高美蓉 贾宝全 王 成 孙朝晖

(中国林业科学研究院林业研究所，北京，100091)

城市是人类适应和改造自然环境基础上建造起来的特殊生态系统［1］。城市森林是城市生命系统的主体，也是城市环境质量和居民生活水平的重要标志。但我国城市普遍没有很好的森林环境本底，城市建设用地紧张，能够用于城市绿色空间建设的土地有限，现阶段也不可能把大面积的城市建设用地集中连片地用于城市森林建设。如何在有限的土地上，科学合理地建设、评价、管理城市森林，促进城市森林建设从数量扩张向质量提升，拓展生态空间，已经成为目前城市森林和城市生态学研究的重要课题。

树冠覆盖是城市森林更小尺度上的景观，也是城市森林结构与功能组成的最基本要素。其景观格局能够准确反映城市森林的结构特征和建设质量，体现城市森林以乔木为主、增加空间占有量的目标［2－3］。在城市森林发展较早的欧美国家，树冠覆盖一直是评价、监测、规划城市森林的重要指标。对于树冠覆盖的量化研究能够客观、准确地评价城市森林建设的质量，尤其在城市化进程加快、生态问题频出的今天，测度城市林木树冠覆盖率对于热岛效应、大气污染、物种多样性等各种环境问题多发的城市具有重要的理论和实践意义。

文中以QuickBird卫星影像目视解译所得的厦门市中心区城市森林树冠覆盖数据为基础，量化分析了城市森林树冠覆盖格局，通过分析树冠覆盖的现状及潜力，研究在不能显著增加生态用地面积的条件下，如何通过潜在树冠覆盖来拓展生态空间，为更小、更精准尺度上定量评价城市森林提供科学依据［4］。

1 研究区概况

厦门市地处台湾海峡西岸中部，是我国著名的“国际花园城市”。地理位置为东经117°52'～118°26'，北纬 24°23'～ 24°54'，属亚热带海洋性季风气候，全年雨量充沛，四季温和，冬无严寒，夏无酷暑。年平均气温21℃，降水量近1 100 mm，年平均无霜期达357 d。地带性植被属南亚热带季风常绿阔叶林。文中研究范围为厦门市的中心区——厦门本岛，包括思明区、湖里区和鼓浪屿，面积约128.14 km2。研究区由山地、台地和平原等地貌形体组成。

2 材料与方法

数据来源:7月份获取的Quickbird影像为数据源，选择的影像成像时间是植被生长较好的季节。分析前遥感影像已经过精校正和配准，在Arcgis支持下，根据解译标志人工提取树冠覆盖斑块，形成厦门市中心区树冠覆盖矢量图，进而对相应的景观类型赋予属性值，生成各景观类型的空间数据库及属性数据库。

分类方法:我国城市森林研究时间短，还没有形成统一的分类系统［5］。本研究根据城市林木树冠覆盖率概念内涵，参照美国部分城市森林树冠覆盖分类方法，结合树冠覆盖所在场所的用地属性，从功能管理角度将研究区土地覆盖划分为公园树冠覆盖、道路树冠覆盖、居住区树冠覆盖、草地、不透水地面等5个类型，以便与现状城市中常用绿化指标进行比较。

斑块尺度等级划分:为了更好地了解城市森林斑块大小级别组成情况，文中根据城市森林景观特点，借鉴吴泽民等［6］的城市森林斑块等级划分系统，把城市森林按斑块尺度大小划分为5个斑块等级(S):0＜S≤500 m2为小型斑块，500 m2＜S≤2 000 m2为中型斑块，2 000 m2＜S≤10 000 m2为大型斑块，S＞10 000 m2为特大型斑块。

潜在树冠覆盖提取:潜在树冠覆盖是城市未来增加树木的主要空间，可分为技术层面和市场层面的潜在树冠覆盖［7］。前者指理论上能够用来增植树木的土地面积;后者指实际可允许种植树木的土地面积，即在全部裸地、草地中排除今后将会作其他用途，以及人们希望保留现状不予种植树木的地方等。相对来讲，技术层面的树冠覆盖较容易测算，市场潜在树冠覆盖由于涉及社会经济问题，因此研究较少。本研究提取的潜在树冠覆盖是技术层面的，即根据影像数据，将理论上能够增植树木的草地、裸地以及道路两侧非乔木地被等全部勾绘出来，作为潜在树冠覆盖用地。

3 结果与分析

3.1 研究区树冠覆盖总体特征

3.1.1 树冠覆盖率

厦门市中心区林木树冠覆盖面积为3 294.38 hm2(图1)，总树冠覆盖率25.71%，树冠覆盖率水平较高。这与厦门市中心区在城市生态建设中注重乔木的使用有较大关系。据调查，在厦门市中心区绿化乔灌草组成中，乔木树种比例达90%以上。

