薛春燕

(上海市林業(yè)總站,上海 200072)

城市森林是具有明顯生態(tài)價(jià)值和人文景觀價(jià)值的生物和非生物綜合體，城市森林景觀研究既是從景觀角度認(rèn)識(shí)和研究城市森林，同時(shí)也是景觀生態(tài)學(xué)應(yīng)用研究領(lǐng)域的拓展[1]。受到基礎(chǔ)研究方法、研究模型的局限性，城市森林景觀相關(guān)研究仍然處于探索階段，在開(kāi)展城市森林景觀格局研究中，景觀指數(shù)法和3S技術(shù)分析法作為森林景觀格局的重要手段極大地豐富了森林景觀方面的研究[2-4]。在城市森林格局演變研究中,多關(guān)注綴塊和景觀鑲嵌體水平，利用長(zhǎng)時(shí)空尺度的資料反映大規(guī)模的歷史變遷過(guò)程[5-6]，而這些過(guò)程無(wú)不與城市發(fā)展、木材需求、住宅用地和交通建設(shè)用地等土地利用方式有著極大的關(guān)聯(lián)，利用“3S”能夠?qū)⒊鞘猩值姆治雠c度量等定性指標(biāo)定量化，更直觀地對(duì)城市綠地景觀的空間格局進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)[7-10]。

作為典型的高密度人類(lèi)集聚區(qū)，上海市森林植被長(zhǎng)期以來(lái)經(jīng)受著人類(lèi)活動(dòng)的頻繁擾動(dòng)，森林植被類(lèi)型較為復(fù)雜，斑塊破碎，長(zhǎng)遠(yuǎn)看森林景觀空間格局變化復(fù)雜, 快速城市化過(guò)程中生態(tài)綠地資源不足與城市居民的生態(tài)需求存在著明顯的落差。近年來(lái)，已有不少學(xué)者對(duì)上?？焖俪鞘谢^(guò)程及由此帶來(lái)的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展、景觀格局演變等問(wèn)題進(jìn)行研究[11-15]，然而目前對(duì)于上海市快速城市化背景下的森林景觀格局空間演變研究仍有待加強(qiáng)。本文以上海為例，利用2004-2014年森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)開(kāi)展典型城市森林景觀研究，采用生態(tài)學(xué)的景觀格局方法分析上海各類(lèi)森林景觀在城鄉(xiāng)梯度區(qū)域內(nèi)的時(shí)空變化特征，揭示上海市森林景觀時(shí)空動(dòng)態(tài)格局，為認(rèn)識(shí)上海市城市發(fā)展歷程和解決森林資源、環(huán)境與城市的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題提供重要的理論依據(jù)，促進(jìn)城市居民人居環(huán)境的改善和城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)來(lái)源

上海市位于北緯30°40′～31°53′，東經(jīng)120°52′～122°12′，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海河網(wǎng)大多屬黃浦江水系，主要有黃浦江及其支流蘇州河、川楊河、淀浦河等。上海境內(nèi)除西南部有少數(shù)丘陵、山脈外，整體地勢(shì)為坦蕩低平的平原，境內(nèi)天然植被殘剩不多，絕大部分是人工栽培作物和林木。上海森林區(qū)劃可分為隸屬于北亞熱帶常綠闊葉林帶的河口沙洲森林區(qū)，碟緣高地森林區(qū)和東北淀柳低地森林區(qū)，以及隸屬于中亞熱帶常綠闊葉森林帶的西南丘陵、低地森林區(qū)等。上海地帶性植被為含有落葉成分的常綠闊葉林[16]。

研究數(shù)據(jù)主要以上海市2004年森林資源二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)和2014年森林資源年度監(jiān)測(cè)為主，此外還應(yīng)用了來(lái)自國(guó)家地球科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)——長(zhǎng)三角科學(xué)數(shù)據(jù)中心的上海市土地利用數(shù)據(jù)(1980-2010年)、來(lái)源于上海市測(cè)繪院的上海市行政區(qū)劃、上海市基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)資料等。

