醴陵市綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛力評(píng)估及規(guī)劃

楊潔, 周東東, 彭重華

醴陵市綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛力評(píng)估及規(guī)劃

楊潔1, 周東東1, 彭重華2, *

1. 同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司重慶分公司, 重慶 401120 2. 中南林業(yè)科技大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410000

近年來(lái), 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估逐漸地被運(yùn)用到城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)當(dāng)中, 發(fā)掘能提供高生態(tài)效益的綠色屋頂潛力區(qū)域是增加城市生態(tài)空間有效途徑。以提供城市空氣凈化、雨水截留、生物棲息地、熱環(huán)境調(diào)節(jié)四個(gè)方面的生態(tài)服務(wù)為目標(biāo), 借助GIS平臺(tái)確定醴陵市綠色屋頂生態(tài)空間潛力區(qū)域并提出規(guī)劃策略, 為醴陵市以綠色屋頂形式完善城市生態(tài)空間結(jié)構(gòu)提供參考。研究表明: (1)醴陵市潛在綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估中, 有20.3 km2的區(qū)域被劃分為高效益服務(wù)區(qū)域, 約占研究區(qū)域面積的63.8%。(2)建筑年齡、結(jié)構(gòu)和資金是小城市建設(shè)綠色屋頂?shù)闹饕拗埔蛩? 現(xiàn)狀建筑中, 不適宜改建的建筑約占總建筑面積46.25%, 低限制改建的建筑占15.86%。 (3)通過(guò)疊加分析, 提取了高效益區(qū)域內(nèi)的低限制改建建筑, 作為醴陵市綠色屋頂生態(tài)空間潛力區(qū)域, 面積為0.53 km2。 (4) 結(jié)合醴陵市綠地系統(tǒng)規(guī)劃, 以“生態(tài)源地-廊道-節(jié)點(diǎn)”為結(jié)構(gòu), 以“分期規(guī)劃, 重點(diǎn)建設(shè)”、“空間互補(bǔ), 全域網(wǎng)絡(luò)”兩大原則, 形成“五重要節(jié)點(diǎn)、四優(yōu)先區(qū)域、五主要廊道、全域網(wǎng)絡(luò)”的醴陵市綠色屋頂生態(tài)空間格局。所提出的潛力評(píng)估和規(guī)劃策略, 不僅可以為醴陵市建設(shè)綠色屋頂、優(yōu)化城市空間構(gòu)架提供依據(jù), 還可為其他小城市以綠色屋頂形式增加生態(tài)空間的規(guī)劃建設(shè)提供參考。

綠色屋頂; 生態(tài)空間; GIS; 空氣凈化; 雨水截留; 提供生物棲息地

0 前言

生態(tài)空間是維護(hù)城市化地區(qū)生態(tài)安全、改善人居環(huán)境的重要保障, 是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的核心載體[1]。但是由于環(huán)境保護(hù)意識(shí)欠缺以及建設(shè)投入資金受限, 城市的生態(tài)空間規(guī)劃常被忽視。隨著城市發(fā)展與居民生活水平的提高, 由低比例的生態(tài)空間導(dǎo)致的城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)欠缺的問(wèn)題日益嚴(yán)重[2], 一些學(xué)者已針對(duì)該問(wèn)題以大城市為研究對(duì)象開(kāi)展了諸多研究。然而調(diào)查表明, 目前我國(guó)的小型城市也逐漸出現(xiàn)了類(lèi)似的環(huán)境問(wèn)題, 具體表現(xiàn)為生態(tài)空間匱乏、布局支離破碎、生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重受損[3]、城市內(nèi)澇嚴(yán)重等, 這些問(wèn)題均影響了小城市的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。

