城市道路绿化景观生态单元提质改造评价研究

李春涛，陈海玲，陶晓

(1.安徽农业大学 林学与园林学院，合肥，230031；2.安徽艺术职业学院，合肥 230031)

0 引言

道路是城市的重要基础设施，占整个国土面积的1%-2%，其生态学影响范围为国土面积的15%-20%[1]，Fomran 认为在未来10 年内应将道路生态学研究作为科学与应用研究的前缘[2]。2011 年在美国交通运输学会(TRB)会议上针对中国道路生态学问题的阐述，引起了广泛重视[3]，道路对城市人居环境影响也日益突出[4]。本文将从生态单元理论角度进行研究。

国外对生态单元研究起步于1908 年，F.Dahl提出的生态单元是指任何可以圈定的动植物可以生存的空间[5]。在20 世纪90 年代，Forman 教授再次融入了景观生态学理论，依据景观相关尺度和包含特定物种进行界定[6]，因此生态单元可以被看成是一个特定尺度下，环境条件一致的景观单元，比如一处湿地或者一片开敞的草地，他们的特点都是含有特殊环境和特定的生物群体，并认为在园林设计小尺度也可实现，例如道路生态单元可以按道路上形成的不同性质的绿地来界定。这为生态单元引导景观设计提供了理论依据。国内外相关理论研究皆为宏观尺度，在自然保护或生态区域生态规划应用广泛，至2000 年德国完成了2000 多个小城市以及乡村的生态单元图谱[7]用于生态规划。英国、瑞典、土耳其、日本、韩国、新西兰、巴西等国家也在进行生态单元图谱绘制和研究，以便应用生物学和生态学信息来保护生态系统，同时能够为城市规划和绿化设计提供更多的生态信息，以及富有层次和生命力的城乡景观等信息[8]。我国基于生态单元图谱的调查研究成果的应用范围逐渐拓宽，大部分都落实到宏观的规划层面，孟伟庆运用生态单元制图建立数据库，为西部规划提供大数据支持[9]。赵振斌等运用GⅠS 和RS 技术绘制出西安市南郊城乡过渡带生态单元图谱，评价生态单元的保护价值以构建城市生境链[10]。黄化等将村落作为一个由山林、水系、田地、建筑为主要景观要素构成的生态单元来分析形态模式[11]；赵兵以苏州市花桥镇为例对城乡生态单元分类、评价与制图进行了研究[12]。综上所述，生态单元大部分是运用在宏观规划层面，在微观层面的绿化景观设计中的道路绿化景观质量和评价上较少。

1 研究方法与指标体系确定

安徽省安庆市属于亚热带湿润季风气候，具有季风明显、四季分明、气候温和、雨量适中、无霜期长、梅雨显著等特点。振风大道是安庆市城区贯穿东西的景观大道，西起龙眠山路，东接秦潭湖，其周边为公共绿地和行政办公区，研究道路长度为48 000 m，占地面积2 640 000 m2，绿化面积880 000 m2(图1)。

图1 振风大道区位图

1.1 生态单元的选取

根据F.Dahl[5]、Forman[6]、赵兵[12]等论述，将城市道路引入“生态单元”概念，针对道路绿化植物进行改造，导入植物生态单元的设计。依据道路的人行道隔离带、机非分割带和中央分隔带的绿化模式特点，分为生态单元-1 号(龙眠山路至独秀大道段，长2 100 m，宽55 m，面积115 500 m2。)和生态单元-2 号(港口路至独秀大道段，长2 700 m，宽55 m，面积148 500 m2。)，结合该区域的树种特点，以植物群落组成、植物群落结构(分为水平和垂直)、干扰程度、植物群落景观要素、植物配置要素等指数为参数化主要参考，分析现状群落竖向空间丰富性和景观效果指数，在导入生态单元设计时确定群落相关指数阈值，以现状树种的各项生物学和景观指标以及胸径、高度、冠幅等来确定落实树种各个指标和数量，例如确定胸径(15 cm)香樟(Cinnamomum camphora)、地径(6-8 cm)桂花(Osmanthus fragrans)、胸径(15 cm)合欢(Al bizia julibrissin)、地径(6-8 cm)日本晚樱(Cerasus serrulata var. lannesiana)；香樟分支点(2.2 m)、株间距(4.5 m)，合欢在分支点(1.8 m)、株间距(4.0 m)，桂花株间距(3 m)，日本晚樱株间距(2.5 m)。(表1)

