基于GIS的中小尺度绿色基础设施识别与优化——以安徽宣城南溪湿地生态旅游区为例

李文俊， 李峻峰

(合肥工业大学 建筑与艺术学院，合肥 230601)

基于GIS的中小尺度绿色基础设施识别与优化
——以安徽宣城南溪湿地生态旅游区为例

李文俊， 李峻峰

(合肥工业大学 建筑与艺术学院，合肥 230601)

绿色基础设施(Green Infrastructure，GI)具有重要的生态服务功能和人文服务功能，但实践应用中存在着对特定绿色基础设施的级别、特征、结构和空间范围认识不清等诸多问题，因此需要对其进行识别。生态旅游的发展在一定程度上激化了绿色基础设施内部生态与游憩活动之间的矛盾，而结合两大服务功能对其进行优化是解决问题的途径。文章结合安徽宣城南溪湿地生态旅游区实例，运用GIS分析法，提出了中小尺度绿色基础设施识别与优化方法，旨在为绿色基础设施的实践应用提供可操作的手段。

绿色基础设施；生态旅游；GIS；景观生态学

近些年来，随着城市化进程的发展，生态环境问题日益凸显，“绿色基础设施”这一术语逐渐被我国学者关注和研究。大量研究和实践证明，绿色基础设施在维持生态系统稳定、提升人居环境品质、解决城市环境问题、改善居民健康等方面具有重要的作用。目前国内绿色基础设施的相关研究还处于理论阶段，涉及绿色基础设施的实践应用研究较少[1]，且这些实践研究大多针对大尺度绿色基础设施的构建、评估等方面，中小尺度层面的识别与优化则较少涉及，然而在中小尺度绿色基础设施建设过程中，又确实存在着对其级别、功能、特征、结构和空间范围认识不清等诸多问题。鉴于中小尺度绿色基础设施的识别是实践应用的前提，因此对中小尺度绿色基础设施识别方法的研究迫在眉睫。

绿色基础设施具有生态服务和人文服务双重功能。生态旅游在一定程度上利用了绿色基础设施丰富的生态资源，旅游活动有时会在绿色基础设施空间中展开，这对绿色基础设施的生态功能造成了一定程度的干扰，导致生态与游憩矛盾突出。在绿色基础设施识别的基础上，基于两大服务功能对绿色基础设施进行优化调整是解决这一问题的有效途径。南溪湿地生态旅游区作为绿色基础设施的组成部分，既有生态功能的约束又有游憩功能的要求，在开发建设前对其绿色基础设施功能、结构和空间范围进行识别与优化有助于明确生态开发底线，引导旅游开发行为，促进生态旅游区的可持续发展。

一、绿色基础设施及其生态游憩应用

1.绿色基础设施概念及两大服务功能

绿色基础设施(Green Infrastructure，GI)提出于20世纪90年代，目前得到广泛认可的概念是由美国保护基金会的Benedict Mark和 Edward McMahon 于2006年在《绿色基础设施——连接景观与社区》一书中提出的定义。他们认为，绿色基础设施是：具有内部连接性的自然区域及开放空间的网络，以及可能附带的工程设施，这一网络具有自然生态体系功能和价值，为人类和野生动物提供自然场所，如作为栖息地、净水源、迁徙通道等，它们总体构成保证环境、社会与经济可持续发展的生态框架[2]。

国外学者Kambites和Owen认为，绿色基础设施具有生态和社会双重效益[3]，并从生态、景观、休闲、教育等方面总结了绿色基础设施的12项生态服务和社会服务功能并绘制成表[4]。国内学者安超和沈清基认为可以将绿色基础设施的功能分为自然功能和人文功能，自然功能包括生态功能、环境功能，人文功能包括游憩功能、经济功能、教育功能[5]。在参考大量文献的基础上，本文将绿色基础设施功能总结为两个方面：生态服务功能和人文服务功能。生态服务功能方面：绿色基础设施网络能够保护重要的栖息地及其连通性，从而能够保护区域内生态多样性、维持生态系统稳定；保护林地、湿地和农田等土地，确保其自然功能，起到避免火灾、消减洪水、净化水质等作用。人文服务功能方面：绿色基础设施提供了户外休闲的机会，有利于附近居民的精神和身体健康；能够保护观赏性高的景观，为旅游发展、经济和就业带动提供可能性；同时，绿色基础设施将历史公园和人文景观保护起来，对文化传承和历史文化遗产的保护有重要的作用。