厦门市中心区各种用地树冠覆盖面积中(表1)，以公园树冠覆盖面积最大，为2 035.60 hm2，占总树冠覆盖面积的61.79%;其次为居住区660.26 hm2，占比为20.04%;道路的树冠覆盖面积最小，为598.52 hm2，占比为18.17%。不同用地类型的树冠覆盖率也有所不同，公园的树冠覆盖率最高，达到45.30%;其次为道路，树冠覆盖率为15.90%;住宅区的树冠覆盖率最低，为8.50%。

因功能定位及发展阶段不同，厦门市中心区各行政区拥有的树冠覆盖面积和树冠覆盖率差别较大:鼓浪屿是厦门市著名的旅游景区，以旅游休闲服务为主，对生态环境要求较高，虽然区域面积最小，树冠覆盖面积最小，仅为89.16 hm2，但树冠覆盖率最大，为46.80%;思明区历史上就是厦门市的中央商务区，区域功能以行政、商业、金融、旅游等为主，树冠覆盖面积2 424.10 hm2，是研究区内树冠覆盖面积最大的区域，也拥有较高水平的树冠覆盖率，为36.51%;湖里区早期是厦门市的老工业区，近年来随着厦门市多中心发展战略的实施，区域内原有的工矿企业逐渐疏散到海沧区，湖里区也逐渐发展成厦门市的中央商务区，但因转型时间短，基础较弱，相比之下，树冠覆盖面积较小，为781.13 hm2，树冠覆盖率为13.06%，为研究区最低。不同行政区对整个研究区树冠覆盖面积的贡献率不同，思明区、湖里区、鼓浪屿的贡献率分别为 73.76%、23.71%、2.53%。

表1 不同行政区树冠覆盖分类面积

图1 厦门市中心区树冠覆盖分类图

3.1.2 各类型树冠覆盖的分布

厦门市中心区不同区域形成了各具特色的城市森林树冠覆盖景观类型。由于厦门市中心区的万石植物园、白鹭洲公园等面积较大的公园主要集中分布在思明区，造成了思明区的公园树冠覆盖占到了整个研究区公园树冠覆盖的85.88%(表2)。居住区树冠覆盖也以思明区较高，因为思明区是厦门市中心区传统的老城区，人口密度大，单位和居住区较为集中。湖里区前期是工业区，区域内居住区相对较少，鼓浪屿虽然区域内以居住为主，但因为区域总体面积小，区域的居住区树冠覆盖在研究区中的比例也较低。湖里区作为厦门市的老工业区，区域内道路密度较大，绿化较好，因此，道路树冠覆盖比例较高。

表2 不同类型树冠覆盖在各行政区中的比例

综合上述分析，厦门市中心区的公园分布极不均衡，主要集中在思明区，居住区树冠覆盖的分布也以思明区为主，道路树冠覆盖在整个研究区相对均衡分布。

3.2 研究区树冠覆盖的斑块特征

3.2.1 树冠覆盖斑块数量特征

研究区树冠覆盖数量方面，居住区树冠覆盖数量斑块最多(表3)，公园林地树冠覆盖数量斑块最少。综合树冠覆盖面积分析，居住区树冠覆盖数量占研究区树冠覆盖总斑块数的57.54%，而所占面积较少，仅占研究区树冠覆盖面积的20.04%;道路林树冠覆盖所占面积最少，但树冠覆盖数量达到34.72%;公园林地的斑块数最小，仅为7.74%，但其面积却在研究区树冠覆盖总面积中占的比例最大，达61.79%。树冠覆盖面积和数量的综合结果表明，居所林和道路林树冠覆盖面积小而数量多，林地破碎化程度高。这说明厦门市中心区在城市建设中，比较重视城市绿化建设，但因城市人口密集，建设用地紧张，绿化用地大多采取见缝插针、拆违建绿等方式建设，加上厦门市中心区在城市绿化建设中流行“稀树草原”和“椰风海韵”模式，现有的居所林和道路林中很多仅为改善其美观功能，种植一小块草坪或一小片林地，造成树冠覆盖斑块面积小而数量多。

表3 研究区树冠覆盖斑块数量

从生态学角度而言，斑块中的能量和物质总量与面积成正比［8］。大型片状林地斑块更能发挥生态功能，其数量、结构与分布格局决定着城市的环境质量。厦门市中心区居住和道路树冠覆盖斑块体小，导致居住区林地和道路林地的生态效能相对较弱。

厦门市中心区公园主要是依托自然山水资源，由仙岳山、云顶岩等公园林地和山地森林所组成，在城区树冠覆盖面积中占绝对优势，调控着整个厦门岛的绿地格局。其中的山地森林是城市化过程中保留下来的生态区域，是厦门市中心区城市森林景观中生物多样性维护以及生态服务功能的主要贡献类型。

3.2.2 各等级斑块数量分布特征

从表4中可知，厦门中心区树冠覆盖面积类型以特大型斑块为主，占总斑块面积的72.74%，其他依次为中型斑块、小型斑块和大型斑块，分别占总斑块面积的13.41%、7.85%和6%。

