景观格局分析在城市森林规划中的应用研究

2012-04-12鲁敏刘国恒赵洁张田

山东建筑大学学报 2012年1期

鲁敏，刘国恒，赵洁，张田

(1.山东建筑大学艺术学院，山东济南 250101;2.山东同圆设计集团有限公司，山东济南 250101)

0 引言

园林树木是构成城市绿地的主要植物材料，也是发挥城市绿地功能效益的主要植物群落体，城市森林作为城市生态绿地系统的重要组成部分，突出强调了乔木在城市绿地中的骨架和主体地位，它不仅具有改善城市小气候、净化空气、涵养水源、滞尘降噪等生态功能，而且对森林城市的建设具有不可替代的作用，城市森林的理论研究及实际建设已经成为相关领域的研究热点。景观生态学作为一门涉及多领域的交叉学科，从宏观上研究景观结构(格局)、功能和动态变化是其主要内容，在很大程度上景观格局制约着景观功能的发挥。城市森林景观结构的优化设计是城市森林规划的最终目的，将景观格局分析应用到城市森林规划中去，有利于对城市森林景观格局的直观了解，也为城市森林景观格局的优化提供了大量直观的数据支持，从而构建出科学合理的城市森林景观格局，有利于城市森林生态功能的发挥。

1 城市森林的内涵

“城市森林”(urban forest)这一名词，最早出现在1962年美国肯尼迪政府关于户外娱乐资源调查的报告中[1]，自此，城市森林在理论研究和实际建设方面都取得了重大突破。

城市森林概念的提出已经有40多年的历史，国内外学者从不同角度对城市森林的内涵进行了研究，但对其的定义依然没有统一的标准。Miller将城市森林定义为城市规划区范围内所有植物的总和[2];Grey认为城市行道树、各类公园、街头绿地及居民区内所有树木构成了城市森林，是城市景观环境的重要组成部分[3];刘殿芳给城市森林定义为以植物群落(乔木占主体地位)为主体，包括其中生活的各类生物群体，及其周围环境的综合体[4];刘常富认为城市森林是指能对城市环境产生影响，达到一定的规模和覆盖度，以乔木为主体的一种生态系统，并强调了其生态价值和景观文化效应[5]。

许多学者对城市森林的概念提出了不同见解，但都肯定了城市森林的生态服务功能，在范围上大都也定义在能够对城市环境起到直接作用的尺度内，而且将乔木的主体地位进行了重点强调。基于众多研究成果，笔者认为:城市森林是指在城市周围、对城市环境保护及改善起到直接作用的空间范围内，达到一定面积(≥0.3hm2)和树冠覆盖率(≥10%)，以乔木为主体，具有乔、灌、花、草、藤复合结构的植物群落。

2 城市森林景观格局分析的方法

景观格局一般是指景观的空间结构，即景观单元的类型组成、组合方式，是景观异质性的体现，是景观结构和过程相互作用的结果，在一定程度上，景观格局直接影响景观功能的发挥。

目前景观格局分析的方法有:空间统计分析法，景观指数分析法[6]，实验模型系统法，模型模拟法[7]等。遥感和GIS等技术的发展，为景观格局的研究提供了强大的技术支撑，景观格局定量化的研究已经成为现实，现阶段运用最多的方法是基于景观指数的景观格局分析方法，本文就是以此种方法来介绍景观格局分析在城市森林规划中如何应用的。

基于景观指数的城市森林景观格局研究的方法，可以定量化、数据化直观地展示城市森林的空间结构特征，但这种方法在表达景观结构具有的整体性与景观空间单元间的功能关系[8]等方面具有局限性。为解决这种方法带来的局限性，可以与其他研究方法结合起来运用，景观格局梯度分析和动态分析是目前最主要分析方法。

景观格局梯度分析是将景观格局与梯度分析相结合，根据研究区域城市森林空间结构的特点，通过计算沿样带或者不同缓冲区间景观格局指数的变化，分析城市森林在空间梯度上变化规律的方法。这种方法特别适合城市森林景观格局的研究，通过定量地分析城市森林结构的空间梯度变化，可以更加清晰地研究城市森林景观格局的细节变化，分析城市森林建设中环境属性、人类活动及决策所起的作用，从而更加准确细致地研究城市森林的空间结构特征。

景观格局动态分析是对同一区域不同时间内同一景观指数体系变化的研究，通过分析，可以得出景观格局变化的规律。通过对城市森林进行景观格局动态分析，不仅可以得出城市森林景观格局的变化规律，结合相关资料，还可以发现影响城市森林格局变化的因素，从而使城市森林规划更具有前瞻性。

3 基于景观格局分析的城市森林规划过程

Forman和Godron提出了“斑块—廊道—基底”的景观空间解读模式并且被广泛应用于景观格局的研究中，他们认为斑块(patch)、廊道(corridor)、基底(matrix)是组成景观的三种结构单元[9]。这一模式是景观格局分析及优化的理论基础，它主要表现在景观要素组成和组合形式两个方面，城市森林景观格局分析就是在这两个方面研究城市森林景观，分析其内在的变化机制，然后结合景观格局优化的相关理论来确定城市森林规划的方案。