1.2 研究方法

1.2.1 森林景觀類(lèi)型劃分 森林景觀要素類(lèi)型的劃分是開(kāi)展森林景觀生態(tài)研究、分析景觀格局結(jié)構(gòu)、進(jìn)行景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。景觀要素類(lèi)型劃分是按一定特征把研究區(qū)域劃分為幾種相對(duì)均質(zhì)的土地生態(tài)要素或單元，是一個(gè)多級(jí)細(xì)化的結(jié)構(gòu)體系，類(lèi)型劃分的詳細(xì)程度不僅取決于研究區(qū)資料限制，也取決于研究目的和內(nèi)容[17]。根據(jù)上海市森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)和土地利用分類(lèi)數(shù)據(jù)，考慮森林景觀內(nèi)外部結(jié)構(gòu)差異，選擇地類(lèi)和優(yōu)勢(shì)樹(shù)種因子進(jìn)行劃分，形成兩級(jí)景觀類(lèi)型體系，通過(guò)聚類(lèi)分析分為針葉林景觀(包括針葉純林和針葉混交林)、闊葉林景觀(包括闊葉純林、闊葉混交林)、針闊混交林景觀、果樹(shù)林景觀(主要為特殊灌木林)、其他灌木林景觀(主要為一般灌木林及苗圃等其他林地)五類(lèi)城市森林景觀和一類(lèi)非森林景觀(跡地、建筑用地、水域、耕地、未利用地等)(圖1)。

1.2.2 城鄉(xiāng)梯度劃分 考慮城市發(fā)展與城市環(huán)形道路建設(shè)具有一致性，同時(shí)結(jié)合其他學(xué)者對(duì)上海市城鄉(xiāng)梯度劃分的成果[18-20]，本文將城鄉(xiāng)梯度劃分為中心城區(qū)、近郊、遠(yuǎn)郊三個(gè)區(qū)域。各個(gè)區(qū)域分別包括不同的行政區(qū)：中心城區(qū)(C)，包括靜安區(qū)、普陀區(qū)、虹口區(qū)、黃浦區(qū)、楊浦區(qū)、長(zhǎng)寧區(qū)、徐匯區(qū)；近郊(S)，包括寶山區(qū)、嘉定區(qū)、閔行區(qū)、浦東新區(qū)；遠(yuǎn)郊(R)，包括崇明區(qū)、奉賢區(qū)、青浦區(qū)、松江區(qū)、金山區(qū)。

圖1 2004-2014年上海城市森林景觀各類(lèi)型分布

1.2.3 景觀指數(shù)法 景觀格局是景觀異質(zhì)性在空間上的綜合表現(xiàn)，是人類(lèi)活動(dòng)和環(huán)境干擾共同作用的結(jié)果，反映了一定社會(huì)形態(tài)下人類(lèi)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，包括景觀組成單元的類(lèi)型、數(shù)目以及空間分布與配置，景觀格局的復(fù)雜程度與社會(huì)發(fā)展階段緊密相連，人口增加、社會(huì)重大變革、國(guó)家政策變化都會(huì)在景觀格局上得以體現(xiàn)[21]。通過(guò)景觀格局分析可以有效地分析森林資源變化及破碎化、連通性、異質(zhì)性，因此被廣泛應(yīng)用于研究自然保護(hù)區(qū)、森林演變、城市擴(kuò)張等，采用景觀格局?jǐn)?shù)量研究方法可有效建立景觀結(jié)構(gòu)與功能過(guò)程的相互關(guān)系，并預(yù)測(cè)景觀變化。本文以分析上海市城市森林景觀空間格局及人類(lèi)對(duì)城市森林景觀的影響程度為目標(biāo)，選擇相互獨(dú)立又能相對(duì)全面地反映研究區(qū)景觀格局的指標(biāo)，從斑塊類(lèi)型層次選擇面積、形狀、聚集性指標(biāo)，從整體景觀層次選擇面積、形狀、聚集性、多樣性指標(biāo)來(lái)分析上海市森林景觀格局演變情況(表1)[50]。

表1 選擇的各類(lèi)景觀指數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 上海城市整體森林景觀格局演變

基于FRAGSTATS v4.2軟件進(jìn)行空間分析與計(jì)算，得到上海市2004年和2014年斑塊類(lèi)型和景觀尺度16個(gè)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果(圖2)。從景觀層次上，可以看出：面積邊緣指標(biāo)中，2004-2014年十年間上海市森林景觀面積(TA)呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，斑塊數(shù)量(NP)同樣增長(zhǎng)顯著，呈倍數(shù)增長(zhǎng)，而最大斑塊占比(LPI)和平均斑塊面積(AREA_MN)則呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，反映人類(lèi)活動(dòng)作用明顯，大型斑塊逐漸減少，區(qū)域內(nèi)森林景觀破碎化加??；形狀指標(biāo)中，周長(zhǎng)面積分維(PAFRAC)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，斑塊形狀較為復(fù)雜，反應(yīng)了景觀斑塊形狀的復(fù)雜性在增加，而臨近指數(shù)(CONTIG_MN)逐漸減小，表明研究區(qū)內(nèi)景觀的空間連續(xù)性減?。痪奂灾笜?biāo)方面，相比2004年，2014年斑塊密度(PD)明顯增加，散布與并列指數(shù)(IJI)降低，可反映出周邊其他類(lèi)型景觀減小，整體性斑塊聚集度(COHESION)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，也說(shuō)明區(qū)域內(nèi)景觀斑塊被分割，連續(xù)性減小；多樣性指標(biāo)方面，Simpson均勻度指數(shù)(SIEI)和香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)均呈逐年下降的趨勢(shì)，反映出區(qū)域內(nèi)景觀類(lèi)型由2004年較為均勻逐漸向景觀類(lèi)型增加演變，景觀類(lèi)型占比差異增大，景觀多樣性指數(shù)下降。