數(shù)量龐大的傳統(tǒng)縣級(jí)小城市, 在綠地系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)致力于理想化空間形態(tài)布局, 對(duì)于具體生態(tài)空間的落實(shí)缺乏行動(dòng)指導(dǎo), 導(dǎo)致規(guī)劃的公園綠地、居住區(qū)綠地、河流保護(hù)區(qū)域等生態(tài)空間在實(shí)施中逐步減少, 使得生態(tài)系統(tǒng)退化, 提供生態(tài)產(chǎn)品與服務(wù)的能力下降[4]。目前眾多城市均處于生態(tài)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期, 面臨著很多亟需解決的生態(tài)環(huán)境問(wèn)。為緩解城市生態(tài)空間匱乏所帶來(lái)的生態(tài)問(wèn)題、重建城市生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò), 常常借助屋頂綠化的形式補(bǔ)充部分城市生態(tài)空間。綠色屋頂在緩解城市水洪壓力[5-6]、提高城市生物多樣性[7-8]、調(diào)節(jié)局部氣候[9-10]、改善空氣質(zhì)量[11-12]等方面的生態(tài)服務(wù)功能是受到公認(rèn)的。近年來(lái), 國(guó)內(nèi)外關(guān)于綠色屋頂潛力評(píng)估的研究都主要考慮了既有建筑的以下三個(gè)要素: 1)基礎(chǔ)條件[13-14]（建筑年代、建筑結(jié)構(gòu)、高度等); 2)使用功能[15]（商業(yè)建筑、公共建筑、住宅建筑等); 3)推廣政策[16]。然而, 由于忽略了綠色屋頂帶來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有空間差異性, 這類(lèi)研究大多停留在既有建筑的適建條件分析上, 少有研究從城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求差異上對(duì)綠色屋頂進(jìn)行潛力評(píng)估, 這方面的空間分析方法和實(shí)施策略亦有待完善。綠色屋頂提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的作用是可觀的, 尤其是在城市建筑高密度區(qū)域。因此, 本文在既定的城市環(huán)境下, 基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求的空間差異, 發(fā)掘具有實(shí)施潛力的城市建筑區(qū)域, 研究結(jié)果對(duì)增加城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能具有重要意義。

綜上所述, 為了評(píng)估醴陵市修建綠色屋頂增加城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的潛力, 首先, 在已有文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上, 建立綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（GRESs, Green Roof Ecological Services)潛力評(píng)估體系, 揭示了醴陵市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能與現(xiàn)狀城市受益區(qū)域之間的空間位置關(guān)系。然后, 對(duì)已建成區(qū)域現(xiàn)狀建筑進(jìn)行梳理, 劃分低受限建筑區(qū)域。再通過(guò)疊加分析, 識(shí)別具有改建潛力的高效益建筑區(qū)域。最后結(jié)合城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃, 提出規(guī)劃策略。

1 研究區(qū)概況

本文的研究范圍為醴陵市的已建成區(qū)域。研究區(qū)域總面積為32 km2, 總建筑面積為4.54 km2, 約占已建成區(qū)域的14.1%。醴陵市為湖南省縣級(jí)市, 是以陶瓷、花炮兩大傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)為主的典型老工業(yè)縣城。區(qū)位情況如圖1所示, 地處江南交通要沖, 古為吳楚咽喉, 今為湘東要道和物資集散地, 也是華東與大西南之間的重要連接口[17]。醴陵市也是全國(guó)投資潛力、科技創(chuàng)新、新型城鎮(zhèn)化百?gòu)?qiáng)城市, 是湘東地區(qū)具有城市轉(zhuǎn)型和生態(tài)環(huán)境修復(fù)等重要論題的代表。其計(jì)劃在2030年實(shí)現(xiàn)城市綠化覆蓋率49.13%, 綠地率43.41%, 人均公園綠地15.69 m2。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)綠地系統(tǒng)規(guī)劃目標(biāo)中的各項(xiàng)指標(biāo), 建設(shè)成綠地系統(tǒng)各項(xiàng)功能完善、富有醴陵特色的城市生態(tài)環(huán)境, 醴陵市將長(zhǎng)期處于城市更新及綠地系統(tǒng)建設(shè)工作, 發(fā)掘城市中可建設(shè)綠色屋頂?shù)慕ㄖ^(qū)域能夠增加城市綠化面積。

圖1 醴陵市區(qū)位圖

Figure 1 Location map of Liling City

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文是基于GIS的地理數(shù)據(jù)源來(lái)進(jìn)行分析的(Arcmap10.5, Software ArcGIS, ESRI), GIS被認(rèn)為是一種適當(dāng)?shù)臎Q策支持工具, 用于分析和解決空間參考數(shù)據(jù)整合的問(wèn)題[18]。地理數(shù)據(jù)主要從醴陵市政管理局、醴陵市氣象局獲得。研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括: (1) 土地利用規(guī)劃地圖; (2) 部分區(qū)域地形圖（2016年更新); (3) 建筑平面圖(2016年更新); (4) 遙感衛(wèi)星圖(2009年、2015年)。

2.2 綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估方法

為了指出GRESs潛在區(qū)域, 針對(duì)研究區(qū)域現(xiàn)狀, 本文從空氣凈化、雨水截留、提供生物棲息地、熱環(huán)境調(diào)節(jié)這四個(gè)方面, 建立綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的空間評(píng)估方法, 以確定綠色屋頂高效益區(qū)域。

