基于景观指数的南京主城区绿色空间演变特征研究

邵大伟 / SHAO Da-wei吴殿鸣 / WU Dian-ming   2016-05-08 16:25:18


邵大伟 / SHAO Da-wei吴殿鸣 / WU Dian-ming

摘要:利用RS与GIS手段,辅以统计资料,利用景观指数分析方法,对1979、1989、2001和2009年南京主城区绿色空间格局的演变进行分时段研究。研究发现:绿色空间整体不断缩减,破碎化、分散化加剧;公共绿地、附属绿地不断扩展,斑块面积、曲折度、可达性水平不断提升,生态防护绿地保护相对较好,生产性绿地景观消失殆尽;快速城市化催化了绿色空间的重构,绿色空间受人为规划影响加深,由“自构”向“被构”转型趋势明显。

关键词:风景园林;绿色空间;景观指数;演变;影响因素;南京主城区文章编号:1000-6664(2016)02-0103-05

中图分类号:TU 986  文献标志码:A

收稿日期:2015-04-13;修回日期:2015-08-17

  项目基金:江苏省高校哲学社会科学基金(编号2015SJB553、2014SJB547)、国家自然科学基金(编号51408390)、江苏省高校自然科学研究面上项目(编号14KJD220001、15KJB560011)、江苏省建设系统科技计划项目(编号2014ZD21、2014ZD55)和苏州科技学院科研基金项目(编号XKQ201510)共同资助

Abstract: Using GIS and remote sensing technology, the dynamic features of green space spatial patterns in the central area of Nanjing during four periods of 1979, 1989, 2001 and 2009 are analyzed based on remote sensing, economic and demographic data from the perspective of landscape ecological index. Green space was in the decreasing, broken and decentralized tendency. The public green space and attached green space were expanding along with the increasing of the patch area, patch shape degree and accessibility level. Parts of ecological green space turned into public green space, which got good protection. The productive plantation area reduces sharply and soon, and will disappear in the near future. The speed-up urbanization brings about restructuring of green space in China. Man-made factors of planning influence green space deeply. Green space patterns transform from self-constructing to being-constructed obviously.

Key words: landscape architecture; green space; landscape index; evolution; influencing factor; the central area of Nanjing

从田园城市到山水城市、生态城市,相关学者针对城市绿色空间的研究一直是城市研究的重要领域。近年来,绿色空间在城市蔓延过程中的演变及其对城市扩展的影响成为城市地理、城市规划、城市生态等学科的研究热点[1-3]。随着高分辨率遥感(Remote Sensing)、地理信息系统(GIS)等技术手段的成熟,此类技术在国外城市绿色空间的直观性、定量化研究中得到广泛的应用[4-5]。国内结合RS、GIS等技术手段对于绿色空间格局的研究早已出现,数量也在逐年增多,但多以时间断面研究为主[6-8],对于绿色空间中公园绿地、滨河绿地等类型的演变特征及其生态效益的关注也是主要的研究趋势[9-10]。然而,在国内城市快速扩张的背景下,对城市绿色空间进行系统化、动态化的长时序关注还相对较少。开展对城市绿色空间格局动态化、系统化、定量化的研究,有利于揭示其演变特征,为城市绿色空间规划提供更翔实的基础支撑,对绿色空间规划理论的提出及城市格局的优化调控都是一种有益借鉴。

本文借助RS和GIS研究手段,选取中国快速城市化地区——南京为案例地,对其1979—2009年间绿色空间格局的演变进行长时段的时序解析,探析演变规律,并对这一过程的影响因素进行分析,以期丰富绿色空间基础研究,为绿色空间规划、城市规划提供可能的参照依据和一定的理论基础,促进城市的健康可持续发展。

1 研究区域及方法

1.1 研究区域概况

南京是长江三角洲重要的中心城市。20世纪80年代以后城市增长速度加快,同时,园林绿地等基础设施在全国省会城市、直辖市中处于领先水平。进一步将具体研究范围限定在改革开放以来,城市扩展、蔓延程度最突出的主城区,即南京长江岸线、绕城高速所围合的范围,共约243km2[11](图1)。

1.2 研究方法

目前中国城市用地和城市绿地的分类标准较为成熟,相关统计数据资料相对丰富。故本研究按照1991年我国制定的城市用地分类标准及《CJJ/T 85-2002城市绿地分类标准》,将绿色空间分为公共绿地、附属绿地、生态防护绿地和生产绿地4类(表1)[12]。

为了深入分析南京主城区绿色空间的空间格局特征,采用生态学的景观指数方法进行定量揭示。该指数能够高度浓缩景观格局信息,定量反映其结构组成和空间配置某些方面特征[13]。在ArcGIS 9.2系统软件支持下,将南京主城区绿色空间利用矢量数据转化成栅格(10m×10m)数据。应用景观格局分析软件Patch Analysis for ArcGIS,对南京主城区绿地景观空间格局特征参数进行分析。

