠地若能夠形成有規(guī)模的綠色網(wǎng)絡(luò)，增加綠地空間，對PM2.5污染的緩解作用將會更加明顯。

2)縱向比較中，渝中區(qū)綜合評價值的同比下降率為九大主城區(qū)中最低，為-4.22%。該結(jié)果表明，在重慶市城鎮(zhèn)化推進過程中，由于建筑用地、居住用地、道路用地、生產(chǎn)用地等的增加占據(jù)了原本的綠地空間，導(dǎo)致九個主城區(qū)的綜合評價值均有不同程度下降。然而，渝中區(qū)雖然也與其他主城區(qū)一樣面臨著綠地總體面積減少的問題，但是其綠地斑塊面積不降反升，這在一定程度上緩解了城市生態(tài)壓力，有利于改善人居環(huán)境。這也與以往的研究結(jié)果不謀而合[21-22]，表明城市綠地在改善城市環(huán)境、減少霧霾污染中發(fā)揮著重要作用。該結(jié)果也進一步表明了綠地斑塊空間分布的重要性。由于渝中區(qū)面積狹小，人口密度大，在居住用地和建筑用地非常緊張的情況下，綠地面積并沒有被嚴重壓縮，而是得到了一定的增長。因此，合理利用城市綠地空間，通過空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化的形式將城市綠地的生態(tài)效益最大化，在未來將會是重要的研究方向。

4 城市綠地規(guī)劃建議

4.1 提高城市公共綠地面積

2015—2017年，重慶市主城區(qū)的綠地總量從 35 291 hm2增加到 36 571.68 hm2，呈逐年遞增的趨勢；但是從遙感解譯的結(jié)果來看，期間九個主城區(qū)的綠地面積破碎度均有明顯的增加，中心城區(qū)的綠地斑塊面積狹小，分布較為零散，整體的連通性較低。此外，城市中心區(qū)缺少大型的綠地斑塊，無法更好地發(fā)揮綠地的生態(tài)作用。在未來的規(guī)劃中，在滿足城市發(fā)展和人居條件的情況下，將有限的綠地斑塊面積集中起來，做好大型塊狀綠地的綠化改造，增加多個城市中央公園，構(gòu)建城市綠色廊道，將其他大型綠地斑塊聯(lián)系起來，從而完善整個城市的綠地規(guī)劃體系，使城市綠地空間布局更加合理。

4.2 優(yōu)化城市綠地空間布局模式

在過去的研究中，往往比較重視城市公園綠地、街頭綠地、道路綠地、濱河綠地等的建設(shè)，而忽視了立體綠化這一重要內(nèi)容。由于地形的影響，在重慶市主城區(qū)中存在有大量的護坡、堡坎、懸崖和擋墻，并且為發(fā)展城市交通，建設(shè)了大量的高架橋路、軌道立柱和隧道口。這些平常未能引起注意的“灰色地帶”若能夠充分利用起來，便可獲得非?？捎^的綠地量。2019年新修訂的《重慶市城市園林綠化條例》也明確規(guī)定將立體綠化納入附屬綠地面積的范圍，這在很大程度上能夠促進城市立體綠化建設(shè)。重慶本就是一座山地城市，加強立體綠化能夠增加城市綠化的立體感和層次感，能夠更好地展現(xiàn)山城風(fēng)貌，打造重慶特色城市名片，塑造山城形象。因此，在未來的城市綠化中，可以將立體綠化作為重點綠化內(nèi)容進行改造，在增加綠地斑塊的同時，也能體現(xiàn)出城市特色。