蹇 凱1,,郭麗霞1,王勝男

(1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051;2.三亞學(xué)院 藝術(shù)學(xué)院,海南 三亞 572022)

開放空間系統(tǒng)在一定程度上起著調(diào)整城市結(jié)構(gòu)和優(yōu)化城市功能的作用,影響著城市的實(shí)體空間形態(tài)、社會(huì)結(jié)構(gòu)形態(tài)和文化空間結(jié)構(gòu)形態(tài)[1]。綠色開放空間系統(tǒng)是城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的保障,也是決定生態(tài)城市建設(shè)水平的最根本要素,更加強(qiáng)調(diào)城市內(nèi)部空間的變化規(guī)律、空間形態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)、開敞空間等之間的相互作用關(guān)系、運(yùn)行與機(jī)理[2]。近年我國關(guān)于開放空間系統(tǒng)的研究主要集中在城市公共空間、城市空間結(jié)構(gòu)、城市綠地系統(tǒng)等方面的優(yōu)化,較少有人從尺度控制層面將城市藍(lán)綠空間要素作為一個(gè)完整空間系統(tǒng)來研究。綜觀綠色開放空間系統(tǒng)的研究成果發(fā)現(xiàn)，綠色開放空間系統(tǒng)是指城市中由最具有生命力的各類綠地要素和水系要素構(gòu)成,在地域空間中有著專門的空間結(jié)構(gòu)和功能形態(tài)的開放空間集合體[3]。其實(shí)質(zhì)與城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃方法和研究路徑有著截然不同的內(nèi)涵[4],但該領(lǐng)域的研究處于停滯階段。為了厘清綠色開放空間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系，剖析城市綠地系統(tǒng)的功能效應(yīng)[5],研究以“建成區(qū)劃定—系統(tǒng)要素RS識(shí)別—系統(tǒng)特征分析—功能效應(yīng)評(píng)價(jià)”為研究思路,針對(duì)呼和浩特(簡稱“呼市”)建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)進(jìn)行特征分析和功能效應(yīng)評(píng)價(jià)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

綠色開放空間系統(tǒng)研究的機(jī)制是通過系統(tǒng)要素結(jié)構(gòu)、功能和過程分析來反映對(duì)象的特征,在一定的時(shí)空尺度上,其結(jié)構(gòu)、功能和過程的合理性直接影響到城市的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系和生態(tài)功能體系。為了獲得最為科學(xué)的分析結(jié)果,本文主要獲取了呼市2014—2017年的《統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù),同時(shí)考慮到地區(qū)特殊的地理氣候和地域季節(jié)特點(diǎn),特在地理空間數(shù)據(jù)云中獲取了該區(qū)域2013年7月和2017年7月的Landsats 8遙感數(shù)據(jù),以便于通過ENVI軟件提取最能反映呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)要素變化的特征。

在方法上，一是通過統(tǒng)計(jì)分析法總體把握呼市最新4年綠色開放空間系統(tǒng)的基本情況；二是利用GIS空間分析解析和可視化綠色開放空間系統(tǒng)要素在空間上的方位和圈層分布特征；三是借助Fragstats 4.2軟件分析呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的動(dòng)態(tài)關(guān)系。三者相互結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)綠色開放空間系統(tǒng)要素的空間分布特征分析和功能效應(yīng)評(píng)價(jià)。

2 特建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的要素現(xiàn)狀

享有“青城”美譽(yù)的呼和浩特是內(nèi)蒙古自治區(qū)最大的政治、經(jīng)濟(jì)和文化交流中心,地域歷史文化底蘊(yùn)濃厚。呼市中心城區(qū)位于海拔約1040m的平原之上,地勢(shì)北高南低,具有典型的蒙古高原大陸性氣候特點(diǎn)。綠色開放空間系統(tǒng)作為最具生態(tài)效益的城市系統(tǒng)之一,其系統(tǒng)要素由城市綠地、水系等城市中非建筑物和構(gòu)筑物構(gòu)成。本文從呼市2014—2017年《統(tǒng)計(jì)年鑒》中提取了建成區(qū)面積、建成區(qū)綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋面積、建成區(qū)園林綠地面積、建成區(qū)綠地率和綠化覆蓋率等6項(xiàng)數(shù)據(jù)作為研究綠色開放空間系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過線性分析發(fā)現(xiàn):建成區(qū)綠地面積、綠化覆蓋面積和園林綠地面積的年平均增長量分別為6.40km2、5.07km2和4.96km2,R2值分別為0.99、0.94和0.99,在數(shù)值上反映為呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)要素的各類面積變化呈現(xiàn)出高度一致的增長趨勢(shì),且建成區(qū)綠化率與綠化覆蓋率保持穩(wěn)定水平(表1)。

