醴陵市绿色屋顶生态系统服务潜力评估及规划

杨洁, 周东东, 彭重华

醴陵市绿色屋顶生态系统服务潜力评估及规划

杨洁1, 周东东1, 彭重华2, *

1. 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司重庆分公司, 重庆 401120 2. 中南林业科技大学风景园林学院, 长沙 410000

近年来, 生态系统服务评估逐渐地被运用到城市绿色基础设施的规划建设当中, 发掘能提供高生态效益的绿色屋顶潜力区域是增加城市生态空间有效途径。以提供城市空气净化、雨水截留、生物栖息地、热环境调节四个方面的生态服务为目标, 借助GIS平台确定醴陵市绿色屋顶生态空间潜力区域并提出规划策略, 为醴陵市以绿色屋顶形式完善城市生态空间结构提供参考。研究表明: (1)醴陵市潜在绿色屋顶生态系统服务评估中, 有20.3 km2的区域被划分为高效益服务区域, 约占研究区域面积的63.8%。(2)建筑年龄、结构和资金是小城市建设绿色屋顶的主要限制因素, 现状建筑中, 不适宜改建的建筑约占总建筑面积46.25%, 低限制改建的建筑占15.86%。 (3)通过叠加分析, 提取了高效益区域内的低限制改建建筑, 作为醴陵市绿色屋顶生态空间潜力区域, 面积为0.53 km2。 (4) 结合醴陵市绿地系统规划, 以“生态源地-廊道-节点”为结构, 以“分期规划, 重点建设”、“空间互补, 全域网络”两大原则, 形成“五重要节点、四优先区域、五主要廊道、全域网络”的醴陵市绿色屋顶生态空间格局。所提出的潜力评估和规划策略, 不仅可以为醴陵市建设绿色屋顶、优化城市空间构架提供依据, 还可为其他小城市以绿色屋顶形式增加生态空间的规划建设提供参考。

绿色屋顶; 生态空间; GIS; 空气净化; 雨水截留; 提供生物栖息地

0 前言

生态空间是维护城市化地区生态安全、改善人居环境的重要保障, 是生态系统服务的核心载体[1]。但是由于环境保护意识欠缺以及建设投入资金受限, 城市的生态空间规划常被忽视。随着城市发展与居民生活水平的提高, 由低比例的生态空间导致的城市生态系统服务欠缺的问题日益严重[2], 一些学者已针对该问题以大城市为研究对象开展了诸多研究。然而调查表明, 目前我国的小型城市也逐渐出现了类似的环境问题, 具体表现为生态空间匮乏、布局支离破碎、生态环境严重受损[3]、城市内涝严重等, 这些问题均影响了小城市的可持续发展和生态文明建设。

数量庞大的传统县级小城市, 在绿地系统规划时致力于理想化空间形态布局, 对于具体生态空间的落实缺乏行动指导, 导致规划的公园绿地、居住区绿地、河流保护区域等生态空间在实施中逐步减少, 使得生态系统退化, 提供生态产品与服务的能力下降[4]。目前众多城市均处于生态转型的关键时期, 面临着很多亟需解决的生态环境问。为缓解城市生态空间匮乏所带来的生态问题、重建城市生态空间网络, 常常借助屋顶绿化的形式补充部分城市生态空间。绿色屋顶在缓解城市水洪压力[5-6]、提高城市生物多样性[7-8]、调节局部气候[9-10]、改善空气质量[11-12]等方面的生态服务功能是受到公认的。近年来, 国内外关于绿色屋顶潜力评估的研究都主要考虑了既有建筑的以下三个要素: 1)基础条件[13-14]（建筑年代、建筑结构、高度等); 2)使用功能[15]（商业建筑、公共建筑、住宅建筑等); 3)推广政策[16]。然而, 由于忽略了绿色屋顶带来的生态系统服务具有空间差异性, 这类研究大多停留在既有建筑的适建条件分析上, 少有研究从城市生态系统服务的需求差异上对绿色屋顶进行潜力评估, 这方面的空间分析方法和实施策略亦有待完善。绿色屋顶提供生态系统服务功能的作用是可观的, 尤其是在城市建筑高密度区域。因此, 本文在既定的城市环境下, 基于生态系统服务需求的空间差异, 发掘具有实施潜力的城市建筑区域, 研究结果对增加城市生态系统服务功能具有重要意义。

