延吉市城市生态用地优化研究

莫伯现， 姚美岑， 李明玉

(延边大学地理与海洋科学学院，吉林 延吉 133002)

土地为人类提供生态系统服务，是社会赖以发展的保证[1]。城市是一个由“社会—经济—自然”组成的多元化复杂的生态系统，能够为城市提供生产、调控等服务功能[2]。城市是人们赖以生存的聚集地，是人类现代文明的产物[3]。但在18世纪中页以后，飞速的城市化进程带来了诸如土地资源越来越紧张，水土流失，生物多样性资源受损等生态环境问题，而生态用地的现状分析与优化是解决这一问题的有效方法。生态用地是指对生态环境起到调节作用的，能够维持社会经济系统与自然生态系统平衡的非建筑性土地利用类型[4]。如今，生态用地在城市化进程的作用下迅速减少，但是城市中一定面积的生态用地是该城市可以持续发展的必要条件，为了生态用地面积不再被建筑用地所取代，生态用地能更好的为城市发展提供生态服务价值，城市生态用地的研究更加具有实际意义。对延吉市生态用地进行价值测算及景观格局分析和评价研究，不仅对城市整体生态环境的保护和改善具有重要意义，而且可以为延吉城市、生态环境规划建设提供借鉴作用，同时也能促进城市生态用地建设中评价方法的发展。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

该研究所使用的基础数据有：1990、2005和2016年Pleiades-1卫星影像(0.5 m分辨率)、延吉市土地利用现状图、1∶10 000地形图，另外运用自然、人文、经济等统计年鉴(1991、2006和2017年吉林省、延边州以及延吉市统计年鉴)，以及其他职能部门提供的现状图集，包括自然保护区分布图以及河流水系分布图等对数据进行补充。

1.2 数据处理

由于多数基础数据资料都与地理位置有关，首先需要进行地理坐标和数据格式的统一。运用ERDAS软件，以地形图为基准，对遥感影像进行坐标转换，再对影像进行拼接、校正、裁剪等预处理，参考田丰昊[5]对延龙图生态用地的分类，运用eCognition软件，以1∶10 000地形图为基准，采用目视判读的方式对影像进行目视解译。考虑到延吉市生态用地的发展现状，为了方便城市生态用地建设和管理，该研究以延吉市2009—2030年规划中心城区界线为研究范围[6]，包括了延吉市区、郊区以及朝阳川，将延吉城市生态用地分为耕地、园地、林地、湿地、绿地、其他生态用地6大景观类型。需要对不明确用地类型的地方进行实地考察，便于对基础资料进行分类管理以及在评价过程中实现数据共享，建立空间数据库，根据价值当量和景观格局指数对空间数据进行运算。

2 研究方法

2.1 土地利用动态度

土地利用动态度是评价土地利用类型数量变化、土地利用程度变化和土地利用变化的区域差异的指标[7]，动态度越高说明土地变化率越大，土地系统内部越不稳定。该文采用单一土地利用动态度对延吉市1990—2016年的生态用地面积变化及其年变化率进行计算，公式如下：

(1)

式中，K表示土地利用动态度，即时段内的土地利用年变化率；Ua和Ub分别表示研究时段的研究初期和研究末期某一土地利用类型的面积；T表示研究时段，即研究末年减去研究初年。

2.2 延吉市生态用地价值测算

该研究基于谢高地等[8]的生态系统服务当量因子研究结果，参考刘海等[9]人的区域修正方法对延吉市各类生态用地价值系数进行修正(表1)，其中，建设用地参考段瑞娟等[10]的方法进行修正，参考田丰昊[5]的生态用地分类，非生态用地对应建设用地。延吉市生态用地价值计算公式如下：

表1 不同生态用地类型的价值系数

E=∑Ai×Ri

(2)

式中，E表示研究区的生态用地价值/元；Ai表示研究区第i种生态用地的面积/hm2；Ri表示研究区第i种生态用地类型的价值系数。

2.3 景观格局指数计算

运用景观生态学原理，选取斑块破碎度、景观多样性指数与均匀度、斑块类型等景观生态学指标对延吉市围内的城市生态用地景观格局分析取得定量数据[11-13]。

1)研究区景观类型的确定

将延吉市生态用地分为耕地、园地、林地、湿地、绿地以及其他生态用地共6大景观类型[14]。

2)统计景观要素斑块的数量，计算特征值

包括各类景观要素的斑块数量、斑块面积、斑块平均面积、最大斑块面积、所占比例。

3)景观格局指标分析

该文应用fragstats3计算分析景观破碎化指数、景观斑块密度、景观周长面积比、景观多样性指数、均匀度指数共5类景观格局指标。

景观破碎度指数F(fragmentation)用来描述某种景观元素或整个景观的破碎程度。

(3)

