基于GIS技术的合肥城市公园森林生态效益比较

张 磊，李亚亮

(淮南师范学院，安徽淮南 232001)

基于GIS技术的合肥城市公园森林生态效益比较

张 磊，李亚亮

(淮南师范学院，安徽淮南 232001)

运用GIS技术，对安徽省合肥市城市公园森林生态效益进行分析，探讨CITYgreen模型应用在国内森林生态效益研究方面的技术与方法。结果表明：逍遥津公园和杏花公园的城市森林分别占整个公园景观构成的52.62%和13.00%，表明逍遥津公园公园内森林景观所占比重较大，公园内以高大乔木为主要植物景观，而杏花公园内以草坪种植为主，森林覆盖率较低；逍遥津公园与杏花公园的森林所产生的综合生态效益分别为515.03万和135.43万元，单位面积生态效益分别为14.40万和4.74万元/hm2，表明逍遥津公园在城市中发挥的生态效益最高。

GIS；CITYgreen模型；城市森林；生态效益

CITYgreen 模型是基于GIS 系统的程序软件,是在美国ESRI公司开发的ARC/View软件上运行的一个附加模块,应用于土地利用规划,为生态系统服务功能提供复杂的统计分析、地图和报告。美国AMERICAN FORESTS开发CITYgreen软件的目的是为了便于社区的规划和管理[1-2]。目前在美国有200 多座城市利用CITYgreen软件来制定环境控制规划、土地利用政策以及确定重造林区。随着卫星影像的广泛应用于林业监测，美国林业署建立了其12个州森林动态监控系统，可以分析1972年以来的森林变化情况，在此基础上，CITYgreen被广泛应用于研究区的森林生态效益的分析。近些年，随着多光谱、高分率影像的应用，CITYgreen的生态分析功能大大增强，可以进行覆盖县域、市域甚至到整个区域的生态效益分析[3]。

国内已经有学者开始应用CITYgreen软件进行相关研究,如胡志斌等[4]、朱文泉等[5]也曾应用CITYgreen3.0模型评价了沈阳的城市森林生态效益。张侃等应用CITYgreen5.0模型分析评价了杭州市绿地生态服务价值[6]。

笔者选择安徽省合肥市逍遥津公园、杏花公园为研究对象，应用CITYgreen软件在城市公园尺度上进行森林生态效益的比较研究, 目的在于分析合肥城市不同公园森林生态效益的特点，进而为城市森林的规划和建设提供相关理论依据及指导，同时探讨CITYgreen模型比较研究城市森林生态效益的可能性及方法，为我国的城市规划、设计和管理提供辅助决策的理论与方法。

1 研究区概况

选择安徽省合肥市2个公园作为比较研究对象。合肥市位于长江以北，江淮丘陵腹地，濒临巢湖；同一城市内不同公园城市环境条件差异小,可比较性较强。

合肥市是安徽省会，地处江淮丘陵，地理位置为117°11′～117°22′ E、31°48′～31°58′N。至2007年底，市区人口155.8万，面积596 km2，是首批国家级园林城市，绿化覆盖率39.5%，人均公共绿地面积10.15 m2。研究区逍遥津公园和杏花公园，面积分别为35.75和28.55 hm2。

合肥市属北亚热带湿润季风气候,气候温和,四季分明,雨量适中。年平均气温15.7 ℃,7月份平均气温28.5 ℃, 1月份气温-2 ℃,年降水量981.4 mm,集中在6～8月,无霜期230 d。地带性土壤为粘盘黄棕壤,土层较厚，质地粘重,pH为6.5～7.3。植被属北亚热带常绿、落叶阔叶混交林地带的江淮丘陵植被区，地带性植被为落叶与常绿阔叶混交林，市域内原生自然植被已不复存在，主要是次生和人工植被。主要树种有马尾松(Pinusmassoniana)、 黄檀(Delbergiahupeana)、麻栎(Quercusacutissima)、枫香(Liquidemberformosana)、山槐木(MaackiaamurensisRupretMaxim)、朴(Celtissincensis)、榔榆(Ulmusparvifolia)、白榆等。