3.1 城市森林规划的前提

3.1.1 基础资料的收集

城市森林规划所需要的基础资料主要包括:城市遥感影像，城市地貌、气候、水文、植被、社会经济概况等统计资料，城市林业绿化相关资料，城市总体规划图及地形图，各类绿地资料，近年来城市园林绿化资料等，为下面的分析做了必要的准备。

3.1.2 适宜性分析

适宜性分析是基于景观生态学垂直过程做的研究，对城市森林的斑块、廊道的位置选择具有重要的作用。

城市森林的适宜性分析，是指在研究区域内，在充分考虑城市土地的自然属性和社会属性的前提下，运用一定的研究手段，分析城市森林的多种功能适宜性(土地适宜性、游憩适宜性、景观适宜性等)，从而决定城市中那些地块适合进行城市森林的建设，为城市森林各环节提供科学合理的依据。

在进行适宜性分析的过程中，要特别注意研究区域内具有关键生态作用的地段，例如:城市水源涵养地，森林公园，自然保护区，湿地保护区等，作为城市良好的生态基础设施、城市森林的重要节点，在规划中这些地段要实行保护性规划。

3.2 城市森林景观分类

利用“斑块—廊道—基底”这一模式研究景观格局，首先要确定景观的基底，城市森林作为城市景观的组成部分，处在城市这种土地利用极其复杂的环境中，在大部分城市中，城市森林的面积占城市总面积的比例都小于50%。因此，城市森林在城市中只能以斑块和廊道的形式存在。

城市中的森林公园、各种片林、各类片状绿地等都属于城市森林斑块景观，这些斑块是城市森林的重要组成部分，是城市森林发挥生态服务功能的主体部分，也是生态多样性最复杂的部分。城市森林的廊道景观包括沿道路及河流、呈带状的各类公园、林带等，这些廊道在发挥生态服务功能的同时，在反破碎化、提高景观连接度等方面也具有重要的作用。

以上是基于景观生态的分类方式，另外众多学者在不同的角度都对城市森林进行了分类。例如，王木林按功能特征将城市森林划分为防护林、公共林地、风景林、生产林地、企事业单位林地、道路林地等8大类[10];何兴元等则是从功能和植被的角度，将城市森林分为附属庭院林、道路林、风景游憩林、生态公益林和生产经营林5个城市森林类，共16个城市森林亚类[11]。

3.3 景观指数的选取

景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标[9]。随着关于景观生态学研究的深入，众多学者在单一斑块、景观类型和景观三个层次上[12]提出越来越多景观指数，这给研究提供了更多的选择性，同时也需要人们在景观指数的选择上更加慎重，避免不必要景观指数的应用。

在城市森林景观格局的研究过程中，景观指数的筛选要注意以下几点:第一，城市森林的研究范围大都确定在城市及周边地区，因此在景观指数的选择上要注意景观尺度问题。尺度是通过粒度和幅度来表现的，粒度是最小可辨识单位的特征，幅度则体现研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。由于景观格局的特征在不同的时间或空间上往往表现出不同的尺度特征，所体现的景观生态学意义也是不同的，所以在景观指数的选择上要根据景观尺度合理选择;第二，在单一景观指数的选择上，要考虑景观指数的相关性[13]，在生态学意义相近的指数选择上，要根据城市森林的景观特征和分类等方面综合研究确定，避免景观指数选择的盲目性;第三，在景观指数体系的确立上，要结合城市森林景观格局具体的研究目的，选择具有代表性的能够体现研究所需生态学意义的景观指数，在单一斑块、景观类型和景观三个层次上构建科学合理的指数体系。

3.4 城市森林景观格局分析

在城市森林景观分类和景观指数选取的基础上，结合城市森林研究的不同侧重点，选择适宜的景观格局分析方法，在城市森林景观空间结构定量研究的基础上，分析不同层次上的景观指数所代表的景观生态学意义，解读景观要素之间相互作用的机制与方式，从无序的景观中发现潜在的规律，得出城市森林景观的现状条件、影响因素及动态发展规律等，指导城市森林的规划设计，为景观格局优化提供直观的数据支持。

3.5 城市森林景观格局优化的重点

城市森林规划在很大程度上可以认为是城市森林空间结构重组的过程，也就是城市森林景观格局及元素优化的过程。通过城市森林景观格局的研究，可以得到其景观格局的现状、动态变化、空间梯度特征等资料，从中也发现了城市森林景观格局存在的问题，解决这些问题的途径即城市森林景观格局优化的方案。

