城市小尺度绿色空间植被层次制图量化研究——以北京西海和庆丰公园东区为例

薛 飞

张君宇

崔岳晨

贺利平

钟 乐*

构建绿色基础设施是建设城市生态支撑体系的可持续发展途径[1]，其植被结构对城市整体生态效益的发挥有很大影响[2]。当前有多种方法对景观尺度和城市尺度的绿色基础设施及植被结构情况展开制图研究与量化分析[3-4]，其中较为知名的如生境制图[5]，也称为生态单元制图(Biotope Mapping)[6]。

生境制图于20世纪70年代引入德国景观规划和研究领域，起初多应用于乡村地带，之后逐渐在城市生态研究和城市规划中发挥作用，其主要作用是为规划人员提供详尽的生态空间信息[7]。例如德国首都柏林在城市范围内展开的生境制图工作将土地利用作为核心，为城市生态和自然保护领域提供基础信息。生境制图在20世纪90年代发展成为集调研、分类、评价、开发和建设于一体的方法[8]。它可以通过城市功能特征和植被结构准确地为同性质的城市生境明确划分界限，为规划中的空间资源配置和自然环境保护提供服务[9-10]。中国学者也展开了相关研究，如赵兵等将我国城市用地分类标准与生态单元制图结合，利用多项指标综合评价并绘制了某城镇范围内生态单元综合评价图谱[11]；刘文平等对北京海淀区展开生境制图研究对城市生物多样性保护决策提供参考[12]；罗静茹等利用生境制图结合矩阵的方法对城市生态系统服务进行评价研究等[13]。显然，该方法虽然广泛应用于景观规划、自然保护规划等领域，目前相关研究和实践也大量面向城市尺度，并在整个市域或城市典型区域展开生境制图，但是当前针对城市生态斑块内部小尺度绿色空间进行制图研究的案例较少，城市中大量的小尺度绿色基础设施植被制图和实践性研究较缺乏[1，14]。

基于此，本研究选取北京中心地区的2个典型样本场地对植被垂直层次丰富程度进行量化研究，尝试构建一种便于规划设计人员使用的城市植被垂直层次制图调研方法。该方法是生境制图在小尺度城市绿色空间层面展开的应用，它致力于收集更详细的生态空间内部植被层次的基础资料，为进一步的研究与实践提供服务，也能为风景园林规划设计、城市设计、城市规划，以及城市生态系统的保护提供依据。

1 研究场地与研究方法

1.1 研究场地

本研究共选取2处位于北京城市中心地区范围内的绿色空间作为样本场地，均位于城市水系廊道周边。分别是西海(积水潭)岸边绿色公共开放空间和庆丰公园东区。样本场地选择的理由如下：1)样本场地须是城市中心区典型的既有绿色空间，也是重要的生态斑块；2)样本场地能为市民提供多功能的服务；3)具备提升现有生态系统服务的潜力；4)人为管理程度、空间开放程度、场地新旧程度存在对比研究的可能。具体场地情况详见表1。

图1 样本场地一：西海岸边制图研究范围示意(崔岳晨绘)

图2 样本场地二：庆丰公园东区制图研究范围示意(张君宇绘)

1.2 研究方法

首先根据现状条件在2个样本场地中设定分类参数，如植被用地功能、层级数量、斑块数量、位置、面积、比例、养护程度、覆盖封闭程度或建筑占植被区域比例等。在调研过程中将这些参数按照不同空间斑块属性进行归类。在参考相关研究[10-11，15]的基础上设计了专门应用于北京场地调研的数据输入表，规划设计专业人员(包括风景园林、城乡规划、建筑学等专业)可以按照表内的参数对场地各个地块/斑块进行现场信息录入，并借助高清卫星遥感影像和场地基础底图使用ArcGIS进行绘图。

1)研究范围的限定。

为了准确控制研究与制图范围，结合预调研，定义2个场地内的植被研究范围：场地一将岸边至第一排房子之间的可见绿色空间作为研究范围；场地二利用公园围栏作为边界(图1、2)。制图及分析过程均在以上研究范围内展开。

