城市綠地公平性視角下的生態系統服務優化研究

【摘要】：伴隨著大量農村人口不斷地向城市遷移,人們越來越意識到生態系統服務在城市居民生活質量評價中的價值,隨著城市化腳步的不斷加快,城市生態環境正面臨著不容忽視的挑戰,而在城市環境中,生態保持主要依賴于城市綠地。作為城市居民生態需求的重要保障,城市綠地能夠為周邊的城市居民提供諸多類型的生態系統服務,對城市生態平衡的維持具有重要意義。本研究根據西安市生態環境問題的具體現狀,并綜合研究區的基礎地理條件,選取了固碳、生物多樣性、改善空氣質量以及緩解城市熱島效應四項生態系統服務,通過使用InVEST模型、多樣性指數模型、干沉降通量模型、以及地表溫度反演等研究方法,針對西安市實際存在冬季霧霾嚴重、夏季城區炎熱等城市生態問題展開研究,同時對固碳、改善空氣質量、緩解城市熱島效應以及生物多樣性四項服務進行基于C#語言的AcrGIS插件開發研究,并使用外業實測數據進行驗證,最后結合綠地所提供的生態系統服務效益從公平性分配的角度對西安市綠地做出指導規劃。研究的主要結果如下:(1)研究對綠地生物多樣性保持、改善空氣質量、固碳以及緩解城市熱島效應生態系統服務進行測算評價。西安市主城區城市綠地多樣性指數分布范圍為0.694-1.725,綠地群落結構的復雜程度較低,生物多樣性水平有待提升;研究區固碳單位面積最高值是1 2.8t/hm2,未央區、雁塔區、以及灞橋區相對于其他區域而言固碳能力更強,固碳量整體上南部高于北部,東部高于西部。PM2.5干沉降通量呈現由北向南遞減的趨勢,植物對PM2.5具有一定的吸附作用,日削減量最高值為0.0145g/m3,最低為0.0058 g/m3;對綠地覆蓋區域的地表溫度進行提取,可以看出,綠地區域的地表溫度范圍在27.1～49.8℃,其平均溫度低于研究區域整體地表溫度均值,這表明城市綠地在一定程度上能夠緩解城市熱島效應。(2)野外實測數據表明,研究區不同區域單元的生物多樣性和固碳的空間分布差異性明顯但具有共同特征。在雁塔區、新城區、碑林區、灞橋區、蓮湖區和未央區六個區域中,風景區、大學校園均對區域固碳量貢獻比重較大;在劃分的區域單元中,公園、植物園等地對整個研究區的生物多樣性指數產生了較大貢獻,而居住區附近及道路附近的生物多樣性往往呈現較低值。(3)公平性評價結果顯示,西安市主城區公共綠地資源的生態系統服務空間分布普遍不合理。根據基尼系數、區位熵等對研究區綠地的公平性分布格局進行評價,城市綠地的面積分布對應基尼系數值為G=0.4752,固碳服務效應對應的基尼系數值G=0.4104,改善空氣質量G=0.4873,生物多樣性G=0.2314,緩解熱島效應G=0.4074,區位熵分級結果顯示,研究區不同行政區域單元之間生態系統服務存在明顯的空間分布差異。(4)通過優化方法篩選研究區不同區域單元待改善服務并對待改善地區和重要程度進行測算和空間分布展示。待改善生態系統服務程度基于公平性評價結果進行了綠地優化格局分析,研究結果表明,未央區和灞橋區待改善指數平均值較低,分別為0.4785和0.4994,蓮湖區待改善指數平均值最高,為0.5231,不同區域待改善生態系統服務差異較大,根據不同區域待改善服務的不同,針對性地對每個區域進行了優化格局的分析并提出了優化建議。(5)使用ArcGIS Engine技術開發的生態系統服務插件可以嵌入到ArcMap中呈現可視化的界面操作,輸入數據包含矢量圖、柵格圖、表格等多種類型數據,輸出空間可視化柵格數據。插件開發使得研究區綠地的生態系統服務研究分析過程更為簡便,并可以為他人的研究提供輔助參考。