表1 2013—2017年呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的要素分析

注:1.斜率為要素變化的平均水平;2.R2為衡量要素之間變化規(guī)律的一致性和數(shù)據(jù)擬合的可靠性;3.x為時(shí)間自變量,y為面積因變量；4.統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與RS數(shù)據(jù)年份不同步不影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 綠色開放空間系統(tǒng)的特征分析

3.1 系統(tǒng)格局層面的空間變化

總體格局特征:為了全面剖析呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的特征,本文以內(nèi)蒙古師范大學(xué)附屬中學(xué)運(yùn)動(dòng)場為城市地理中心,將呼市建成區(qū)劃分為8個(gè)方位和8—10個(gè)圈層,分別從方位和圈層層面分析綠色開放空間系統(tǒng)的變化特征，見圖1。從建成區(qū)面積拓展上看,2013—2017年受城市新區(qū)建設(shè)和2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)成立70周年大慶的影響,建成區(qū)面積由251.78km2增加到290.2km2,凈增量38.42km2。其中,增長區(qū)域集中在第一象限的5—6圈層、第四象限的5—7圈層和西南方向的8—10圈層,即穆斯林公墓片區(qū)、賽罕區(qū)車管所片區(qū)和玉泉百坊民俗村等區(qū)域,凈增量分別為9.49km2、18.65km2和9.24km2,增長面積占建成區(qū)拓展面積的73.24%(圖2)。從系統(tǒng)要素比例上看,2013—2017年,城市建成綠色開放空間系統(tǒng)的要素總面積呈增加趨勢(shì),城市發(fā)展逐步重視對(duì)環(huán)境提升與生態(tài)維育,但系統(tǒng)要素的類型和結(jié)構(gòu)變化較大。具體變化表現(xiàn)為:系統(tǒng)要素總量凈增了8.18km2,公園綠地和附屬綠地的總面積超過全部系統(tǒng)要素的70%,構(gòu)成了呼市建成區(qū)重要的生態(tài)效益要素。其中,公園綠地面和水域面積分別減少了14.5km2和1.17km2,占比分別降低了20.03%和1.97%；附屬綠地、防護(hù)綠地和其他綠地面積分別增加了12.37km2、1.99km2和5.49km2,占比分別提高了15.31%、1.81%和4.88%,即公園綠地大量流轉(zhuǎn)至附屬綠地,表現(xiàn)為對(duì)宜居環(huán)境的強(qiáng)烈追求，見表2。

圖1 呼市建成區(qū)的方位及圈層劃分

圖2 建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)要素面積變化

要素名稱編碼 面積(km2) 比例(%) 2013年2017年2013年2017年增減情況公園綠地G143.6229.1251.2331.20-20.03防護(hù)綠地G23.095.083.635.44+1.81附屬綠地G321.7938.1625.5840.89+15.31其他綠地G49.8015.2911.5116.38+4.88水域G56.855.688.056.08-1.97合計(jì)85.1593.33———

方位格局特征:2013—2017年呼市建成區(qū)綠色開放空間的系統(tǒng)要素在第一、三、四、五、六4個(gè)象限有所增加,其中第一、四象限的要素增長明顯受這兩個(gè)方向上的建成區(qū)面積拓展影響。相反,第二、七、八象限的系統(tǒng)要素有所減少,減少量較小(圖3a)。隨著呼市城市建設(shè)的推進(jìn),系統(tǒng)要素的結(jié)構(gòu)改變反映出各類要素在方位空間上的分布特點(diǎn)(圖3b—3f)。

