城市綠地生態綜合評價研究進展*

張利華 張京昆 黃寶榮

(中國科學院科技政策與管理科學研究所，北京100190)

城市綠地生態綜合評價研究進展*

張利華 張京昆 黃寶榮

(中國科學院科技政策與管理科學研究所，北京100190)

城市綠地評價指標在監測城市綠地建設質量，引導城市綠地建設重點中發揮著重要作用。本文總結了近年來國內外關于城市綠地數量、質量、結構和功能等方面特征指標的研究進展，并分析了各類城市綠地評價文獻中主要綠地指標的使用頻度。研究結果顯示:綠地覆蓋率、人均公共綠地面積、綠地率、綠量、三維綠量、多樣性指數、破碎化指數、均勻度指數、可達性指數、優勢度指數、滯塵能力、降溫增濕和固碳效應等綠地評價指標是近年來的熱點指標。在此基礎上，論文對目前國內外常用的城市綠地單項指標和綜合評價模型進行了系統的分析。論文試圖通過對城市綠地評價指標和評價模型相關研究的系統梳理，為建立更加科學合理的城市綠地評價指標體系、選擇更加適用的評價模型提供支撐。

城市綠地;評價指標;三維綠量;CITY Green模型;可達性

城市綠地作為城市生態系統的重要組成部分，在改善城市環境質量方面發揮著重要作用。城市綠地具有生態、社會、經濟和景觀這四大功能效益，是反映城市宜居性和吸引力的重要基礎設施。近年來，我國城市化水平迅速提高和居民對綠色宜居城市環境需要的提高，針對城市綠地的相關研究日益增多，城市綠地建設質量成為眾多研究關注的重點。城市綠地評價指標在監測城市綠地建設質量、引導城市綠地建設重點中能夠發揮重要的作用。

1 城市綠地生態評價指標

近年來，國內外對城市綠地評價指標和評價模型方面展開了不少探索性的研究，綠地指標不斷豐富發展，從傳統的幾個數量指標發展到能夠反映綠地質量、結構與功能等特征的多角度、多層次指標群，使綠地評價指標日益豐富。

1.1 數量指標

無論在國內還是在國外，數量指標是基礎性指標。西方發達國家對綠地數量指標的要求較高，如上世紀20年代，德國植物生理學家沃爾德就首先研究得出:城市居民需要30－40m2綠地，才能保證空氣的碳氧平衡，所以，德國制定的城市公園人均綠地面積40 m2以上。最近幾年又提出新城市人均公園綠地面積應達到68 m2的新標準。在70年代，聯合國生物圈生態與環境組織提出了首都城市人均公園面積最佳應該為60 m2的居住環境。英國規定城市人均公共綠地面積28 m2，人均綠地42 m2，法國規定人均綠地30 m2，美國規劃行政官會議的設置基準曾提出:人口50萬以下的城市，人均公園綠地面積約40 m2;人口50萬以上的城市，人均公園綠地面積約20 m2;人口100萬以上的城市，人均公園綠地面積約13.5 m2(公園綠地包括自然公園、高爾夫球場、歷史文化遺跡、原始自然保護區等)［1］。而我國2009年的城市人均公共綠地面積僅為8.98 m2，與西方發達國家的指標要求還有相當大的差距。

20世紀80年代以來，我國一直以城市人均公共綠地面積、綠地率和綠化覆蓋率這3項指標來指導我國城市綠地建設。2002年，建設部頒布了《城市園林綠地分類標準》(GJJ/T85—2002)，該標準將城市綠地分為5類:公園綠地、生產綠地、防護綠地、附屬綠地和其他綠地，并在標準中正式提出綠地的主要評價指標:綠地率、人均綠地率、公園綠地面積和人均公園綠地面積。總體來說，我國在進行城市綠地指標體系的研究過程中都會以這些數量指標為基礎，進而擴展到其他能夠反映城市綠地質量和功能的指標的研究。