综上所述, 为了评估醴陵市修建绿色屋顶增加城市生态系统服务的潜力, 首先, 在已有文献研究的基础上, 建立绿色屋顶生态系统服务（GRESs, Green Roof Ecological Services)潜力评估体系, 揭示了醴陵市生态系统服务功能与现状城市受益区域之间的空间位置关系。然后, 对已建成区域现状建筑进行梳理, 划分低受限建筑区域。再通过叠加分析, 识别具有改建潜力的高效益建筑区域。最后结合城市绿地系统规划, 提出规划策略。

1 研究区概况

本文的研究范围为醴陵市的已建成区域。研究区域总面积为32 km2, 总建筑面积为4.54 km2, 约占已建成区域的14.1%。醴陵市为湖南省县级市, 是以陶瓷、花炮两大传统支柱产业为主的典型老工业县城。区位情况如图1所示, 地处江南交通要冲, 古为吴楚咽喉, 今为湘东要道和物资集散地, 也是华东与大西南之间的重要连接口[17]。醴陵市也是全国投资潜力、科技创新、新型城镇化百强城市, 是湘东地区具有城市转型和生态环境修复等重要论题的代表。其计划在2030年实现城市绿化覆盖率49.13%, 绿地率43.41%, 人均公园绿地15.69 m2。为了进一步实现绿地系统规划目标中的各项指标, 建设成绿地系统各项功能完善、富有醴陵特色的城市生态环境, 醴陵市将长期处于城市更新及绿地系统建设工作, 发掘城市中可建设绿色屋顶的建筑区域能够增加城市绿化面积。

图1 醴陵市区位图

Figure 1 Location map of Liling City

2 研究方法

2.1 数据来源

本文是基于GIS的地理数据源来进行分析的(Arcmap10.5, Software ArcGIS, ESRI), GIS被认为是一种适当的决策支持工具, 用于分析和解决空间参考数据整合的问题[18]。地理数据主要从醴陵市政管理局、醴陵市气象局获得。研究基础数据包括: (1) 土地利用规划地图; (2) 部分区域地形图（2016年更新); (3) 建筑平面图(2016年更新); (4) 遥感卫星图(2009年、2015年)。

2.2 绿色屋顶生态系统服务评估方法

为了指出GRESs潜在区域, 针对研究区域现状, 本文从空气净化、雨水截留、提供生物栖息地、热环境调节这四个方面, 建立绿色屋顶生态系统服务的空间评估方法, 以确定绿色屋顶高效益区域。

(1) 空气净化。硫化物、氮氧化物是我国主要的大气污染物之一, 主要来源为工业和机动车尾气[19], 较高道路交通活动区域对应高水平的微粒和气体污染[20]。根据建筑物高度与街道宽度不同, 临近街道的植物所沉积的污染物越多, 街道内空气污染平均浓度较高并逐步向街道内扩散, 使得交通区空气污染程度较高[21-22]。为了评估绿色屋顶缓解空气污染的效益区域, 以城市的主要道路中线做缓冲区域, 取距离道路50 m内区域为高效益, 距离为50—100 m的范围为中等效益区域, 距离大于100 m的范围为低效益区域, 并建立100 m的正方形网格进行描述。

(2) 雨水截留。由于城市土地利用类型的不同, 使得不同地表对雨水截留的程度存在差异。根据用地类型对区域土地密封度的研究显示, 在交通、商业、服务业、工业用地中, 土地密封度达到50%以上。对于教育、社会服务、体育场馆等用地, 其配套绿化面积较大, 密封度一般为10%—40%。而公园绿地、墓地等用地几乎不密封[23]。为表示现状城市在雨水截留服务上的效益空间分布差异, 不同种类用地的分类情况详见表1。

(3) 提供生物栖息地。醴陵市的发展和扩张, 推动了自然栖息地向城市土地利用的转变, 严重降低生物多样性。绿色屋顶为城市鸟类、昆虫类等动物提供了栖息地和觅食点, 较大面积的绿色屋顶提供更多食物来源[24]。并且靠近天然绿色区域的绿色屋顶, 成为流动性物种额外栖息地的机会越高。因此, 考虑到绿色屋顶潜在区域分布的不均匀性和屋顶绿化面积限制, 建立绿色屋顶提供生物栖息地指标的评估方法(详见表1)。

