校园绿地系统景观格局指数分析

校园绿地系统景观格局指数分析

景观模型通常是指景观的空间模型，是指不同大小和形状的景观块在景观空间中的配置。景观生态学对景观单元空间性质的数量的研究包括面积、分布密度、边缘形状、相邻结构、多样性和聚集形式，从而形成景观模型指数。大学校园作为一个相对独立的特殊生态系统类型,景观元素较为丰富,因此景观生态学原理完全可以在校园水平上作进一步的拓展与应用,用其理论对校园的生态建设提供指导,使得校园景观结构更加趋于合理,为在校师生提供一个学习、休闲、锻炼、娱乐的优美环境.目前这方面的研究相对较少,国内仅有少数学者运用景观格局指数对南京大学浦口新校区、华中师范大学和西南师范大学的绿地系统进行评价.本文利用景观生态异质性原理和方法,对复旦大学邯郸路校园、华东师范大学中山北路校园及上海财经大学中山北一路校区绿地生态系统进行生态质量评价,提出了合理的优化方案.1研究领域的总结和研究方法1.1研究领域的总结(1)乔灌木及其他聚合物木以下简称复旦(FU),校园绿化覆盖率为45%,有香樟(Cinnanomumcamphora(L.)Presl)、悬铃木(Platanus×hispanicaMill.exMuenchh.)等乔灌木100余种,31000余株.(2)灌草护坡，乔灌木、草坪以下简称华师大(ECNU),校园绿化面积为195000m2,绿化覆盖率达44%,水面积为40800m2,草坪42800m2,地被138300m2,花草面积2500m2,全校共有各种乔灌木32000余株.(3)地被植物及乔木生物量以下简称财大(SHUFE),占地面积为67882m2(包括规划用地),绿化覆盖率达45%,地被植物总计21649m2,乔木主要有悬铃木、白玉兰(MagnoliadenudataDesr.)、香樟等20种,共524株.灌木有黄杨等合计1839株.1.2学习方法(1)校园解决绿地斑块的测量由于校园区域相对较小,无法利用遥感影像图分析,因此结合校园平面图进行实地调查,测量,主要内容包括绿地斑块的面积、周长、与相邻斑块的最小距离,绿地廊道的长度等.(2)评价模型的建立及对策国内外学术界提出的景观格局指数很多,但是大部分指数所指示的格局特征往往是不全面的,具有其局限性.本研究旨在从斑块基本属性及空间分布特征来判断高校内绿地布局的优劣,选择了多样性指数(Diversity)、廊道密度指数(LineCorridorDensity)、最小距离指数(NearestNeighborIndex)、破碎化指数(FragmentationIndex)、分维分析(FractalDimension)等有关模型,应用AutoCAD及Excel软件进行计算,针对研究区的绿地现状及生态质量进行评价,并给出相应的对策.2结果与分析2.1校园内绿地系统的分类根据校园内绿地斑块的面积、土地覆盖物以及绿地功能,同时参照《城市用地分类与规划建设用地标准》(GBJ137),可以把校园内的绿地系统分为以下5个子类型:(1)休闲休闲绿地(2)花园绿地(3)安装绿地(4)(5)斑块在高校校内的分布其中,运动休闲绿地斑块、花园式绿地斑块及生产苗圃绿地斑块在3所高校校内的分布见图1.图1中的上图为复旦校园,左下是华师大校园,右下为财大校园.2.2校园绿地景观结构分析2.2.1各类型校园多样性及分布差异度分析(1)景观多样性指数:H=−∑i=1mPi×log2PiΗ=-∑i=1mΡi×log2Ρi,其中,Pi是第i种绿地景观类型占总面积的比.m是绿地景观类型总数.该指数越大,表示校园内景观多样性越高.计算结果和图2表明:复旦校园绿地景观多样性指数最高,为1.6286.这是由于复旦校园内的绿地景观类型分布较为均匀,各类型面积分布差别较小.华师大校园多样性指数次之,为1.5583.财大校园多样性指数最低,为0.9827,主要是该校园内各绿地景观类型的绿地面积差别较大,造成绿地景观类型分布不均匀所致.(2)景观差异度指数:D=Hmax+∑i=1nPilog2PiD=Ηmax+∑i=1nΡilog2Ρi;Hmax=log2n.其中,Pi是第i种绿地景观类型占总面积的比,n是绿地景观类型总数.Hmax为校园内各类绿地景观所占比例相等时,景观最大的多样性指数.