李文俊， 李峻峰

(合肥工業(yè)大學 建筑與藝術學院，合肥 230601)

基于GIS的中小尺度綠色基礎設施識別與優(yōu)化
——以安徽宣城南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)為例

李文俊， 李峻峰

(合肥工業(yè)大學 建筑與藝術學院，合肥 230601)

綠色基礎設施(Green Infrastructure，GI)具有重要的生態(tài)服務功能和人文服務功能，但實踐應用中存在著對特定綠色基礎設施的級別、特征、結構和空間范圍認識不清等諸多問題，因此需要對其進行識別。生態(tài)旅游的發(fā)展在一定程度上激化了綠色基礎設施內(nèi)部生態(tài)與游憩活動之間的矛盾，而結合兩大服務功能對其進行優(yōu)化是解決問題的途徑。文章結合安徽宣城南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)實例，運用GIS分析法，提出了中小尺度綠色基礎設施識別與優(yōu)化方法，旨在為綠色基礎設施的實踐應用提供可操作的手段。

綠色基礎設施；生態(tài)旅游；GIS；景觀生態(tài)學

近些年來，隨著城市化進程的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯，“綠色基礎設施”這一術語逐漸被我國學者關注和研究。大量研究和實踐證明，綠色基礎設施在維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、提升人居環(huán)境品質、解決城市環(huán)境問題、改善居民健康等方面具有重要的作用。目前國內(nèi)綠色基礎設施的相關研究還處于理論階段，涉及綠色基礎設施的實踐應用研究較少[1]，且這些實踐研究大多針對大尺度綠色基礎設施的構建、評估等方面，中小尺度層面的識別與優(yōu)化則較少涉及，然而在中小尺度綠色基礎設施建設過程中，又確實存在著對其級別、功能、特征、結構和空間范圍認識不清等諸多問題。鑒于中小尺度綠色基礎設施的識別是實踐應用的前提，因此對中小尺度綠色基礎設施識別方法的研究迫在眉睫。

綠色基礎設施具有生態(tài)服務和人文服務雙重功能。生態(tài)旅游在一定程度上利用了綠色基礎設施豐富的生態(tài)資源，旅游活動有時會在綠色基礎設施空間中展開，這對綠色基礎設施的生態(tài)功能造成了一定程度的干擾，導致生態(tài)與游憩矛盾突出。在綠色基礎設施識別的基礎上，基于兩大服務功能對綠色基礎設施進行優(yōu)化調(diào)整是解決這一問題的有效途徑。南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)作為綠色基礎設施的組成部分，既有生態(tài)功能的約束又有游憩功能的要求，在開發(fā)建設前對其綠色基礎設施功能、結構和空間范圍進行識別與優(yōu)化有助于明確生態(tài)開發(fā)底線，引導旅游開發(fā)行為，促進生態(tài)旅游區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

一、綠色基礎設施及其生態(tài)游憩應用

1.綠色基礎設施概念及兩大服務功能

綠色基礎設施(Green Infrastructure，GI)提出于20世紀90年代，目前得到廣泛認可的概念是由美國保護基金會的Benedict Mark和 Edward McMahon 于2006年在《綠色基礎設施——連接景觀與社區(qū)》一書中提出的定義。他們認為，綠色基礎設施是：具有內(nèi)部連接性的自然區(qū)域及開放空間的網(wǎng)絡，以及可能附帶的工程設施，這一網(wǎng)絡具有自然生態(tài)體系功能和價值，為人類和野生動物提供自然場所，如作為棲息地、凈水源、遷徙通道等，它們總體構成保證環(huán)境、社會與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)框架[2]。

國外學者Kambites和Owen認為，綠色基礎設施具有生態(tài)和社會雙重效益[3]，并從生態(tài)、景觀、休閑、教育等方面總結了綠色基礎設施的12項生態(tài)服務和社會服務功能并繪制成表[4]。國內(nèi)學者安超和沈清基認為可以將綠色基礎設施的功能分為自然功能和人文功能，自然功能包括生態(tài)功能、環(huán)境功能，人文功能包括游憩功能、經(jīng)濟功能、教育功能[5]。在參考大量文獻的基礎上，本文將綠色基礎設施功能總結為兩個方面：生態(tài)服務功能和人文服務功能。生態(tài)服務功能方面：綠色基礎設施網(wǎng)絡能夠保護重要的棲息地及其連通性，從而能夠保護區(qū)域內(nèi)生態(tài)多樣性、維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定；保護林地、濕地和農(nóng)田等土地，確保其自然功能，起到避免火災、消減洪水、凈化水質等作用。人文服務功能方面：綠色基礎設施提供了戶外休閑的機會，有利于附近居民的精神和身體健康；能夠保護觀賞性高的景觀，為旅游發(fā)展、經(jīng)濟和就業(yè)帶動提供可能性；同時，綠色基礎設施將歷史公園和人文景觀保護起來，對文化傳承和歷史文化遺產(chǎn)的保護有重要的作用。