根据研究需要,选择以下景观指标来反映绿色空间的分布格局。一是反映绿色空间数量规模的指标,包括区域斑块个数(NUMP)、平均斑块面积(MPS)、斑块面积标准差(PSSD);二是反映绿色空间斑块形状特征的指标:平均斑块形状指数(MSI)、面积加权平均斑块形状指数(AWMSI);三是反映绿色空间斑块空间分布的指标:平均邻近指数(MPI)、平均邻近距离(MNND)[14-15]。

1.3 数据来源及处理

本文研究的绿色空间不仅针对绿地整体,还要深入解析内部类型,为此既要借助遥感影像提取绿地整体信息,还要利用土地利用现状图中居住、道路、公共设施等用地类型,进行绿色空间内部类型的划分。

城市规划的修编时间限制了土地利用现状数据的获取节点,同时参照其城市化进程主要阶段,选取1979、1989、2001、2009年进行分时段研究。利用30m分辨率的TM、ETM遥感影像,并以1:50 000地形图对遥感数据添加地理参考。遥感图像使用Eerdas Imagine 9.1软件处理,在解译过程中采用监督分类方法提取地物信息,对一些用地现状栅格图件矢量化(图2)。初步将图像分成4类,即城市建设用地、农地、绿地和水域。经检验总体分类精度达85.38%,Kappa系数为0.836,满足研究精度需要。

由于30m分辨率遥感影像解译的数据只能准确分辨出建设用地、农地、绿地和水域,而深入划分绿色空间的类型,需要借助土地利用现状图对绿地、农地等类型进行进一步细分。为此,根据1978、1990、2001、2009年南京市市区用地现状图(1:10 000),最终细分为公共绿地、附属绿地、生产绿地及生态防护绿地,得到1979、1989、2001、2009年4期数据(图3)。面积过小、分散破碎绿色空间的游憩功能和生态效应相对有限,且本研究影像分辨率为30m,为此绿色空间斑块提取下限为2 500m2,以保证数据的精确性。


图1 研究区域的选取(红线范围)


图2 数据处理流程图


2 结果与分析

2.1 整体景观指数动态特征

从整体上来看(表2),绿色空间整体规模呈现出逐年递减的趋势,斑块破碎化、小型化特征显著,但近年来平均斑块面积、斑块面积标准差又略有起伏。斑块数量减少幅度最大的是2001—2009年,减少261个,年均减少数量也最大。绿色空间形状指数越高,其形状则越复杂、越自然,4个时间段之间,绿色空间形状指数先降低后增加,表现出南京主城区绿色空间的规则化程度提高,后又不断自然化的整体趋势,逐渐升高的面积加权平均斑块分维数也印证了绿色空间的复杂度、破碎度的增加。而且,斑块与斑块之间的联系逐渐降低,平均邻近指数、平均最邻近距离逐渐增加,平均斑块之间距离已接近100m。

2.2 绿色空间不同类型景观指数动态特征

从绿色空间内部结构来看(表3),绿色空间各类型景观指数表现差异显著。公共绿地斑块数量提高、斑块面积标准差在降低,斑块相似度在不断增加;斑块邻近指数和距离均在降低,空间分散设置的趋势增强。自然风景区、城墙内外沿护城河的绿地、游园增多,平均斑块分维数整体也是在变大,形状更加复杂、自然。对比城建资料亦可发现,期间南京市新建了大量大中型公共绿地,如北部新建幕燕风景区、二桥公园,东部的情侣园、花卉园,西南方向有绿博园、宝船遗址公园,西北方向的阅江楼景区等。

附属绿地除斑块数量、平均斑块面积逐渐增大外,平均形状指数、平均斑块分维数和分布指数平均邻近指数、平均最邻近距离相对稳定,未发生明显变化。南京市20世纪80年代后逐渐启动了南京经济技术开发区、迈皋桥工业园、化工园、河西新区等一系列新区的开发建设,而1989—2001年南京东扩文教区使得中山门内外激增大量附属绿地,近年来房地产开发则带动居住区绿地快速增加。

生产绿地和生态防护绿地斑块数量直线下降,2种类型共同表现出规则化、分散化、消退化的态势,生产绿地尤为突出。主城区的东北部是传统生产绿地的分布区域,1990年之后的近30年内几乎被建设用地吞噬,现仅有少量残留。生态防护绿地虽然分散趋势明显,但平均斑块面积仍表现出增长的趋势,反映了以自然山体为主的大型生态防护绿地得到了较好维护。生态防护绿地主要分布在主城区东北部和南部。新区开发、园区建设、高校外迁等因素对生态防护绿地冲击较大。


图3 1979—2009年南京主城区绿色空间景观类型图


3 绿色空间格局演变的影响因素

城市景观格局演变过程具有比任何其他景观类型都更加复杂的驱动机制,自然和人为因素均可以对城市景观整体结构、空间构型以及斑块特征产生显著影响,但是人为活动无疑占据着优势地位[16]。就南京绿色空间分布来看,自然环境是格局形成的框架基础,生态防护绿地多为紫金山、笆斗山、聚宝山的自然山林地,生产绿地多分布于河边、圩区,古城依山傍水而立。人为影响因素则主要体现在城市扩张、经济发展、产业结构调整、政策法规、生活方式等方面。

