城市綠地生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化策略研究

陳強(qiáng) 張鵬 李桂榮

摘要：城市綠地生態(tài)系統(tǒng)是城市之“肺”，它為實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展提供了路徑。合理布局城市綠地是發(fā)揮生態(tài)效益服務(wù)功能的關(guān)鍵所在，對(duì)城市建設(shè)也具有重要的指導(dǎo)意義。本文利用GIS技術(shù)對(duì)濟(jì)南市歷下區(qū)綠地進(jìn)行分析，并提出匯廊成網(wǎng)、增設(shè)防護(hù)綠地、增加節(jié)點(diǎn)建設(shè)等優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)的方法，旨在最大限度地發(fā)揮綠地的生態(tài)功能。

關(guān)鍵詞：GIS;城市綠地生態(tài)系統(tǒng);綠地布局優(yōu)化;生態(tài)功能

中圖分類號(hào)：TU985 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2021）10-00-02

0 引言

無(wú)論是對(duì)遠(yuǎn)古時(shí)期火山爆發(fā)后空氣的凈化，還是現(xiàn)在對(duì)工業(yè)文明造成的各類污染的防治與修復(fù)，植物都是不可或缺的因素，甚至是決定性的因素。地球的自然生態(tài)系統(tǒng)在演替與進(jìn)化中形成了穩(wěn)定的自然植物群落，這些群落自始至終都起著維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的作用[1-2]。人類的出現(xiàn)、工業(yè)文明的發(fā)展以及城鎮(zhèn)化速度的加快給原生自然生態(tài)系統(tǒng)造成了破壞。人類的活動(dòng)領(lǐng)域中一般會(huì)配置一部分人工植物群落，它們多以園林綠化的形式出現(xiàn)[3]。這些園林植物配置突出了美學(xué)功能，但其生態(tài)功能仍存在欠缺，值得商榷，尤其是不同人類活動(dòng)場(chǎng)所中園林植物的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力亟待研究[4]。在城市的建設(shè)中使用與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特點(diǎn)和氣候相符的植物，能最大限度地提升城市景觀的美景度。因此，在對(duì)城市景觀進(jìn)行建設(shè)時(shí)既要保證景觀的美景度，還要注意生態(tài)群落之間的聯(lián)系[5]。要通過(guò)對(duì)不同地區(qū)之間生態(tài)環(huán)境的差異的分析，進(jìn)行有針對(duì)性的景觀格局建設(shè)，從而提高城市綠化水平[6]。

1 城市綠地生態(tài)系統(tǒng)概述

城市開(kāi)敞空間需要統(tǒng)一的有聯(lián)系的規(guī)劃設(shè)計(jì)，可以通過(guò)對(duì)植物、建筑和水體的搭配形成適宜的生態(tài)景觀。不同的生態(tài)景觀通過(guò)物質(zhì)能量的交換和聯(lián)系而形成的總的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)就是城市綠地生態(tài)系統(tǒng)[7-8]。

城市綠地的作用有以下四個(gè)方面的作用。

第一，改善城市生態(tài)環(huán)境。合理的城市綠地建設(shè)可以通過(guò)對(duì)植物的搭配形成生態(tài)效果。綠化植物可以吸收空氣中的一氧化碳、二氧化硫等有害氣體，排放氧氣，提升空氣潔凈度;其蒸騰作用也可以提高城市小環(huán)境的空氣濕度，改善城市小氣候[9];綠地植物還可以有效吸收噪音。對(duì)城市景觀綠地植物進(jìn)行有針對(duì)性的選擇可以顯著提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，保證生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性。

第二，服務(wù)城市居民。城市居民需要休閑娛樂(lè)的活動(dòng)場(chǎng)所，城市綠地在保障生態(tài)效益功能的同時(shí)，還可以為文化活動(dòng)提供場(chǎng)地。它可以利用自身的生態(tài)效益，消除人們的疲憊感，其景觀也可以讓游覽者得到精神層面的享受，它還可以為人們提供社交場(chǎng)所，為不同階層和年齡段的人們服務(wù)。良好的綠地景觀會(huì)吸引人們前往，從而促進(jìn)城市旅游業(yè)的發(fā)展，提升城市經(jīng)濟(jì)的活躍度，帶動(dòng)生態(tài)綠地景觀所在城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