景观斑块密度P(1andscape path density)是指某一景观的斑块密集程度。

(4)

式中，P为景观斑块密度；n为景观中全部斑块总数；Pi代表研究区域中某种景观斑块的密集程度；Ni为研究区域中某一要素景观斑块数；Ai是研究区域中某一要素的面积。

景观周长面积比K，即用景观总周长比上景观总面积，表明某一斑块的复杂程度和相对大小。

(5)

式中,K为景观周长面积比；Li为研究区域中第i景观斑块的周长，Ai为研究区域中第i景观斑块的面积。

景观多样性指数(H)与均匀度指数(E)是根据信息论原理确定的，计算公式为：

(6)

E=(H/Hmax)×100%，Hmax=-log2(1/n)

(7)

式中，i代表某种景观类型，Pi为其所占的面积比例，n是指研究范围中景观要素的个数。均匀度(E)是研究区景观真实多样性指数(H)与可能存在最大多样性指数(Hmax)的相对比值。

3 结果与分析

3.1 延吉市生态用地动态度变化分析

该研究采用1990、2005和2016年的遥感影像，参考国土资源部2007年颁布的《土地利用现状分类》(GB/T21010-2007)，结合延吉市城市生态用地特征，对研究区进行城市用地分类，并统计各类用地面积情况(表2)。图1为延吉市各类生态用地的空间分布图。

图1 1990、2005、2016年延吉市生态用地类型分布

表2 1990—2016年延吉市生态用地类型面积统计及变化情况

由表2可知，从面积变化情况来看，1990—2016年耕地、林地、水域和园地的用地面积都处于减少的状态，水域的变化面积较小，耕地面积减少最多，为644.11 hm2；而绿地、其他生态用地和非建设用地面积处于增长的状态。从单一土地利用动态度来看，在面积减少中，1990—2005年耕地、林地、水域的动态度比2005—2016年的面积动态度低，园地的年变化率则呈现降低的趋势；从1990—2005年到2005—2016年，绿地的年增加率有所减少，从每年增加1.08%降到0.76%，其他生态用地和非生态用地的年增加率仍在提高，而且提高幅度较大。

3.2 延吉市生态用地价值变化分析

根据公式(1)和生态用地价值系数表计算得出延吉市生态用地功能价值表(图2)。

由图2可知，延吉市生态用地总价值从1990年的1 313.70万元降低2016年的10 722.23万元，总价值下降了1 591.46万元，平均每年下降61.21万元。其中,2005年比1990年下降513.41万元，年均下降34.23万元，2016年比2005年下降1 078.06万元，每年平均下降98.01万元。

图2 延吉市生态用地的生态系统服务功能总价值

3.3 延吉市景观格局分析

3.3.1 景观类型分布现状

表3是2016年耕地、林地、绿地、湿地、园地、其他生态用地的面积与斑块数的统计，图3是2016年6种用地类型的分布情况。

表3 2016年6种景观类型面积与斑块数统计表

图3 2016年延吉市生态用地类型分布图

延吉市水域分为天然湿地和人工湿地2大类，其斑块总数为39，总面积645.080 37 hm2；天然湿地以布尔哈通河、烟集河、朝阳河为主，其余人工湿地主要分布在天然湿地周围。在6种景观中耕地是面积最大的生态用地类型，其斑块数量为217，总面积达到7 962.78 hm2。

由图3可以看出,耕地面积非常辽阔，并且主要分散在城区以外的地区。园地总斑块数为6，总面积为498.97 hm2，其分布较为集中，主要集中在延边大学后山。林地斑块数为49，面积有828.59 hm2，分布相对分散。其他生态用地总斑块数为65块，总面积为462.22 hm2，占总面积的3.84%，规模不大，分布较为分散，但围绕着城区。

