（生态学专业论文）深圳城市绿地空间格局与生态效应.pdf

摘要 深圳城市绿地空间格局与生态效应 专业：生态学 硕士生：吴婕 指导教师：余世孝教授 摘要 城市绿地的空间格局分别由绿地景观格局和物种分布格局两方面体现，绿地 的景观格局强调绿地作为景观单元的结构以及空间分布，物种分布格局强调绿地 斑块内部植被的种群结构和物种配置。本研究以深圳经济特区为对象，从这两方 面研究城市绿地空间格局及其生态效应。在绿地景观格局方面，通过对2 0 0 0 年和 2 0 0 4 年遥感图像的处理和分类，利用m o v i n gw i n d o w 移动窗计算方法获得绿地最 大斑块指数l p i 、形状指数l s i 和粘连度指数p c i 以及景观聚集度指数舭和多样 性指数s h d l 分布图，将格局分布图与地面温度分布图进行叠加分析，研究绿地景 观格局的热环境效应。在植物分布格局方面，通过大尺度的绿地样方调查，获得 城市六种绿地类型( 郊野林、休闲绿地、道路绿地、居住区绿地、单位附属绿地 和生产绿地) 的植物组成比例，以占据各绿地类型7 0 以上的6 3 种优势植物作为 基底数据，结合园林植物生态效应指标的野外测定数据，通过航片提取各类型绿 地面积，对深圳绿地植被的固碳释氧、蒸腾吸热和滞尘总量进行了推算。主要研 究结果如下： 1 深圳特区绿地格局特征：特区绿地的破碎程度低于城建用地、水域和裸地， 绿地的形状复杂程度低于城建用地，但高于另两种类型，绿地不同区域的破碎程 度和形状复杂程度差异较大；绿地的斑块粘连度高于城建用地、裸地和水域，且 区域差异较小。 2 深圳特区各类型绿地格局特征：特区郊野绿地破碎程度和形状复杂度最低， 斑块间的连接最紧密，生产绿地和休闲绿地次之，城市核心区的道路绿地、居住 中山大学硕士学位论文：深圳城市绿地空间格局与生态效应 区绿地和单位附属绿地破碎程度高、形状复杂、斑块连接度低，与前三种绿地类 型差距较大。特区绿地植被盖度高的区域具有斑块破碎度低、连接紧密以及形状 简单的特点。 3 深圳特区绿地格局的热环境效应：五种绿地格局指数与地面温度均有显著 的相关关系，但偏相关分析结果显示剔除了植被盖度的影响后只有l s i 和a 1 分别 对温度有显著的正相关和负相关关系。五种绿地格局指数表现出小尺度下( 1 0 0 m 半径窗口) 对地面温度的回归拟合程度较高，大尺度下( 2 0 0 0 m 半径窗口) 对地 面温度的回归拟合程度较低的尺度效应；l p i 、a i 和s h d i 对地面温度的影响速率 在中等尺度( 1 0 0 0 m 半径窗口) 下最低。五种绿地格局指数对地面温度的回归曲 线均表现出冬季拟合程度高于夏季拟合程度的特点；l p i 、l s i 、a i 和s h d i 在夏 季对地面温度的影响比在冬季更快。p c i 和地面温度的关系采用三次幂函数拟合， 在低温区域，地面温度随p c i 增大而快速减小，而在高温区域，p c i 的增大对地面 温度的降低作用减弱。 4 特区植被生态效益的推算：特区绿地年吸收c 0 2 量为4 7 8 1 0 5 t ，年释放0 2 量为3 4 7 1 0 5 t ，年蒸腾总量为4 6 8 1 0 7 t ，年吸热总量为1 1 4 1 0 1 1 m j ，年滞尘总量达 4 7 9 9 7 5 8 t 。深圳郊野绿地和生产绿地的年生态效益总量最大，其次为休闲绿地和 道路绿地，居住区绿地和单位附属绿地的生态效益较小。单位面积的生态效益方 面，道路绿地较大，郊野绿地、休闲绿地和生产绿地次之，居住区绿地和单位附 属绿地最小。基于主要园林植物的单位土地面积年生态效益以及各绿地类型的物 种配置特征，提出了城市绿化建设与选种的建议。 关键词：绿地；空间格局；生态效应；植被；植物物种组成；热环境：深圳特区 a b s t r a c t t h es p a t i a lp a t t e na n d e c o l o g i c a le f f e c t so fu r b a n g r e e ns p a c ei ns h e n z h e n m a j o r ：e c o l o g y n a m e w hj i e s u p e r v i s o r ：p r o f y us h i x i a o a b s t r a c t t h es p a t i a lp a t t e r no fu r b a ng r e e ns p a c ei sr e f l e c t e db yt w oa s p e c t s ：t h el a n d s c a p e p a t t e r no fg r e e ns p a c ea n dt h ed i s t r i b u t i o np a t t e r no fp l a n ts p e c i e s t h el a n d s c a p e p a t t e r no fg r e e ns p a c eh i g h l i g h t ss t r u c t u r ea n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o no fg r e e ns p a c e sa s