武汉市东湖风景名胜区绿量格局研究

陈 宇 / CHEN Yu

童 俊 / TONG Jun

摘要：在生态环境日益恶化的今天，风景名胜区生态资源的保护与规划具有重要的意义。在对武汉市东湖风景名胜区及其周边地带不同结构植被群落三维绿量实地测量的基础上，建立了植被指数与叶面积指数的关系。利用遥感影像提取风景名胜区及其周边地带的植被指数信息，对其三维绿量进行估算，分析风景名胜区三维绿量分布格局，为相关研究提供借鉴。

关键词：风景园林；三维绿量；东湖风景名胜区；叶面积指数；植被指数；格局

Abstract: Today, the ecological environment deteriorates day by day, and the protection and planning of the ecological famous scenic site have important meanings. But as its important component, the research of pattern of urban LVV seems relatively lag behind on theory and method. This study attempts to establish a relationship between vegetation index and LAI which based on the field measurement for LAI of different vegetation communities in Wuhan East Lake Famous Scenic Site and the surrounding area. A distribution pattern of LAI in the famous scenic site and the surrounding area is analyzed through estimation of LAI with vegetation index of the famous scenic site and the surrounding area from RS image. This could be reference for related research.

Key words: landscape architecture; three-dimensional green volume; East Lake Famous Scenic Site; leaf area index; vegetation index; pattern

随着中国经济的快速发展，城市化水平的不断提高，城市所面临的环境问题也日益突出，绿化水平成为影响城市可持续发展的重要因素。城市风景名胜区作为城市中的一种特殊绿地，受人类活动干扰大，具有利用强度高、用地紧张、生态系统稳定性差等特征。目前针对风景名胜区内的植被及景观格局的研究成果较多，但是：一方面，大多数研究从大中型尺度上研究风景名胜区的植被分布特征及群落稳定性，研究偏于生态性；另一方面，对于风景名胜区的植物群落构建，仍有大量规划者采用传统的城市环境内中小尺度的植物配置方法，以造型优美为主要目的，缺乏对风景名胜区植被的整体特征研究。本文尝试从三维绿量入手，以国家级风景名胜区——武汉东湖风景名胜区为对象，对风景区及其周边地区的三维绿量及绿量格局进行分析，为风景区的未来发展和建设提供相关基础研究。

1 研究区概况

东湖风景名胜区位于湖北省武汉市东部，总面积62.4km2，其中湖面面积32.5km2，岸线长133.7km，是中国最大的城中湖。风景区内山水资源丰富，其水面主要由郭郑湖、水果湖等5个湖泊组成。景区内的磨山、喻家山、马鞍山等与周边分布的九峰山、洪山、珞珈山等自然山体共同组成武汉市“东西向山体景观轴”，而东湖则与严西湖、严东湖组成武汉市的“大东湖绿楔”，是武汉市“两轴两环、六楔入城”城市生态框架中的重要绿楔之一。

本文的研究范围除武汉市东湖风景名胜区内部之外，向外适当扩展至风景名胜区周边的城市地带，以城市主干道作为研究区域的边界，研究总面积112.83km2。

2 绿量反演方法

2.1 群落绿量实测

遵循群落分布的代表性、丰富性、合理性及便于长期监测等原则，结合风景区植被现场踏查，选择504个结构完整、具有典型性和代表性的植物群落样地进行绿量实测。所选样地的绿地面积在400m2以上或绿化带宽度在5m以上，包含有风景林、公园、树阵广场、集中式绿地、宅间绿地、街旁绿地以及滨水带状绿地等不同功能的各类型绿地。采用Self Levelling Mount SLM8型Hemiview冠层分析系统采集地面1m以上植物群落的有效叶面积指数(LAI)值，每块样地均匀采集5个样点，统计其均值记为该样地的乔灌层LAI；针对1m以下的植被群落，通过记录样地草本层盖度，叠置经验参数计算出该样地的草本层LAI；最后，综合以上2层，计算出样地植物群落的有效LAI。

2.2 植被指数提取

植被指数以武汉市域范围TM影像为数据源，在进行几何校正、辐射校正、范围裁切等预处理后，应用ERDAS 9.2软件提取研究区内的植被信息，计算比值植被指数(RVI)、差值植被指数(DVI)、归一化差值植被指数(NDVI)、土壤调节植被指数(SRVI)和垂直植被指数(PVI)5种植被指数。

2.3 反演模型建立

对实测LAI数据进行人工和机械2次筛选：人工筛选去除由于遥感影像几何校正误差、GPS定位误差、影像图拍摄时间与调查时间错位误差等因素而产生的不正常数据；机械筛选为每隔10个去掉1个数据，取出1/10的数据留作精度检验，最终剩余共410个样地数据进行反演。实测LAI值经过正态检验，与TM影像上对应点的RVI、DVI、NDVI、SRVI、PVI这5种植被指数进行回归分析，得出5种植被指数与实测LAI均具有较好的相关性。其中，RVI的复合函数模型Y=1.735 3×1.478 5x(x为RVI，Y为LAI)，拟合LAI的反演效果最好，判定系数最高，R2=0.700。由于研究区域相比一般城市绿地的植被覆盖度更高，实验结果也验证了RVI对高植被覆盖度具有高灵敏性的特点。最后，利用预留的1/10数据对LAI—RVI反演模型的适用性进行了精度检验，证明了LAI—RVI的复合函数反演模型具有较好的适用性，是适合城市型风景名胜区的最优模型(表1)。

2.4 遥感反演

应用ArcGIS 9.2的“空间分析”(spatial analysis)功能，对研究区域的RVI分布图按上述公式进行运算，最终得到东湖风景区LAI的平面分布图(图1)。