由表4和图4可知,绿地总斑块数为505块，总面积为1 638.58 hm2，绿地景观分为公园绿地、广场绿地、防护绿地和庭院绿地4类。其中，庭院绿地的斑块数最多，为283块，面积为418.79 hm2；而公园绿地的面积为1 049.66 hm2，在4种绿地类型里面积最大，分布也较为集中，主要为帽儿山一带；2块广场绿地分别为金达莱广场与阿里郎广场，面积仅为28.38 hm2；庭院绿地分布较为分散，但都分布在市区，而防护绿地主要集中在主干道两侧。

表4 2016年延吉市绿地景观类型统计数据

图4 2016年延吉市绿地景观类型分布图

3.3.2 指数分析

由表5可以看出，在研究范围内，6大景观要素除绿地景观以外其他5种用地类型的破碎度均在10以下，绿地景观的破碎度达到155.33，其斑块密度为0.31，周长面积比为191.89，说明斑块分布零散；园地的破碎度指数最小，只有0.06，其斑块密度以及周长面积比也是最小的，分别为0.01、41.20，周长面积比较小是由于延大后山梨园面积巨大，园地斑块分布相对集中。可以发现破碎度指数，斑块密度与周长面积大小的排列在6种景观要素中排列一致，即破碎度指数大的，斑块密度和周长面积比也相应比较大。这3个景观指数反映了人类活动对景观类型的影响，影响程度由大到小排列的次序为：园地<耕地<林地<湿地<其他生态用地<绿地。

表5 2016年延吉市景观格局指数统计表

由表5可以明显看出，延吉市的景观多样性为1.65，均匀度达到3.71，但是其最大景观多样性指数9.78，1.65远远小于9.78，表明延吉市生态用地景观类型的多样性和均匀度不高，各景观要素所占比例相对也不太均匀。总体来说：

1)该研究将延吉市划分为湿地、耕地、林地、园地、绿地、其他生态用地共6种生态用地类型，2016年的斑块数分别为39、217、49、6、505和65块。

2)2016年延吉市生态用地总面积为12 036.21 hm2，湿地5.4%，耕地66.2%，林地6.9%，园地4.2%，绿地13.2%，虽然耕地所占比重较大，但是对生态产生积极影响的林地和湿地景观类型比重较低，结构分布还需合理规划

3)其他生态用地面积为462.22 hm2，仅占延吉市面积的3.84%，分布较为分散，对规划管理造成了一定难度。

4)破碎度指数、周长面积比、斑块密度这3项景观指标反映了人类对景观破碎程度的影响，其程度由小到大的排列次序为：园地<耕地<林地<湿地<其他生态用地<绿地。保护现有生态用地，减少人类的影响，有利于优化延吉市的景观格局，如何提高其生态功能，也是有关学者今后研究的重点，也是实现延吉市可持续发展的有效手段。

4 生态用地优化对策

科学规划城市景观环境，统筹考虑整体布局，可以最大化地发挥现有环境资源的功能与效益[15]，优化城市生态用地对策，使城市与生态景观共同走上良性发展的轨道，实现城市生态环境保护与可持续发展的目标。

4.1 基于生态用地价值测算的延吉市生态用地宏观优化策略

从分析结果来看，1990—2016年，延吉市城市生态用地价值基本呈逐步下降的趋势，1990—2005年，下降较为缓慢，这与生态用地转换为非生态用地、林地和耕地面积减少缓慢相关，相反，2005—2016年，生态用地价值减少较快，因为尽管林地的面积变化不大，但是单位面积生态用地价值系数大，耕地价值系数较小，面积变化却较大，而建设用地的价值系数呈现负值，即生态用地转换为非生态用地，生态用地价值即为减少的状态。所以，在宏观优化上，从生态用地价值的角度来看，增加城市绿地、园地和其他生态用地的面积，加强对湿地和林地的保护，合理降低林地和耕地面积的变化率，有利于提高延吉市生态用地的水平。

4.2 基于景观生态学的延吉市生态用地微观优化策略

1)城市绿地建设。绿地景观建设是城市生态用地景观建设的关键和基础，加强绿地景观建设有利于提高景观异质性，维持城市景观生态平衡，创造可持续的城市人居环境。首先，增加绿地斑块数量和种类。根据标准规定，公园绿地、道路、建筑物在城市绿地中应分别占80%以上、10%～12%和3%。为了进一步提高公园绿地覆盖率，在保护现有公园绿地的同时重视大型斑块的生态作用。其次，布局绿地斑块要合理，绿地景观格局从分散到联系，最终达到融合，让格局呈现出逐步走向网络连接、城郊融合。相对于其他因素来说，居住和交通因素是影响城市建设和发展的因素之一。将城市居民对城市绿地的需求与交通方式连接起来，以此对延吉市城市绿地建设和空间布局做出科学合理的规划[16]，尽可能多在市中心建绿地和广场，提高城区绿化水准，平衡城区绿地分布，提高人民居住环境品质。在城市建设中，注重提高城市用地利用效率，尤其是进一步提高居住用地的集约节约利用程度，实现城市用地的可持续发展[17]。