l a n d s c a p eu n i t s ，w h i l et h ed i s t r i b u t i o np a t t e r no fs p e c i e sh i g h l i g h t st h ep o p u l a t i o n s t r u c t u r ea n ds p e c i e sc o m p o s i t i o no fv e g e t a t i o nw i t h i ng r e e ns p a c ep a t c h e s _ t a k i n gs h e l l z h e ne c o n o l i l i cs p e c i a lz o n ea st h es t u d yr e g i o n , t h eu r b a ng r e e n s p a c es p a t i a lp a t t e r na n di t se c o l o g i c a le f f e c t sw e r es t u d i e df r o mt w oa s p e c t sw h i c h i n c l u d el a n d s c a p ep a t t e r na n ds p e c i e sd i s t r i b u t i o np a t t e r n , c o r r e s p o n d i n gs u g g e s t i o n s w e r ep u tf o r w a r dt ou r b a ng r e e ns p a c ep l a n n i n ga n di n f r a s t r u c t u r e i nt h ea s p e c to f l a n d s c a p ep a t t e r n , b yp r o c e s s i n ga n dc l a s s i f y i n gt h er e m o t es e n s i n gi m a g ei n2 0 0 0a n d 2 0 0 4 ，am o v i n gw i n d o w ( m w ) c a l c u l a t i o nm e t h o dw a sa p p l i e dt oa c q u i r et h ep a t t e r n i n d i c e sm a po fg r e e ns p a c e sl p i ( 1 a r g e s tp a t c hi n d e x ) ，l s i ( 1 a n ds h a p ei n d e x ) a n dp c i ( p a t c hc o h e s i o ni n d e x ) a sw e l la st w ol a n d s c a p el e v e li n d i c e si n c l u d i n ga i ( a g g r e g a t i o n i n d e x ) a n ds h d i ( s h a n n o n sd i v e r s i t yi n d e x ) a no v e r l a ya n a l y s i sw a su s e dt os t u d yt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es p a t i a lp a t t e r no fg r e e ns p a c ea n dl a n ds u r f a c et e m p e r a t u r e ( l s t ) i nt h ea s p e c to fp l a n td i s t r i b u t i o np a t t e r n , b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o no fl a r g e s c a l es a m p l ep l o t si ns h e n z h e ns p e c i a lz o n e ，t h ep l a n t sc o m b i n a t i o n so f6g r e e ns p a c e m 中山大学硕士学位论文：深圳城市绿地空间格局与生态效应 t y p e sw e r ea c q u i r e d 6 3d o m i n a n tp l a n t sw h i c hc o n t r i b u t e dt oo v e r7 0 o ft h ec o v e r a g e o fe a c hg r e e ns p a c et y p ew e r ec h o s e na st h eb a s i cd a t at oe s t i m a t et h ee c o l o g i c a l b e n e f i t so fu r b a nv e g e t a t i o mc o m b i n i n gt h ef i e l dm e a s u r e m e n td a t