2 研究方法与步骤

2.1 CITYgreen模型、数据来源与配准采用美国陆地资源卫星(Landsat卫星)TM数据，其覆盖面积为185×185 km2，数据观测时间是2009年5月3日。采用的TM数据波段为3、4、5波段假彩色合成图像，3波段波长为0.63～0.96 um的红色波段，4波段即波长为0.76～0.90 um的近红外波段，5波段即波长为1.55～1.75 um的中红外波段。3、4、5波段的瞬时视场为30 m。植被是遥感图像反映最直接的信息，绿色植被通常在近红外波段(TM的第4波段)具有高反射值，而在TM的第3波段具有低反射值，是植被强烈的吸收带。TM的第5波段对植被中水的含量很敏感，可反映植物生长状况。因此，为了突出植被，降低其他要素对植被的影响，该研究采用LandsatTM的3、4、5波段假彩色合成图像，可以很好地反映植被状况。

卫片获取后，以遥感数据为数据源，使用ERDAS IMAGINE对遥感图像进行前期处理，通过标准地形图选取控制点对遥感图像几何校正，再进行图幅拼接与裁剪，最后完成地理配准。

2.2 景观构成分类景观类型的划分以我国土地利用现状分类系统为依据，根据研究区的特点，采用城市森林的结构研究模式，将城市公园的景观类型划分为：建筑等硬铺装地面、水面、城市森林(树冠覆盖率30%以上)、一般绿地(树冠覆盖率小于30%)、农田、裸地，计6类。

2.3 野外调查对研究区景观进行野外调查采集，调查采用GPS定位，通过实地踏查，将定位踏查点的城市森林、建筑等硬铺装地面、水面、一般绿地、农田等与遥感影像中的色谱地物对比，消除遥感数据中同谱异物和同物异谱对景观分类的影响，同时对比不同时期城市公园中由于公园建设造成的地物变化，注意实地调查要与遥感影像拍摄时期的地物相符，避免由于不同时期城市公园建设造成判读误差。

2.4 数字化在对TM分类影像完成前期配准、野外调查并精确分类后，在ArcView平台上完成数字化处理，建立影像空间特征数据与属性数据的联系。对TM分类影像中不同颜色所代表的地类与属性数据建立关系，如图像中深绿色代表城市森林，可通过属性表建立属性数据库，由数据库中的记录代表城市森林，即完成建立影像空间特征数据与属性数据的联系。

2.5 价值评估

2.5.1固碳效益价值评估。根据碳税法，按照二氧化碳的排放量进行收费。采用“中国生物多样性国情研究报告”[7]中所公布的瑞典碳税率，即排放每吨碳对其收税150美元，折算成人民币为1 148元/t，据此计算树木在碳存储和吸收方面的经济价值。

2.5.2净化大气污染物价值评估。采用美国每种污染物的中间客观值[8-9]，即：NO2为51.6元/kg，PM10为34.4元/kg，SO2为12.6元/kg，CO为7.3元/kg，O3为51.6元/kg。2.5.3削减暴雨径流价值评估。从合肥城市气象资料获得年降雨量、24 h的最大降雨量模型运行所必须的数据；采用美国对暴雨造成地表径流的管理和建设费率，折算成人民币为540.6元/m3[10]。

3 结果与分析

3.1 景观构成分析运用CITYgreen模型得到逍遥津公园和杏花公园景观分布(图1)。分析图1得到消遥津公园和杏花公园景观构成(表1)。由表1可知，逍遥津公园的面积35.75 hm2，其中城市森林所占的面积为18.82 hm2，占整个景观的52.62%；水体和一般绿地面积分别占整个景观的15.20%和9.54%。逍遥津公园为三国古战场，建园时间久，园内以乔木种植为主，并有很多古树名木，空气清醒，环境优美，这主要得益于其较高的森林覆盖(图1a)。

表1 逍遥津公园和杏花公园景观构成

杏花公园的面积为28.55 hm2， 其中一般绿地所占的面积为18.89 hm2，占整个景观的66.12%。其次是水体占3.96 hm2。占整个景观的13.85%.城市森林面积3.71 hm2，占整个景观的13.00%。杏花公园位于合肥市环城公园带上，与环城公园融为一体，园内有大面积草坪，乔木的种植也主要是后期栽植，树龄不大(图1b)。

综合以上数据可看出，逍遥津公园内森林所占整个景观比例最高，为这个区域的基质，处于控制位置，影响整个景观；而杏花公园内一般绿地所占景观比例最高，主要是草坪，为该区域的基质。

3.2 公园森林碳存储与碳吸收效益分析根据逍遥津公园和杏花公园的景观分布，利用CITYgreen模型分析得到2公园的城市森林固碳效益(表2)，由表2可知，合肥市逍遥津公园森林碳存储总量为1 999.94 t，年吸收碳15.57 t，折合人民币价值231.27万元；杏花公园树木碳存储总量为394.68 t、年吸收碳3.07 t，折合人民币价值45.64万元。逍遥津公园和杏花公园都位于合肥市中心城区，逍遥津公园内大面积的森林对降低周边区域的CO2含量，缓解周边热岛效应具有一定作用；杏花公园以草坪为主，其降低周边区域的CO2含量较逍遥津公园小。