2)植被垂直层次丰富程度的限定。

植被的垂直结构包含多个层次，如地被、草本、灌木及乔木等，可以根据它们的高度及物理形态用肉眼观察得出。结合预调研结果在制图和属性输入过程中，按照高度定义了9种不同的垂直层次。并根据与单层建筑高度(3m)和行人视线高度(1m)的关系，结合乔灌草分类将其分为3类。结合植被垂直结构进一步可以归类出：高、中、低3个层次丰富度，以表征研究对象中植被垂直结构的层次丰富情况(表2)。

根据场地的高清遥感影像、位置信息、调研录入的数据信息和研究范围内的现场情况，利用ArcMap进行逐个斑块的制图并录入植被属性信息以进行空间和量化分析。

2 研究结果与分析

2.1 植被制图分类结果

通过对2个样本场地调研和制图，划分出5类用地植被类型(Landuse Vegetation Type，LVT)和19种植被层次类型(Vegetation Layer Structure Type，VLST)。LVT依据用地功能分为：1)居住及生产用地植被；2)交通用地植被；3)绿色空间及休闲用地植被；4)水面植被；5)其他乔木、灌木、小灌木用地植被。VLST根据各LVT中的植被特征再细分为19个植被层次类型。其中“高层次丰富度植被”指包含植被层次类型5～6层(及以上)的植被，“中层次丰富度植被”为3～4层，“低层次丰富度植被”为1～2层。这些植被层次类型在LVT类型的1)居住及生产用地植被；2)交通用地植被；3)绿色空间及休闲用地植被中可以通用。LVT反映出场地人工使用的空间特征，而VLST反映了场地自然覆盖的特征。在城市中人工使用对自然和植被的影响非常大，这与在非城市空间的研究中不同。只有清晰地分辨出人工使用特征才能正确地分析城市中植被层次的影响因素。此外，虽然“高/中/低层次丰富度”不能简单地来描述植被结构，但本研究仅是尝试使用一种规划设计专业更便利的调研方法，为进一步设计和保护工作提供基础资料。而常规的植被结构更倾向研究森林和农田等非城市用地，且其分类需要参考具体每一块植被对象的植物学特征、机理和相应的植被生态指数进行更为复杂和专业的研究，这种研究不仅时间和经济成本很高，对于规划设计专业人员也很难操作。

表1 样本场地情况

表2 植被垂直层次分类

图3 a～f场地植被丰富度照片及垂直结构示意图

表3 用地植被类型(LVT)和植被层次类型(VLST)分类

2个样本场地植物丰富度照片及垂直结构示意，详见图3(a～f)。LVT分类结果及每种用地植被类型和植被层次类型的典型调研照片示例详见表3。

图4 样本场地一：西海沿岸绿色空间不同植被层次类型分布(崔岳晨绘)

图5 样本场地一：西海沿岸绿色空间不同植被层次类型面积分布统计(单位：m2，崔岳晨绘)

图6 样本场地二：庆丰公园东区绿色空间不同植被层次类型分布(张君宇绘)

图7 样本场地二：庆丰公园东区绿色空间不同植被层次类型面积分布统计(单位：m2，崔岳晨绘)

图8 各植被层次类型VLST在样本场地斑块数量分布统计(崔岳晨绘)

图9 2个样本场地内3种植被层次丰富度面积占比对比(单位：%，崔岳晨绘)

2.2 植被层次类型制图结果

根据制图结果统计，本研究共对2个样本地块中的187块(场地一63个，场地二124个属性图块)小尺度绿色空间的植被垂直层次进行了制图和分析。因为2个样本场地的使用性质和周边环境存在非常大的差别，所以19种类型并不能在2个样本场地中全部分别出现(制图结果详见图4～7，具体斑块数量分布与对比见图8)。

2.2.1 场地一制图结果斑块面积分析

在各植被层次类型(VLST)斑块面积分布对比中发现，2个场地之间存在明显的差异。场地一(西海沿岸)中的LVT1居住及生产用地植被、LVT2交通用地植被、LVT3绿地及休闲用地植被3个类型具有明显优势，总和占到90%以上。其中“VLST3.1具有高层次丰富度的公园植被”占比最大，约占总面积的29%，达到3 752.16m2，但斑块的数量只有2个。此外，“VLST2.2具有中层次丰富度的路旁植被”的面积为1 742.72m2，占比约14%。“VST3.4带有少量绿化的开放空间”面积为1 736.68m2，占比约13%。其余植被结构类型面积较小且较为分散(图5)。