ao fe c o l o g i c a l e f f e c t so fm a j o ro r n a m e n t a lp l a n t sa n da r e a so fe a c hg r e e ns p a c et y p e sw h i c hw e r e a b s t r a c t e df r o ma e r i a lp h o t o g r a p h , t h ee f f e c t so fc 0 2s e q u e s t r a t i o n , 0 2 r e l e a s e ， t r a n s p i r a t i o n , h e a ta b s o r p t i o na n dd u s tr e t e n t i o no fm a j o ro r n a m e n t a lp l a n t sw e r e e x t r a p o l a t e dt ot o t a la m o u n to f d i f f e r e n tg r e e ns p a c et y p e si ns h e n z h e ns p e c i a lz o n e t h e m a j o r r e s u l t so f t h i ss t u d ya r ea sf o l l o w s ： 1 t h ep a t t e r nc h a r a c t e r i s t i c so f u r b a ng r e e ns p a c ei ns h e n z h e ns p e c i a lz o n ea r ea s f o l l o w s ：g r e e ns p a c eh a st h el o w e s tf r a g m e n t a t i o nc o m p a r i n gu r b a nc o n s t r u c t i o nl a n d ， w a t e ra n db a r r e nl a n d ；t h es h a p ec o m p l e x i t yo fg r e e ns p a c ei sl o w e rt h a nu r b a n c o n s t r u c t i o nl a n d sb u th i g h e rt h a nt h eo t h e rt w ol a n dt y p e s s h a p ec o m p l e x i t y t h e v a r i e t yo ff i a g m e n t a t i o na n ds h a p ec o m p l e x i t yi nd i f f e r e n ta r e a si sr e l a t i v e l yh i 曲 v e g e t a t i o nh a st h eh i g h e s tp a t c hc o h e s i o ni n d e xc o m p a r i n gi m p e r v i o u ss u r f a c e ，s o i la n d w a t e r , b u tt h ev a r i e t yo f p a t c hc o h e s i o ni n d e xo f v e g e t a t i o ni sr e l a t i v e l yl o w 2 t h ep a t t e r nc h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tt y p e so fg r e e ns p a c ei ns h e n z h e ns p e c i a l z o n ea r ea sf o l l o w s ：t h en a t u r a lp a r k sh a v et h ec h a r a c t e r i s t i c so fl o w e s tf r a g m e n t a t i o n , l e a s ts h a p ec o m p l e x i t ya n dt h eb e s t c o n n e c t i v i t y p r o d u c t i v eg r e e ns p a c e sa n d r e c r e a t i o n a lg r e e ns p a c e sc o m es e c o n d t h er o a d s i d eg r e e ns p a c e s ，r e s i d e n t i a lg r e e n s p a c e sa n d i n s t i t u t i o n a l g r e e ns p a c e s w h i c hl o c a t e di nt h eu r b a nc o r eh a v et h e c h a r a c t e r i s t i c so fh i g hf r a g m e n t a t i o n , h i g hs