(1) 空氣凈化。硫化物、氮氧化物是我國(guó)主要的大氣污染物之一, 主要來(lái)源為工業(yè)和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣[19], 較高道路交通活動(dòng)區(qū)域?qū)?yīng)高水平的微粒和氣體污染[20]。根據(jù)建筑物高度與街道寬度不同, 臨近街道的植物所沉積的污染物越多, 街道內(nèi)空氣污染平均濃度較高并逐步向街道內(nèi)擴(kuò)散, 使得交通區(qū)空氣污染程度較高[21-22]。為了評(píng)估綠色屋頂緩解空氣污染的效益區(qū)域, 以城市的主要道路中線做緩沖區(qū)域, 取距離道路50 m內(nèi)區(qū)域?yàn)楦咝б? 距離為50—100 m的范圍為中等效益區(qū)域, 距離大于100 m的范圍為低效益區(qū)域, 并建立100 m的正方形網(wǎng)格進(jìn)行描述。

(2) 雨水截留。由于城市土地利用類(lèi)型的不同, 使得不同地表對(duì)雨水截留的程度存在差異。根據(jù)用地類(lèi)型對(duì)區(qū)域土地密封度的研究顯示, 在交通、商業(yè)、服務(wù)業(yè)、工業(yè)用地中, 土地密封度達(dá)到50%以上。對(duì)于教育、社會(huì)服務(wù)、體育場(chǎng)館等用地, 其配套綠化面積較大, 密封度一般為10%—40%。而公園綠地、墓地等用地幾乎不密封[23]。為表示現(xiàn)狀城市在雨水截留服務(wù)上的效益空間分布差異, 不同種類(lèi)用地的分類(lèi)情況詳見(jiàn)表1。

(3) 提供生物棲息地。醴陵市的發(fā)展和擴(kuò)張, 推動(dòng)了自然棲息地向城市土地利用的轉(zhuǎn)變, 嚴(yán)重降低生物多樣性。綠色屋頂為城市鳥(niǎo)類(lèi)、昆蟲(chóng)類(lèi)等動(dòng)物提供了棲息地和覓食點(diǎn), 較大面積的綠色屋頂提供更多食物來(lái)源[24]。并且靠近天然綠色區(qū)域的綠色屋頂, 成為流動(dòng)性物種額外棲息地的機(jī)會(huì)越高。因此, 考慮到綠色屋頂潛在區(qū)域分布的不均勻性和屋頂綠化面積限制, 建立綠色屋頂提供生物棲息地指標(biāo)的評(píng)估方法(詳見(jiàn)表1)。

(4) 熱環(huán)境調(diào)節(jié)。綠色屋頂植被冠層遮擋使土壤表面免受太陽(yáng)輻射的影響。Jim和Tsang研究表明, 綠色屋頂上的草地植被過(guò)濾了80％的太陽(yáng)輻射[25]。為獲得研究區(qū)域地表溫度, 利用2018年7月23日l(shuí)andsat8 OLI /TIRS影像數(shù)據(jù), 基于大氣校正法, 計(jì)算地表比輻射率、黑體輻射亮度等參數(shù), 對(duì)地表溫度進(jìn)行反演, 通過(guò)極差標(biāo)準(zhǔn)化處理得到醴陵市地表溫度, 并通過(guò)GIS自然分段法分級(jí)分類(lèi)。

表1 GRESs評(píng)估指標(biāo)

注: A1: 行政辦公用地; A2: 文化設(shè)施用地; A3: 教育科研用地; A4: 體育用地; A5: 醫(yī)療衛(wèi)生用地; A6: 社會(huì)福利設(shè)施用地; B:商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地; U: 公共設(shè)施用地; S: 交通設(shè)施用地; R:居住用地; M:工業(yè)用地; E:非建設(shè)用地; G: 綠地。

綜上所述, 將綠色屋頂空氣凈化、雨水截留、提供生物棲息地、熱環(huán)境調(diào)節(jié)地四個(gè)指標(biāo)的效益等級(jí)分別評(píng)分為3分(高效益)、2分(中效益)、1分(低效益)。將四個(gè)指標(biāo)疊加求和, 綜合效益等級(jí)分為: 高效益(9—12分)、中效益(6—8分)、低效益(3—5分)。取每個(gè)指標(biāo)中的高效益區(qū)域作為綠色屋頂生態(tài)服務(wù)重要區(qū)域。