2.綠色基礎設施的生態(tài)游憩應用

近些年來我國生態(tài)旅游發(fā)展迅猛，據(jù)統(tǒng)計，在過去的十幾年中生態(tài)旅游的年增長率為15%20%，是旅游產(chǎn)品中增長最快的一支[6]。在今天，森林、濕地、湖泊、河流、山地、村落、自然動植物園、自然保護區(qū)等自然區(qū)域成為生態(tài)旅游的主體空間，其觀賞性的景觀和由此引發(fā)的游憩活動如登山、觀鳥、垂釣、探險、攝影等成為生態(tài)旅游的主要內(nèi)容。這些自然區(qū)域往往是綠色基礎設施的組成部分，具有重要的生態(tài)價值，同時又以豐富的自然資源和較高的觀賞價值成為生態(tài)旅游的吸引點。

公園、街頭綠地、濱水空間、生態(tài)旅游區(qū)等中小尺度的綠色基礎設施是城市居民游憩活動的主要場所，在維持城鄉(xiāng)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時也承擔著居民游憩休閑的重要作用，具有一定的特殊性。如何處理城市綠色基礎設施游憩活動與生態(tài)功能的關系是當下需要慎重考慮的問題，而要處理好這一問題，首先需要對綠色基礎設施進行識別和優(yōu)化，以明確生態(tài)底線，引導游憩活動的開展，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展。

二、中小尺度綠色基礎設施識別與優(yōu)化方法

1.中小尺度綠色基礎設施特征

綠色基礎設施具有多重尺度，2006年英國西北地區(qū)GI小組將其劃分為戰(zhàn)略尺度、區(qū)域尺度、城市尺度以及鄰里尺度等四個級別[7]，并對之進行了深入的闡述。參考以上級別的分類，我們將中小尺度定義在綠色基礎設施城市尺度與鄰里尺度兩個級別，其主要構成要素包括城市公園、森林公園、河流廊道、自然保護區(qū)、水庫、濕地、海濱、文化娛樂走廊、自行車道、雨水花園、街頭綠地、林陰道、農(nóng)田、林地等。

中小尺度的綠色基礎設施具有功能復合性、層次聯(lián)動性、多樣性等特性[8]。功能復合性表現(xiàn)在：在發(fā)揮大尺度區(qū)域GI網(wǎng)絡功能的同時還需滿足場地尺度上特定的生態(tài)和人文服務功能。層次聯(lián)動性表現(xiàn)在：其既是較大尺度綠色基礎設施的組成部分，同時也包含更小尺度的綠色基礎設施單元。中小尺度綠色基礎設施因決策目標的不同而表現(xiàn)出功能形態(tài)各異、空間結構不同等特征，因而具有多樣性。

2.中小尺度綠色基礎設施識別方法

由于中小尺度綠色基礎設施具有層次聯(lián)動性的特征，因此其識別方法可參考大尺度綠色基礎設施識別方法。Benedict Mark和 Edward McMahon 在《綠色基礎設施——連接景觀與社區(qū)》一書中提出了綠色基礎設施識別的一般步驟，分析是確定GI目標和定位、搜集數(shù)據(jù)確定GI構成要素、識別GI網(wǎng)絡格局和評估分析與優(yōu)化[2]，這一步驟受到廣泛認可。在識別GI網(wǎng)絡格局這一步驟上，目前廣泛使用的是以下四種方法(如表1所示)。

表1 四種確定GI網(wǎng)絡格局的方法比較[9]

以上四種方法大多是大尺度宏觀層面確定綠色基礎設施結構的方法，對于中小尺度綠色基礎設施的識別具有一定借鑒意義。本文結合以上方法和步驟，提出中小尺度綠色基礎設施識別步驟如下：第一，對大尺度層面綠色基礎設施網(wǎng)絡進行識別，以判定中小尺度綠色基礎設施的功能與目標；第二，中尺度層面根據(jù)功能和目標整理綠色基礎設施構成要素；第三，中小尺度層面對綠色基礎設施要素進行分析，運用以上四種方法明確其格局和結構；第四，小尺度層面根據(jù)結構和地物特征明確綠色基礎設施空間分布。