第三，服務(wù)和防災(zāi)功能。當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時(shí)，城市綠地可以為城市居民提供緊急避險(xiǎn)的場(chǎng)地，有些城市綠地中甚至有地下防空洞，它可以有效保障人民的生命安全。比如當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，城市綠地可以作為隔離帶，吸收熱量，減緩或阻止火勢(shì)蔓延，為人們提供疏散逃離的時(shí)間。再比如我國(guó)南方地區(qū)地震多發(fā)，城市綠地可以為群眾提供災(zāi)后安置場(chǎng)所，同時(shí)也可以為救援人員提供休息的場(chǎng)所。

第四，環(huán)境污染預(yù)警。部分植物對(duì)環(huán)境的污染物質(zhì)較為敏感，將其使用到城市綠地建設(shè)中可以對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行預(yù)警。當(dāng)污染物質(zhì)（如二氧化硫）到達(dá)一定的濃度后，部分植物的生態(tài)性狀就會(huì)發(fā)生變化，能讓人們較為直觀地發(fā)現(xiàn)污染，及時(shí)做出應(yīng)對(duì)。

2 城市綠地特點(diǎn)

2.1 破碎性和不穩(wěn)定性

各種建筑分割了城市綠地，讓其變得破碎。受交通道路的影響城市綠地往往呈帶狀。城市綠地被分割后，相互之間的物質(zhì)能量交流變少，城市綠地生態(tài)系統(tǒng)變得脆弱且不穩(wěn)定。

2.2 服務(wù)范圍呈梯度狀

綠地服務(wù)范圍受到人口密度、交通網(wǎng)絡(luò)密度和綠地面積大小的影響，其服務(wù)能力由近到遠(yuǎn)逐漸降低。城市中心綠地分布較多，向周圍城鎮(zhèn)擴(kuò)散時(shí)，綠地?cái)?shù)量依次減少。

3 研究方法

3.1 研究區(qū)域概況

歷下區(qū)位于山東省濟(jì)南市的東部，其總面積為100.89km2。區(qū)域北部地形平坦，南部多為山地丘陵，地勢(shì)南高北低（如圖1），處于溫帶季風(fēng)性氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。

3.2 城市綠地信息的提取

本文以2021年遙感影像為數(shù)據(jù)源，并通過(guò)ENVI5.3.1版本遙感圖像處理平臺(tái)對(duì)所獲取地區(qū)圖片進(jìn)行網(wǎng)格化處理，然后對(duì)綠地區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行識(shí)別統(tǒng)計(jì)，最終根據(jù)行政區(qū)劃圖，對(duì)影像面積和形狀進(jìn)行裁剪，得到歷下區(qū)的綠地統(tǒng)計(jì)圖（如圖2）。

4 研究結(jié)果

4.1 歷下區(qū)綠地面積統(tǒng)計(jì)

通過(guò)ENVI5.3.1版本軟件對(duì)柵格數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，每個(gè)柵格面積是1.19x1.19m，計(jì)算出歷下區(qū)的總綠地面積約為52.863km2，約歷下區(qū)占總面積的51%。

4.2 綠地固碳釋氧量

綠地植被的光合作用能有效增加空氣中的氧氣含量，調(diào)節(jié)大氣中的碳氧平衡。本文根據(jù)碳通量監(jiān)測(cè)技術(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，平均每公頃綠地吸收的二氧化碳為5.67t，再結(jié)合歷下區(qū)綠地的總面積，用綠地釋放氧氣和吸收二氧化碳的平均值和綠地總面積的乘積計(jì)算，得出歷下區(qū)綠地的固碳釋氧量，每年吸收二氧化碳29973t，釋放氧氣10991t。

4.3 吸收二氧化硫量

部分植被可以吸收空氣中的污染物質(zhì)并將其轉(zhuǎn)化為自身需要的物質(zhì)。它們?cè)诒Ｕ献陨碚ＩL(zhǎng)的同時(shí)，還降低了空氣中的污染物含量，提升了空氣的潔凈度，使城市環(huán)境更適合人類居住。我們結(jié)合前文所得的綠地總面積，將各種植被吸收二氧化硫量的平均數(shù)值與對(duì)應(yīng)的綠地面積相乘，得出綠地吸收二氧化硫氣體的總量，每年可吸收二氧化硫量為12.467t。

