基于GIS的宣州区绿色空间景观格局及优化策略

刘 欢

(中建八局装饰工程有限公司,上海 200215)

随着城市化的快速发展,其景观格局发生巨大变化,城市生态环境面临巨大压力[1]。城市绿色空间作为城市的重要组成部分[2],其具有显著的生态价值与休闲娱乐价值[3]。在生态文明建设的背景下,对绿色空间的分布格局进行研究,优化城市绿色空间格局,从而促进城市生态系统的生态平衡,对于城市的可持续发展与人居环境的合理建设具有重要意义[4]。

绿色空间在广义上被定义为“贯穿于城市建成区,对城市生态环境具有重要生态作用的生态空间,包括城市绿地、农田、湿地、河流等”[5]。目前,关于绿色空间的研究主要集中在以下几方面:①绿色空间生态价值研究,如潘悦等[6]对滇中城市群绿色空间生态系统服务价值的研究,王驷鹞等[7]对绿色空间对热岛效应影响的研究;②绿色空间分布格局的研究,如李昕桐[8]对唐山市绿色空间变化的研究,王圳峰等[9]对福建省绿色空间变化与驱动因素的分析;③绿色空间公共游憩休闲价值的研究,如辛昱铮等[10]关于绿色空间对公共心理健康影响的研究,高延平[11]对绿色空间与居民健康福祉关系的研究。综上可知,绿色空间对城市生态环境的优化、土地与资源环境的可持续发展以及对城市居民身心健康的保持有着促进作用。因此,笔者基于GIS分析对宣州区的绿色空间进行解译,并进行绿色空间植被覆盖度与景观格局分析,并提出优化策略,以期为安徽省宣城市宣州区城市绿地规划与人居环境建设提供科学依据。

1 研究区概况

宣州区地处118°28′～119°04′E,30°34′～31°19′N,隶属于安徽省宣城市,为宣城市人民政府所在地,总面积约2 533 km2,属于亚热带湿润季风气候,季风气候明显,全年雨量充沛,水资源丰富。宣州区为皖南山地丘陵与长江中下游冲积平原交接地带,境内地貌类型多样,包括山地丘陵、平原、湖泊、河流等。近年来,宣州区的经济快速发展,连续多年入选“全国综合实力百强区”。随着经济的发展,城市的不断扩张,其城市生态环境也面临巨大压力。

2 研究方法

2.1 数据来源及处理研究区数据为2022年Landsat8 OLI遥感影像,来源于USGS(美国地质勘探局网站)。将Landsat8 OLI遥感影像的不同波段进行组合,可得到多种色彩图像,从而在ArcMap中使用监督分类的支持向量机分类法进行土地利用分类。该研究将研究区分为水田、旱地、林地、草地、水体、裸地、建设用地7种类型,其中水田、旱地、林地、草地、水体5种土地利用类型作为绿色空间。

2.2 植被覆盖度计算植被覆盖度(FCV)通过归一化植被指数即NDVI值采用像元二分模型进行计算[12],以此反映出绿色空间的质量。其中NDVI值可用来反映植被的生长情况和空间分布,其通过遥感影像的红外波段与红波段来计算。具体公式如下:

(1)

(2)

式中:NIR为红外波段像素值;RED为红波段像素值;NDVIsoil为完全无植被覆盖的像元;NDVIveg为完全植被覆盖的像元。由于NDVI受土壤类型、湿度、颜色等多种因素影响,其实际值会因时间与空间变化,因此选取5%为置信区间,即选取最大5%与最小的5%分别作为NDVIveg和NDVIsoil。此外,该研究将植被覆盖度分为以下4个等级:低植被覆盖度(0≤FVC<30%),中植被覆盖度(30%≤FVC<60%),较高植被覆盖度(60%≤FVC<75%),高植被覆盖度(75%≤FVC≤100%)。

2.3 景观格局指数景观格局指数是定量分析景观格局的主要工具,可反映景观要素分布的空间信息。基于研究区实际情况与参考前人研究[13-15],笔者选取了分类水平上的5个指数:斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、景观类型所占面积比例(PLAND)、斑块景观形状指数(LSI)以及最大斑块指数(LPI)。景观水平上的4个指数:香农多样性指数(SHDI)、景观聚集度指数(CONTAG)、景观形状指数(LSI)、周长面积分形维数(PAFRACT)。对于景观指数的具体解释见表1。

表1 景观格局指数与其含义[13,15]

3 结果与分析

3.1 宣州区绿色空间分布空间特征基于ArcMap对2022年宣州区的土地利用图(图1)进行分析,结果见表2。2022年宣州区绿色空间总面积为2 454.08 km2,占研究区的94.59%。各类绿色空间面积表现为林地>水田>旱地>草地>水体。其中,林地是宣州区面积最大的绿色空间,其面积为836.58 km2,占研究区的32.24%,主要分布于宣州区的南部区域,在南漪湖的南北两岸也有较大面积林地分布。水田面积为763.87 km2,占研究区的29.44%,主要分布于宣州区西北部、南漪湖西岸以及部分河流沿岸。旱地面积为414.33 km2,占研究区的15.97%,主要分布于水阳江沿岸,在建成区下游分布面积较大。草地面积为307.26 km2,占研究区的11.84%,主要分布于宣州区西部,位于水田与旱地之间。总体上,林地和水田在宣州区的绿色空间发挥了较大作用。