3.中小尺度綠色基礎設施的優(yōu)化方法

在明確了中小尺度綠色基礎設施目標、要素、結構、空間布局的基礎上，結合綠色基礎設施的兩大服務功能對空間識別結果進行進一步的優(yōu)化。優(yōu)化的內(nèi)容包括生態(tài)優(yōu)化和服務優(yōu)化兩個方面。生態(tài)優(yōu)化方面：根據(jù)生態(tài)功能分析結果對中小尺度綠色基礎設施的生態(tài)結構進行調(diào)整，如增強連接性、減少外在干擾、強化生態(tài)節(jié)點等；服務優(yōu)化方面：通過分區(qū)和分級的手段對服務范圍、強度、可能產(chǎn)生的干擾量等方面進行控制，以達到生態(tài)功能和人文功能的協(xié)調(diào)。

三、南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)GI識別與優(yōu)化

南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)位于安徽省宣城市廣德縣新杭鎮(zhèn)，地理位置優(yōu)越，交通便利。旅游區(qū)包括磚橋村至金雞籠村8.9km河段及向兩岸延伸80-300米的范圍，面積約5 238.6畝。區(qū)內(nèi)山清水秀，河水長流，生態(tài)旅游資源豐富。從地形上來看，南溪濕地旅游區(qū)位于山谷之中，是一條天然河流廊道，連接著平原與山林，具有重要的生態(tài)價值。在進行旅游開發(fā)建設之前，有必要對旅游區(qū)內(nèi)綠色基礎設施進行識別與優(yōu)化，以便保護生態(tài)本底，引導旅游開發(fā)，保障旅游區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

1.技術路線

結合上文提出的方法和步驟，南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)綠色基礎設施識別與優(yōu)化主要可分為五大步驟，如圖1所示：第一，GI目標定位：首先對廣德縣縣域綠色基礎設施網(wǎng)絡布局進行分析，明確旅游區(qū)的廊道屬性和主要功能，提出GI目標定位，并討論其合理性；第二，GI要素選取：根據(jù)具體的GI目標定位，并結合地物特征對旅游區(qū)周邊范圍內(nèi)GI要素進行提取，搜集數(shù)據(jù)資料建立數(shù)據(jù)庫；第三，GI結構分析：基于GIS分析平臺，運用最小費用模型分析廊道結構；第四，空間識別：將廊道結構和提取的GI要素相疊加，再結合地物特征確定GI廊道寬度和空間分布；第五，GI空間優(yōu)化，結合GI功能、要素分布、結構布局以及現(xiàn)場踏勘情況對GI空間分布進行優(yōu)化與調(diào)整，包括生態(tài)優(yōu)化和服務優(yōu)化兩個方面。最后，將綠色基礎設施識別與優(yōu)化的結果應用于生態(tài)旅游區(qū)游憩組織、空間規(guī)劃等方面。

圖1 南溪濕地生態(tài)旅游GI識別與優(yōu)化技術路線圖

2.GI目標定位

基于地理空間數(shù)據(jù)云平臺，使用ENVI軟件對廣德縣縣域遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行監(jiān)督分類處理(本文使用的遙感數(shù)據(jù)為Landsat7 ETM SLC-off 衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，測量時間為2016年3月5日)，可得到廣德縣縣域土地利用類型圖(下頁圖2)。

在此基礎上，運用形態(tài)學空間分析法(MSPA)和ArcGIS軟件對GI格局進行分析[10-11]，可得到廣德縣綠色基礎設施網(wǎng)絡的空間布局圖(下頁圖3)。由廣德縣綠色基礎設施結構示意圖可以看出：縣域范圍內(nèi)，東北和西南兩側的山體是主要的核心區(qū)(Hubs)；廊道(Links)方向主要為東北-西南方向，連接著兩個核心區(qū)。南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)可位于東北核心區(qū)附近，位于連接核心區(qū)主要廊道的前端，也是連接城市與自然的主要生態(tài)廊道的前端。