(4) 热环境调节。绿色屋顶植被冠层遮挡使土壤表面免受太阳辐射的影响。Jim和Tsang研究表明, 绿色屋顶上的草地植被过滤了80％的太阳辐射[25]。为获得研究区域地表温度, 利用2018年7月23日landsat8 OLI /TIRS影像数据, 基于大气校正法, 计算地表比辐射率、黑体辐射亮度等参数, 对地表温度进行反演, 通过极差标准化处理得到醴陵市地表温度, 并通过GIS自然分段法分级分类。

表1 GRESs评估指标

注: A1: 行政办公用地; A2: 文化设施用地; A3: 教育科研用地; A4: 体育用地; A5: 医疗卫生用地; A6: 社会福利设施用地; B:商业服务业设施用地; U: 公共设施用地; S: 交通设施用地; R:居住用地; M:工业用地; E:非建设用地; G: 绿地。

综上所述, 将绿色屋顶空气净化、雨水截留、提供生物栖息地、热环境调节地四个指标的效益等级分别评分为3分(高效益)、2分(中效益)、1分(低效益)。将四个指标叠加求和, 综合效益等级分为: 高效益(9—12分)、中效益(6—8分)、低效益(3—5分)。取每个指标中的高效益区域作为绿色屋顶生态服务重要区域。

2.3 已建成区建筑屋顶分类方法

为了得到醴陵市现状建筑中可进行改建的低限制的建筑区域, 本文借助GIS平台建立满足改建为绿色屋顶条件的建筑空间分布数据, 但鉴于半自动、全自动识别提取仍是计算机视觉和图像领域的难题[28], 本文结合监督分类与非监督分类图像、多年份遥感图像, 通过人机交互、目视解译的方法进行分类。根据建筑年代、屋顶形式、建筑结构材料、建筑功能等适建要素进行分类。

(1) 建筑年代。建筑年代是适建要素中的首要影响因素, 在醴陵市现状建筑资源调查中发现, 房龄大于20年的建筑占主要比重。故房龄较大建筑、历史性建筑、城市遗产保护建筑不做改建考虑。一般来说, 公共建筑和商业建筑最适宜的更新周期为15—20年,其他建筑为20—25年, 醴陵市存在大量有安全隐患的老旧建筑, 等待更新。

(2) 屋顶形式。平屋顶、坡屋顶通常都可以建设为绿色屋顶, 对于相同的建筑高度和占地面积的屋顶来说, 坡屋顶较平屋顶绿化面积更大、太阳辐射吸收量更大并且降低了临近建筑墙面的辐射热[29]。醴陵属于湘东地区, 雨水充足, 建筑屋顶形式多以坡屋顶为主。坡屋顶修建为粗放式绿色屋顶, 具有低维护、易生长的特点。

(3) 建筑材料和结构。由于可获取的资料有限, 在对醴陵市遥感卫星图进行解译分类时, 通过图像识别建筑屋顶的材料, 辅助下一步人机交互分类。根据图像识别和现场调查数据显示, 醴陵市建筑屋顶材料主要有: 混凝土屋面、合成树脂、琉璃瓦、彩钢、陶土瓦、水泥瓦等。少数为绿色屋顶。现状建筑结构中多数以钢筋混凝土结构、砌体结构。

(4) 建筑功能。考虑商业及公共建筑修建绿色屋顶, 有助于提高经济效益, 满足商业活动需求; 调研过程中, 发现已有部分住宅建筑居民自发改建为绿色屋顶, 展现了居民在日常生活中对于屋顶自植的需求。醴陵市商业建筑、公共类建筑、大部分住宅建筑均具备低投入改建为绿色屋顶的条件。