1.2 質量指標

城市綠地質量方面的指標有很多，比如研究的比較多的三維綠量、生物豐富度、鄉土樹種比例、立體綠化、植物配置合理性及景觀引力場等指標。

三維綠量是質量指標中一個很重要的指標，也是近年來研究的熱點綠地指標。三維綠量是指所有生長植物的莖葉所占據的空間體積，其單位一般用立方米表示，是城市綠化指標體系的第一立體指標［2］。在城市綠地的研究中，僅僅使用二維綠化指標很難真實反映城市綠地的整體功能水平，因為城市綠地的生態功能與環境效益還取決于綠化樹種的組成、空間結構以及植物的生長狀況等因素。在這種情況下，“三維綠量”作為城市綠地的三維立體指標，引起越來越多的關注。

早在上世紀90年代，上海市采用航空遙感和計算機圖像處理并輔以人工判讀、編輯來進行綠化狀況調查的方法進行了綠化三維量的研究工作，并據此建立了綠量數據庫［3］，但是上海的三維綠量的調查與建庫方法過于復雜、工作量太大。近年來，一些研究者在北京、上海、武漢、福州、沈陽等大城市開展了城市三維綠量的研究。其中以陳自新等［4］通過建立城市主要綠化植物葉面積的回歸模型對北京城市綠地三維綠量及其生態功能進行的系列研究，以及周堅華等［5，6］分別于2001年和2006年基于航片機助解譯和三維綠量計算方程研發建立了上海市和合肥市的三維綠量數據庫最具有代表性。周廷剛和羅紅霞等［7］以彩紅外航空遙感圖像為主要信息源，根據冠徑－冠高關系以及典型樹種的樹冠立體幾何形態與綠量方程，運用GIS分別計算了寧波市全市、江東區和海曙區德總三維綠量和平均相對三維綠量。在這些研究的基礎上，劉常富等［8］以立體量推算立體量的方法測算了沈陽城市森林三維綠量。劉常富和何興元等［9］又模擬了沈陽城市森林三維綠量，結果表明沈陽市覆蓋率對綠地三維綠量的影響較小，而最顯著的影響因子是單位面積胸高斷面積。因此，三維綠量的測算方法很多，實踐中要根據測算范圍和精度要求選擇不同的測算方法。事實上，因為多數城市綠地常用因子的基礎數據在當地管理部門的數據庫中可以找到，可以利用常用因子模擬和預測城市綠地三維綠量，這種方法即簡單便捷又易于普及。

周廷剛和郭達志［10］以寧波為例對綠地景觀進行了研究，該研究首次提出了城市綠地景觀引力場這一指標，綠地景觀引力場是指城市綠地系統為城市居民提供服務能力的大小和潛力，主要用來反映城市綠地的空間分布格局，豐富了城市綠地的評價指標內容。

質量指標中的生物豐富度、鄉土樹種比例、立體綠化、植物配置合理性近年來沒有系統的研究，僅在研究其他指標的同時會涉及到這些指標，但隨著綠地指標規劃的細化和完整性，這幾個指標越來越受到社會的重視。

1.3 結構指標

從系統論的觀點看，系統的結構決定系統的功能。當城市綠地覆蓋率小于40%時，城市綠地環境效益的重要影響因子是綠地的內部結構和空間布局的程度。因此，一些學者開始利用景觀生態學原理來研究城市綠地的空間結構、生態功能和異質性的關系，分析城市綠地的景觀格局，并進行科學、合理規劃［11］。因此要使城市綠地發揮其生態功能，在保證綠地有一定的絕對數量的基礎上，還需要通過合理的空間規劃與布局，優化城市綠地整體結構，促進單位面積城市綠地功能效益的最大化。目前，反映城市綠地空間結構指標有綠地景觀連通性、廊道密度、均勻度指標、破碎化指標以及可達性等。