h a p ec o m p l e x i t ya n dl o wc o n n e c t i v i t y t h e l l i 曲v e g e t a t i o nc o v e r a g ea r e a sh a v et h ec h a r a c t e r i s t i c so fl o wf r a g m e n t a t i o n , h i g h c o n n e c t i v i t ya n dh i g l lc o m p a c t n e s s 3 t h eh e a te n v i r o n m e n te f f e c t so fu r b a ng r e e ns p a c ei ns h e n z h e n ：t h ef i v e l a n d s c a p ei n d i c e sa l lh a v es i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nw i t hl a n ds u r f a c et e m p e r a t u r e ( l s t ) ， b u tp a r t i a lc o r r e l a t i o na n a l y s i sr e v e a l e dt h a ta f t e rr e m o v i n gt h ei n f l u e n c eo fv e g e t a t i o n c o v e r a g e ，o n l yl s ia n da ih a v es i g n i f i c a n tp o s i t i v ea n dn e g a t i v ec o r r e l a t i o nw i t hl s t r e s p e c t i v e l y t h e9 2o fr e g r e s s i o ne u i v e so ff i v el a n d s c a p ei n d i c e sv e r s u sl s ta r e h i g h e ri ns m a l ls c a l e ( 1o o mr a d i u sm w ) t h a ni nl a r g es c a l e ( 2 k mr a d i u sm w ) ；t h e r v a b s t r a c t c h a n g i n gr a t eo fl s tc a u s e db yl p i ，a ia n ds h d i i sl o w e s ti nm i d d l es c a l e ( 1k r nr a d i u s m w ) c o m p a r i n gi ns m a l ls c a l ea n dl a r g es c a l e t h er 2o fr e g r e s s i o nc u r v e so ff i v e l a n d s c a p ei n d i c e sv e r s u sl s t w e r eh i g h e ri nw i n t e rt h a ni ns u m m e r t h ec h a n g i n gr a t e o fl s tc a u s e db yl p i ，l s i ，a ia n ds h d ii sh i g h e ri nb u m m e rt h a ni nw i n t e r f r o mt h e c u b i cr e g r e s s i o nr e s u l t so fp c ia n dl s t ，ac h a r a c t e r i s t i cw a sf o u n dt h a tt h ec h a n g i n g r a t eo fl s tc a u s e db yp c ii sl o w e ri nh i g ht e m p e r a t u r ea r e a st h a ni nl o wt e m p e r a t u r e a r e a s 4 t h ee c o l o g i c a lb e n e f i t so fv e g e t a t i o no fs h c n z h e n ：t h ea n n u a la m o u n to fc 0 2 s e q u e s t r a t i o na n d0 2r e l e a s eo fg r e e ns p a c e si ns h e n z h e ns p e c i a lz o n ea r e4 7 8 l0 5 ta n d 3 4 7 1 0 5 t ，a n n u a lt r a n s p i r a t i o na n db e a ta b s o r p t i o na l e4 7 8 。