3 结果与分析

3.1 醴陵市潜在GRESs效益分布

醴陵市潜在的GRESs高效益区域由各主干道围合而成的商业、居住、产业类建筑用地组成, 显示出醴陵市高密度城区土地资源紧缺、人均绿地面积严重不足的问题。醴陵市的老城区主要分布在渌江北至醴陵大道、南至泉湖路的范围内, 是以商业及住宅用地构成的建筑密集区域。老城区路网密度大、交织成网络, 对各个生态系统服务功能都有较高的需求, 尤其是在雨水截留服务上有大面积的潜在受益区域。在提供生物栖息地功能的分布上, 体现为沿城郊两侧分布, 城区内沿渌江分布和点状绿地分布。另外, 城区东、南、北边界, 工业分布零散, 也表现出了对气候调节、提供生物栖息地和雨水截留功能的需求, 空间分布详见图2。从综合效益分布来看, 醴陵市大部分区域都处于绿色屋顶生态系统服务高效益区域, 显示出了城市生态空间稀缺的问题。

以生态服务高效益区域作为潜在的GRESs地域范围, 面积为20.3 km2, 占研究区域总面积63.8%, 未来新修建绿色屋顶应在GRESs潜力地域范围内。

图2 醴陵市GRESs效益分布

Figure 2 Benefit distribution of GRESs in Li Ling

3.2 已建建筑的空间分布

老城区多数为20世纪90年代所建的多层建筑, 建筑高度并非限制绿色屋顶实施的主要因素, 建筑基础条件参差不齐, 导致在建筑年龄、结构、资金投入方面的限制更大。故将醴陵市已建成区域建筑分为A类(影像为平屋顶、无障碍物)、B类(非瓦片式坡屋顶、影像清晰的新建坡屋顶、厂房屋顶)、C类(瓦片等有障碍物的屋顶、影像不清晰的坡屋顶、瓦片屋顶、老旧建筑屋顶)、D类(绿色屋顶、影像清晰地表现为绿色的屋顶)。表2、图3在空间上表示出醴陵市屋顶的分类与分布情况。

由图3可以看出, B、C类建筑是醴陵市的主要建筑形式, A、D类建筑则散布在城市的一些区域, 但呈现出在城市中部区域聚集、向南北方向发展的特点。根据表2的数据显示, A类、D类建筑改建为绿色屋顶的潜力最大, 作为低限制改建类, 面积为0.72 km2; B类改建为绿色屋顶所受限制较大, 所需资金投入高; C类结构及材料等基础条件不佳, 暂不考虑改建为绿色屋顶, 多数小城市中此类建筑面积占比最大。

图3 醴陵市建筑屋顶空间分布

Figure 3 Spatial distribution of building roof in Li Ling

表2 已建屋顶分类统计

3.3 醴陵市绿色屋顶修建的潜力区域

将低限制屋顶(A、D类)与GRESs高效益区域叠加, 并且建立了100 m的网格进行描述, 面积分布情况详见表3和图4。其中, 将0.53 km2(11.9%)的低限制建筑视为最具有实施潜力的区域。

由表3的统计可知, 位于雨水截留服务高效益区域的建筑占比最大, 位于生物栖息地服务高效益区域的建筑占比最小。结果再次显示出, 醴陵市现状城市存在着严重的绿地分布不均及城中绿地面积较少的问题。

根据图4中表示的具有实施潜力的现状建筑分布情况, 可以看出醴陵市潜力区域的面积占比分布特点。沿醴陵大道-玉瓷路-滨江路-瓷城大道-左权路形成建筑面积大于0.2%的线状绿色屋顶适建区, 主要道路交叉点、老城区居民区域、南北工业集中区域形成建筑面积大于0.5%的点状绿色屋顶适建区。

表3 GRESs高效益区域中低限制建筑的面积占比

注: 表中m表示位于GRESs高效益的建筑屋顶的面积/总建筑面积; n表示位于GRESs高效益的建筑屋顶的面积/研究区域面积

图4 高效益区域中的低限制类建筑面积分布

Figure 4 Distribution of low-restriction buildings in high-efficiency areas

4 醴陵市绿色屋顶规划分析

4.1 “生态源地-廊道-节点”规划结构

众多的学者采用“生态源地-廊道-节点”的生态结构范式, 来构建城市生态空间格局[30]。绿色屋顶生态空间属于城市生态空间的一部分, 根据醴陵市绿色屋顶生态空间潜力区域的评估结果, 借用此生态结构可指导绿色屋顶规划的内容。以下, 对醴陵市生态源地、绿色屋顶重要实施片区、生态廊道以及生态节点做出阐述。