由图1可知，东湖风景名胜区及其周边地带的高绿量区域主要集中在南部的山体廊道和西部的东湖沿岸，而低绿量区域主要位于西部及北部的城市与景区交错带。

3 东湖风景区绿量格局分析

3.1 绿量斑块分类

3.1.1 不同绿量斑块聚类分析

根据城市植物群落的结构特征，将研究区植物群落划分为4个层次10种类型，包括：1)单层结构，含纯乔木群落、纯灌木群落和纯草本群落；2)双层结构，含灌草群落、自然乔草群落、人工乔草群落和乔灌群落；3)三层结构，含自然乔灌草群落和人工乔灌草群落；4)多层结构。结合野外调查的实测情况，最后确定除纯灌木群落外，本次调查共有9种结构类型的植物群落，各类型群落LAI情况如表2所示。

对各群落类型的叶面积指数均值进行系统聚类，得到聚类分析树状图(图2)，由图2可以看出：群落绿量由高到低形成4个类群，分别是高绿量、较高绿量、中绿量和低绿量群落斑块。

低绿量斑块主要为纯草本群落；中绿量斑块多为乔、灌等单层结构的群落，且乔木层密度稀疏；较高绿量斑块多为人工配置的乔草与乔灌草群落，通常表现为乔木层发达而灌木层稀疏；高绿量斑块多为自然乔草、自然乔灌草及多层结构的群落，该类群落生长茂密、郁闭度高、盖度大，多分布于自然山体和次生丛林处。

3.1.2 不同绿量类型斑块间RVI阈值确定

由聚类结果计算出不同类绿量斑块的LAI数学期望值的中位数，作为划分各级绿量斑块的阈值，代入反演回归方程，得出相应的RVI阈值。同时结合RVI分布图进行分地物取值，获取绿量斑块与水体、硬质之间的分类阈值(表3)。

3.1.3 绿量重新分类

应用ArcGIS 9.2“空间分析”(spatial analysis)模块中的“重分类”功能，对研究区域的RVI分布图进行自定义阈值的重新分类，获得绿量等级分布图(图3)。

3.2 东湖风景区绿量格局分析

利用ArcGIS 9.2及Fragstats 3.3软件对研究区的绿量格局指数进行提取和计算，进而对研究区域的绿量总体特征和分布格局进行分析与评价。

3.2.1 景观水平分析

在斑块景观水平层面，研究区域表现出明显的不均衡性，一方面最大斑块——水体面积巨大，占景观总面积的25.39%，成为整个风景区的控制性要素；另一方面，不同绿量斑块数量众多，表现出较高的破碎化程度，平均斑块面积1.27hm2，各类型斑块形状复杂，斑块间边界很不规则，整体植物多样性有待进一步提高。

3.2.2 类型水平分析

从表5及图3可看出，研究区内：1)水体斑块面积最大，占总体面积的27.69%，充分体现了东湖景区作为湖泊型风景名胜区的水域特质；2)低绿量斑块数量多、破碎化程度高、边界复杂，多与其他斑块镶嵌分布；3)中绿量斑块的面积大、范围广、分布集中，状态较为稳定；4)较高绿量斑块数量少、分布零散，多与其他斑块镶嵌分布；5)高绿量斑块分布集中、边界完整、状态稳定、生境良好、物种多样性高，在景观质量与生态功能方面均具有很高的贡献价值。

综合以上结果可看出，东湖风景名胜区内部水资源丰富，植被覆盖度高，复杂群落占绝对优势；而风景名胜区周边的城市化地区则具有较高的硬质覆盖比例，绿量值低、群落结构简单、景观类型单一等特点。

3.3 绿量格局分析

研究区域内各种不同绿量斑块的总面积、平均LAI和叶面积总量值见表6。

通过表6的数据分析，作为武汉市最重要“绿心”之一的东湖风景名胜区及其周边地区具有较高的绿量值，叶面积总量达2.065×108m2，绿地内平均LAI值为3.93，显示出区内绿地具有较为丰富的垂直结构层次，整个区域内(包含水体和硬质覆盖地面)平均LAI为1.83，达到了较高水平，成为主城区内的重要绿核，在固碳释氧、降温增湿、减噪滞尘等方面发挥着显著的作用。

研究区域内，不同等级绿量斑块的分布格呈明显的外低内高格局，其中，低绿量斑块总面积达1 574.10hm2，破碎度高、边界复杂，主要分布在景区周边的城市绿地中；中绿量斑块分布最广、面积最大，是构成风景区的绿量基底；较高和高绿量斑块分布集中于风景区内部山体和滨水地带，完整性较好。

风景名胜区内部，低绿量斑块及中绿量斑块的破碎度较高，不仅无法形成大体量的绿地斑块，而且更难实现各类大型斑块镶嵌分布的格局。提高绿量斑块，特别是中、高绿量斑块的联通，减少外部城市用地中硬质斑块、道路对绿量斑块的分割，对于风景区生态网络的形成具有重要意义。在今后的风景区建设管理中，需要通过保护现有山体、丛林，营造连贯的“密林—疏林—树丛—地被草坪—耐湿植物—挺水植物—浮水植物—沉水植物”风景区植栽系统，丰富景观层次，增加植物种类，提高群落绿量。

注：文中图片均由作者绘制。

 

作者简介：

陈 宇/1986年生/女/北京人/硕士/北京北林地景园林规划设计院规划师/研究方向为城市绿地规划(北京100083)

童 俊/1986年生/男/安徽芜湖人/硕士/农业部规划设计研究院工程师/研究方向为农业与农村规划(北京100125)