1.2 评价指标的确定

生态单元导入的道路绿化改造设计将各个景观类型划分成生态单元，根据基本要素组成系列，进行的尺度序列采取“总-分-总”的形式进行分析和研究评价。为保证评价结果的合理性，将评定和影响生态单元质量的因素归集整理，构筑起评价指标体系框架和各级指标及标准、测量方法，对初步筛选评价指标运用了德尔斐法，构建了自然群落稳定度和景观美学指数两方面目标层，形成生态单元的植物群落组成、植物群落结构(分为水平和垂直)、干扰程度、植物群落景观要素、植物配置要素等构成二级指标。确定生态单元植物群落的Simpson 指数、Shannon-Wiener 指数、Pielou 指数、胸径分布等18 个三级指标构建了评价指标体系，引用层次分析法[13]将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法，选择算术平均法(方根法)[14][15]得出各级评价指标的权重(表2)。算术平均法的计算公式为：

计算步骤：①A的元素按列归一化，即求

②将归一化后的各列相加；

③将相加后的向量除以n即得权重向量。

指标层选择的各指标从不同的方面反映了生态单元的特征，但由于各指标数量级不同，量纲也有所差异，因此对每个指标进行标准化处理，转化为[0，1]区间内的数值构成评分等级，根据赵中华[16]研究可将生态单元的评价指标具有可比性和区分度(表3)。对植物群落的植物物种多样性、植物群落中乡土植物所占比重、植物群落层次、胸径分布、冠幅生长量等指标的实测值进行统计计算。对干扰程度、季相变化丰富度、观赏特性丰富度、植物群落与周围环境协调性、植物群落的景观地带性特色、植物层次丰富度及植物生长势等指标，通过行业专家以差、中、较好和优秀4 个等级的评分进行量化。植物群落组成釆用物种多样性指数Simpson 指数(D)、Shannon-Wiener 指数(H)和Pielou 均匀度指数(J)评价植物群落物种的多样性和均匀程度。采用重要值对单个植物物种进行评价。各指标以黄广远[17]计算公式进行计算处理：

表1 设计绿化景观生态单元提质改造前后对照表

Pielou 均匀度指 数：J=H'/lnS，式中H' 为Shannon-Wiener 指数，S为物种数。

2 结果与分析

2.1 道路绿化生态单元导入后稳定性指标分析

根据Magurran[17]、许晴[18]论述Pielou(si)、Simpson 和Shannon-Wiener 指数关系分析三个指标分析，生态单元Pielou(si)均匀度指数在改造前后差值有增加趋势，Simpson 指数改造前后差值与Shannon-Wiener 指数改造前后差值相比略低，而且随着均匀度指数小幅增加，两种指数的变化率的差值也有增加的趋势(图2)，在丰富度不变的情况下，Simpson 指数比ShannonWiener 指数对均匀度的敏感性稍低，反映出植物生态单元导入设计适宜于该立地条件栽植的乡土树种乔木与花灌木品种(香樟、合欢、桂花和日本晚樱等)，在实施4 年时间后有了稳定趋向，其胸径、郁闭度增长较慢，冠幅生长量、高度、丰富度、围合度都有增长(图3、图4 )，表明整体生态单元的稳定性在增强发展，可以抵御干扰和外来侵犯(图5)，和周边空间日趋协调。生态单元导入设计的道路绿化景观前后稳定指标差值显示生态单元-1 号与生态单元-2 号稳定性趋于正方向发展(图6)，生态单元-1 号比生态单元-2号稳定性稍强，其原绿化景观模式比新导入的绿化模式稳定性差。