(1) 确定醴陵市生态源地和绿色屋顶重要实施片区

生态源地是指生态空间重的主要景观斑块, 是物质、能量运动和生态功能服务的源头[31-32]。绿色屋顶是在既定的城市中建立起来的, 城市生态源地是已经形成的各类土地覆被的斑块, 绿色屋顶在这些斑块的基础上, 起到补充立体生态源地范围的作用。图5为醴陵市绿地规划分布图, 由图5可知醴陵市规划各类型的绿地区域在空间上呈现以东、西林带为屏障, 城市向南、北扩张的特点。绿色屋顶作为增加生态空间的手段, 常常被用于城市建设密集区域。因此, 将2017年醴陵市规划已建成区域的绿地区域作为生态源地空间。

图5 醴陵市已建成区绿地规划图

Figure 5 Green space plan of Liling

根据醴陵市绿色屋顶生态空间的分布情况, 将具有环境改善需求(热环境改善严重区、雨洪需求较高区、道路密度较大区域等)、景观提升需求(渌江沿线、主城商业区)的区域划分为绿色屋顶重要区域, 其他区域则为一般区域。图6中显示了重要实施区域与现状生态源地之间的关系, 重要实施区域主要与城市公园绿地、防护绿地有较多的重合, 值得一提的是, 绿色屋顶重要实施区域还是主要位于城中绿地稀少的区域, 这使得修建绿色屋顶具有平衡城市绿地空间分布的意义。

(2) 确定醴陵市绿色屋顶规划的生态廊道

生态廊道是生态网络中源地之间生物空间迁移的通道, 是各生态斑块之间保持生态流和生态功能连通的载体[33]。醴陵市道路系统完善, 绿色屋顶潜力区域与路网重叠较多, 且大部分道路都有防护绿地配套, 是城市鸟类等飞禽的栖息地和觅食点[7]。构建城市绿色屋顶生态廊道, 可以提取城市主要道路的防护绿地作为绿色屋顶生态廊道的基础, 沿线对具有潜力的建筑进行绿色屋顶改造, 为源地之间物种潜力和能量流通架起桥梁。城市主干道对应主干廊道, 在醴陵市呈现环状循环贯通; 次干道形成次级廊道, 连接城市周边较大面积的生态源地; 城市其他道路连接主、次廊道, 尽可能夺得连接重要生态源地和促进不同组团源地之间的有效连接。如图7可知醴陵市主、次景观道路的分布情况, 可以看出, 醴陵市城市空间有向北、向东扩张的趋势, 绿色屋顶生态廊道将成为连接部分新、旧城市生态空间的媒介。

图6 醴陵市绿色屋顶重要实施区域

Figure 6 Important implementation area of green roof in Li Ling

图7 醴陵市已建成区绿地规划图

Figure 7 Road landscape planning of Li Ling

图8 醴陵市绿色屋顶规划框架

Figure 8 Green roof planning framework of Li Ling

(3) 确定醴陵市绿色屋顶规划的生态节点

生态节点是指在景观空间中连接相邻生态源地、并对生态流运行起到关键作用的区域, 一般分布于生态廊道上生态功能最薄弱处, 起到巩固、加强作用[34]。识别醴陵市绿色屋顶生态空间节点有助于恢复和增加原有绿地的景观斑块功能, 也可以起到生态空间恢复和连通功效。在节点区域内, 可以适当减少对绿色屋顶的人文活动, 以生态恢复和植物景观营造为主。绿色屋顶节点是依附于城市建筑而言的, 考虑面积较大的、距离较小的园林式企业、学校等区域作为绿色屋顶节点, 是经济发展与生态建设双赢的一种形式。企业园林化、城市灰色空间美化也是醴陵市面临的重点工作之一。