表2 逍遥津公园和杏花公园城市森林固碳效益比较

公园存储量总量∥t价值∥万元吸收量总量∥t价值∥万元价值合计∥万元逍遥津公园1999.94229.4915.571.78231.27杏花公园394.6845.283.070.3545.64

综合以上分析，合肥市的逍遥津公园和杏花公园都位于城市中心，逍遥津公园在城市中的生态作用高于杏花公园，主要市由于逍遥津公园以乔木种植为主，杏花公园以草坪为主，而乔木在固碳方面效益明显高于草坪。

3.3 公园森林净化空气效益分析根据图1，利用CITYgreen模型分析得到2公园城市森林净化空气效益(表3)，逍遥津公园的城市森林每年吸收O3、SO2、NO2、CO和清除PM10的尘埃分别为701.4、297.7、698.0、137.3和665.9 kg，折算成人民币价值9.98万元；杏花公园的城市森林逍遥津公园的城市森林每年吸收O3、SO2、NO2、CO和清除PM10的尘埃分别为138.4、58.7、137.8、27.1和131.4 kg，折算成人民币价值1.97万元。这一差异与各公园拥有的城市森林面积比相符。

表3 逍遥津公园和杏花公园城市森林净化空气效益比较

公园O3总量kg价值万元SO2总量kg价值万元NO2总量kg价值万元CO总量kg价值万元PM10总量kg价值万元合计价值万元逍遥津公园701.43.61297.70.37698.03.6.0137.30.100665.92.299.98杏花公园138.40.7158.70.073137.80.7127.10.019131.40.451.97

3.4 公园森林削减暴雨径流效益分析根据图1，利用CITYgreen模型分析得到2公园森林削减暴雨径流效益比较(表4)。由表4可知,逍遥津公园和杏花公园森林有效截流暴雨径流总量分别为5 064.25和1 624.49 m3，折合成人民币价值分别为273.77万和87.81万元。用现有的森林覆盖状态与无森林覆盖状态相比较，曲线指数差值大小反映现有景观构成的变化对削减暴雨径流产生的影响，差值越大反映景观构成的变化对削减暴雨径流影响越大，反之越小。逍遥津公园和杏花公园曲线指数变化分别为8和2。逍遥津公园曲线指数变化最大，其有森林状况下削减暴雨径流效益比杏花公园明显，表明该公园森林景观构成的生态重要性较高。反之，一旦该区域的森林遭到破坏，其对整个公园削减暴雨径流的影响剧烈度也比杏花公园明显。但在降低地表径流和降低最大径流量方面，逍遥津公园和杏花公园分别为1.68、0.35和64.72、9.32；其中逍遥津公园在这两方面作用最显著，表明其森林景观构成在降低地表径流和降低最大径流量方面的效益最显著。

表4 逍遥津公园和杏花公园森林削减暴雨径流效益比较

公园类项曲线指数地表径流∥cm径流持续时间∥h最大径流量∥m3/s削减径流∥m3价值∥万元逍遥津公园现状854.040.7889.225064.25273.77如无城市森林935.720.57153.94削减值81.68-0.2164.72杏花公园现状813.330.8055.861624.4987.81如无城市森林833.680.7565.18削减值20.35-0.059.32平均值7.30.79-0.2927.8713505.57730.10

3.5 公园森林综合生态效益比较分析根据图1，CITYgreen模型分析得到2公园森林综合生态效益比较(表5)。由表5可知，逍遥津公园和杏花公园森林所产生的综合生态效益折合成人民币价值分别为515.03万和135.43万元；单位面积生态效益分别为14.4万和4.74万元。逍遥津公园面积较杏花公园大，其总体总体生态效益大于杏花公园。逍遥津公园内森林所产生的各方面生态效益均大于杏花公园，单位面积所产生的生态效益也较杏花公园高。这主要取决于2个公园森林覆盖的差异，逍遥津公园内以乔木为主，森林覆盖率高，而杏花公园内则主要以草坪为主，乔木数量较少，树龄偏小。因此，具有高森林覆盖的逍遥津公园所发挥的生态作用及产生的生态价值都远高于杏花公园。