圖2 2004-2014年上海城市森林景觀格局指數(shù)變化

2.2 上海市城市森林類(lèi)型格局演變

從城市森林類(lèi)型尺度分析2004-2014年上海市景觀格局指標(biāo)(表2)，可以看出：不同森林類(lèi)型的面積邊緣指標(biāo)中，斑塊類(lèi)型面積(CA)和景觀百分比(PLAND)均顯示2004-2014年間，闊葉林一直在上海城市森林中占優(yōu)勢(shì)，其次為果樹(shù)林；從類(lèi)型面積看針葉林、闊葉林和針闊混交林面積在十年間均有不同幅度的增加，但果樹(shù)林呈明顯減少的趨勢(shì)，其他灌木面積有所下降。這與上海市積極開(kāi)展公益林建設(shè)密不可分，而大批果農(nóng)受經(jīng)濟(jì)效益影響自發(fā)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，也導(dǎo)致果林面積下降。

從斑塊平均面積(AREA_MN)看，2004年森林類(lèi)型面積呈現(xiàn)針闊混交林>果樹(shù)林>闊葉林>其他灌木林>針葉林的特征，而2014年各類(lèi)型的平均面積均呈顯著下降，平均面積大小呈現(xiàn)特征為果樹(shù)林>闊葉林>針闊混交林>針葉林>其他灌木林；2004年最大斑塊指數(shù)(LPI)則呈現(xiàn)果樹(shù)林>闊葉林>針葉林>針闊混交林>其他灌木林的特征，從2004到2014年有明顯的下降趨勢(shì)，2014年果樹(shù)林的平均面積已遠(yuǎn)高于其他森林類(lèi)型，也說(shuō)明了上海市各森林類(lèi)型破碎化程度的不斷提高，反映上海市人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng),對(duì)森林的干擾逐漸加劇。

從周長(zhǎng)面積分維(PARFAC)指數(shù)來(lái)看，2004年P(guān)ARFAC針葉林>針闊混交林>闊葉林>其他灌木林>果樹(shù)林,而2014年其他灌木林和闊葉林的該指標(biāo)增長(zhǎng)顯著，說(shuō)明這些類(lèi)型的斑塊形狀越來(lái)越復(fù)雜，受人為干擾程度減小，這與上海制定和落實(shí)公益林管理政策，逐步完善公益林保護(hù)制度有關(guān)。而從聚集度指標(biāo)中可看到2004年，AI等指標(biāo)呈現(xiàn)出果樹(shù)林>闊葉林>針闊混交林>其他灌木林>針葉林的趨勢(shì)，而到2014年各類(lèi)型的AI指標(biāo)都呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明這些類(lèi)型的聚合度普遍下降，斑塊分布碎片化。

表2 2004-2014年上海各城市森林景觀類(lèi)型景觀指數(shù)