2)连续绿色空间建设。根据对不同景观破碎度的指数分析，在研究范围内，建设的重点应放在主干廊道的布局上，需要不断完善其廊道宽度、乔灌草结合度、及其连通性等，并分别将公园、广场、庭院和防护绿地景观通过绿色廊道相连接，将其整体的生态效益发挥出来；可以筹划在社区构建无机动车行驶的绿色通道，先从一个普通社区开始规划并建设景观车道，建设远离车辆行驶的既安静又安全舒适的绿色道路，将景区与居住区、商业步行街、休闲娱乐健身场所等连接起来，不仅方便了人们的工作与衣食住行，又会使城市变得更加整洁安全，生态环境更好[18]。

3)依照生态的科学原理，增加城市绿地所绿化的空间所占比例[19]。应该要纠正以草代木的不合理作法，主要种植树木，在树木的间隙种植灌木和花草打造复合型的植物生态群落。多多种树，将绿色与自然带进城市。在选择树种和设计种植方案上要考虑到，不同植物有不同的生长形态，构建包含乔、灌、草、藤在内的多维度的复合群落，科学种植植物群落，充分利用资源，如太阳能量、水源、土壤等。

4)提高公民生态意识，营造环境保护氛围。公民意识在城市生态环境保护中起到不可小觑的作用，这是个过程，只有起点没有终点。公民参与城市规划，不仅体现了社会公平，而且提高了政府决策的质量，减少了规划实施的后续成本[20]。根据有关部门调查，大多数居民认为城市绿化和保护是政府部门的事，导致城市中的主体人群对城市绿化重视不够，因此政府部门对城市绿化和保护政策和实施计划的完善显得尤为重要[21]。首先，政府应该开展各项活动，提高公民保护环境的意识；其次，公民应该从我做起，从居所旁边的绿地做起，才能达到预期目标；在此，生态环境保护的工作不是一天就能结束的，城市应该对生态环境的发展做出一个预期的目标，实现经济、社会的可持续发展。

5 结论

该研究以延吉市为例，运用生态系统服务功能价值和景观格局指数理论和方法分析了研究区域的城市生态用地建设现状，得出以下结论。

1)1990—2016年，耕地、林地、水域和园地的用地面积都处于减少的状态，绿地、其他生态用地和非建设用地面积处于增长的状态；延吉市生态用地总价值从1990年的12 313.70万元降到2016年的10 722.23万元；1990—2005年下降较为缓慢，这与生态用地转换为非生态用地、林地和耕地面积减少缓慢相关，相反，2005—2016年的生态用地价值减少较快。

2)根据前人专家学者的总结归纳，结合延吉市生态用地的特点，将各类型生态用地划分为6个景观类型：耕地、林地、湿地、园地、绿地、其他生态用地。6景观类型相对应的斑块数分别为39、217、49、6、505和65块，6种景观类型相对应的面积分别为7 962.78，828.588 381，645.08，498.97，1 638.58和462.22 hm2，总面积为12 036.21 hm2。其中，耕地所占比例最大，为66.16%，其他生态用地所占比例最小，仅为3.84%，并且其他生态用地分布不集中，不易于利用和规划。

3)通过景观格局指数分析得出，在研究区域范围内6个景观类型破碎程度由低到高依次是园地<耕地<林地<湿地<其他生态用地<绿地，由排序可以看出绿地破碎程度高，人类活动对其影响最大。绿地对生态环境的健康发展意义重大，研究区域生态用地布局不合理，因此，优化生态用地景观格局的任务迫在眉睫。

4)通过对延吉市生态用地景观格局现状的分析，对所存在的问题提出了4个优化对策：加强绿地景观建设；创建连续绿地空间；依照生态的科学原理，增加城市绿地所绿化的空间所占比例；提高公民保护环境意识。