主要表現(xiàn)在:①公園綠地(G1)。在空間分布上主要集中在第二、六象限,但從面積變化上第二、七象限的公園綠地減少量較大,減少量分別達(dá)4.08km2和7km2。綠地屬性流向附屬綠地、其他綠地和防護(hù)綠地。②防護(hù)綠地(G2)。要素面積總體呈增長趨勢(shì),且在第一至四象限分布相對(duì)較豐富,防護(hù)綠地空間分布受呼市水系分布影響加大,在城市建設(shè)過程中間接反映為人們對(duì)綠色開放空間系統(tǒng)防護(hù)作用和對(duì)更加宜居生活環(huán)境的追求。③附屬綠地(G3)。2017年與2013年相比,附屬綠地的面積在第四、五、六象限上增量較大,反映為呼市建成區(qū)南部區(qū)域的人居環(huán)境相比其他區(qū)域較好。④其他綠地(G4)。從整體變化情況上看,該類要素在空間分布上變化最為明顯。雖然第一、二象限已經(jīng)屬于建成區(qū),但由于建設(shè)緩慢,部分綠地仍然呈現(xiàn)為以農(nóng)業(yè)活動(dòng)為主的土地功能。⑤水域(G5)。呼市建成區(qū)水系分布總體上越來越趨于均衡化,但水系面積變化主要反映在呼市第二、三、六象限,這是因?yàn)楹羰兴抵饕植荚跂|部和南部區(qū)域,且水系面積大小直接受不同年份降雨影響的可能性較大。

圈層格局特征:呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)變化的總體特征是要素分布總體向外移。從面積變化上來看,建成區(qū)圈層拓展到了10個(gè)圈層,系統(tǒng)要素面積在第一至四圈層逐層增加,第四至八(十)圈層則逐層減少。但各個(gè)圈層內(nèi)的系統(tǒng)要素面積在第一至三圈層減少,在第四至八(十)圈層增多。在第三圈層減少了3.14km2,在第五至七圈層增加了13.25km2(表3)。從要素比例上來看,受城市建設(shè)開發(fā)的影響,系統(tǒng)要素結(jié)構(gòu)在圈層空間上表現(xiàn)為不同的分布特點(diǎn)。其中,系統(tǒng)要素面積比例減少主要集中在第一至六圈層和第八圈層；位于城市建成區(qū)邊緣區(qū)域第七、九、十圈層的系統(tǒng)要素面積比例增加(圖4、表3)。主要表現(xiàn)在:①公園綠地(G1)。雖然在空間分布上主要集中在第三至五圈層,但受系統(tǒng)要素結(jié)構(gòu)的變化,公園綠地面積在第一至八圈層大量減少。②防護(hù)綠地(G2)。從對(duì)比數(shù)據(jù)可知,防護(hù)綠地在各個(gè)圈層的面積都有所增加。其中,在主要分布有水體環(huán)境的第4圈層面積指數(shù)凈增量達(dá)到0.09km2,即在每一個(gè)圈層的面積增加反映為對(duì)城市綠地防護(hù)作用的高度重視。③附屬綠地(G3)。近五年來,附屬綠地在第四至六圈層分布的面積增長量分別為5.81km2、5.61km2和6.85km2,大大提升了呼市建成區(qū)第四至六圈層城市生活居住片區(qū)的適宜性。④其他綠地(G4)。這類綠地主要分布在第五圈層,且在第四至七圈層的增加量分別為1.43km2、1.71km2、2.19km2和2.60km2。⑤水域(G5)。在空間中的分布主要集中于第三至四圈層,且水系面積變化較小,水域的微弱變化受不同年份降雨影響的可能性較大。

圖3 方位層面綠色開放空間系統(tǒng)的要素變化

圖4 圈層層面綠色開放空間系統(tǒng)的要素變化

3.2 景觀格局層面的指數(shù)變化

景觀格局在結(jié)構(gòu)、功能和過程三個(gè)層面的變化決定了綠色開放空間系統(tǒng)生態(tài)過程的復(fù)雜性,即景觀格局的表現(xiàn)方式是通過景觀要素間的相互作用來影響區(qū)域內(nèi)的景觀要素分布、物種豐富度、種群生存能力和抗干擾能力[6-8]。因此,研究選取斑塊類型和景觀水平兩個(gè)層面的5項(xiàng)景觀格局指數(shù)來分析呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的景觀破碎化程度、空間異質(zhì)性、多樣性和均勻性。

表3 圈層層面綠色開放空間系統(tǒng)的要素變化(km2)

表4 2013—2017年呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)斑塊層面的景觀格局指數(shù)