表5 逍遥津公园和杏花公园森林综合生态效益比较

公园总面积hm2综合效益∥万元总价值单位价值∥hm2固碳效益∥万元总价值单位价值∥hm2净化空气效益∥万元总价值单位价值∥hm2削减地表径流效益∥万元总价值单位价值∥hm2逍遥津公园35.75515.0314.40231.276.469.980.270273.777.65杏花公园28.55135.434.7445.641.591.970.06987.813.07

4 结论

逍遥津公园和杏花公园同为合肥市一环以内公园，且都是环城公园绿带的重要节点。2公园森林景观格局差异较大，所产生的生态效益也存在很大差异，逍遥津公园森林生态效益高于杏花公园，这主要是因为逍遥津公园森林覆盖率大于杏花公园，而生态效益的发挥主要是依赖乔木的作用，乔木通过其光合、蒸腾作用对环境产生影响，并通过其自身的不断生长，形成对周边小气候的产生作用，增加空气湿度、吸收有害气体等，并且可以有效削减暴雨径流。而杏花公园以草坪景观为主，对小气候的影响很小，对暴雨径流的截流作用也很小，因此杏花公园综合生态效益低于逍遥津公园。

综上分析可以得出，城市公共绿地的建设不仅要考虑草坪的景观效果，更应从生态学的角度考虑其生态效益，考虑森林对整个环境的影响作用，尽可能地利用森林所具有的生态作用改善城市环境，同时，应结合本地实际情况，考虑本地地形地貌，合理布局各景观要素，在城市中心区建设适当面积的城市森林公园，可以更好地改善城市生态环境。

[1] OHSAWA M,DA L J.Integrated Studies in Urban Ecosystems as the Basis of Urban Planning III)[M].Chiba:Chiba University,1988:137-142.

[2] ROWNTREE R A.Forest cover and land use in four Eastern United States cities[J].Urban Ecol,1984,8:55-67.

[3] AMERICAN FORESTS.CITYgreen5.0 User Manual[R].Washington DC: American Forests,2002:6-12.

[4] 胡志斌,何兴元,陈玮，等.沈阳市城市森林结构与效益分析[J]. 应用生态学报, 2003，14(12)：2108-2112．

[5] 朱文泉,何兴元,陈玮，等.城市森林结构的量化研究——以沈阳树木园森林群落为例[J].应用生态学报，2002，14(12):2090-2094.

[6] 张侃,张建英.基于土地利用变化的杭州市绿地生态服务价值CITY-green模型评价[J].应用生态学报,2006,17(10):1918-1922.

[7] 国家环境保护局.中国生物多样性国情研究报告[M]. 北京:中国环境科学出版社，1998.

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[9] 吴泽民, MCBRIDE J R, NOWAK D J,等.合肥城市森林减少大气污染的效果[J].中国城市林业，2003, 1(1): 39-43.

[10] American forests organizations. Urban ecosystem analysis, town of flower mound, TX[R/OL]. (2006-08- 23)http://www.americanforests.org/resources/urbanforests/analysis.php.

A Comparative Study on Pattern of Urban Forest Patch and Its Ecological Benefit Evaluation in the Park of Hefei Based on the GIS Technology

ZHANG Lei, LI Ya-liang

(Huainan Normal University, Huainan, Anhui 232001)

Based on the GIS technology, the ecological benefits of urban forest park in Hefei City, Anhui Province was studied. The technique and method for applied CITYgreen model in forest ecological benefit research in China was discussed. The results indicated that woodland patches in Xiaoyaojin Park occupied about 52.62% of park land area and Xinghua Park 13.00% respectively, indicating that there are more big trees and higher canopy coverage in the parks of Xiaoyaojin which was built in 1950’s to 1960’s, but larger area lawn becomes major landscape, while low canopy coverage was in Xinghua Park built in 1990’s. According to integrated benefits of woodlands, Xiaoyaojin Park reached to 5.150 3 million yuan and was listed at top, then Xinghua Park 1.354 3 million yuan in lower. If it was listed in accordance with benefits per unit land area, Xiaoyaojin Park was at the top with its benefits of 144 000 yuan per hector, then Xinghua Park 47 460 yuan/hm2. It shows that the Xiaoyaojin Park has the highest ecological benefits compared with Xinghua parks.

GIS; CITYgreen model; Urban forest; Ecological benefit

淮南师范学院科学研究项目(2013XJ66)。

张磊(1983-)，男，安徽肥东人，讲师，硕士，从事园林设计及景观生态研究。

2015-03-24

S 127

A

0517-6611(2015)13-351-03