5 城市綠地生態(tài)系統(tǒng)存在問(wèn)題及優(yōu)化策略

5.1 存在問(wèn)題

5.1.1 布局不夠合理

歷下區(qū)各綠地布局過(guò)于分散，廊道建設(shè)不完整，景觀破碎度指數(shù)高，各斑塊間分離度較高，景觀質(zhì)量參差不齊。各綠地生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系不夠緊密，缺乏物質(zhì)能量的交流互換。綠地主要集中于南部山區(qū)，生態(tài)效益得不到充分發(fā)揮。城區(qū)內(nèi)公園分布不均，部分公園服務(wù)半徑重合，公共綠地資源得不到有效利用。

5.1.2 生態(tài)功能不完善

從歷下區(qū)生態(tài)效益評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)看，其生態(tài)功能體系還不完善，沒(méi)有充分發(fā)揮綠地系統(tǒng)的生態(tài)功能。歷下區(qū)綠地對(duì)抗污染樹(shù)種的使用較少，不能最大限度發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的功能。此外，綠地生態(tài)系統(tǒng)之間聯(lián)系較少，缺乏生物和能量流動(dòng)。

5.1.3 養(yǎng)護(hù)管理不到位

人們?cè)诮ㄔO(shè)綠地景觀時(shí)往往過(guò)于追求工期進(jìn)度，忽略了植物移栽后的生長(zhǎng)狀況。綠化樹(shù)種移栽后生命力較弱，如果沒(méi)有得到合理的養(yǎng)護(hù)管理，極易出現(xiàn)葉片發(fā)黃、萎蔫，甚至枯死。

5.2 城市綠地系統(tǒng)優(yōu)化策略

5.2.1 匯廊成網(wǎng)

要解決歷下區(qū)綠地的生態(tài)問(wèn)題，就要將區(qū)內(nèi)道路景觀與河道景觀相互串聯(lián)，促進(jìn)綠色廊道和藍(lán)色廊道的物質(zhì)能量交換。第一，可以加強(qiáng)道路和河道綠地節(jié)點(diǎn)的建設(shè)，通過(guò)數(shù)量豐富的綠地景觀節(jié)點(diǎn)構(gòu)建穩(wěn)定的整體的生態(tài)系統(tǒng)。第二，維護(hù)生態(tài)環(huán)境的整體性，結(jié)合河道景觀生態(tài)系統(tǒng)和道路景觀生態(tài)系統(tǒng)，讓二者之間相互促進(jìn)，二者的物質(zhì)能量相互流動(dòng)，以維持生物種類的豐富性、多樣性。道路景觀生態(tài)系統(tǒng)主要包括行道樹(shù)生態(tài)系統(tǒng)和帶狀綠地生態(tài)系統(tǒng)。歷下區(qū)南部綠地資源較為豐富，北部城區(qū)內(nèi)主要以道路林為主，如經(jīng)十路等都有高質(zhì)量的綠化。第三，可以通過(guò)擴(kuò)建面積和增加建設(shè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。歷下區(qū)范圍內(nèi)的主要包括大辛河、窯頭大溝、東濼河等河道，河道兩側(cè)有防護(hù)綠地?？梢栽诤拥纼蓚?cè)增建寬度不小于10m的河道防護(hù)林帶，以維持河道生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，為人類活動(dòng)的影響提供緩沖空間。

5.2.2 增設(shè)防護(hù)綠地

歷下區(qū)防護(hù)綠地建設(shè)不全，綠化帶的作用達(dá)不到預(yù)期效果?？梢栽诘缆穬蓚?cè)建立足夠?qū)挾鹊姆雷o(hù)綠地、防護(hù)林，盡可能地降低人為因素產(chǎn)生的影響。還將景觀綠地建設(shè)在道路的交匯處，最大限度地保證生態(tài)廊道的連續(xù)性和流動(dòng)性。