2.3 已建成區(qū)建筑屋頂分類(lèi)方法

為了得到醴陵市現(xiàn)狀建筑中可進(jìn)行改建的低限制的建筑區(qū)域, 本文借助GIS平臺(tái)建立滿足改建為綠色屋頂條件的建筑空間分布數(shù)據(jù), 但鑒于半自動(dòng)、全自動(dòng)識(shí)別提取仍是計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像領(lǐng)域的難題[28], 本文結(jié)合監(jiān)督分類(lèi)與非監(jiān)督分類(lèi)圖像、多年份遙感圖像, 通過(guò)人機(jī)交互、目視解譯的方法進(jìn)行分類(lèi)。根據(jù)建筑年代、屋頂形式、建筑結(jié)構(gòu)材料、建筑功能等適建要素進(jìn)行分類(lèi)。

(1) 建筑年代。建筑年代是適建要素中的首要影響因素, 在醴陵市現(xiàn)狀建筑資源調(diào)查中發(fā)現(xiàn), 房齡大于20年的建筑占主要比重。故房齡較大建筑、歷史性建筑、城市遺產(chǎn)保護(hù)建筑不做改建考慮。一般來(lái)說(shuō), 公共建筑和商業(yè)建筑最適宜的更新周期為15—20年,其他建筑為20—25年, 醴陵市存在大量有安全隱患的老舊建筑, 等待更新。

(2) 屋頂形式。平屋頂、坡屋頂通常都可以建設(shè)為綠色屋頂, 對(duì)于相同的建筑高度和占地面積的屋頂來(lái)說(shuō), 坡屋頂較平屋頂綠化面積更大、太陽(yáng)輻射吸收量更大并且降低了臨近建筑墻面的輻射熱[29]。醴陵屬于湘東地區(qū), 雨水充足, 建筑屋頂形式多以坡屋頂為主。坡屋頂修建為粗放式綠色屋頂, 具有低維護(hù)、易生長(zhǎng)的特點(diǎn)。

(3) 建筑材料和結(jié)構(gòu)。由于可獲取的資料有限, 在對(duì)醴陵市遙感衛(wèi)星圖進(jìn)行解譯分類(lèi)時(shí), 通過(guò)圖像識(shí)別建筑屋頂?shù)牟牧? 輔助下一步人機(jī)交互分類(lèi)。根據(jù)圖像識(shí)別和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示, 醴陵市建筑屋頂材料主要有: 混凝土屋面、合成樹(shù)脂、琉璃瓦、彩鋼、陶土瓦、水泥瓦等。少數(shù)為綠色屋頂?，F(xiàn)狀建筑結(jié)構(gòu)中多數(shù)以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)。

(4) 建筑功能?？紤]商業(yè)及公共建筑修建綠色屋頂, 有助于提高經(jīng)濟(jì)效益, 滿足商業(yè)活動(dòng)需求; 調(diào)研過(guò)程中, 發(fā)現(xiàn)已有部分住宅建筑居民自發(fā)改建為綠色屋頂, 展現(xiàn)了居民在日常生活中對(duì)于屋頂自植的需求。醴陵市商業(yè)建筑、公共類(lèi)建筑、大部分住宅建筑均具備低投入改建為綠色屋頂?shù)臈l件。

3 結(jié)果與分析

3.1 醴陵市潛在GRESs效益分布

醴陵市潛在的GRESs高效益區(qū)域由各主干道圍合而成的商業(yè)、居住、產(chǎn)業(yè)類(lèi)建筑用地組成, 顯示出醴陵市高密度城區(qū)土地資源緊缺、人均綠地面積嚴(yán)重不足的問(wèn)題。醴陵市的老城區(qū)主要分布在淥江北至醴陵大道、南至泉湖路的范圍內(nèi), 是以商業(yè)及住宅用地構(gòu)成的建筑密集區(qū)域。老城區(qū)路網(wǎng)密度大、交織成網(wǎng)絡(luò), 對(duì)各個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能都有較高的需求, 尤其是在雨水截留服務(wù)上有大面積的潛在受益區(qū)域。在提供生物棲息地功能的分布上, 體現(xiàn)為沿城郊兩側(cè)分布, 城區(qū)內(nèi)沿淥江分布和點(diǎn)狀綠地分布。另外, 城區(qū)東、南、北邊界, 工業(yè)分布零散, 也表現(xiàn)出了對(duì)氣候調(diào)節(jié)、提供生物棲息地和雨水截留功能的需求, 空間分布詳見(jiàn)圖2。從綜合效益分布來(lái)看, 醴陵市大部分區(qū)域都處于綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高效益區(qū)域, 顯示出了城市生態(tài)空間稀缺的問(wèn)題。