1 0 5 ta n d3 4 7 1 0 5 ta n d a n n u a la m o u n to fd u s tr e t e n t i o ni s4 7 9 9 7 5 8 t f r o m6g r e e ns p a c et y p e s ，n a t u r a lp a r k s a n dp r o d u c t i v eg r e e ns p a c e sh a v et h eg r e a t e s tt o t a le c o l o g i c a lb e n e f i t s , r e c r e a t i o n a l g r e e ns p a c e sa n dr o a d s i d eg r e e ns p a c e sc o m e ss e c o n d , w h i l er e s i d e n t i a lg r e e ns p a c e s a n di i l s t i t l l t i o n a lg r e e ns p a c e sh a v et h el e a s te c o l o g i c a lb e n e f i t s t a k i n gt h eu n i ta r e a e c o l o g i c a lb e n e f i t sa se o m i d e r a t i o n , r o a d s i d eg r e e ns p a c e sh a v et h eg r e a t e s te c o l o g i c a l b e n e f i t s ，n a t u r a lp a r k s ，r e c r e a t i o n a lg r e e ns p a c e sa n dp r o d u c t i v eg r e e ns p a c e sc o m e s e c o n d ，r e s i d e n t i a lg r e e ns p a c e sa n di n s t i t u t i o n a lg r e e ns p a c e ss t i l l f a l lb e h i n do t h e r t y p e s b a s e do nt h ea n n u a le c o l o g i c a lb e n e f i t so fm a j o ro r n a m e n t a lp l a n t si nu n i tl a n d a r e a sa n ds p e c i e sc o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tg r e e ns p a c e s ，c o r r e s p o n d i n g s u g g e s t i o n sw e r em a d eo np l a n ts e l e c t i o na n dg r e e ni n f r a s t r u c t u r e k e yw o r d s ：g r e e ns p a c e ；s p a t i a lp a t t e r n ；e c o l o g i c a le f f e c t ；v e g e t a t i o n ；p h n ts p e c i e s c o m p o s i t i o n ；h e a te n v i r o n m e n t ；s h e n z h e ns p e c i a lz o n e v 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已 经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者：黑赴 日期：q c 7 年6 月6 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的 规定，即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门或 其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学位论 文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图 书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法 保存学位论文。保密的学位论文在解密后使用本规定。 学位论文作者：要威r v 日期：0 0 q 号j j 嗽： 6 日 第l 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 1 1 1 城市绿地空间格局的涵义 城市化带来的人口急速增长和土地消耗，使建设用地不断地对自然土地发起 成片地蚕食，城市化与工业化发展初期，绿地的作用并未得到充分认识。随着城 市化的迅猛推进，城市中种种负面生态环境效应日渐凸显，为了缓冲城市化带给 生态系统的压力，世界范围内的城市空间规划与决策者于1 9 世纪中期丌始重视城 市植被的保护与重建( b r y a n t ，2 0 0 6 ) 。