景觀格局的破碎度和異質(zhì)性:本文選取斑塊密度(PD)、最大斑塊形狀指數(shù)(LPI)和斑塊形狀指數(shù)(LSI)分析呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)內(nèi)部近5年的景觀要素結(jié)構(gòu)變化、破碎化程度與空間異質(zhì)性和系統(tǒng)生態(tài)過程(表4)。即:①要素結(jié)構(gòu)變化。最大斑塊指數(shù)變化與斑塊密度指數(shù)呈現(xiàn)相反的變化規(guī)律,公園綠地、防護(hù)綠地、附屬綠地和水域的LPI指數(shù)分別增加了0.04、0.11、0.05和0.01。其中,LPI指數(shù)最高的要素由2013年的公園綠地轉(zhuǎn)換成了2017年的附屬綠地,要素結(jié)構(gòu)變化反映出呼市對(duì)生態(tài)城市的建設(shè)更加關(guān)注和對(duì)宜居生活環(huán)境的強(qiáng)烈追求。②景觀破碎化程度與空間異質(zhì)性。受建成區(qū)拓展和城市綠化建設(shè)的影響,除其他綠地以外的其他四類系統(tǒng)要素因斑塊密度微弱下降,較好地弱化了系統(tǒng)要素景觀破碎化程度和空間異質(zhì)性。同時(shí),擁有最高斑塊類型破碎化程度和景觀空間異質(zhì)性的附屬綠地為系統(tǒng)的多樣性提高奠定了基礎(chǔ),也正好為城市邊緣區(qū)的其他綠地破碎化程度和空間異質(zhì)性的升高提供了原因。③系統(tǒng)生態(tài)過程?？傮w上看,城市公園綠地和附屬綠地2類要素始終承擔(dān)有重要的城市生態(tài)過程功能,但除其他綠地以外的其他4類要素的斑塊形狀指數(shù)均有所下降,尤其是公園綠地的生態(tài)過程的作用明顯減弱。

景觀格局的多樣性與均勻度:呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的多樣性主要選取景觀多樣性指數(shù)(SHDI)和景觀均勻度指數(shù)(SHEI)進(jìn)行分析。分析表明,近五年系統(tǒng)總體層面的SHDI和SHE分別增加了0.1和0.14,系統(tǒng)景觀格局的功能效應(yīng)不受單一景觀要素支配或決定,景觀更加多樣與均衡,但呼市城市建設(shè)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的多樣性在空間上發(fā)生了巨大變化(表5)。這些變化主要表現(xiàn)在:①方位層面。系統(tǒng)的多樣性較高區(qū)域由建成區(qū)的西南部移向東部及東北部。2013年,多樣性高于當(dāng)年建成區(qū)系統(tǒng)景觀多樣性指數(shù)的有第二、五、六3個(gè)象限,景觀均勻性相對(duì)較高的主要集中在方位五和方位六；2017年,多樣性高于當(dāng)年建成區(qū)系統(tǒng)景觀多樣性指數(shù)的有第一、二、三、七象限,景觀均勻性相較高的主要分布在第一、二、三、八方位。②圈層層面。系統(tǒng)多樣性較高區(qū)域由外圈層向內(nèi)偏移。2013年,在第五、六、八圈層具有較好的景觀多樣性和均勻度；2017年,第四、九、五圈層具有最高的景觀多樣性,其中景觀多樣性和均勻度較高區(qū)域主要分布在第四圈層(圖5)。

表5 2013—2017呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的多樣性

圖5 呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的多樣性與均勻度

4 綠色開放空間系統(tǒng)的功能效應(yīng)

4.1 指標(biāo)體系與評(píng)估方法

綠色開放空間系統(tǒng)是決定生態(tài)城市建設(shè)水平的最根本要素,在城市系統(tǒng)中具有特定的生態(tài)功能效應(yīng)。本研究根據(jù)綠色開放空間系統(tǒng)的特點(diǎn),在系統(tǒng)特征分析的基礎(chǔ)上選取景觀多樣性指數(shù)、景觀均勻度、建成區(qū)綠化覆蓋率、景觀破碎化程度等指數(shù)構(gòu)建了綠地系統(tǒng)服務(wù)功能格局測(cè)度模型來評(píng)估呼市綠色開放空間系統(tǒng)的功能效應(yīng)，具體見表6。

本文將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后采用具有多維測(cè)度的雷達(dá)圖表模型來反映綠色開放空間系統(tǒng)單一指標(biāo)和綜合指標(biāo)的功能效應(yīng)高低[1,9]。

表6 呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

4.2 系統(tǒng)功能效應(yīng)的評(píng)價(jià)