5.2.3 增加節(jié)點(diǎn)建設(shè)

歷下區(qū)范圍內(nèi)獨(dú)立的綠地主要以山體和公園綠地為主。區(qū)域南部整體綠地多，有千佛山、龍洞風(fēng)景區(qū)等，可通過(guò)道路廊道進(jìn)行生物交換。而北部目前居住區(qū)占據(jù)了絕大部分空間，缺少面積較大的綠地，可以在生態(tài)廊道的交叉地進(jìn)行景觀節(jié)點(diǎn)建設(shè)，保障和增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)之間的物質(zhì)能量流動(dòng)。還可以結(jié)合當(dāng)?shù)匚幕瘋鹘y(tǒng)，建設(shè)有意義、合理和美景度高的景觀節(jié)點(diǎn)。

5.2.4 屋頂綠化

屋頂綠化建設(shè)可以增加城市綠量，還可以緩解熱島效應(yīng)，在降噪除塵的同時(shí)為建筑隔熱保溫，其基質(zhì)層和植被層還能滯蓄雨水。輕型綠色建筑可以快速顯現(xiàn)景觀效果，它還具有生態(tài)功能突出、成本低、易維護(hù)的特點(diǎn)。狗牙根、黑麥草和高羊茅在屋頂環(huán)境中生長(zhǎng)狀況優(yōu)秀，適應(yīng)能力和抗逆性較強(qiáng)，可用于輕型屋頂綠化的設(shè)計(jì)。屋頂綠化能使建筑頂部空間得到利用，有利于解決城市綠化用地緊張問(wèn)題，緩解城市生態(tài)環(huán)境困境，促進(jìn)生態(tài)城市建設(shè)。

6 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)GIS技術(shù)對(duì)濟(jì)南市歷下區(qū)綠地面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)歷下區(qū)的總綠地面積約為52.863km2，達(dá)到歷下區(qū)總面積的51%。并提出廊匯成網(wǎng)、增設(shè)防護(hù)綠地、增加節(jié)點(diǎn)建設(shè)等優(yōu)化城市生態(tài)系統(tǒng)的方法，以期為后續(xù)城市可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)

參考文獻(xiàn)：

[1] 常守志.基于生態(tài)流的城市景觀生態(tài)變化與優(yōu)化研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2019.

[2] 郭宏斌，王菲.城市生態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建研究[J].現(xiàn)代園藝，2019（07）：157-158.

[3]孟楠.基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的城市綠地格局優(yōu)化研究[D].重慶：西南大學(xué)，2019.

[4] 楊盼盼.基于RS和GIS技術(shù)的城市綠地綜合評(píng)價(jià)及生態(tài)綠地系統(tǒng)構(gòu)建[D].濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2014.

[5] 木皓可，高宇，王子堯，等.供需平衡視角下城市公園綠地服務(wù)水平與公平性評(píng)價(jià)研究——基于大數(shù)據(jù)的實(shí)證分析[J].城市發(fā)展研究，2019，26（11）：10-15.

[6] 唐由海，王靖雯.基于“公園城市”理念與方法的宜賓城市中心區(qū)城市設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2019，45（11）：11-13.

[7] 陳玲，賈佳，王海慶.高分遙感在自然資源調(diào)查中的應(yīng)用綜述[J].國(guó)土資源遙感，2019，3l（01）：1-7.

[8] 胡凱富，成超男，鄭曦.基于“源·匯”理論的城市綠地空間格局構(gòu)建與優(yōu)化研究[J].北京規(guī)劃建設(shè)，2018（04）：65-68.

[9] 肖榮波，周志翔，王鵬程. 3S技術(shù)在城市綠地生態(tài)研究中的應(yīng)用[J].生態(tài)學(xué)雜志，2004（06）：71-76.

作者簡(jiǎn)介：陳強(qiáng)（1979—），男，山東新泰人，博士，副教授，系本文通訊作者，研究方向：園林植物逆境響應(yīng)機(jī)制、園林植物應(yīng)用與生態(tài)設(shè)計(jì)、立體綠化與人居生態(tài)環(huán)境互作調(diào)控機(jī)制。