2.2.2 场地二制图结果斑块面积分析

场地二(庆丰公园东区)中最具代表性的用地植被类型为LVT3绿地及休闲用地植被。其中，“VLST3.2具有中层次丰富度的公园植被”占地31 962.59m2，占据了整个研究场地约55%的面积。另外，约28%(16 124.31m2)为“VLST3.1具有高层次丰富度的公园植被”。场地内“VLST3.4带有少量绿化的开放空间”的面积为4 219.38m2，占比约7%，远小于前2个优势类型。其余区域由“VLST3.3具有低层次丰富度的公园植被”(2 141.44m2)，“VST4.1芦苇，多年水生植物”(1 857.5m2)和“VLST3.5带有少量绿化的座椅休息空间”(1 301.62m2)组成。“VLST5.1名木古树”和“VLST5.2树篱/排状灌木”所占研究范围区域的比例非常小(图7)。

2.2.3 制图结果与植被垂直层次丰富程度分类

通过对2个场地的用地情况和植被层次制图结果，以及“高/中/低植被层次丰富度”分类，可以总结出空间上植被层次的分布状况，使评价各场地多种类型植被配置的垂直层次，以及潜在的植物多样性和绿色空间绿量等更加直观。表4展示了利用2个样本场地层次丰富程度的相关信息，以及通过分层框架计算出的各层数平均值。

“高层次丰富度植被”在场地一合计4 112.93m2(31.88%)；在场地二合计16 124.31m2(27.90%)，说明场地一高层次丰富度植被比例略占优。两场地“高层次丰富度植被”平均层数均约为5。“中层次丰富度植被”在场地一合计5 628.27m2(43.63%)；场地二合计37 483.59m2(64.85%)，说明场地二的中层次丰富度植被比例具有优势。两场地“中层次丰富度植被”平均植被层数为3.22，包含8种植被层次类型。各具体植被层次类型的平均层数在2.36～4.00之间浮动，平均值最高的植被层次类型是“VLST1.4主要由水果、蔬菜等植物构成的植被”，平均值是4层；最低的层次类型是“VLST3.5带有少量绿化的座椅休息空间”，平均值是2.36(低于3的原因在于有诸多没有植被覆盖的座椅和铺地等)。其余的4个植被层次类型平均值从高到低分别为VLST1.2、3.2、2.2、1.5、2.5、3.4，平均值都大于等于3，说明整体中等层次丰富度的植被相对层次较多(表4)。

表4 植被类型丰富度分类面积及占比统计

对比2个场地中高、中、低3类植被垂直层次丰富程度，场地一中43.63%为中等层次丰富度的植被，31.88%为高层次丰富度的植被，但是约有1/4(24.49%)的绿色空间是低层次丰富度的植被。场地二中中、高、低分别为64.85%、27.90%和7.24%(图9)。虽然场地二层次丰富程度都是中等最多，高等其次，低等最少，但整体的植被层次丰富程度优于场地一，场地一在高层次丰富度植被方面有优势。一方面说明建成6年(调研时间2015年)的庆丰公园东区植被垂直层次虽然整体高于西海岸边绿色公共空间，但新建公园的高垂直层次丰富度植被较少。这与植被生长的年份有关，也与景观设计需要更多关注植被层次的量化设计有一定潜在联系。另一方面也显示出，在一定程度上，对于高层次丰富度的植被，保护比新建更有优势。如果将新建与保护相互结合，可以更好地增加不同层次丰富程度的城市绿色空间。

3 结论与讨论

本文关注于场地尺度的既有城市绿色空间的植被垂直层次分类、布局和量化研究，调查场地植被并收集基础数据，展开系统研究，在方法和参数选取方面进行了尝试。由于时间和经费的限制，只能收集和分析有限的场地和数据。但针对植被垂直层次类型的调研、分类、制图、计算和统计分析的整套方法，可以成为一种对规划设计专业人员便捷可行的调研途径。在未来应用方面，本文中对北京中心区典型生态斑块的植物层次分类标准及研究模式能够应用于更多的城市高密度地区的生境研究与规划设计提升。特别是随着无人机、三维成像等技术和ArcGIS的联动发展，相关研究将更加深入和扩展并逐渐完善，最终可建立起对中心高密度区内的植被层次类型的自动制图系统。