2.绿色基础设施的生态游憩应用

近些年来我国生态旅游发展迅猛，据统计，在过去的十几年中生态旅游的年增长率为15%20%，是旅游产品中增长最快的一支[6]。在今天，森林、湿地、湖泊、河流、山地、村落、自然动植物园、自然保护区等自然区域成为生态旅游的主体空间，其观赏性的景观和由此引发的游憩活动如登山、观鸟、垂钓、探险、摄影等成为生态旅游的主要内容。这些自然区域往往是绿色基础设施的组成部分，具有重要的生态价值，同时又以丰富的自然资源和较高的观赏价值成为生态旅游的吸引点。

公园、街头绿地、滨水空间、生态旅游区等中小尺度的绿色基础设施是城市居民游憩活动的主要场所，在维持城乡生态系统稳定的同时也承担着居民游憩休闲的重要作用，具有一定的特殊性。如何处理城市绿色基础设施游憩活动与生态功能的关系是当下需要慎重考虑的问题，而要处理好这一问题，首先需要对绿色基础设施进行识别和优化，以明确生态底线，引导游憩活动的开展，实现城市可持续发展。

二、中小尺度绿色基础设施识别与优化方法

1.中小尺度绿色基础设施特征

绿色基础设施具有多重尺度，2006年英国西北地区GI小组将其划分为战略尺度、区域尺度、城市尺度以及邻里尺度等四个级别[7]，并对之进行了深入的阐述。参考以上级别的分类，我们将中小尺度定义在绿色基础设施城市尺度与邻里尺度两个级别，其主要构成要素包括城市公园、森林公园、河流廊道、自然保护区、水库、湿地、海滨、文化娱乐走廊、自行车道、雨水花园、街头绿地、林阴道、农田、林地等。

中小尺度的绿色基础设施具有功能复合性、层次联动性、多样性等特性[8]。功能复合性表现在：在发挥大尺度区域GI网络功能的同时还需满足场地尺度上特定的生态和人文服务功能。层次联动性表现在：其既是较大尺度绿色基础设施的组成部分，同时也包含更小尺度的绿色基础设施单元。中小尺度绿色基础设施因决策目标的不同而表现出功能形态各异、空间结构不同等特征，因而具有多样性。

2.中小尺度绿色基础设施识别方法

由于中小尺度绿色基础设施具有层次联动性的特征，因此其识别方法可参考大尺度绿色基础设施识别方法。Benedict Mark和 Edward McMahon 在《绿色基础设施——连接景观与社区》一书中提出了绿色基础设施识别的一般步骤，分析是确定GI目标和定位、搜集数据确定GI构成要素、识别GI网络格局和评估分析与优化[2]，这一步骤受到广泛认可。在识别GI网络格局这一步骤上，目前广泛使用的是以下四种方法(如表1所示)。

表1 四种确定GI网络格局的方法比较[9]

以上四种方法大多是大尺度宏观层面确定绿色基础设施结构的方法，对于中小尺度绿色基础设施的识别具有一定借鉴意义。本文结合以上方法和步骤，提出中小尺度绿色基础设施识别步骤如下：第一，对大尺度层面绿色基础设施网络进行识别，以判定中小尺度绿色基础设施的功能与目标；第二，中尺度层面根据功能和目标整理绿色基础设施构成要素；第三，中小尺度层面对绿色基础设施要素进行分析，运用以上四种方法明确其格局和结构；第四，小尺度层面根据结构和地物特征明确绿色基础设施空间分布。

3.中小尺度绿色基础设施的优化方法

在明确了中小尺度绿色基础设施目标、要素、结构、空间布局的基础上，结合绿色基础设施的两大服务功能对空间识别结果进行进一步的优化。优化的内容包括生态优化和服务优化两个方面。生态优化方面：根据生态功能分析结果对中小尺度绿色基础设施的生态结构进行调整，如增强连接性、减少外在干扰、强化生态节点等；服务优化方面：通过分区和分级的手段对服务范围、强度、可能产生的干扰量等方面进行控制，以达到生态功能和人文功能的协调。

三、南溪湿地生态旅游区GI识别与优化

南溪湿地生态旅游区位于安徽省宣城市广德县新杭镇，地理位置优越，交通便利。旅游区包括砖桥村至金鸡笼村8.9km河段及向两岸延伸80-300米的范围，面积约5 238.6亩。区内山清水秀，河水长流，生态旅游资源丰富。从地形上来看，南溪湿地旅游区位于山谷之中，是一条天然河流廊道，连接着平原与山林，具有重要的生态价值。在进行旅游开发建设之前，有必要对旅游区内绿色基础设施进行识别与优化，以便保护生态本底，引导旅游开发，保障旅游区可持续发展。