保护的对象是建设用地以外尚未遭受开发 的自然植被，重建的对象则是建设用地以内镶嵌到城市非渗水表面之中的绿地斑 块和枝蔓式延伸的绿地廊道，通过对城市范围内植被的保护和重建，形成了以自 然植被和人工植被为主要存在形态的一类特殊的用地城市绿地。 城市绿地包含两个层次的内容，一是城市建设用地范围内用于绿化的土地， 二是城市建设用地之外，对城市生态具有积极作用的植被覆盖区域( 张晓佳， 2 0 0 6 ) 。在城市复合生态系统中，绿地空间格局的形成受多重因素的影响，既包 括群落演替机制、种群的竞争机制，气候因子等自然生态系统中的植被格局影响 因素( h a r d i n ，1 9 6 0 ：d i e ze t a l ，2 0 0 7 ) ，也包含经济发展实力、政府决策、社会 公平性、城市形象定位等社会、经济和人文驱动因子( k e n te ta 1 ，1 9 9 9 ；h o p ee t a 1 ，2 0 0 3 ；s t e n h o u s e ，2 0 0 4 ；p i c k e t ta n dc a d e n a s s o ，2 0 0 6 ；m i l l a r d ，2 0 0 8 ) ，在 自然社会一经济的复合因素影响下，城市绿地格局表现出多样性高，空间异质 性强的特点( s t e n h o u s e ，2 0 0 4 ；l ie ta 1 ，2 0 0 6 ) ，而这种特点又由景观格局层次 和植被物种组成两方面以不同的方式体现。 在景观格局层次中，城市绿地的空间格局指绿地作为一种景观单元，其类型、 数目、结构以及空间分布，强调城市绿地斑块的空间排列、斑块形状、相邻斑块 的对比度、斑块之间的连接度、各向异性等等特征( 邬建国，2 0 0 7 ) ；在植被的 物种组成层次中，则强调绿地斑块内部植被的种群结构和物种配置，比如自然生 长或人工种植之物种的丰富度、多样性、外来种和本地种的比例、不同生长型植 物的组成等。两个层次的空问格局互相区别又互相联系影响。 中山大学硕士学位论文：深圳城市绿地空间格局与生态效应 b 口b u i l d i n g q m 脚 b 图1 1 不同层次的绿地空间异质性( 引自f l o r e se t a l ，1 9 9 8 ) f i g 1 一lt h es p a t i a lh e t e r o g e n e i t yo fg r e e ns p a c eo nd i f f e r e n tl e v e l ( f l o r e se ta 1 ，19 9 8 ) 当绿地空间在其中一种层次表现同质性时，很可能在另一种层次表现异质性。 图1 1 表现了城市绿地空间格局在两种层次上的差异。从景观格局层次来看，a 和 b 表现出空间同质性，但进入绿地斑块内部，两者在物种组成的层次上则表现异质 性( f l o r e se ta l ，1 9 9 8 ) 。 在景观破碎度严重的城市空间，植物生境趋向于分离，绿地斑块的空间分布 状态影响了物种的迁移以及营养物质的循环和流动，从而影响物种的分布，另外， 绿地斑块的大小以及边界的形状对物种的分布也能产生重大的影响( b r o s o f s k e ， 2 0 0 6 ) ，岛屿生物地理学理论( m a c a r t h u ra n dw i l s o n , 1 9 6 7 ) 就预测了面积较小且 隔离的岛屿生境会导致物种多样性的降低。在城市生态系统中，人类的频繁干扰 使景观格局对物种组成的影响趋于复杂，且表现短期内与自然生态系统不同的格 局影响机制( l ie ta t ，2 0 0 6 ) 。景观层次的绿地格局对植被种群结构、物种多样 性的影响已成为格局与过程研究中的一个热点。对于城市绿地生态效应的研究， 有必要将两种层次的空间格局结合起来探讨格局对城市关键生态过程的作用。 2 勋 物 第1 章绪论 1 1 2 绿地景观格局研究概述 ( 1 ) 绿地景观格局特征 由于将空间分析和建模带入生态学的研究，景观生态学从上世纪八十年代起 获得空前发展，成为生态学领域的新范式，聚焦于空间格局与生态过程、尺度和 等级的相互关系( l i & w u ，2 0 0 4 ) 。绿地作为城市景观中的重要组成成分，其空 间格局的大小、结构及生态效能是城市环境质量的重要参数( 杨小波和吴庆书， 2 0 0 6 ) 。 近年来城市绿地景观格局特征研究一般贯穿于城市化进程中的景观格局时空 演变研究之中，以遥感和g i s 技术的支持，通过景观指数将城市绿地格局进行指 标式定量分析，从而达到对城市绿地特征定量的认识，探讨城市绿地格局演变的 驱动因子，提出优化城市绿地、改善城市生态功能的建议( 尹海伟和孔繁花，2 0 0 5 ； l i u e t a l ，2 0 0 6 ；谭丽等，2 0 0 8 ；熊春妮等，2 0 0 8 ) 。c o o k ( 2 0 0 2 ) 利用景观格局 指数，从绿地斑块一廊道一网络结构三个方面分析得出美国凤凰城生态网络规划 对生态系统产生的积极作用；陈彩虹等( 2 0 0 3 ) 通过分析南京城乡交错带的景观 生态特征，发现城乡结合带频繁出现人工嵌块体对林地的侵入，造成林地分割现 象，反映了城市化过程中建筑用地扩张引起的边界脆弱；周亮和张志云等( 2 0 0 6 ) 应用梯度分析与景观指数相结合的方法，分析了2 0 0 4 年北京城市绿地系统沿东西 和南北两条城市扩展轴分布的空间格局，发现影响绿化覆盖率和斑块面积频率分 布的主要因素是公园性质大型斑块的分布状况；z h a n g 和w a n g ( 2 0 0 6 ) 通过景观 指数和网络分析结合的方法，评价了城市绿廊的完整性和连通性，并依此设计出 绿地廊道的建设方案作为城市绿地规划的依据。 