4.2 醴陵市绿色屋顶生态空间框架

上文提取了醴陵市生态源地、绿色屋顶重要片区、绿色屋顶生态廊道、生态节点, 在此基础上, 本小节提炼出绿色屋顶的规划的框架(如图8所示)。

(1) 分期规划, 重点建设。可按照重要节点-优先区域-道路生态廊道的分期规划进行实施。重点改建重要节点处具有实施潜力的建筑群, 优先建设实施潜力较大的区域, 逐步形成大面积的城区绿地斑块, 再通过道路两侧绿色屋顶形成生态廊道, 构建醴陵市绿色屋顶生态框架。

(2) 空间互补, 全域网络。绿色屋顶优先建设区域主要位于中部区域, 以醴泉路-醴陵大道, 玉瓷路-滨江路, 瓷城大道, 左权路, 立三大道形成五大生态廊道贯穿城区全域空间, 补充了醴陵市在南部、北部及中部绿地规划的不足。形成“五重要节点、四优先区域、五主要廊道、构建全域网络”的醴陵市绿色屋顶生态网络。

5 结论与讨论

5.1 结论

本文基于醴陵市各项地理数据, 构建了绿色屋顶生态系统服务潜力评估方法, 提出了绿色屋顶生态空间网络框架, 结论如下: (1) 醴陵市潜在的绿色屋顶生态系统服务的分布存在明显的空间差异, 呈现由老城区向城郊减弱、由城区中心逐渐向四周扩散的特征, 老城区和新城区的工业用地都具有较高的生态服务需求。数据表明, 位于生态系统服务高效益区域面积为20.3 km2, 为研究区域总面积的63.8%。(2) 醴陵市绿色屋顶修建在建筑年龄、结构、资金投入方面的限制较大。不适宜改建建筑约占总建筑面积46.25%, 适宜修建的低限制建筑占15.86%。(3) 醴陵市绿色屋顶潜力区域的空间分布, 呈现出了明显的点、线、面的分布特征。根据低限制建筑与生态系统服务高效益叠加的分析结果, 划定具有绿色屋顶实施潜力的区域为0.53 km2(11.9%)。(4) 提取“生态源地-廊道-节点”的生态结构作为绿色屋顶生态空间规划的结构, 以“分期规划, 重点建设”、“空间互补, 全域网络”为原则, 形成“五重要节点、四优先区域、五主要廊道、全域网络”的醴陵市绿色屋顶生态空间格局。

5.2 讨论

现状建筑分类问题。对醴陵市现状建筑的分类, 主要采取监督分类与非监督分类图像、多年份遥感图像, 通过人机交互、目视解译的方法。分类过程中受到了作业人员的主观判断影响, 导致现状屋顶提取不全或少数错误判别, 为了提高研究精度, 故只将影像清晰表现为平屋顶及绿色屋顶的区域分类为低限制建筑, 提高B、C类建筑分类方法也成为下一阶段工作之一。

实施细则及管治方式问题。从长远的角度考虑, 我国城市化进程的快速推进, 城市建筑及空间类型逐步发生变化。若将绿色屋顶纳入整体生态空间建设体系中, 则需要政府制定相关法律法规以及实施细则, 强制或鼓励修建绿色屋顶并由政府补助或捐资等形式降低资金投入的压力。因此, 绿色屋顶建设和管治方法还需进一步深入研究。

[1] 王甫园, 王开泳. 城市化地区生态空间可持续利用的科学内涵[J]. 地理研究, 2018, 37(10): 25–40.

[2] 寿飞云, 李卓飞, 黄璐,等. 基于生态系统服务供求评价的空间分异特征与生态格局划分——以长三角城市群为例[J]. 生态学报, 2020, 040(009):2813-2826.

[3] 董菁, 左进, 李晨, 等．城市再生视野下高密度城区生态空间规划方法——以厦门本岛立体绿化专项规划为例. 生态学报, 2018, 38(12) : 4412–4423.

[4] 孔令桥, 雅晴, 郑华, 等. 流域生态空间与生态保护红线规划方法——以长江流域为例[J]. 生态学报, 2019, 39(03): 82–90.

[5] JENNETT T S, ZHENG Y. Component characterization and predictive modeling for green roof substrates optimized to adsorb P and improve runoff quality: A review[J]. Environmental Pollution, 2018, 237: 988–999.

[6] TALEBI A, BAGG S, SLEEP B E, et al. Water retention performance of green roof technology: A comparison of Canadian climates[J]. Ecological Engineering, 2019, 126: 1–15.