綠地作為城市景觀的重要組成，景觀生態學為城市綠地生態系統的結構功能、格局分析、美學評價等提供了有力手段。眾多關于城市綠地結構的研究都借鑒了景觀生態學的方法。周天翔和邵天一等［12］分析了湖北省宜昌市中心城區斑優格局、斑勻格局、廊道格局和對照格局等四種景觀結構及其綠地分布格局，選取了氣溫、相對濕度、環境噪聲和大氣SO2、NOX、TSP含量等環境監測指標，觀測了不同綠地景觀格局下的環境效應，并對比分析了綠地分布格局指標與綜合環境效應間的關系，以便提出城市綠地系統布局合理性指標。芮建勛［13］以上海市為研究區域，采用斑塊數量、斑塊面積標準差、面積均值、周長均值、分維數等景觀生態學指數研究了上海市綠地景觀嵌套結構的數量特征，為城市規劃和發展提供了決策依據。楊瑞卿和薛建輝［14］運用遙感技術和GIS技術，以徐州市為例，選取了綠地景觀構成、景觀多樣性指數、景觀優勢度指數、景觀均勻度指數、斑塊密度、斑塊數破碎化指數、最小距離指數、景觀連通度等指標對城市綠地景觀的結構和格局進行了分析。熊春妮和魏虹等［15］對重慶市都市區德綠地景觀連通性指標做了深入研究。這些研究豐富了綠地結構指標，并且為各研究城市提供了綠地景觀建設對策。

結構指標中另一個重要的指標是可達性，它是一個量化的評價指標，能夠綜合多種因素對這種服務能力做出評價，為城市規劃、園林規劃提供借鑒。例如俞孔堅［16］、周廷剛［17］等基于GIS技術對城市綠地景觀可達性進行了研究。在這個研究中，俞孔堅等提出了以景觀可達性和連續性作為評價城市綠地系統對市民的服務功能以及綠地系統生態功能的重要指標，并以中山為例，探討了如何利用地理信息系統(GIS)技術進行景觀可達性評價和完善城市綠地系統，同時還提出一個阻力矩陣分布模型，但這一方法的缺點是計算假設前提必須人口分布密度是均勻的，并且沒有對道路交通網絡的影響作特殊的考慮。

在俞孔堅的可達性研究的基礎上，馬林兵和曹小曙［18］提出了一個基于網格劃分的城市公共綠地景觀可達性評價方法，并以廣州市為例進行了實例研究。該方法利用每一個網絡的道路密度來近似模擬交通成本的阻力，在可到達性計算中綜合考慮了人口分布、公共綠地景觀服務力、交通成本等因素，來研究城市公共綠地景觀可達性的空間分布特點，但是這個方法僅考慮了網絡內道路密度指數，還應該引入道路的形態指數、人口密度對交通的影響因素。可達性的相關研究還有很多，例如周亮等［19］以武漢市漢口地區為例也進行了基于GIS的城市公共綠地可達性研究，在全國其他城市也有綠地的可達性研究，比如濟南、廈門、青島和上海等。

1.4 功能指標

城市綠地生態服務功能，在改善環境質量、維持碳氧平衡方面也具有不可替代的作用，并為城市居民提供精神和視覺上的享受。

自20世紀90年代以來，城市生態服務功能的計量研究已成為生態學、林學和經濟學界研究的熱點。這些研究對于認識城市環境價值，建立城市環境價值補償制度，促進城市環境可持續發展起著重要的作用。城市綠地生態服務功能主要表現在吸收CO2、釋放O2、降溫增濕、凈化空氣、降低噪音、調節小氣候等。上世紀90年代，美國利用計算機構建城市綠地生態系統模型，能夠對城市進行合理規劃以及對城市效益進行綜合評價［20，21］。

城市綠地是地球植被的組成部分和碳循環的重要貯存庫，在全球碳氧平衡中有不可替代的作用。如Rowntree等［22］用數量化方法研究了城市森林 CO2吸收及氧氣釋放，該研究表明，現代工業城市每人需140 m2綠地，才能達到城市碳氧平衡。美國的一項研究表明，城市森林的環保價值與其木材和林副產品的價值比約為3∶1，綠化間接經濟效益是直接經濟效益的18－20倍，此外，美國還研究了樹木對居住地產評估及地產價格的影響，發現理想樹木覆蓋使地產價格提高6%－15%。

目前，我國國內的綠地功能的研究也相繼展開，李鋒和王如松［23］以揚州市為例進行了城市綠地系統的生態服務評價、規劃與預測研究，該研究應用多邊形綜合指標法對規劃結果進行了評價與預測。陳芳和周志翔等［24］也以武漢鋼鐵公司廠區綠地為例以城市綠地固定二氧化碳、釋放氧氣、蒸騰吸熱、減少污染物、滯塵、減噪等6項生態服務功能作為城市工業區生態效益計量評價的指標體系，對武漢鋼鐵公司廠區綠地葉面積綠量進行了定量研究。趙華和高本虎等［25］通過對城市綠地節水灌溉效益評價指標的分析，建立了涉及技術因素、社會效益、經濟效益和生態效益的綜合評價指標體系。