基于景观生态学的生态安全格局理论将城市绿地在城市景观中所处的位置以 及与其它景观的相互关系作为确定城市生态安全格局的基础，在典型的生态安全 格局中包含源( 大型植被分布区) 、缓冲区( 物种扩散低阻力区) 、辐射道( 由 源向外围绿地景观辐射的低阻力通道) 、源间联接( 相邻植被区间的通道) 和战 略点( 占据关键地理位置的绿地斑块) 。生态安全格局理论从保护物种多样性、 提高生态系统稳定性的角度对城市绿地景观进行功能性的分类，为城市生态规划 提供了景观资源的优化利用途径( y u ，1 9 9 5 ；俞孔坚，1 9 9 9 ；杨志峰，2 0 0 4 ：马 克明，2 0 0 4 ) 。 3 中山大学硕士学位论文：深圳城市绿地空间格局与生态效应 ( 2 ) 绿地景观格局与生态过程 格局与过程的相互作用是景观生态学中的核心问题，在城市生态系统中人类 持续的干扰下，破碎化的绿地和植被景观对生态过程产生如何的影响，以及带来 何种生态效应成为景观生态学中的热点领域( b r o s o f s k e ，2 0 0 6 ) 。格局与过程的 研究一般基于对格局结构、功能、动态变化的分析来阐明空间异质性对于能流、 物流、信息流和生物多样性等生态学过程的影响，从而确定景观结构和利用的最 优模式( 尹锴等，2 0 0 9 ) 。 景观格局与生态学过程的研究集中于斑块动态与种群结构、种子或生物体传 播、群落演替、干扰传播、营养物质循环和能量流动等等( p i c k e t t ，2 0 0 6 ：邬建国， 2 0 0 7 ) 。其中边缘效应就是格局与过程研究中的一个经典范例。边缘效应指缀块 边缘由于外围影响而表现出与缀块中心部分不同的生态学特征的现象( 邬建国， 2 0 0 0 ) ，自从l e o p o l d ( 1 9 3 3 ) 年发现生境边缘面积与种群丰富度有正相关关系后， 基于格局与过程的边缘效应研究取得了大量的成果，包括森林斑块边缘效应对动 物行为和多样性的影响以及对植物分布及多样性的影响( b r o s o f s k e ，2 0 0 6 ) 。 在城市生态系统中，与热环境相关的生态过程得到许多学者的关注，研究植 被格局对小气候的影响成为城市化进程中以绿地优化城市热环境的理论基础。小 气候在植物更新和生长、土壤呼吸作用、动物生境选择等等生态过程中有着重要 的作用，而这些作用又在一定程度上受到植被格局的限n ( c h e n ，1 9 9 9 ) 。c h e n ( 1 9 9 9 ) 基于斑块尺度对空气温度、相对湿度、土壤温度和风速等气候因子进行 测定与分析，揭示了三个层面上小气候与景观的关系：1 斑块内部的小气候变化能 为斑块内物种的结构组成提供直接解释；2 斑块之间的小气候由于斑块大小、形状 而产生差异；3 在较复杂的群落交错区，小气候受边缘效应以及缓冲效应影响。 对于人类干扰强度较大的大城市区域，绿地格局对热环境效应的研究一般贯 穿于城市土地利用变化对热岛效应的影响研究之中，常见方法是利用遥感对城市 热场进行监测，并与城市景观的格局分布进行相关分析，以研究城市热岛效应的 成因( s t a b l e re ta 1 ，2 0 0 5 ：g l u c he ta 1 ，2 0 0 6 ：x i a n & c r a n e ，2 0 0 6 ：h u a n ge ta 1 ， 2 0 0 8 ) 。绿地空间格局在不同的等级对城市热环境以及其它生态过程的作用是比 较新的研究领域。r o b i n s o n ( 2 0 0 9 ) 发现景观层次的空间异质性和斑块内部的空间 异质性均对城市森林的碳循环和储存有极大效应，i i d 城市景观的热环境差异是这 4 第1 章绪论 种效应产生的重要原因。 对格局和过程的研究，不能脱离一定的尺度框架。因为如果空间格局和过程 不在相似的速率以及同样的空间尺度运作，它们就不会有交互式的关系，正如厘 米级的草丛格局会影响甲虫的活动，但是不会影响鹰的飞行路线。尺度包括空间 尺度和时间尺度，尺度又可分为粒度和幅度( l i & w u ，2 0 0 4 ) 。对于空间数据而 言，空间粒度对应于像元大小，时间粒度则指事件发生地频率或时间间隔。幅度 指研究对象在空间和时间上的持续范围，即研究区域的总面积和研究持续的时间 幅度。因为不同的景观格局对尺度的响应有不同( q i & w u ，1 9 9 6 ；c h e ne t 口正， 2 0 0 2 ) ，在格局与过程的研究中加入尺度效应的分析有重要的意义。w a l s h 等( 1 9 9 9 ) 发现在泰国北部的生物物理景观中，人口和环境变量的相关关系随尺度的放大而 增强；x u 等( 2 0 0 4 ) 认为大于5 0 0 m 尺度更适合用于研究景观结构和小气候的关 系；而岳文泽( 2 0 0 5 ) 在进行上海景观格局与热环境效应研究前，利用尺度推绎 的方法，确定了最合适的研究粒度和幅度分别为4 0 m 和1 0 0 0 m ，以保证格局指数 的空间异质性对尺度达到较好的响应，从而把握格局对生态效应的影响关系。 