计算结果表明:复旦校园的差异度指数为0.3714,华师大校园为0.4417,财大校园为0.6023.财大校园的指数为复旦校园指数的1.6倍,这是由于该校园内运动休闲绿地占了较大优势,成为支配性的绿地景观类型.(3)景观均匀度指数:E=(H/Hmax)×100%.其中,H,Hmax的含义及计算公式同前.均匀度和差异度成反比例关系,各绿地景观类型面积分布越均匀,均匀度指数越高.复旦校园内的绿地景观均匀度最高,其值为0.8143,华师大和财大校园的数值分别为0.7791,0.38.2.2.2绿地廊道密度Ti=Li/Ai,其中,Li为景观i的总廊道长度,Ai为景观i总面积.华师大校园内蜿蜒的丽娃河两岸的植被有利地增加了该校园内的绿地廊道密度,使之达到10.21km/km2,复旦校园次之,为8.32km/km2,财大校园内的绿地廊道密度相对较低,为6.20km/km2.2.2.3景观总结性分析公式为:NNI=MNND/ENND,式中MNND是斑块与其最近相邻斑块间的平均最小距离,ENND是在假定随机分布的前提条件下MNND的期望值.MNND和ENND的计算式如下:式中NND(i)是斑块i与其同类相邻斑块间的最小距离,d是景观里给定斑块类型的密度,N是给定斑块类型的斑块数,A是景观总面积.若NNI的取值为0,则格局为完全团聚分布;若NNI的取值为1,则格局为随机分布;若NNI取其最大值为2.149,则格局为完全规则分布.该指数可反映校园内绿地斑块的聚集程度.计算表明:复旦校园内和财大校园内的花园绿地接近随机分布,其值分别为0.7066和1.3898(图3).其他各个高校中的各类绿地斑块最小距离指数较小,呈团聚分布.其中复旦校园内的运动休闲绿地集中在西南角的大礼堂和北面的科学楼附近,而设施绿地集中在东南角的宿舍区与西北角的教学区,其值分别为0.1255和0.0953,接近完全团聚分布.财大校园内的运动休闲绿地主要集中在中山北一路正门处,设施绿地集中于篮球场边的宿舍区和教学区,其值分别为0.4156和0.2547.华师大校园内的花园式绿地集中在丽娃河以东,运动休闲绿地集中在中央大道附近,而设施绿地集中在丽娃河以西的教学区和宿舍区,数值分别为0.3238,0.3470和0.2561.2.2.4景观破坏分析本文采用斑块密度指数和景观斑块数破碎化指数来定量分析3所高校绿地景观破碎化的情况.(1)设施绿地密度计算结果见表2,各个高校内的设施绿地密度都是最高的,而财大校园的设施绿地密度又是3所高校中最高的,数值为:复旦164.5592,华师大239.6431,财大370.2987.设施绿地大多为建筑物的附属绿地,其值越高,表明校区内的建筑物密度越高.复旦校园内的运动休闲绿地密度是3所校园内最高的,达52.3597,华师大校园内的花园式绿地密度为3所校园内最高,数值为51.9227.(2)景观破碎度指数其中FN1和FN2是斑块数破碎化指数,Nc是景观数据阵的方格网中格子总数,在计算中,采用研究区内最小的斑块面积去除总面积作为Nc值,也就是以最小斑块面积作为每一个网格的大小.Np为景观里各类斑块的总数,MPs是景观中各类斑块的平均面积,这里以最小斑块数目内单位,Nf是景观中某一景观类型斑块总数.3所高校校园绿地景观破碎度指数FN1为:复旦0.0118;华师大0.0255;财大0.0235.这说明华师大校园的绿地景观破碎化程度最高,与该校园内的建筑物密度较高有相关性.绿地景观破碎度指数FN2表明:3所高校校园内的设施绿地的破碎化程度最高,这是由于设施绿地大多依附于建筑物,斑块数量多而致使破碎化程度升高.相对而言,运动休闲绿地和花园式绿地往往成片分布,斑块数量也相对较少,类型破碎度降低.2.2.5主导区D=2log(P/4)/log(A),式中P为斑块周长,A为斑块面积,D的理论范围为1.0～2.0.其中1.0代表形状最简单的正方形周边,2.0代表同等面积下边界最为复杂的斑块周边.