城市綠地除了具有重要的生態服務功能外，還具有重要的經濟與社會功能。城市綠地對房價的影響受到了眾多研究者的關注。如Tyrvainen［26，27］研究的城市綠地對芬蘭各城市房產價格影響，Morancho［28］通過享樂價格法研究了城市綠地不同環境變量對房產價格的影響。但是由于城市綠地的社會價值評估研究較少，技術上難以實現，現在尚處于探索階段。

1.5 城市綠地生態綜合評價指標體系

在發展各類城市綠地單項評價指標的同時，一些學者試圖構建綜合指標體系對城市綠地建設質量進行綜合評價。

早在1991年，劉濱誼就初步確定提出了城市綠化評價指標體系研究框架，并指出以總體控制指標和分類控制指標來作為生態綠化的控制目標。之后，劉濱誼和姜允芳［29］從生態、環境、園林和城規等多學科多角度，提出城市綠地系統規劃評價指標體系，并把評價指標體系細分為生態功能、結構形態、經濟效益、生態過程、景觀、規劃定量化6個一級指標，每一個一級指標下面又設置了多個二級指標。該研究探討了綠地系統評價指標體系建立的原則和方法，為以后我國城市綠地的各個功能指標的研究打下了理論基礎。但是具體的指標該如何相互協調，使得綠地空間模式合理布局，還需要大量結合城市研究的實地調查和分析。

嚴曉和王希華等［30］通過建立城市綠地生態效益評價指標體系，對城市現有綠地的結構與功能進行定量分析，揭示綠地系統的組成與分布在城市系統中的作用，所采用的主要指標包括:功能類型豐富度、層次類型豐富度、物種多樣性、景觀綠地率、特殊空間綠色量、吸收有害氣體量、降塵滯塵量等。吳桂萍［31］在“關于城市綠地生態評價不同指標的比較”研究中對的葉面積指數、郁閉度、綠視率、復層綠色量、綠化建設指數等20多種指標的概念及計算方法進行了詳細闡述，并比較了某些相似指標之間的差別。這些研究對我國城市綠地生態評價指標選用具有一定的參考價值。

朱俊和王祥榮等［32］根據江南城市森林林網化和水網化布局特點，以上海為對象提出城市森林綜合評價指標體系，指標框架分為結構、功能和協調性三個二級指標，這一指標體系的建立為上海市的生態評價開創了先河。之后，顧洪祥等［33］在這一指標體系的基礎上進行了上海城市森林綜合評價研究，這為周邊地區乃至全國范圍內開展城市綠地綜合評價提供了借鑒。

1.6 指標使用頻度分析

為了充分了解我國研究城市綠地的學者對各類城市綠地指標的選擇意向與重視程度，筆者在中國期刊全文數據庫分別以綠地、生態網絡、綠色空間、綠量、公園、城市森林、綠化等為關鍵詞，以摘要和全文為檢索項，以1990年1月到2010年5月為檢索時間范圍，檢索關于城市綠地評價方面的主要文獻。最后從檢索的幾百篇主要文獻中挑選出150篇與綠地評價指標研究高度相關的論文進行指標使用頻度分析。被挑選出的150篇文章主要分布在中國科協一級學會的生態學、環境科學、林學、地理學、城市規劃學等方面的期刊，大部分文章是我國城市綠地評價方面研究水平較高的文章。