通過以上指標(biāo)體系和研究方法的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，2013年和2017年呼市建城區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的功能效應(yīng)分別為0.73和0.65,降幅0.08，功能效應(yīng)的降低反映出呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)建設(shè)在保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境、維系生態(tài)系統(tǒng)平衡和保持生物多樣性等諸多方面并未發(fā)揮出應(yīng)有的促進(jìn)、支撐和保障作用。從單一指標(biāo)功能效應(yīng)上看,雖然呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的要素總體面積比例較穩(wěn)定,但系統(tǒng)的景觀多樣性和均勻性提升較大,增幅效應(yīng)分別達(dá)0.07和0.06,促進(jìn)了系統(tǒng)要素的景觀破碎化程度降低和空間異質(zhì)性減弱。此外,系統(tǒng)的要素斑塊形狀指數(shù)下降了0.11,綠色開放空間系統(tǒng)的生物動(dòng)態(tài)過程大大降低,這是導(dǎo)致呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)功能效應(yīng)降低的關(guān)鍵因素(表7)。

表7 呼市綠色開放空間系統(tǒng)生態(tài)服務(wù)功能效應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)

4.3 功能效應(yīng)的提升策略

針對(duì)以上分析結(jié)果,本文從景觀生態(tài)學(xué)的視角出發(fā)提出了三點(diǎn)策略:①均衡布置建成區(qū)內(nèi)部的各類系統(tǒng)景觀要素。結(jié)合綠色開放空間系統(tǒng)的要素結(jié)構(gòu)調(diào)整,用降低景觀斑塊密度和斑塊形狀指數(shù)的方式來削弱各類景觀要素的破碎化程度和空間異質(zhì)性,從而增強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)部的生態(tài)過程。②優(yōu)化綠色開放空間的要素結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能。采用“斑塊—廊道—基質(zhì)”模式,合理分配點(diǎn)、線、面景觀要素的空間分布。在建成區(qū)均衡布局點(diǎn)狀景觀要素,通過線性廊道的構(gòu)建為動(dòng)物的遷徙提供活動(dòng)通道,重點(diǎn)培育城市公園、水體、建成區(qū)內(nèi)外部等具有基質(zhì)特征的面狀景觀要素,為建成區(qū)的城市生態(tài)發(fā)展提供基底。③提升綠色開放空間系統(tǒng)的景觀多樣性和均勻性。均衡布局建成區(qū)的多樣性空間,以提升綠色開放空間系統(tǒng)內(nèi)部的生態(tài)過程為目的,提高建成區(qū)的綠色開放空間系統(tǒng)功能效應(yīng)。

5 結(jié)語

通過以上分析研究,總結(jié)如下:①呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的功能效應(yīng)有所降低。近五年呼市建成區(qū)建設(shè)使綠色開放空間系統(tǒng)的景觀破碎化程度和景觀異質(zhì)性有所減弱,整體人居的適宜性有所增強(qiáng),但綠色開放空間系統(tǒng)內(nèi)部的生態(tài)過程減弱,導(dǎo)致城市建設(shè)在保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境、維系生態(tài)系統(tǒng)平衡和保持生物多樣性等諸多方面并未發(fā)揮出應(yīng)有的促進(jìn)、支撐和保障作用。②呼市綠色開放空間系統(tǒng)要素的總體面積呈穩(wěn)步增長趨勢(shì),但系統(tǒng)內(nèi)部的要素結(jié)構(gòu)變化較大。受城市建設(shè)和對(duì)城市宜居生態(tài)環(huán)境追求的影響,城市建設(shè)要更加注重防護(hù)綠地對(duì)城市水系的生態(tài)防護(hù)和附屬綠地對(duì)宜居生活環(huán)境質(zhì)量的提升,綠色開放空間系統(tǒng)的要素在空間整體上外移,建成區(qū)南部比其他方位擁有更加宜居的城市綠色開放空間；呼市東北部城市建設(shè)緩慢或停滯,城市水體空間分布更均勻。③雖然呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)的景觀多樣性和均勻性有所提升,內(nèi)部要素的破碎化和異質(zhì)性減弱,但整個(gè)建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)內(nèi)部的生態(tài)過程大幅減弱,多樣性空間分布偏移明顯,這是呼市建成區(qū)綠色開放空間系統(tǒng)功能效應(yīng)降低的關(guān)鍵因素。鑒于此,本研究針對(duì)呼市綠色開放空間系統(tǒng)的功能效應(yīng)提出了提升策略。

(注:所有圖件均為作者自繪。其中,圖3—5和表1中的圖像是作者根據(jù)地理空間數(shù)據(jù)云中的Landsats 8遙感數(shù)據(jù)計(jì)算與分析而得。)