[7] SOPHIE JOIMELA, BAPTISTE GRARDA, B, APOLLINE AUCLERCC, D, et al. Are Collembola “flying” onto green roofs?[J]. Ecological Engineering, 2018, 111: 117–124.

[8] KYRÖ K, BRENNEISEN S, KOTZE D J, et al. Local habitat characteristics have a stronger effect than the surrounding urban landscape on beetle communities on green roofs[J]. Urban Forestry & Urban Greening, 2018, 29: 122–130.

[9] YANG J, MOHAN KUMAR D L, PYRGOU A, et al. Green and cool roofs’ urban heat island mitigation potential in tropical climate[J]. Solar Energy, 2018, 173: 597–609.

[10] JIM C Y, TSANG S W. Biophysical properties and thermal performance of an intensive green roof[J]. Building and Environment, 2011, 46(6): 1263–1274.

[11] GOURDJI S. Review of plants to mitigate particulate matter, ozone as well as nitrogen dioxide air pollutants and applicable recommendations for green roofs in Montreal, Quebec[J]. Environmental Pollution, 2018, 241: 378–387.

[12] YANG J, YU Q, GONG P. Quantifying air pollution removal by green roofs in Chicago[J]. Atmospheric Environment, 2008, 42(31): 7266–7273.

[13] 邵天然, 李超骕, 曾辉. 城市屋顶绿化资源潜力评估及绿化策略分析——以深圳市福田中心区为例[J]. 生态学报, 2012, 32(15): 4852–4860.

[14] 赵曼, 张玉坤, 张睿, 等. 城市屋顶农业潜力评估及案例分析[J]. 建筑节能, 2019, 47(7): 99–106+114.

[15] 吴小青, 周郑坤, 李永乐. 苏北地区城市屋顶绿化资源潜力评估及利用策略研究——以徐州市区为例[J]. 江苏师范大学学报(自然科学版), 2018, 36(4): 69–73.

[16] 骆天庆, 苏怡柠, 陈思羽. 高度城市化地区既有建筑屋顶绿化建设潜力评析——以上海中心城区为例[J]. 风景园林, 2019, 000(1): 82–85.

[17] 彼得·沃克. 美国风景园林发展历史及现状[J]. 风景园林, 2009, (5): 22–25.

[18] BROWN G, KYTTÄ M. Key issues and research priorities for public participation GIS (PPGIS): A synthesis based on empirical research[J]. Applied Geography, 2014, 46(1): 122–136.

[19] 郭新彪. 机动车尾气污染的健康影响: 亟待解决的重要公共卫生问题[J]. 环境与健康杂志, 2009, 26(9): 753–754.

[20] KHAN J, KETZEL M, KAKOSIMOS K, et al. Road traffic air and noise pollution exposure assessment – A review of tools and techniques[J]. Science of the Total Environment, 2018, 634: 661–676.

[21] WEN H, MALKI-EPSHTEIN L. A parametric study of the effect of roof height and morphology on air pollution dispersion in street canyons[J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2018, 175: 328– 341.

[22] SHAIBAL M, LUTHER S, HALLEY B, et al. Comparison of modeled traffic exposure zones using on–road air pollution measurements[J]. Atmospheric Pollution Research, 2015, 6(1): 82–87.

[23] HAASE D, NUISSL H. Does urban sprawl drive changes in the water balance and policy?[J]. Landscape and Urban Planning, 2007, 80(1-2): 1–13.

[24] GWAK J H, LEE B K, LEE W K, et al. Optimal location selection for the installation of urban green roofs considering honeybee habitats along with socio-economic and environmental effects[J]. Journal of Environmental Management, 2017, 189: 125–133.

[25] JIM C Y, TSANG S W. Ecological energetics of tropical intensive green roof[J]. Energy & Buildings, 2011, 43(10): 2696–2704.

[26] GRUNWALD L, HEUSINGER J, Weber S. A GIS-based mapping methodology of urban green roof ecosystem services applied to a Central European city[J]. Urban Forestry & Urban Greening, 2017, 22: 54–63.

[27] HIEN W N, TAN P Y, CHEN Y. Study of thermal performance of extensive rooftop greenery systems in the tropical climate[J]. Building & Environment, 2007, 42(1): 25–54.