整理這150篇論文中用到的綠地指標，按數量指標、質量指標、結構指標和功能指標進行分類匯總，分別對每一指標的選擇次數和選擇頻度進行統計，統計結果如表2所示。由此表我們可以知道近年來對這4種一級指標的研究都很多:數量指標中，研究涉及到的指標有9個，依然是傳統的綠地覆蓋率、人均公共綠地面積和綠地率這三個指標用的較多，公共綠地面積、葉面積指數、人均公園面積的相關研究占次要地位，公共綠地綠化空間占有率和綠視率兩個指標相關的研究很少;質量指標中，共選擇出11個指標，其中綠量、三維綠量和景觀異質性的研究較多，對生物豐富度、鄉土樹種比例、自然度和立體綠化的研究正在增多，而質量指標中的地被植物比例、建成區屋頂綠化率、物種重要值和季相數的研究相對較少;結構指標中，因為增加城市的綠地面積是有限的，要在有限的綠地面積上提高綠地的質量就要對綠地結構進行規劃，因此目前綠地結構的研究越來越受到重視，頻度分析共統計了12個指標，其中多樣性指數、景觀破碎化指數、均勻度指數、可達性和優勢度等結構指標的相關研究占主要部分，其次研究較多的結構指標是綠地斑塊密度、景觀連通性、公平性、景觀形狀指數和最大斑塊指數，結構指標中的景觀最小距離指數和平均斑塊形狀指數的研究較少;功能指標中，隨著生態園林、生態城市的提出，研究綠地的功能指標也是越來越多，尤其是各種生態功能指標的研究，如滯塵能力、降溫增濕、吸收CO2釋放O2能力、降低噪音、涵養水源、吸收SO2和殺菌能力等功能指標，統計的功能指標共有14個，除了以上的幾個研究較多的指標，還有熱島效應的緩解作用、游憩休閑功能和避震疏散公園面積的相關研究也在增多。

表1 150篇文章所屬期刊頻數Tab.1 The frequency of magazines which 150 papers belong to

2 城市綠地生態評價模型

如果城市綠地系統的評價指標體系已經確定，就需要建立評價模型來對綠地進行評價。傳統的評價方法有單項指標模型法、評分疊加法、綜合指數法、聚類分析法和模糊數學法等。

2.1 單項指標模型

CITY Green模型和可達性評價模型是目前國內外應用最為廣泛的城市綠地評價單項指標模型，具有重要的實際應用價值，因此，在本文中作為重點加以介紹。

2.1.1 CITY Green 模型

城市綠地數學模型研究的代表性成果是Abdollahi提出的CITY Green模型［22］。CITY Green模型主要用于對城市綠地的規劃管理和生態效益分析。CITY Green模型是有CITY Green軟件作為支撐的，該軟件是基于ERSI公司的GIS軟件 ArcView3.X開發的功能擴展模塊。CITY Green軟件可以利用多光譜、高分率影像，通過數字化過程準確勾畫出整個研究區域的圖像，建立區域的土地覆蓋類型的數據庫。該軟件是由兩個功能模塊(如圖1)構成:模型數據庫和空間分析模塊。模型數據庫包括空間數據和屬性數據;空間分析模塊即生態效益分析模塊，該模塊通過對空間數據和屬性數據進行分析運算，得出植被的各項生態效益，并能進行城市綠地的生長模擬，對城市綠地的生態效益指標進行動態預測與評估。

目前，CITY Green模型在國際上尤其是在美國等發達國家得到了廣泛的應用。這一模型在我國也有著廣泛的應用，例如胡志斌等［35］利用CITY Green模型對沈陽市城市綠地進行了結構分析，并且計算了沈陽城市綠地固碳及凈化環境的生態價值。張侃和張建英等［36］進行了基于土地利用變化的杭州市綠地生態服務價值CITYgreen模型評價的研究。該模型在我國其他城市的綠地研究中也有所應用，如上海、哈爾濱、南京等地，但是這些研究大都是應用于城市綠地基本的研究與分析中，在城市綠地的生態系統方面的研究還比較少，所以該模型在城市綠地的規劃建設中還有較大的發展空間。

表2 常用綠地指標頻度分析Tab.2 Frequency analysis of frequently－used green index

圖1 CITY Green 模型結構［34］Fig.1 The model structure of CITY Green

2.1.2 可達性評價模型

可達性是指居民克服距離、旅行時間和費力等阻力到達一個服務設施或活動場所的愿望和能力的定量表達，是衡量城市服務設施空間布局合理性的一個重要標準［37］。可達性的計算方法有很多，而最小鄰近距離法是可達性分析計算簡便和最常使用的一種方法，例如尹海偉和孔繁花等［38］利用這一評價方法以上海和青島為實證，對這一指標進行了分析和檢驗。