以生態(tài)服務(wù)高效益區(qū)域作為潛在的GRESs地域范圍, 面積為20.3 km2, 占研究區(qū)域總面積63.8%, 未來(lái)新修建綠色屋頂應(yīng)在GRESs潛力地域范圍內(nèi)。

圖2 醴陵市GRESs效益分布

Figure 2 Benefit distribution of GRESs in Li Ling

3.2 已建建筑的空間分布

老城區(qū)多數(shù)為20世紀(jì)90年代所建的多層建筑, 建筑高度并非限制綠色屋頂實(shí)施的主要因素, 建筑基礎(chǔ)條件參差不齊, 導(dǎo)致在建筑年齡、結(jié)構(gòu)、資金投入方面的限制更大。故將醴陵市已建成區(qū)域建筑分為A類(lèi)(影像為平屋頂、無(wú)障礙物)、B類(lèi)(非瓦片式坡屋頂、影像清晰的新建坡屋頂、廠房屋頂)、C類(lèi)(瓦片等有障礙物的屋頂、影像不清晰的坡屋頂、瓦片屋頂、老舊建筑屋頂)、D類(lèi)(綠色屋頂、影像清晰地表現(xiàn)為綠色的屋頂)。表2、圖3在空間上表示出醴陵市屋頂?shù)姆诸?lèi)與分布情況。

由圖3可以看出, B、C類(lèi)建筑是醴陵市的主要建筑形式, A、D類(lèi)建筑則散布在城市的一些區(qū)域, 但呈現(xiàn)出在城市中部區(qū)域聚集、向南北方向發(fā)展的特點(diǎn)。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)顯示, A類(lèi)、D類(lèi)建筑改建為綠色屋頂?shù)臐摿ψ畲? 作為低限制改建類(lèi), 面積為0.72 km2; B類(lèi)改建為綠色屋頂所受限制較大, 所需資金投入高; C類(lèi)結(jié)構(gòu)及材料等基礎(chǔ)條件不佳, 暫不考慮改建為綠色屋頂, 多數(shù)小城市中此類(lèi)建筑面積占比最大。

圖3 醴陵市建筑屋頂空間分布

Figure 3 Spatial distribution of building roof in Li Ling

表2 已建屋頂分類(lèi)統(tǒng)計(jì)

3.3 醴陵市綠色屋頂修建的潛力區(qū)域

將低限制屋頂(A、D類(lèi))與GRESs高效益區(qū)域疊加, 并且建立了100 m的網(wǎng)格進(jìn)行描述, 面積分布情況詳見(jiàn)表3和圖4。其中, 將0.53 km2(11.9%)的低限制建筑視為最具有實(shí)施潛力的區(qū)域。

由表3的統(tǒng)計(jì)可知, 位于雨水截留服務(wù)高效益區(qū)域的建筑占比最大, 位于生物棲息地服務(wù)高效益區(qū)域的建筑占比最小。結(jié)果再次顯示出, 醴陵市現(xiàn)狀城市存在著嚴(yán)重的綠地分布不均及城中綠地面積較少的問(wèn)題。

根據(jù)圖4中表示的具有實(shí)施潛力的現(xiàn)狀建筑分布情況, 可以看出醴陵市潛力區(qū)域的面積占比分布特點(diǎn)。沿醴陵大道-玉瓷路-濱江路-瓷城大道-左權(quán)路形成建筑面積大于0.2%的線狀綠色屋頂適建區(qū), 主要道路交叉點(diǎn)、老城區(qū)居民區(qū)域、南北工業(yè)集中區(qū)域形成建筑面積大于0.5%的點(diǎn)狀綠色屋頂適建區(qū)。

表3 GRESs高效益區(qū)域中低限制建筑的面積占比

注: 表中m表示位于GRESs高效益的建筑屋頂?shù)拿娣e/總建筑面積; n表示位于GRESs高效益的建筑屋頂?shù)拿娣e/研究區(qū)域面積

圖4 高效益區(qū)域中的低限制類(lèi)建筑面積分布

Figure 4 Distribution of low-restriction buildings in high-efficiency areas

4 醴陵市綠色屋頂規(guī)劃分析

4.1 “生態(tài)源地-廊道-節(jié)點(diǎn)”規(guī)劃結(jié)構(gòu)

眾多的學(xué)者采用“生態(tài)源地-廊道-節(jié)點(diǎn)”的生態(tài)結(jié)構(gòu)范式, 來(lái)構(gòu)建城市生態(tài)空間格局[30]。綠色屋頂生態(tài)空間屬于城市生態(tài)空間的一部分, 根據(jù)醴陵市綠色屋頂生態(tài)空間潛力區(qū)域的評(píng)估結(jié)果, 借用此生態(tài)結(jié)構(gòu)可指導(dǎo)綠色屋頂規(guī)劃的內(nèi)容。以下, 對(duì)醴陵市生態(tài)源地、綠色屋頂重要實(shí)施片區(qū)、生態(tài)廊道以及生態(tài)節(jié)點(diǎn)做出闡述。