1.技术路线

结合上文提出的方法和步骤，南溪湿地生态旅游区绿色基础设施识别与优化主要可分为五大步骤，如图1所示：第一，GI目标定位：首先对广德县县域绿色基础设施网络布局进行分析，明确旅游区的廊道属性和主要功能，提出GI目标定位，并讨论其合理性；第二，GI要素选取：根据具体的GI目标定位，并结合地物特征对旅游区周边范围内GI要素进行提取，搜集数据资料建立数据库；第三，GI结构分析：基于GIS分析平台，运用最小费用模型分析廊道结构；第四，空间识别：将廊道结构和提取的GI要素相叠加，再结合地物特征确定GI廊道宽度和空间分布；第五，GI空间优化，结合GI功能、要素分布、结构布局以及现场踏勘情况对GI空间分布进行优化与调整，包括生态优化和服务优化两个方面。最后，将绿色基础设施识别与优化的结果应用于生态旅游区游憩组织、空间规划等方面。

图1 南溪湿地生态旅游GI识别与优化技术路线图

2.GI目标定位

基于地理空间数据云平台，使用ENVI软件对广德县县域遥感卫星数据进行监督分类处理(本文使用的遥感数据为Landsat7 ETM SLC-off 卫星数字产品，测量时间为2016年3月5日)，可得到广德县县域土地利用类型图(下页图2)。

在此基础上，运用形态学空间分析法(MSPA)和ArcGIS软件对GI格局进行分析[10-11]，可得到广德县绿色基础设施网络的空间布局图(下页图3)。由广德县绿色基础设施结构示意图可以看出：县域范围内，东北和西南两侧的山体是主要的核心区(Hubs)；廊道(Links)方向主要为东北-西南方向，连接着两个核心区。南溪湿地生态旅游区可位于东北核心区附近，位于连接核心区主要廊道的前端，也是连接城市与自然的主要生态廊道的前端。

图2 广德县土地利用类型图 图3 广德县绿色基础设施结构示意图

作为广德县绿色基础设施网络中的主要廊道的一部分，南溪湿地生态旅游区绿色基础设施的生态服务功能主要表现在其河流廊道的性质上，人文服务功能则体现在其游憩价值上。在充分分析南溪湿地生态与人文服务两大功能的基础之上，我们提出其GI的目标定位如下：第一，以白颧、大鲵、小吻蝮、青蛙、花面狸[12]等为代表的鸟类、鱼类、爬行类、两栖类及小型哺乳动物的栖息地、迁徙通道；第二，支撑生态农业的灌溉系统；第三，城市与自然连接纽带的前端；第四，城市郊区居民休闲游憩场所。

3.GI要素提取

通过对南溪湿地生态旅游区的绿色基础设施目标定位进行分析，认为其组成要素具有以下几个特点：第一，具有一定规模，能够为野生动植物提供生境和迁徙通道；第二，流域水网的组成部分，能够为农田、林地、原野地提供灌溉水源；第三，具有自然观察、穿越、微量活动等干扰较小的生态游憩机会。据此提出绿色基础设施在空间上主要包括以下几种景观类型：自然及人工林地、河道及沿河植被带、湿地、滩涂地、人工水塘及水渠、观景点、有历史文化价值的村镇、历史文化遗产区域等。

4.GI结构分析

在GIS平台上，提取南溪湿地生态旅游区中满足条件的景观类型，并结合场地遥感卫星数据、地形图等数据，以及野外调研相关数据，建立绿色基础设施各部分的景观属性GIS数据库，这些属性包括：大小、位置、面积、密度、土地使用、坡度坡向、水文、影响范围、多样性等。在此基础上，采用GIS最小费用模型[9](least-cost path analysis)对南溪湿地生态旅游区绿色基础设施结构进行识别：首先，对南溪湿地生态旅游区周边的绿地斑块进行识别与分级，提取面积在10公顷以上的绿地斑块，使用conefor2.0软件对其重要性进行计算并排序，选择7个绿地源点，这些源点主要是大型斑块，也有作为“踏脚石”的小型斑块。其次，根据建立的景观属性数据库确定动植物水平运动的“阻力”，对不 同景观类型赋予不同的阻力值，建立阻力面。

图4 南溪湿地生态旅游区绿色基础设施结构识别

其中，物种生境的阻力值最小值为1，最大值为100；通过参考大量文献，研究中将林地、水域等生境赋值为5，林地、灌草地赋值为20，农田赋值为50，建设用地赋值为100，得到研究区范围内500*500阻力值栅格图，作为研究中的生物阻力面；再运用GIS的最小费用模型计算阻力面中“源”之间最小费用路径，得到廊道结构图，识别过程如上页图4所示。