圖2 廣德縣土地利用類型圖 圖3 廣德縣綠色基礎設施結構示意圖

作為廣德縣綠色基礎設施網(wǎng)絡中的主要廊道的一部分，南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)綠色基礎設施的生態(tài)服務功能主要表現(xiàn)在其河流廊道的性質上，人文服務功能則體現(xiàn)在其游憩價值上。在充分分析南溪濕地生態(tài)與人文服務兩大功能的基礎之上，我們提出其GI的目標定位如下：第一，以白顴、大鯢、小吻蝮、青蛙、花面貍[12]等為代表的鳥類、魚類、爬行類、兩棲類及小型哺乳動物的棲息地、遷徙通道；第二，支撐生態(tài)農(nóng)業(yè)的灌溉系統(tǒng)；第三，城市與自然連接紐帶的前端；第四，城市郊區(qū)居民休閑游憩場所。

3.GI要素提取

通過對南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)的綠色基礎設施目標定位進行分析，認為其組成要素具有以下幾個特點：第一，具有一定規(guī)模，能夠為野生動植物提供生境和遷徙通道；第二，流域水網(wǎng)的組成部分，能夠為農(nóng)田、林地、原野地提供灌溉水源；第三，具有自然觀察、穿越、微量活動等干擾較小的生態(tài)游憩機會。據(jù)此提出綠色基礎設施在空間上主要包括以下幾種景觀類型：自然及人工林地、河道及沿河植被帶、濕地、灘涂地、人工水塘及水渠、觀景點、有歷史文化價值的村鎮(zhèn)、歷史文化遺產(chǎn)區(qū)域等。

4.GI結構分析

在GIS平臺上，提取南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)中滿足條件的景觀類型，并結合場地遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)、地形圖等數(shù)據(jù)，以及野外調(diào)研相關數(shù)據(jù)，建立綠色基礎設施各部分的景觀屬性GIS數(shù)據(jù)庫，這些屬性包括：大小、位置、面積、密度、土地使用、坡度坡向、水文、影響范圍、多樣性等。在此基礎上，采用GIS最小費用模型[9](least-cost path analysis)對南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)綠色基礎設施結構進行識別：首先，對南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)周邊的綠地斑塊進行識別與分級，提取面積在10公頃以上的綠地斑塊，使用conefor2.0軟件對其重要性進行計算并排序，選擇7個綠地源點，這些源點主要是大型斑塊，也有作為“踏腳石”的小型斑塊。其次，根據(jù)建立的景觀屬性數(shù)據(jù)庫確定動植物水平運動的“阻力”，對不 同景觀類型賦予不同的阻力值，建立阻力面。

圖4 南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)綠色基礎設施結構識別

其中，物種生境的阻力值最小值為1，最大值為100；通過參考大量文獻，研究中將林地、水域等生境賦值為5，林地、灌草地賦值為20，農(nóng)田賦值為50，建設用地賦值為100，得到研究區(qū)范圍內(nèi)500*500阻力值柵格圖，作為研究中的生物阻力面；再運用GIS的最小費用模型計算阻力面中“源”之間最小費用路徑，得到廊道結構圖，識別過程如上頁圖4所示。

5.GI空間識別

在廊道結構識別的基礎上，根據(jù)功能分析區(qū)域內(nèi)確定的野生動物廊道寬度、周邊地形和土地覆蓋類型來確定廊道的空間分布[13]。廣德縣共有野生動物28目54科284種，其中獸類動物7目16科55種，爬行、兩棲類野生動物11科39種，鳥類野生動物16目27科190種。本次研究范圍內(nèi)的野生動物主要為魚類、爬行、兩棲類、鳥類以及小型哺乳動物，其中主要有國家一級保護動物白顴、白頸長尾雉等，國家二級保護動物穿山甲、大鯢、虎紋蛙等，省一級保護野生動物:小吻蝮、花面貍等，以及24種省二級保護的野生動物如青蛙、白鷺、豬獾等。

參考相關生物保護廊道寬度的研究，12-30m寬的廊道能夠包含草本植物和鳥類多數(shù)的邊緣種，但多樣性較低，滿足鳥類遷徙的需求，保護無脊椎動物種群，保護魚類、小型哺乳動物[14]；30-100m能夠包含較大多樣性和內(nèi)部種，滿足動植物遷移和傳播以及生物多樣性保護的功能[14]。參考以上，本次研究將廊道寬度控制在30-100m的范圍之間，其中30m以內(nèi)為核心區(qū)，30-100m為緩沖區(qū)。將這一范圍與提取的景觀要素進行疊加，根據(jù)此寬度對景觀要素進行篩選，識別綠色基礎設施的組成要素及其空間分布(圖5)。