根据“集聚间有离析”(aggregate—with—outliers)[14]这种生态学意义上最优的景观格局，俞孔坚提出的景观安全格局[15]及景观生态学中关于斑块、廊道原理等相关理论，在城市森林规划建设中景观格局优化要注意以下几点:

第一，在城市森林规划建设中要构建多个大型斑块，用以城市涵养水源、保护生物多样性，作为具有战略意义的城市森林空间;建设一些小的城市森林斑块，且保证距离适当，通过廊道的连接达到城市森林空间结构的完整性。

第二，加大城市森林廊道的建设力度，以城市道路、河流以及带状绿地作为建设骨架，尽可能多地建设城市森林廊道，并保证具有足够的宽度，构建城市森林廊道网络[16]，增加整体景观的关联度。

第三，在建设城市森林斑块和廊道时，在植物选择上要遵循适地适树的原则，使斑块和廊道的植物组成上具有相似性，从而提高两者的连接度，同时也有利于生物的迁移。

4 展望

目前，我国正处于城市化快速发展阶段，城市环境问题日益突出，然而当前城市绿化还停留在注重城市绿化覆盖率等绿化指标的阶段，对城市绿化植物结构层次的研究相对欠缺，更有大面积的草坪建设等追求绿地面积的建设方法，大大降低了城市绿化的生态作用。城市森林的建设突出强调了植物群落中乔木的主体地位和生态作用，不仅丰富了城市绿化中植物群落的结构层次，改善和保护了城市的生态环境，也满足了居民接近自然、回归自然的愿望。

国外关于城市森林理论及实际建设的研究起步较早，而我国在这方面研究才刚刚起步，实际建设方面的案例也不多。这就要求在总结前人研究成果的基础上，进行理论的创新，理论联系实际，将新技术和理论应用到城市森林的实际建设中去。

结合城市森林理论发展和实际建设案例，笔者认为城市森林规划的发展趋势主要集中在以下几个方面:

第一，在城市森林景观格局研究的重点区域方面，会从城市中心转移到城乡结合部。为了遏制城市的无限制发展，建设新城或卫星城成了解决这一问题的途径，从而导致产生了更多的城乡交错地带，这些地带保留的森林景观相对较多，产生的边缘效应在景观结构和功能方面具有重要意义，对这一地段城市森林景观格局的研究可以揭示在城乡交错面上景观结构对景观功能的影响，从而带来更大的生态服务能力。

第二，城市森林建设呈现网络化的趋势。在城市尺度上，通过城市森林廊道网络的建设将远郊森林纳入到城市森林的范畴中来，为改善城市生态环境服务。在区域尺度上，通过区域性城市森林廊道的建设，将更多的城市森林景观元素串联起来，构建区域性城市森林网络，从而对区域生态安全发挥作用。

第三，新技术、新理论在城市森林研究中将会发挥更多的作用。例如梯度分析原本是植被科学研究的方法，将梯度分析应用到城市森林景观格局的研究中，就取得了很好的效果;3S技术的应用使城市森林景观格局定量化研究成为可能。相信在以后的研究中，将会产生更多的理论与技术，为城市森林规划建设服务。

城市化过程中，生态环境遭到严重破坏，城市森林的建设不仅对改善城市生态环境具有重要作用，而且强调了乔木在城市环境改善中的重要作用，城市回归自然的愿望。城市森林规划过程中应用景观格局分析的方法，定量化地研究城市森林景观格局存在的问题，可以使城市森林的规划建设更加科学合理，从而更好地发挥其生态服务功能，全面推动森林城市的建设。

[1]张庆费，徐绒娣.城市森林建设的意义和途径探讨[J].大自然探索，1998，18(S1):32.

[2]MILLER R W.Urban forestry[M].New Jersey:Prentice Hall，1996.

[3]GREY G W，DENEKE F J.Urban forestry[M].New York:John Wiley and Sons，1986.

[4]刘殿芳，马玉珠.城市森林初探[J].内蒙古林学院学报，1999，21(3):65－68.

[5]刘常富，李海梅，何兴元，等.城市森林概念探析[J].生态学杂志，2003，22(5):146 －149.

[6]葛方龙，李伟峰，陈求稳.景观格局演变及其生态效应研究进展[J].生态环境，2008，17(6):2511 －2519.

[7]尹锴，赵千钧，崔胜辉，等.城市森林景观格局与过程研究进展[J].生态学报，2009，29(1):389 －398.

[8]林孟龙，曹宇，王鑫.基于景观指数的景观格局分析方法的局限性:以台湾宜兰利泽简湿地为例[J].应用生态学报，2008，19(1):139－143.

[9]邬建国.景观生态学:格局，过程，尺度与分级[M].北京:高等教育出版社，2000.

[10]王木林，缪荣兴.城市森林的成分及其类型[J].林业科学研究，1997，10(5):82 －87.

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[12]毕晓丽，周睿，刘丽娟，等.泾河沿岸景观格局梯度变化及驱动力分析[J].生态学报，2005，25(5):1041 －1047.