5.GI空间识别

在廊道结构识别的基础上，根据功能分析区域内确定的野生动物廊道宽度、周边地形和土地覆盖类型来确定廊道的空间分布[13]。广德县共有野生动物28目54科284种，其中兽类动物7目16科55种，爬行、两栖类野生动物11科39种，鸟类野生动物16目27科190种。本次研究范围内的野生动物主要为鱼类、爬行、两栖类、鸟类以及小型哺乳动物，其中主要有国家一级保护动物白颧、白颈长尾雉等，国家二级保护动物穿山甲、大鲵、虎纹蛙等，省一级保护野生动物:小吻蝮、花面狸等，以及24种省二级保护的野生动物如青蛙、白鹭、猪獾等。

参考相关生物保护廊道宽度的研究，12-30m宽的廊道能够包含草本植物和鸟类多数的边缘种，但多样性较低，满足鸟类迁徙的需求，保护无脊椎动物种群，保护鱼类、小型哺乳动物[14]；30-100m能够包含较大多样性和内部种，满足动植物迁移和传播以及生物多样性保护的功能[14]。参考以上，本次研究将廊道宽度控制在30-100m的范围之间，其中30m以内为核心区，30-100m为缓冲区。将这一范围与提取的景观要素进行叠加，根据此宽度对景观要素进行筛选，识别绿色基础设施的组成要素及其空间分布(图5)。

图5 南溪湿地生态旅游区GI空间分布图

6.GI空间优化

在GI空间识别结果的基础上，结合功能分析、结构分析以及现场踏勘情况对GI空间格局进行优化。由于绿色基础设施具有生态和人文服务的双重功能，因此优化内容也包括生态优化和服务优化两个方面。

生态优化方面：第一，增强连通性：根据河流廊道的走势以及上文中识别的GI结构，对廊道0-100m范围内的场地进行梳理。清理干扰或阻碍生态活动的建设用地，增加、扩展和调整林地、湿地等生态用地的布局，增强各绿色基础设施要素之间的连通性，包括结构性连通和功能性连通等。第二，强调廊道结构：以GI结构为依据，强调场地内竖向廊道的结构，同时对横向廊道的布局进行梳理，在空间上增强三条主要横向廊道的结构。第三，优化廊道节点：两条廊道相交的节点是重要的生态点，是物质和能量的汇集点。对廊道节点空间范围进行清理，排除干扰生态过程的建设因素，同时对廊道方向进行引导和暗示。

服务优化方面：结合南溪湿地生态绿色基础设施廊道核心区、缓冲区范围划定，按照与廊道中心的距离，将绿色基础设施划分为核心区、缓冲区和游憩区三个区，并对各区的控制强度、游憩强度、建设量和人流量等方面进行了界定，具体结果如表2所示。

表2 绿色基础设施服务优化内容

南溪湿地生态旅游区是县域绿色基础设施廊道的重要组成部分，进行旅游活动组织的同时需要确保生态功能的实现。旅游区GI空间识别与优化的结果可用于明确开发限制区域与开发建设区域的空间分布，有利于旅游开发的组织建设，保障旅游区的可持续发展。

四、结 语

绿色基础设施是我们的生命生活支持系统，确保生态功能的同时也具有一定的游憩价值。中小尺度绿色基础设施作为游憩活动的主要承担者，如何合理地安排游憩活动至关重要，对场地内的GI进行识别和优化是第一步。从大尺度层面明确GI功能和目标，再以此为依据运用绿色基础设施工作方法识别其GI要素、结构和空间，最后进行优化调整，这是中小尺度绿色基础设施识别与优化的工作方法。绿色基础设施是一个可实施的土地利用方式，而不仅仅是一个概念，推动绿色基础设施的应用发展需要将其与场地规划设计相结合，理论联系实践，最终实现绿色基础设施的生态人文服务功能。

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(责任编辑 蒋涛涌)

Identification and Optimization of Small and Medium-sized Green Infrastructure Based on GIS:A Case Study of Nanxi Wetland Ecological Tourist Area in Xuancheng, Anhui Province

LI Wenjun， LI Junfeng

(School of Architecture and Art, Hefei University of Technology， Hefei 230601, China)

Green infrastructure(GI) has important functions of ecosystem service and humanistic service. But there are still many difficulties in practical application, such as the ignorance of specific green infrastructure level, characteristics, structure and spatial range. Therefore, it is necessary to identify green infrastructure before construction. At the same time, the development of ecological tourism has intensified the contradiction between the ecology and recreation within the green infrastructure to some extent. The integration of the two service functions to optimize it is the way to solve the problem. Taking Nanxi Wetland Ecological Tourist Area in Xuancheng, Anhui Province as an example, this paper puts forward the method to identify and optimize the small and medium-sized green infrastructure by using geographic information system(GIS) analysis. This method is valuable for providing operational means for the application of green infrastructure.

green infrastructure(GI)； ecological tourism； geographic information system(GIS)； landscape ecology

2017-02-20

李文俊(1992-)，女，安徽阜阳人，硕士生。

F592.1

A

1008-3634(2017)03-0128-07