(1) 確定醴陵市生態(tài)源地和綠色屋頂重要實(shí)施片區(qū)

生態(tài)源地是指生態(tài)空間重的主要景觀斑塊, 是物質(zhì)、能量運(yùn)動(dòng)和生態(tài)功能服務(wù)的源頭[31-32]。綠色屋頂是在既定的城市中建立起來(lái)的, 城市生態(tài)源地是已經(jīng)形成的各類(lèi)土地覆被的斑塊, 綠色屋頂在這些斑塊的基礎(chǔ)上, 起到補(bǔ)充立體生態(tài)源地范圍的作用。圖5為醴陵市綠地規(guī)劃分布圖, 由圖5可知醴陵市規(guī)劃各類(lèi)型的綠地區(qū)域在空間上呈現(xiàn)以東、西林帶為屏障, 城市向南、北擴(kuò)張的特點(diǎn)。綠色屋頂作為增加生態(tài)空間的手段, 常常被用于城市建設(shè)密集區(qū)域。因此, 將2017年醴陵市規(guī)劃已建成區(qū)域的綠地區(qū)域作為生態(tài)源地空間。

圖5 醴陵市已建成區(qū)綠地規(guī)劃圖

Figure 5 Green space plan of Liling

根據(jù)醴陵市綠色屋頂生態(tài)空間的分布情況, 將具有環(huán)境改善需求(熱環(huán)境改善嚴(yán)重區(qū)、雨洪需求較高區(qū)、道路密度較大區(qū)域等)、景觀提升需求(淥江沿線、主城商業(yè)區(qū))的區(qū)域劃分為綠色屋頂重要區(qū)域, 其他區(qū)域則為一般區(qū)域。圖6中顯示了重要實(shí)施區(qū)域與現(xiàn)狀生態(tài)源地之間的關(guān)系, 重要實(shí)施區(qū)域主要與城市公園綠地、防護(hù)綠地有較多的重合, 值得一提的是, 綠色屋頂重要實(shí)施區(qū)域還是主要位于城中綠地稀少的區(qū)域, 這使得修建綠色屋頂具有平衡城市綠地空間分布的意義。

(2) 確定醴陵市綠色屋頂規(guī)劃的生態(tài)廊道

生態(tài)廊道是生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中源地之間生物空間遷移的通道, 是各生態(tài)斑塊之間保持生態(tài)流和生態(tài)功能連通的載體[33]。醴陵市道路系統(tǒng)完善, 綠色屋頂潛力區(qū)域與路網(wǎng)重疊較多, 且大部分道路都有防護(hù)綠地配套, 是城市鳥(niǎo)類(lèi)等飛禽的棲息地和覓食點(diǎn)[7]。構(gòu)建城市綠色屋頂生態(tài)廊道, 可以提取城市主要道路的防護(hù)綠地作為綠色屋頂生態(tài)廊道的基礎(chǔ), 沿線對(duì)具有潛力的建筑進(jìn)行綠色屋頂改造, 為源地之間物種潛力和能量流通架起橋梁。城市主干道對(duì)應(yīng)主干廊道, 在醴陵市呈現(xiàn)環(huán)狀循環(huán)貫通; 次干道形成次級(jí)廊道, 連接城市周邊較大面積的生態(tài)源地; 城市其他道路連接主、次廊道, 盡可能奪得連接重要生態(tài)源地和促進(jìn)不同組團(tuán)源地之間的有效連接。如圖7可知醴陵市主、次景觀道路的分布情況, 可以看出, 醴陵市城市空間有向北、向東擴(kuò)張的趨勢(shì), 綠色屋頂生態(tài)廊道將成為連接部分新、舊城市生態(tài)空間的媒介。

圖6 醴陵市綠色屋頂重要實(shí)施區(qū)域

Figure 6 Important implementation area of green roof in Li Ling

圖7 醴陵市已建成區(qū)綠地規(guī)劃圖

Figure 7 Road landscape planning of Li Ling

圖8 醴陵市綠色屋頂規(guī)劃框架

Figure 8 Green roof planning framework of Li Ling

(3) 確定醴陵市綠色屋頂規(guī)劃的生態(tài)節(jié)點(diǎn)