表2 道路绿化景观生态单元提质改造综合评价指标体系表

表3 评分等级

图2 生态单元植物群落组成指标特征值

图3 生态单元植物群落水平结构指标特征值

图4 生态单元植物群落垂直结构指标特征值

图5 生态单元植物群落干扰程度指标特征值

图6 生态单元改造前后稳定度指标差值对比

2.2 道路绿化生态单元导入后景观美学指标分析

在植物群落稳定后，针对绿视率、季相丰富度、群落层次的丰富度和周边环境的协调性、特色[21][22][23]指标进行评价。该区域生态单元在改造前后比较，绿视率、季相变化丰富度、植物群落与周边环境协调性、植物群落的景观地带性特色都有了明显的提升；其次群落层次丰富性、植物物种多样性皆有增长，其中生长势指标提升明显，有利于景观效果形成(图7、8)，表明新增的乡土树种乔木和花灌木香樟、合欢、桂花和日本晚樱等绿化景观生态单元导入设计有了正趋向的动态演变。改造前后景观美学指数指标差值对比，景观单元-2 号明显优于景观单元-1 号，可见突出乔木和花灌木主调树种能够增强生态和景观特色(图9)。

图7 生态单元植物景观要素指标特征值

图8 生态单元植物配置要素指标特征值

图9 生态单元改造前后景观美学指数指标差值对比

2.3 道路绿化生态单元提质改造的综合分析

针对振风大道植物生态单元4 年的动态演变状况，根据国内外专家研究的综合评价指标体系确定了振风大道植物的生态单元群落稳定度和景观美学指标和研究内容，其指标和内容有交叉部分。改造前后的稳定性指数差值是生态单元-1 号差值0.113＞生态单元-2 号差值0.108，景观美学指数差值是生态单元-1 号差值0.172＜生态单元-2 号差值0.21，两个生态单元改造前后综合评价指标在0.40～0.47 和0.74～0.86 之间，从处于Ⅲ级、Ⅳ级提升至Ⅰ级、Ⅱ级(表4)。

表4 生态单元综合评价

综上所述，在道路绿化景观生态单元导入设计时，选择适宜规格的常绿与落叶以及开花乔木和花灌木种植，人行道隔离带导入香樟和日本晚樱，机非分隔带导入桂花，中央分隔带导入合欢、香樟和日本晚樱，提升该空间与城市其他空间的协调性和干扰性，植物群落的稳定性、绿视率、季相丰富度和层次的丰富性得到了提升，促使其正趋向的动态变化(图10、11)。

3 结论与讨论

3.1 结论

生态单元导入下的道路绿化景观模式参考了相关稳定性和景观美学指数，进行了参数化设计，改造前后两个生态单元的稳定性、景观美学指数都有增长，其综合评价指标在0.40～0.47 和0.74～0.86之间，从Ⅲ级、Ⅳ级提升至Ⅰ级、Ⅱ级，说明道路绿化景观设计通过导入生态单元设计引导了道路绿化景观的稳定性和景观美学向正方向动态演变。

该区域的生态单元-1 号和单元-2 号在改造前后的4 年动态演变相对稳定，生态单元-1 号的Simpson 指数差值0.0011＜Shannon-Wiener 差值0.0014 和生态单元-2 号的Simpson 指数差值0.0014＜Shannon-Wiener 差值0.0021 证实了香樟、合欢、桂花、日本晚樱对绿化景观生态单元稳定性和景观美学有正趋向作用，说明乔木和花灌木为主调树种在道路绿化生态单元功能突出，有效融合了道路绿化景观模式中的生态功能与景观功能，进一步确定乔木和花灌木在道路绿化中的应用应该得到重视和推广。

图10 生态单元1号提质改造前后植物群落效果对比图

图11 生态单元2号提质改造前后植物群落效果对比图

3.2 讨论

赵兵[24]根据粒度来评判，张君[25]以具体多样性说明了多样形状都决定了他的稳定性，进而决定了他的景观美学指数。本文只针对一条城市主干道进行了研究，都是基于道路绿化景观生态单元的相对微小尺度，确定生态单元-1 号与生态单元-2 号稳定性、景观美学指数存在差异，但是要遵循城市生态格局为前提，以落实城市生态单元图谱为基础。