2.3 上海市城市森林類(lèi)型景觀城鄉(xiāng)梯度分析

為進(jìn)一步了解上海城鄉(xiāng)梯度劃分區(qū)域內(nèi)城市森林景觀類(lèi)型分布情況，選擇可反應(yīng)區(qū)域城市森林類(lèi)型的覆蓋情況、斑塊數(shù)量及斑塊密度來(lái)分析(圖3)。從城鄉(xiāng)梯度分區(qū)及各類(lèi)城市森林類(lèi)型的斑塊統(tǒng)計(jì)面積指數(shù)來(lái)看，上海市中心城區(qū)2004年以闊葉林為主，其次為針闊混交林，2014年其他灌木林有明顯增長(zhǎng)，針葉林和針闊混交林逐漸減少，相比近郊和遠(yuǎn)郊區(qū)域，其各類(lèi)森林斑塊面積均較少；近郊區(qū)域內(nèi)，2004年以闊葉林為主，其次為果樹(shù)林和其他灌木林，針葉林和針闊混交林比例較小，2014年果樹(shù)林比例顯著減小，闊葉林顯著增加，該區(qū)域的森林斑塊面積較城市中心區(qū)域較大，2004年闊葉林和果樹(shù)林面積大于遠(yuǎn)郊區(qū)域內(nèi)的同類(lèi)型樹(shù)種面積，2014年除其他灌木林基本持平，其他各類(lèi)型斑塊面積均小于遠(yuǎn)郊區(qū)域內(nèi)各類(lèi)樹(shù)種面積；遠(yuǎn)郊區(qū)域范圍內(nèi)，2004年森林類(lèi)型以闊葉林為主，其次為果樹(shù)林和其他灌木林，2014年其他灌木林斑塊面積顯著較小，闊葉林斑塊面積顯著增加，遠(yuǎn)郊區(qū)域內(nèi)森林格局以闊葉林為主，果樹(shù)林次之，針闊混交林及其他樹(shù)種占比較小。由此可見(jiàn)，上海市城市森林類(lèi)型景觀格局呈現(xiàn)顯著的城鄉(xiāng)梯度規(guī)律。

從各區(qū)域斑塊數(shù)量來(lái)看，中心城區(qū)的斑塊數(shù)量最少，果樹(shù)林主要集中在遠(yuǎn)郊和近郊區(qū)域，果樹(shù)林斑塊數(shù)量十年間在近郊呈下降趨勢(shì)，在遠(yuǎn)郊呈上升趨勢(shì)；遠(yuǎn)郊的闊葉林斑塊數(shù)量最大，近郊和遠(yuǎn)郊的闊葉林斑塊數(shù)量增長(zhǎng)明顯，其次為遠(yuǎn)郊的針葉林和近郊的其他灌木林。斑塊密度指數(shù)顯示，除了遠(yuǎn)郊的果樹(shù)林，各區(qū)域的斑塊密度均呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，其中中心城區(qū)的闊葉林、其他灌木林密度顯著增長(zhǎng)，且大于近郊與遠(yuǎn)郊地區(qū)；除針葉林斑塊密度呈現(xiàn)中心城區(qū)<近郊<遠(yuǎn)郊，果樹(shù)林呈現(xiàn)中心城區(qū)<遠(yuǎn)郊<近郊的趨勢(shì)，其他各類(lèi)型斑塊密度呈現(xiàn)遠(yuǎn)郊<近郊<中心城區(qū)的趨勢(shì)。可見(jiàn)中心城區(qū)斑塊面積小但密度大，聚集程度高，近郊和遠(yuǎn)郊果樹(shù)林分布集中，且有從近郊向遠(yuǎn)郊分布趨勢(shì)(表3)。

表3 2004-2014年上海各城鄉(xiāng)區(qū)域內(nèi)城市森林景觀類(lèi)型面積占比 %

圖3 2004～2014年上海城市森林景觀城鄉(xiāng)梯度變化(a)斑塊面積(CA)變化;(b)斑塊個(gè)數(shù)(NP)變化;(c)斑塊密度(PD)變化

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

城市森林景觀及其斑塊特征決定了城市森林景觀空間信息，基于森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，分析上海城市森林景觀空間分布格局，有助于城市森林的合理規(guī)劃和布局，提高城市森林質(zhì)量，有效發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能?；?004年和2014年上海市森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)，利用景觀格局指數(shù)法對(duì)上海市城市森林景觀格局特征及城鄉(xiāng)梯度分區(qū)內(nèi)特征分析顯示：上海市城市森林景觀空間分布與城市地貌格局基本吻合，均以闊葉林為主，但空間分布區(qū)域差異明顯，景觀整體質(zhì)量不高，斑塊破碎。不同城鄉(xiāng)梯度分區(qū)內(nèi)城市森林景觀格局分析表明，上海市城市森林景觀生態(tài)系統(tǒng)的形成、分布和類(lèi)型分異與自然環(huán)境的地域分異密切相關(guān)，景觀生態(tài)特性的區(qū)域差異明顯；在人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾下，城市森林景觀破碎化程度高，城市森林景觀生態(tài)特性的區(qū)域差異是自然環(huán)境地域分異、歷史發(fā)展、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化傳統(tǒng)等因素綜合作用的結(jié)果，受到城市規(guī)劃區(qū)劃影響，城市森林景觀生態(tài)特性的區(qū)域差異有進(jìn)一步增大的趨勢(shì)。