图1 2022年宣州区土地利用分布Fig.1 Land use distribution in Xuanzhou District,2022

表2 2022年宣州区土地利用解译数据统计

3.2 宣州区植被覆盖度空间分布特征宣州区植被覆盖度分布空间分布如图2、表3所示,其分布特征如下:①低、中植被覆盖度面积分别为224.78、858.15 km2,分别占研究区面积的8.67%与33.08%,主要为建成区、水体以及水田。②较高植被覆盖度面积为857.39 km2,占研究区面积的33.05%,主要为草地与旱地。③高植被覆盖度面积为653.73 km2,占研究区面积的25.20%,主要为旱地与林地的高海拔区域。由表4可知,各土地利用土地覆盖度表现为旱地>林地>草地>水田>建成区>裸地>水体,中值排序与平均值一致,可见宣州区林地与草地绿色空间质量仍有加强空间。整体上研究区植被覆盖度自北向南逐渐变高,大部分高植被覆盖区域为丘陵或山地的林地。

图2 2022年宣州区植被覆盖分布Fig.2 Vegetation coverage distribution in Xuanzhou District in 2022

表3 2022年宣州区植被覆盖度等级数据统计

表4 2022年宣州区土地利用植被覆盖度统计

3.3 宣州区绿色空间景观格局指数该研究的景观格局指数中,破碎化指数包括NP、PD、CONTAG等,聚集性指数包括LSI等,优势度指数包括LPI、SHDI等,复杂性指数包括LSI、PAFRACT等。在分类水平上,由表5可知:①在NP、PD指数上,草地、水田和旱地的NP与PD值偏高,NP值分别为2 648.00、2 545.00、2 325.00,PD值分别为0.52、0.50、0.46,这3类绿色空间远大于水体与林地,说明草地、水田和旱地破碎度大于水体与林地。②在LSI指数上,草地和旱地的LSI值较大,分别为80.15、76.90,说明草地和旱地的斑块形状更为复杂,且空间展布较为不均衡。水田虽然散碎分布于研究区,但在研究区西北部有着大片的水田聚集分布,因此其LSI值相对旱地较低。林地由于在研究区南部与南漪湖的南北岸大量分布,因此林地的LSI值较低,为38.87。水体由于南漪湖等水面较大,聚集程度较高的湖泊、水库分布使得其LSI值较低,仅为11.69。③在PLAND指数上,各土地利用类型占绿色空间面积表现为林地>水田>旱地>草地>水体。④在LPI指数上,林地与水田的LPI值较大,分别为8.85和8.23,说明林地与水田最大斑块占景观面积的比例较高,说明其优势度最大。

表5 宣州区分类水平格局指数分析数值

在景观水平上,在LSI上,宣州区LSI值为40.59,说明人类活动对绿色空间的影响相对较大,其斑块较为规则且分布较为集中;在PAFRACT指数上,其值为1.39,相较于其他城市中心城区[8,13]较小,说明宣州区的绿色空间受人为影响较大,其边界形态更为简单、规则。在SHDI上,其数值为1.42,说明宣州区绿色空间景观类型较为丰富,其景观多样性较高。在CONTAG指数上,其数值为55.89,说明在宣州区没有景观类型在整个研究区具有较好的连通性,在研究区内景观特征为多种绿色空间的相互嵌套,这从侧面也反映出研究区域的破碎化程度较高。

4 结论与讨论

该研究采用GIS分析的方法对宣州区绿色空间进行解译,并进一步分析了其植被覆盖度与景观格局指数,结果显示:

(1)宣州区林地与水田的面积较大,其集中分布于宣州区的南部与北部,而旱地、草地和水体面积较小,散碎分布于研究区,其中旱地集中分布于河流沿岸。

(2)宣州区植被覆盖度自北向南逐渐变高,东部植被覆盖度高于西部。林地与旱地的植被覆盖度平均值较高,而水田由于其基底为水,因此其植被覆盖度较低。

(3)宣州区景观格局指数在分类水平上,草地、水田和旱地的破碎度较高,草地与旱地的斑块形状更为复杂,林地占绿色空间面积最大,林地与水田的优势度最大。在景观水平上,宣州区绿色空间受人类影响较大,绿色空间形态较为规则与简单,景观多样性较高,整体景观特征为多种绿色空间的相互嵌套。

该研究对宣州区的绿色空间进行了定量与定性结合的研究分析,针对宣州区景观格局及特征,建议对宣州区绿色空间进行合理规划。一方面,提升现有绿色空间植被覆盖度,以提高绿色空间质量,尤其要对退化的林地和草地绿色空间进行修复。另一方面,要减少绿色空间的破碎化,加强绿廊绿道的建设,恢复林地与草地绿色空间的连通性。在整体上,全面提升宣州区绿色空间质量。