3.1 城市扩张

南京市作为我国东部的大型都市区,城市建设从20世纪80年代起取得了长足的发展。1978年南京仅局限在城墙范围以内,随着人口与用地的矛盾激化,南京城市空间向城墙外发展,随后城墙、老城郊、主城一层层被突破,消耗了大面积的农业、自然景观,促使了公共、附属绿地景观的扩展、填充。

3.2 政策调控

国家及地方政策的调整会对城市建设发展起到显著的调控作用,南京绿色空间格局形成及各阶段演变特征也均能映射出政策的调控效能,如南京文教区的向东扩张、北部工业区的建设、河西新区的开发建设、“退二进三、退二优二”的决策部署,以及关于森林保护、绿化管理的相关立法等,促进了附属绿地、公园绿地的扩张,强化了生态防护绿地的保护,也带来了生产绿地的消退。

3.3 经济推动

以公共绿地和农业用地面积代表增加和减少的属性,分别与GDP、固定资产投资、财政支出3个经济指标进行相关性分析,都表现出了十分显著的相关关系,说明经济发展是绿色空间格局演变的重要影响因素。

3.4 生活需求

随着社会经济发展,居民生活水平不断提高、休闲时间不断增加,带动了绿色空间的建设和发展,也对绿色空间提出了更高的质量要求。居民受教育程度不断提高、接受信息的媒介不断丰富,对生存环境质量的重视程度不断提升,对于集休闲、游憩、生态等诸多功能于一体的公园绿地的需求不断增加,对居住、工作区域内部的附属绿地要求也不断提高。而且,随着人均私家车拥有数量增加,地铁、公交等出行条件的不断完善,对较远距离的自然生态空间需求也逐渐增加。

4 结论与讨论

4.1 主要结论

通过对案例地绿色空间格局变化特征及原因的剖析,结合中国的城市化进程中,城市普遍存在的高速扩张、环境质量退化等一系列问题,不难发现以下问题。

1)快速城市化催化了绿色空间的重构。城市化进程促使城市扩张不断加剧,也直接造成了绿色空间的斑块数量与面积整体呈现减少的趋势。绿色空间的内部类型转换加剧,不同类型绿色空间规模大幅增减、结构剧烈变化,附属绿地、公共绿地急剧扩张,对应的是生态防护绿地减少,尤其是生产绿地的快速萎缩,消失殆尽。

2)绿色空间由“自构”向“被构”转型的态势明显。早期城市绿色空间主要以水系、生态防护绿地以及农业等自然、生态景观为主,公园、广场等人工化绿色空间极为有限,且主要分布于古城墙范围内,为此绿色空间形状、分布更为自然。但自改革开放至今,人为规划力在绿色空间中得到更多的体现,不仅体现在公园数量剧增及其布局设置方面,甚至生态防护绿地也多为人为改造或全新建置,形状、分布的人工化程度升高。20世纪90年代末期以后,随着生态化要求的提高,遵从自然、还原自然理念的深入,滨河绿地建设、古城墙绿带建设等一系列改进举措的提出,促使绿色空间的形状指数向自然化、生态化演进,而代表服务宜人性的分布指数则更加均衡、便捷,这在公园绿地类型中显得尤为突出。

3)绿色空间的生态化保护、人性化规划还需加强。城市生态环境的脆弱性要求加强绿色空间、蓝色空间的保护。结合南京绿色空间格局演变主要影响因素来看,可通过抑制城市过快扩张、优化升级产业结构、转变经济增长方式、提高城市土地节约集约利用、健全法规政策体系、引导低碳生态的市民生活习惯等一系列手段,借助当下国外较为推崇的“城市增长边界”(UGB)、绿廊绿道、精明增长等管理政策,进一步对绿色空间施以有效保护。

4.2 讨论

国内外关于城市扩展和城市边缘区的演变研究非常多,这些研究多关注城市的扩展形态、模式,除对整体趋势关注较多外,内部结构的变化也是研究的重点[17-18]。相比而言,国内对绿色空间格局、内部结构长期演变的关注较少。本文重点着眼于城市建筑空间之外的城市空间,借助RS、GIS手段,有针对性地进行深入、细致的解析,探明了案例地自改革开放以来,尤其是在快速城市化进程中,城市绿色空间及内部结构变化的动态及特征,为国内外其他城市绿色空间演变阶段、趋势的判断提供了方法借鉴和案例参照,并可根据演化的特征归纳、影响因素分析,开展对绿色空间保护、规划、优化,以期维护城市的健康可持续发展。

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(编辑/李旻 王珮涵)

作者简介:

邵大伟/1982年生/男/山东济南人/博士/苏州科技学院讲师/研究方向为风景园林规划设计、城乡规划(苏州 215011)

吴殿鸣/1984年生/女/山东泰安人/博士/苏州科技学院讲师/研究方向为风景园林规划设计(苏州 215011)

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