[28] 黄瑞, 董靓, 吴林梅. 基于地理信息技术的成都市屋顶绿化现状调查与分析[J]. 中国园林, 2015, 31(1): 79–82.

[29] 杨洁. 斜坡屋顶绿化技术研究[D]. 北京：北方工业大学, 2014.

[30] 郑茜. 武汉市生态空间评价与优化研究[D]. 武汉: 华中师范大学, 2018.

[31] 陈影, 崔江慧, 赵宁, 等. 土地生态景观规划对景观格局和生态功能的影响[J]. 安徽农业科学, 2018, 46(13): 65– 68, 117

[32] 魏中龙. LUCC的景观生态效应与土地利用优化配置研究[D]. 重庆: 西南大学.

[33] 徐威杰, 陈晨, 张哲, 等. 基于重要生态节点独流减河流域生态廊道构建[J]. 环境科学研究, 2018, 31(5): 805– 813.

[34] 张远景, 柳清, 刘海礁. 城市生态用地空间连接度评价——以哈尔滨为例[J]. 城市发展研究, 2015, 169(9): 15–22.

Potential assessment and planning of green roof ecosystem services in Li Ling

YANG Jie1, ZHOU Dongdong1, PENG Zhonghua2,*

1.Tongji Architectural Design Co., Ltd, Chongqing Branch, Chongqing 401120, China 2.College of Landscape Architecture, Central South University of Forestry & Technology, Changsha, Hunan 410004, China

In recent years, ecosystem service assessment has been gradually applied to the planning and construction of urban green infrastructure. The effective way to increase urban ecological space is to explore the green roof potential area which can provide high ecological benefits. In order to provide ecological services in four aspects including urban thermal environment regulation, rain water conservation, air purification and ecological habitat, the potential area of the green roof ecological space in Li Ling City is determined with the help of the GIS platform, and the planning strategy is put forward, which provides a reference for Li Ling City to perfect the urban ecological space structure and coordinate the human-environment interaction in the form of green roof. The research reveals as follows: (1) In the assessment of the potential green roof ecosystem services in Li Ling City, 20.3 km2area is divided into high-efficiency service areas, accounting for 63.8% of the total study area. (2) Building age, structure and capital are the main limiting factors for green roof construction in small cities. In the current buildings, the buildings unsuitable for reconstruction account for 46.25% of the total building area, and the buildings with low restrictions account for 15.86%. (3) Through the superposition analysis, the low-limit reconstructing buildings in high-efficiency area are functioned as the potential area of the green roof ecological space in Li Ling City, covering the area of 0.53 km2. (4) With the structure of "ecological source - corridor - node" in combination with Li Ling City's green space system planning, the green roof ecological spatial pattern is constructed. Based on the following two principles "phased planning with key construction" and "space complementation with global network", the green roof ecological network of Li Ling City is formed, which includes "five important nodes, four priority areas, five main corridors, and global network". The proposed potential assessment of the green roof ecosystem services as well as the planning strategy can not only provide a basis for establishing green roofs and optimizing the urban spatial framework in Li Ling City, but also provide a reference for other small cities to add ecological space in the form of green roofs.

green roof; ecosystem services; potential assessment; GIS; air quality; rainwater retention; biodiversity

杨洁, 周东东, 彭重华. 醴陵市绿色屋顶生态系统服务潜力评估及规划[J]. 生态科学, 2021, 40(1): 120–128.

YANG Jie, ZHOU Dongdong, PENG Zhonghua. Potential assessment and planning of green roof ecosystem services in Liling[J]. Ecological Science, 2021, 40(1): 120–128.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.016

P901; TU985

A

1008-8873(2021)01-120-09

2020-02-17;

2020-03-12

国家公益性行业(林业)科研专硕(201404710); 湖南省教育厅“十二五”重点学科资助项目(2011－76)和国家林业局重点学科(林人发〔2016〕21号)

杨洁(1994—), 女, 重庆人, 硕士, 研究方向: 风景园林工程与技术, E-mail: 790254562@qq.com

彭重华(1954—), 男, 湖南邵阳武冈人, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事景观植物及生态学方向, E-mail: 345492902@qq.com