3.2 討論

城市森林的建設(shè)需要有一個(gè)整體化、系統(tǒng)化的框架，有必要通過(guò)分析森林生態(tài)資源、環(huán)境及生態(tài)分區(qū)現(xiàn)狀，根據(jù)城市發(fā)展功能定位和城市總體規(guī)劃，制定以人為本、人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的規(guī)劃方案。

3.2.1 倡導(dǎo)樹(shù)種多元合理配置，提升上海森林景觀格局的多樣性 樹(shù)種的選擇和配置直接影響森林景觀的形成。為解決適地適樹(shù)、樹(shù)種單一等問(wèn)題，上海公布了以鄉(xiāng)土樹(shù)種和優(yōu)良樹(shù)種為主的《上海市公益林主要造林樹(shù)種推薦目錄》，并在造林項(xiàng)目中推廣使用，一定程度解決了樹(shù)種單一化的問(wèn)題。但從目前造林樹(shù)種選擇、樹(shù)種結(jié)構(gòu)配置、森林景觀格局等情況看，森林景觀仍以闊葉樹(shù)為主，混交林雖有增加但占比較低。上海城市森林建設(shè)需繼續(xù)加大倡導(dǎo)鄉(xiāng)土樹(shù)種的合理配置使用，推進(jìn)科學(xué)造林、因地制宜選擇樹(shù)種，提升森林景觀的多樣性，發(fā)揮森林生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和景觀的綜合效益。

3.2.2 制定經(jīng)濟(jì)果林扶持政策，優(yōu)化林果產(chǎn)業(yè)布局 上海市從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始大力發(fā)展扶持經(jīng)濟(jì)果林產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，目前已基本形成“一區(qū)一品”的區(qū)域栽培格局，以南匯水蜜桃、松江水晶梨、崇明柑桔、青浦枇杷、奉賢黃桃、金山蟠桃等為代表的特色果品在上海市民中已有廣泛知名度，經(jīng)濟(jì)果林在提升森林面積、優(yōu)化森林結(jié)構(gòu)、農(nóng)民經(jīng)濟(jì)增效等方面有著重要作用。但隨著政策和市場(chǎng)的變化，目前經(jīng)濟(jì)果林呈逐年下降趨勢(shì)，需出臺(tái)相關(guān)政策，繼續(xù)開(kāi)展對(duì)經(jīng)濟(jì)果林的扶持，穩(wěn)定果林的長(zhǎng)效發(fā)展及效益發(fā)揮。

3.2.3 規(guī)劃先行、綜合布局、科學(xué)實(shí)施，構(gòu)建完善的城市森林生態(tài)系統(tǒng) 受土地資源的約束，上海森林發(fā)展空間極其有限，確保糧食安全、保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展與加強(qiáng)環(huán)境建設(shè)對(duì)土地需求的矛盾越來(lái)越突出，合理規(guī)劃森林布局，保護(hù)森林資源，是維護(hù)城市生態(tài)安全的重要內(nèi)容。近些年《上海市綠化系統(tǒng)規(guī)劃》《上海市城市森林規(guī)劃》《上海市林地保護(hù)利用規(guī)劃》《上海市基本生態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃》等規(guī)劃的出臺(tái)，為上?！吧鷳B(tài)宜居城市”建設(shè)提供了方案。

上海通過(guò)中心城區(qū)的公園和景觀綠地，城鄉(xiāng)結(jié)合部的外環(huán)林帶，郊區(qū)的“四類(lèi)林”和生態(tài)片林建設(shè)等，正逐步踐行“環(huán)、廊、區(qū)、源”城鄉(xiāng)生態(tài)空間體系規(guī)劃。但當(dāng)前上海城市森林破碎化、城鄉(xiāng)區(qū)域差異明顯的情況仍然突出，城市森林分布均衡、功能多樣的布局要求仍是當(dāng)前需解決的主要內(nèi)容之一。結(jié)合空間規(guī)劃，需通過(guò)公益林和生態(tài)廊道建設(shè)、郊野公園打造、四旁林建設(shè)等多形式合理布局，將分散孤立的城鄉(xiāng)森林連接成網(wǎng)絡(luò)，有機(jī)結(jié)合城市各種生態(tài)要素，形成分布均勻又具有完備生態(tài)系統(tǒng)功能的城市森林生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“生態(tài)與經(jīng)濟(jì)并重、森林與城市化同步發(fā)展”。

致謝：感謝國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)-國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)-長(zhǎng)江三角洲科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://nnu.geodata.cn:8008/)提供數(shù)據(jù)支撐。