从场地植被垂直层次的丰富度角度来看，场地二相比场地一具有优势。可以解释为与公共开放空间相比有明确边界的公园，斑块植物种类受周边环境影响较大，景观生态学的边缘效应更突出。结合现状调研，把不同场地的使用方式和维护情况对植物层次丰富度的影响纳入研究，可见公园由于有日常的人工维护，对场地内自然地表过程和生物多样性的干扰较大，对高层次丰富度植被结构的形成有潜在影响。外部干预在一定程度上限制了树木的生长高度[16]。从我国南北方气候差异来看，越向南年均气温越高，使得植被多样性、丰富度也增加，但对于城市来讲，相关研究如史琰等已得出南北分布对城市生物多样性影响并不显著，但景观美学特别是经济因素影响更大的结论[16]。因此，如果可以利用城市当地气候特征对中心地区的绿色空间较低程度地干扰和维护，使植被自然生长演替，将会是一个增加城市中心地区城市生物多样性的重要尝试。这样的成功案例包括德国柏林的美山南地铁路自然公园(Natur-Park Schöneberger Südgelände)和滕珀尔霍夫公园(Tempelhofer Feld)，由2个废弃的交通基础设施，经过人工最低干扰，利用自然回归场地的过程形成了生物多样性丰富和多功能的绿色基础设施。

从城市生态系统服务的视角来看，当前诸多研究者使用了土地利用/土地覆盖变化(LUCC)研究模型和方法，但缺乏对城市内的生态系统进行绿地(Green land)与植被(Green cover)相结合的研究。不同的植被状况代表了不同的生境，提供了不同的生态系统服务[17]，在大自然中如此，在城市中也是如此。植被垂直层次丰富程度的不同，意味着植被所带来的生态系统服务不同，如草地和树林生态系统服务差异很大[18]。在城市建成区内，适当增加植被的垂直层次丰富程度是提升绿色空间绿量和植被结构生物量的重要手段。这也会对生态系统服务的支持和调节服务有提升，可以为鸟类栖息地增加[19]、雨洪调节[20]、温度舒适性调节[21-23]、人的心理舒适度调节[24]等方面提供更好的服务。所以对于城市绿色空间的植被现状进行结构、类型、数量、质量、格局和过程的深入研究，对绿色基础设施的规划、设计、评价具有重要意义。这类研究可以由规划设计专业人员开展并积累，也是风景园林学应用研究与基础研究进行结合的重要桥梁，更是相关部门精细化治理与保护的重要基础资料。

从城市规划的视角来看，当前我国的城乡规划系统越来越综合，大量生态学研究和分析方法在城市和乡村中展开。规划对城市中的生态空间以绿线和各类指标的形式进行配置，但是对于绿线内绿色空间的结构、质量、价值，以及绿色基础设施的评价，还缺乏更为详细的量化衔接。所以植被层次制图还可以对绿色基础设施规划设计的指标优化起到支持作用，对城市绿地系统规划和关注城市生态的城市设计在内容上有所提升。

4 研究展望

在诸多针对城市绿色空间的植被结构研究中，本研究仅仅是一种在植被垂直层次方面展开的空间和量化结合的探索。更加深入的制图量化研究还需要多类型的绿色基础设施的自然和社会资料数据，还有待在具体场地人群行为及需求特征的实际状况，植被类型细分和土地利用及城市规划资料衔接方面深入。这些需要结合历时性专项调研及相关部门提供资料，以便基础研究更好地服务于实践和管理工作。随着开放数据的增加和多学科研究方法的融合，会有更多的研究成果为城市绿色基础设施的规划设计及城市生态系统保护等工作提供基础资料，为城市“绿色化发展”“高质量发展”奠定科学基础。

致谢：特别感谢参与2015清华大学景观学系中德暑期调研来自德国德累斯顿工业大学的3位硕士研究生(迪尔克·施密特/Dirk Schmidt；伊丽莎白·舒册/Elisabeth Schüt ze；朱丽亚·曼特/Julia Manthe)的调研工作，以及于尔根·布霍伊斯特/Jürgen H.Breuste教授和华东师范大学的李俊祥教授的指导帮助。特别感谢39位来自不同学校的中国志愿者同学在调研中的合作。感谢北京林业大学园林学院的范艺华同学和中国农业大学的曾丽云同学在翻译方面的辛勤付出。