生態(tài)節(jié)點(diǎn)是指在景觀空間中連接相鄰生態(tài)源地、并對(duì)生態(tài)流運(yùn)行起到關(guān)鍵作用的區(qū)域, 一般分布于生態(tài)廊道上生態(tài)功能最薄弱處, 起到鞏固、加強(qiáng)作用[34]。識(shí)別醴陵市綠色屋頂生態(tài)空間節(jié)點(diǎn)有助于恢復(fù)和增加原有綠地的景觀斑塊功能, 也可以起到生態(tài)空間恢復(fù)和連通功效。在節(jié)點(diǎn)區(qū)域內(nèi), 可以適當(dāng)減少對(duì)綠色屋頂?shù)娜宋幕顒?dòng), 以生態(tài)恢復(fù)和植物景觀營(yíng)造為主。綠色屋頂節(jié)點(diǎn)是依附于城市建筑而言的, 考慮面積較大的、距離較小的園林式企業(yè)、學(xué)校等區(qū)域作為綠色屋頂節(jié)點(diǎn), 是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)雙贏的一種形式。企業(yè)園林化、城市灰色空間美化也是醴陵市面臨的重點(diǎn)工作之一。

4.2 醴陵市綠色屋頂生態(tài)空間框架

上文提取了醴陵市生態(tài)源地、綠色屋頂重要片區(qū)、綠色屋頂生態(tài)廊道、生態(tài)節(jié)點(diǎn), 在此基礎(chǔ)上, 本小節(jié)提煉出綠色屋頂?shù)囊?guī)劃的框架(如圖8所示)。

(1) 分期規(guī)劃, 重點(diǎn)建設(shè)。可按照重要節(jié)點(diǎn)-優(yōu)先區(qū)域-道路生態(tài)廊道的分期規(guī)劃進(jìn)行實(shí)施。重點(diǎn)改建重要節(jié)點(diǎn)處具有實(shí)施潛力的建筑群, 優(yōu)先建設(shè)實(shí)施潛力較大的區(qū)域, 逐步形成大面積的城區(qū)綠地斑塊, 再通過(guò)道路兩側(cè)綠色屋頂形成生態(tài)廊道, 構(gòu)建醴陵市綠色屋頂生態(tài)框架。

(2) 空間互補(bǔ), 全域網(wǎng)絡(luò)。綠色屋頂優(yōu)先建設(shè)區(qū)域主要位于中部區(qū)域, 以醴泉路-醴陵大道, 玉瓷路-濱江路, 瓷城大道, 左權(quán)路, 立三大道形成五大生態(tài)廊道貫穿城區(qū)全域空間, 補(bǔ)充了醴陵市在南部、北部及中部綠地規(guī)劃的不足。形成“五重要節(jié)點(diǎn)、四優(yōu)先區(qū)域、五主要廊道、構(gòu)建全域網(wǎng)絡(luò)”的醴陵市綠色屋頂生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

本文基于醴陵市各項(xiàng)地理數(shù)據(jù), 構(gòu)建了綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛力評(píng)估方法, 提出了綠色屋頂生態(tài)空間網(wǎng)絡(luò)框架, 結(jié)論如下: (1) 醴陵市潛在的綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的分布存在明顯的空間差異, 呈現(xiàn)由老城區(qū)向城郊減弱、由城區(qū)中心逐漸向四周擴(kuò)散的特征, 老城區(qū)和新城區(qū)的工業(yè)用地都具有較高的生態(tài)服務(wù)需求。數(shù)據(jù)表明, 位于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高效益區(qū)域面積為20.3 km2, 為研究區(qū)域總面積的63.8%。(2) 醴陵市綠色屋頂修建在建筑年齡、結(jié)構(gòu)、資金投入方面的限制較大。不適宜改建建筑約占總建筑面積46.25%, 適宜修建的低限制建筑占15.86%。(3) 醴陵市綠色屋頂潛力區(qū)域的空間分布, 呈現(xiàn)出了明顯的點(diǎn)、線、面的分布特征。根據(jù)低限制建筑與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)高效益疊加的分析結(jié)果, 劃定具有綠色屋頂實(shí)施潛力的區(qū)域?yàn)?.53 km2(11.9%)。(4) 提取“生態(tài)源地-廊道-節(jié)點(diǎn)”的生態(tài)結(jié)構(gòu)作為綠色屋頂生態(tài)空間規(guī)劃的結(jié)構(gòu), 以“分期規(guī)劃, 重點(diǎn)建設(shè)”、“空間互補(bǔ), 全域網(wǎng)絡(luò)”為原則, 形成“五重要節(jié)點(diǎn)、四優(yōu)先區(qū)域、五主要廊道、全域網(wǎng)絡(luò)”的醴陵市綠色屋頂生態(tài)空間格局。