圖5 南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)GI空間分布圖

6.GI空間優(yōu)化

在GI空間識別結果的基礎上，結合功能分析、結構分析以及現(xiàn)場踏勘情況對GI空間格局進行優(yōu)化。由于綠色基礎設施具有生態(tài)和人文服務的雙重功能，因此優(yōu)化內(nèi)容也包括生態(tài)優(yōu)化和服務優(yōu)化兩個方面。

生態(tài)優(yōu)化方面：第一，增強連通性：根據(jù)河流廊道的走勢以及上文中識別的GI結構，對廊道0-100m范圍內(nèi)的場地進行梳理。清理干擾或阻礙生態(tài)活動的建設用地，增加、擴展和調(diào)整林地、濕地等生態(tài)用地的布局，增強各綠色基礎設施要素之間的連通性，包括結構性連通和功能性連通等。第二，強調(diào)廊道結構：以GI結構為依據(jù)，強調(diào)場地內(nèi)豎向廊道的結構，同時對橫向廊道的布局進行梳理，在空間上增強三條主要橫向廊道的結構。第三，優(yōu)化廊道節(jié)點：兩條廊道相交的節(jié)點是重要的生態(tài)點，是物質和能量的匯集點。對廊道節(jié)點空間范圍進行清理，排除干擾生態(tài)過程的建設因素，同時對廊道方向進行引導和暗示。

服務優(yōu)化方面：結合南溪濕地生態(tài)綠色基礎設施廊道核心區(qū)、緩沖區(qū)范圍劃定，按照與廊道中心的距離，將綠色基礎設施劃分為核心區(qū)、緩沖區(qū)和游憩區(qū)三個區(qū)，并對各區(qū)的控制強度、游憩強度、建設量和人流量等方面進行了界定，具體結果如表2所示。

表2 綠色基礎設施服務優(yōu)化內(nèi)容

南溪濕地生態(tài)旅游區(qū)是縣域綠色基礎設施廊道的重要組成部分，進行旅游活動組織的同時需要確保生態(tài)功能的實現(xiàn)。旅游區(qū)GI空間識別與優(yōu)化的結果可用于明確開發(fā)限制區(qū)域與開發(fā)建設區(qū)域的空間分布，有利于旅游開發(fā)的組織建設，保障旅游區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

四、結 語

綠色基礎設施是我們的生命生活支持系統(tǒng)，確保生態(tài)功能的同時也具有一定的游憩價值。中小尺度綠色基礎設施作為游憩活動的主要承擔者，如何合理地安排游憩活動至關重要，對場地內(nèi)的GI進行識別和優(yōu)化是第一步。從大尺度層面明確GI功能和目標，再以此為依據(jù)運用綠色基礎設施工作方法識別其GI要素、結構和空間，最后進行優(yōu)化調(diào)整，這是中小尺度綠色基礎設施識別與優(yōu)化的工作方法。綠色基礎設施是一個可實施的土地利用方式，而不僅僅是一個概念，推動綠色基礎設施的應用發(fā)展需要將其與場地規(guī)劃設計相結合，理論聯(lián)系實踐，最終實現(xiàn)綠色基礎設施的生態(tài)人文服務功能。

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(責任編輯 蔣濤涌)

Identification and Optimization of Small and Medium-sized Green Infrastructure Based on GIS:A Case Study of Nanxi Wetland Ecological Tourist Area in Xuancheng, Anhui Province

LI Wenjun， LI Junfeng

(School of Architecture and Art, Hefei University of Technology， Hefei 230601, China)

Green infrastructure(GI) has important functions of ecosystem service and humanistic service. But there are still many difficulties in practical application, such as the ignorance of specific green infrastructure level, characteristics, structure and spatial range. Therefore, it is necessary to identify green infrastructure before construction. At the same time, the development of ecological tourism has intensified the contradiction between the ecology and recreation within the green infrastructure to some extent. The integration of the two service functions to optimize it is the way to solve the problem. Taking Nanxi Wetland Ecological Tourist Area in Xuancheng, Anhui Province as an example, this paper puts forward the method to identify and optimize the small and medium-sized green infrastructure by using geographic information system(GIS) analysis. This method is valuable for providing operational means for the application of green infrastructure.

green infrastructure(GI)； ecological tourism； geographic information system(GIS)； landscape ecology

2017-02-20

李文俊(1992-)，女，安徽阜陽人，碩士生。

F592.1

A

1008-3634(2017)03-0128-07