1 1 3 城市植被生态效应研究概述 基于多种生态学过程，城市森林不仅具有释氧固碳、净化大气、吸收污染物、 降低噪音、游憩休闲等功能，而且在城市气候调节、缓解热岛效应、水土保持、 维持生物多样性和生态安全等方面发挥重要的作用( 尹锴等，2 0 0 9 ) 。植被所产 生的生态效益不仅仅与绿地斑块面积大小相关，更小尺度的植物群落甚至独立的 树木都有着不同的生态效应，它们的组成和配置也是提高城市环境质量的关键 ( f l o r e se ta 1 ，1 9 9 8 ；t y r v a i n e ne ta l ，2 0 0 5 ) 。植被生态效应涉及植被生态服务 功能的很多方面，以下概述植被净化空气、调节气候以及碳固定三个方面的研究 进展。 净化空气方面，较多研究显示常绿树种尤其是针叶所过滤的灰尘比落叶树种 多，但针叶树对空气污染造成的损伤更加敏感( t y r v a i n e n e ta 1 ，2 0 0 5 ) ，而植物 吸附污染物的能力因植物叶序、叶片几何形状、表皮细胞及绒毛特征等属性的不 同而存在差异，城市不同类型的绿地因植物的配置和环境的差异也存在不同的滞 尘效应( p r u s t ye ta 1 ，2 0 0 5 ；王赞红和李纪标，2 0 0 6 ；f e m n d e z & r o s s o n i ，2 0 0 6 ) 。 5 中山大学硕士学位论文：深圳城市绿地空问格局与生态效应 j i m 和c h e n ( 2 0 0 8 ) 估算了广州植被滞尘和吸收s 0 2 、n 0 2 的效益，发现乔木覆盖 率和大气污染浓度是影响城市植被除污能力的主要因素；p r u s t y 等( 2 0 0 5 ) 在印度 s m a b a l p u r 的研究发现，环境车流量与植被滞尘量显著相关；邱媛( 2 0 0 8 ) 等利用 四种绿化乔木对惠州植被滞尘效应进行了推算，发现同种植物的滞尘量在城市不 同功能区有显著差异。 调节气候方面，大量研究利用遥感数据发现植被对城市热岛效应有明显的减 缓作用。y u a n b a u e r ( 2 0 0 7 ) 发现植被覆盖度在不同季节与地表温度都有很强的 负相关；y u e 等( 2 0 0 7 ) 的研究发现上海所有土地利用类型的平均温度与植被n d v i 均呈负相关关系；s t a b l e r 等( 2 0 0 5 ) 则发现植被的降温作用随着植被位置距离城 市核心的大小而不同。基于树种的气候调节效应主要从植物的蒸腾作用对冠层潜 热通量的改变出发，研究城市绿化树木的降温作用( 杨士弘，1 9 9 4 ；g e o r g i & z a f i r i a d i s ，2 0 0 7 ) 。 在植被的碳固定功能方面，城市绿地通过吸收c 0 2 和释放0 2 所产生的生态效 益，是国内外众多学者关心的议题。n o w a k 和c r a n e ( 2 0 0 2 ) 通过野外调查获取美 国十个城市的植被覆盖数据( 生物量、生长率、死亡率、枯落物比例等) ，研究 了各大城市植被吸收c 0 2 的能力：彭立华等( 2 0 0 7 ) 利用c i t y g r e e n 模型提供的植 被固碳系数计算了南京绿地的固碳效益；r o b i n s o n 等( 2 0 0 9 ) 通过b i o m e b g c 模型研究了植被碳通量和城市景观受人为干扰程度的关系。虽然研究显示城市植 被直接吸收c 0 2 的总量不到城市释放c 0 2 总量的1 ，但植被通过废木供能带来的 资源循环以及通过气候调节导致的居住区制冷要求降低，间接地减小了城市c 0 2 排放量( m c p h e r s o n ，1 9 9 8 ) 。m a e f a r l a n e ( 2 0 0 9 ) 估算了密歇根州城市森林的年 生产力和城市森林废木的潜在经济效益，认为合理利用城市森林和废木的生物量， 能从生物能源的角度获得更大收益，减小化石能源的消耗和垃圾处理费用，并减 轻对城市森林的需求压力。 总的来说，城市植被生态效益的研究在物种层次一般注重物种生态效应差异 的研究，在植被层次则注重类型植被的生态效益总量推算，在大城市尺度将物种 生态效应和植被生态效益总量结合绿地空间格局的研究并不多见。 6 第l 章绪论 1 2 研究目标、内容和技术路线 城市绿地空间格局通过作用于生态过程，对城市的生态环境有着多层次的综 合影响。研究城市这个自然一社会一经济复杂系统下绿地格局对过程的影响对优 化城市植被、绿地格局，促进城市生态系统的稳定和健康有很大的意义。 本文以深圳特区为研究对象，探讨城市绿地空间特征对城市生态效应的影响。 深圳是中国第一个经济特区，是中国发展快速城市化的典型范例，其城市植被既 在8 0 年代到9 0 年代城市扩建时期遭遇建设用地的大量蚕食，也因近十年来城市 总体规划中对城市绿地、植被的再建和保护而得到相当程度的恢复。通过深圳城 市自然与半自然植被结合的绿地格局特征可管窥我国快速城市化发展进程从粗犷 走向精细调整，在发展经济的同时开始注重生态环境保护的特点，而以深圳作为 代表，探讨绿地格局与城市生态过程的相互作用，其方法和结果可推广至具有相 似城市化