5.2 討論

現(xiàn)狀建筑分類(lèi)問(wèn)題。對(duì)醴陵市現(xiàn)狀建筑的分類(lèi), 主要采取監(jiān)督分類(lèi)與非監(jiān)督分類(lèi)圖像、多年份遙感圖像, 通過(guò)人機(jī)交互、目視解譯的方法。分類(lèi)過(guò)程中受到了作業(yè)人員的主觀判斷影響, 導(dǎo)致現(xiàn)狀屋頂提取不全或少數(shù)錯(cuò)誤判別, 為了提高研究精度, 故只將影像清晰表現(xiàn)為平屋頂及綠色屋頂?shù)膮^(qū)域分類(lèi)為低限制建筑, 提高B、C類(lèi)建筑分類(lèi)方法也成為下一階段工作之一。

實(shí)施細(xì)則及管治方式問(wèn)題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度考慮, 我國(guó)城市化進(jìn)程的快速推進(jìn), 城市建筑及空間類(lèi)型逐步發(fā)生變化。若將綠色屋頂納入整體生態(tài)空間建設(shè)體系中, 則需要政府制定相關(guān)法律法規(guī)以及實(shí)施細(xì)則, 強(qiáng)制或鼓勵(lì)修建綠色屋頂并由政府補(bǔ)助或捐資等形式降低資金投入的壓力。因此, 綠色屋頂建設(shè)和管治方法還需進(jìn)一步深入研究。

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Potential assessment and planning of green roof ecosystem services in Li Ling

YANG Jie1, ZHOU Dongdong1, PENG Zhonghua2,*

1.Tongji Architectural Design Co., Ltd, Chongqing Branch, Chongqing 401120, China 2.College of Landscape Architecture, Central South University of Forestry & Technology, Changsha, Hunan 410004, China

In recent years, ecosystem service assessment has been gradually applied to the planning and construction of urban green infrastructure. The effective way to increase urban ecological space is to explore the green roof potential area which can provide high ecological benefits. In order to provide ecological services in four aspects including urban thermal environment regulation, rain water conservation, air purification and ecological habitat, the potential area of the green roof ecological space in Li Ling City is determined with the help of the GIS platform, and the planning strategy is put forward, which provides a reference for Li Ling City to perfect the urban ecological space structure and coordinate the human-environment interaction in the form of green roof. The research reveals as follows: (1) In the assessment of the potential green roof ecosystem services in Li Ling City, 20.3 km2area is divided into high-efficiency service areas, accounting for 63.8% of the total study area. (2) Building age, structure and capital are the main limiting factors for green roof construction in small cities. In the current buildings, the buildings unsuitable for reconstruction account for 46.25% of the total building area, and the buildings with low restrictions account for 15.86%. (3) Through the superposition analysis, the low-limit reconstructing buildings in high-efficiency area are functioned as the potential area of the green roof ecological space in Li Ling City, covering the area of 0.53 km2. (4) With the structure of "ecological source - corridor - node" in combination with Li Ling City's green space system planning, the green roof ecological spatial pattern is constructed. Based on the following two principles "phased planning with key construction" and "space complementation with global network", the green roof ecological network of Li Ling City is formed, which includes "five important nodes, four priority areas, five main corridors, and global network". The proposed potential assessment of the green roof ecosystem services as well as the planning strategy can not only provide a basis for establishing green roofs and optimizing the urban spatial framework in Li Ling City, but also provide a reference for other small cities to add ecological space in the form of green roofs.

green roof; ecosystem services; potential assessment; GIS; air quality; rainwater retention; biodiversity

楊潔, 周東東, 彭重華. 醴陵市綠色屋頂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)潛力評(píng)估及規(guī)劃[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(1): 120–128.

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10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.016

P901; TU985

A

1008-8873(2021)01-120-09

2020-02-17;

2020-03-12

國(guó)家公益性行業(yè)(林業(yè))科研專(zhuān)碩(201404710); 湖南省教育廳“十二五”重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目(2011－76)和國(guó)家林業(yè)局重點(diǎn)學(xué)科(林人發(fā)〔2016〕21號(hào))

楊潔(1994—), 女, 重慶人, 碩士, 研究方向: 風(fēng)景園林工程與技術(shù), E-mail: 790254562@qq.com

彭重華(1954—), 男, 湖南邵陽(yáng)武岡人, 博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事景觀植物及生態(tài)學(xué)方向, E-mail: 345492902@qq.com