计算表明:高校校园内的绿地斑块由于人为干扰的原因,复杂程度都很低,其中各高校内的运动休闲绿地斑块形状最趋近于正方形(图4).2.3校园绿地系统的评估和优化2.3.1校园各区绿化斑块的分布复旦校园内除光华楼外,建筑物大多不超过5层,各院系系楼及宿舍以3层楼为主,周边水杉、香樟等乔木超过楼高,给师生以置身于绿色怀抱中的感觉.复旦校园的绿地景观多样性及均匀度指数都较高,分别为1.6286,0.8143,拥有大片运动休闲绿地.最小距离指数显示,运动休闲绿地呈团聚分布,其值仅为0.1255,原因是西南角的大礼堂和北面的科学楼附近集中有数片大面积的该类型绿地,宿舍区与正门入口处也有分布,已经达到功能分区的目的.校园内花园式绿地斑块的面积较大,最小距离指数接近1,呈随机分布,意味着师生在校园各处都能找到一片值得欣赏的绿色景观,且多个斑块别具特色:如燕园内有校奠基石,千年钟;望道园内有著名学者陈望道校长的塑像,蕴含深厚人文气息.校园内物种丰富,种植有豆梨(PyruscalleryanaDecne.)、无患子(SapindusmukorossiGaertn.)等上海市其他区域罕见的植物.主要道路两边及多个花园式绿地斑块内的常见乔灌木都挂有标识牌,将学习融于憩息娱乐之中.校园内所有花园式绿地斑块和较大面积的设施绿地斑块都考虑到了乔、灌、草搭配,立体视觉效果较好.复旦校园内个别设施绿地斑块可进一步优化,如最北面的生产苗圃绿地旁的设施绿地,有大量乔灌木,但由于通往北区宿舍的主干道及围栏阻隔,未能融入校园有机结构.可去除围栏,调整植被构成,种植花卉,将其改造成一片大面积的花园式绿地斑块,成为师生休闲憩息的好去处.该斑块的面积大约为3307m2,经优化后校内几项景观格局指数与优化前的指数相比较见表3.从上表中可看出,经过优化后,复旦校园的景观格局更趋合理,多样性和均匀度略微增大,各绿地斑块类型的差异度减小.最小距离指数显示:花园式绿地斑块的该项指数更接近于1,愈呈随机分布.由此得出:这一绿地斑块经过优化后,复旦校园的整体生态质量水平将得到进一步提高.2.3.2各校园类斑块的均势分析丽娃河不仅大大增加了华师大校园绿地廊道密度,使绿地廊道密度达到了10.21km/km2,而且沿岸形成了多处罕有人工痕迹的花园式绿地斑块,给师生提供一个亲近自然的机会.华师大校园面积虽不足为复旦的2/3,但花园式绿地斑块的数量却多于复旦,斑块密度指数为51.9227,高于另两个校园同类斑块的该项指数.校园内多处花园式绿地斑块的面积都不大,但构造别具匠心,如大学生中心旁花园式绿地远看如一座小山坡,实则是建在废弃建筑物上的人造假山,成为师生憩息的好去处.该校园的多样性和均匀性指数也较高,分别为1.5583和0.7791,3种主要绿地斑块的面积较为均衡.河道污染是上海市的一个顽疾,丽娃河也面临考验,劣五类的水质使沿岸的绿地不能真正发挥吸引师生的功能,水体治理是华师大校园的一个艰巨任务.笔者建议可采用生态修复的手段治理该条河:种植挺水植物,沉水植物和浮水植物群落,配置生态浮床,同时投放合适的微生物,维持水生生态系统的平衡.另外从管理角度,建立污水处理系统,杜绝一切可能的污染源.丽娃河以西的教学区及宿舍区缺乏花园式绿地斑块,使得最小距离指数显示该类型斑块成团聚分布.数学馆及生物馆等设施绿地均可作为调整的对象.2.3.3主要结论与讨论该校园面积较小,但绿化覆盖率很高,多样性和均匀度指数都较低,其值分别为0.9827和0.38,运动休闲绿地是该校园的支配性的绿地景观类型.3块花园式绿地斑块沿着对角线分布在校园内,使得该绿地斑块类型的最小距离指数接近于1,呈随机分布.3块运动休闲绿地斑块中有2块在中山北一路入口广场处,另1块位于校园中心位置.该校园的优化重点在于提高校园内植被的种类,宿舍区后的空地可进一步开发,增加设施绿地或者花园式绿地的个数.景观生态学是研究景观结构、功能、动态、规划和管理的学科,景观结构与功能是景观生态学研究的基本问题,它为景观描述、景观质量的高低、景观形成的原因和发展趋势的研究提供了有效的分析手段.本文尝试运用景观生态学的理论和方法来研究上海市3所著名高校校园的绿地系统,在对其绿地景观结构进行分析、评价之后,提出了相应的优化方案.研究的主要结论如下:(1)校园绿地系统可分为:运动休闲绿地斑块、花园式绿地斑块、设施绿地斑块、生产苗圃绿地斑块和校园