李博、宋云和俞孔堅［39］對綠地可達性常用的評價方法做了系統闡述。總結起來，現有的公園綠地可達性研究的主要方法可以分為定性和定量兩種，定性主要是描述研究內容，一般不能得到定量的指標。定量研究又分為統計分析法和GIS分析法，其中統計分析法對可達性的影響因素考慮全面，但是缺乏量綱，并且計算復雜，參數和變量眾多。GIS分析法根據建模原理不同可以分為緩沖區模型、費用阻力模型和引力勢能模型3類，然而這3種模型也是各有各的優缺點:緩沖區模型計算簡單，易在規劃中操作，但是沒有考慮路網等影響可達性的因素;費用阻力模型較真實地反映交通成本，但是較難全面反映某一區域居民火的綠地生態系統服務的機會;引力勢能模型考慮了綠地和出發點之間的相互引力作用，對可達性的分析全面透徹，但模型較復雜，較難解釋和直觀判讀。在用這些模型時，通常要考慮現實因素來判斷選擇。

2.2 綜合評價模型

綠地綜合評價方法很多，常用的綜合評價模型有綜合指數法、灰色關聯法、模糊數學法、神經網絡法等。

綜合評價模型中最為常用的是綜合指數法，例如蒙吉軍和申文明等［40］基于RS/GIS的三峽庫區景觀生態綜合評價研究，該研究就是用的綜合指數法。因為該評價模型可充分體現景觀生態評價的綜合性、整體性和層次性，所以經常受到研究者的重視。

在快速的城市建設進程中，如何科學綜合的評價城市綠地系統并針對現狀不足做出合理有序的規劃安排，是各個城市面臨的共同問題。在綜合評價的過程中一定要從系統化、總體層面對城市綠地進行評價，通過生態、社會、經濟等多角度綜合考慮，力求達到科學性、客觀性。

3 結論與展望

進行城市綠地生態綜合評價研究，目的是量化城市生態水平，指導我國生態城市的規劃與建設。目前的生態評價指標大多數針對自然角度，而很少關注人文角度，在以后的研究中，應該更加注重社會、經濟和文化角度，使城市綠地生態綜合評價指標體系更加全面、具體和深入。

由于我國各個城市和地區社會經濟狀況、生態環境差異水平和氣候差異都較大，因此希望結合我國城市綠地建設的實際情況，盡快建立起一套統一的、有效的“多類型多層次”綠地指標體系，科學量度現階段生態城市的規劃建設。同時需要采用多種方法構建多維度、多層次的城市綠地生態綜合評價指標體系，研究構建城市綠地生態綜合評價模型，使其能夠更有效的評價我國城市綠地生態水平，指導我國生態城市的建設。

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Research Progress in Comprehensive Evaluation of Urban Greenland

ZHANG Li-hua ZHANG Jing-kun HUANG Bao-rong
(Institute of Policy and Management，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China)

In this paper，we gave an overview of the latest literatures on Urban Greenland’s evaluation index system，which provides significant guidelines for both urban green-land construction quality and crucial projects.We discussed the progress in the index system attribution analysis，such as quantity，quality，structure and function，etc;thereby we provided statistics on the application frequency of urban green-land’s evaluation index system in the literatures.Research result indicates that such indexes as green coverage ratio，per capita public greenbelt area，green area ratio，vegetation quantity，Three-dimension green quantity，the landscape diversity，fragmentation index，landscape evenness，accessibility，landscape dominance，dust detentions，cooling humidification，carbon sequestration effect and others are of wide application in these years.On this basis，we analyzed the evaluation models of such indexes applied both at home and abroad.Finally，we dealt with the possibility of more reasonable and scientific application to both urban green-land evaluation index system and evaluation models.

urban Greenland;evaluation index;three-dimensional vegetation quantity;city green model;accessibility

X826

A

1002－2104(2011)05－0140－08

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.05.023

2010－12－30

張利華，研究員，主要研究方向為可持續發展與區域管理。

*國家科技支撐計劃項目(編號:2008BAJ10B01－04)資助。

(編輯:李 琪)