表4 树冠覆盖斑块等级面积及数量

从树冠覆盖等级斑块数量上看，厦门市中心区景观结构以中小型斑块为主，小型斑块数量占到整个研究区总数量的77.30%，占绝大多数，面积只占到7.85%。它们数量多而且分布广，主要分布于居住区及城市道路两侧，与城市居民的日常生活有着非常密切的关系。大型及特大型树冠覆盖斑块仅占总斑块数量的4.64%，但其面积却占78.74%。各个行政区也都表现出小型斑块数量占有绝对数量优势的特点。这一方面反映出厦门市中心区城市用地较为紧张的现状，另一方面也反映了我国城市化区域强烈人为影响下城市森林的普遍特点。通常我国城市化地区主要的用地类型是建设用地，人们认为建设用地具有更高的价值，植被只是城市美化的一种点缀，在用地上处于从属地位。经常采用见缝插绿、拆违建绿等方式去建设城市森林，因此，建设的森林斑块面积都比较小。

3.2.3 各等级斑块的格局分布特征

从分区比较来看，无论斑块面积还是斑块数量，思明区占整个研究区的70%以上，占有绝对优势。特大型斑块主要集中分布在思明区和湖里区的南部(图1)，城区北部少有分布。大型及中型斑块在岛上分布比较均匀，小型斑块以思明区的东北部分布较集中，该区域是工业老城区，单位和居住区较为集中，人口密度大，树冠覆盖小而密。

研究区特大型斑块以公园树冠覆盖为主，而大型斑块、中型斑块及小型斑块主要以居所林和道路林为主，公园林地少有分布。其中中型斑块及小型斑块主要分布在居所林，大型斑块主要分布在道路林。

3.3 潜在树冠覆盖分析

树冠覆盖是研究城市森林的基础内容［9］。潜在树冠覆盖是城市森林发展的潜力指标，主要用于进一步分析城市能达到的最大树冠覆盖。潜在树冠覆盖研究对于制定城市森林未来建设目标、选择城市森林地点等方面都具有重要的理论和现实意义。如美国多座城市提出种植百万株树木计划时，均首先开展了树冠覆盖现状及发展可能性评测［10－11］，分析潜在树冠覆盖的区域和面积，为未来城市森林发展规划和建设提供科学依据。

从表5可以看出，厦门市中心区技术层面上可增加的潜在树冠覆盖面积为292.10 hm2，可提高树冠覆盖率2.28%，能达到的最大树冠覆盖率为27.99%。其中，可提高树冠覆盖的区域主要在思明区，占到可增加潜在树冠覆盖总面积的62.84%。

表5 各行政区潜在树冠覆盖面积及比例

上述树冠覆盖率的提高是基于假设目前所有城市中的透水土地都用来植树。在现实的城市建设中，必须保留适当的草坪、地被等。根据Haber W.的细分土地利用系统(Differentiated Land－use System)模型［12］，每一土地类型至少应保持10%的面积，换言之，90%的土地都可以改变用途。透水土地面积的90%可增植树木，则厦门本岛的潜在树冠覆盖率可达到27.76%，增植区域主要在现状草坪、地被区之间的空地，种植类型为乔木。

厦门市中心区可增加潜在树冠覆盖斑块数量为4 750个(图2)，潜在可增加斑块的平均面积为615 m2，面积小于1 000 m2的小型斑块数量为4 176个，占可增加潜在树冠覆盖斑块总数量的87.92%。可增加潜在树冠覆盖中，89.26%分布在思明区，占绝大多数。潜在可增加的斑块主要位于居住区和道路两侧，以及少量的公园内空地，其中，以道路覆盖斑块潜在可增加数量最大。说明厦门市中心区道路现状覆盖虽然相对破碎，但未来形成连续覆盖的潜力最大。

图2 厦门市中心区潜在树冠覆盖分布图

4 结论与讨论

厦门市中心区城市森林总覆盖率较高，但空间布局不均衡，区域差异较大，城市森林景观破碎化程度高。在未来的城市森林建设中，应在城市中部和北部区域结合城市改造适当规划建设较大面积的城市森林斑块，使景观分布结构趋于合理。在不能大面积扩展城市森林建设用地的条件下，应在今后的城市森林规划中考虑通过潜在树冠覆盖斑块的连接作用增大斑块体面积，促进城市生态建设从注重绿化用地面积增加向提高土地空间利用效率转变。

城市森林树冠覆盖的形成、分布和自然环境的地域分异密切相关。厦门市中心区公园树冠覆盖主要由城市化过程中保留下来的山地森林改造而成，反映了厦门市对自然山地森林采取了较好的保护和利用措施。

在我国，行政分区往往决定了城市功能分区，而城市功能区的不同最终导致了景观功能区的差异。厦门市中心区的思明区和湖里区因早期赋予的城市功能不同，形成了现今树冠覆盖特征的显著差异。这种现象在我国的城市化建设中普遍存在，因此，在我国的城市景观格局分析中，行政分区也可作为景观分区的依据之一。

当前我国城市建设用地普遍紧张，可供绿化的土地面积严重不足。开展城市林木树冠覆盖的相关研究，对于指导我国森林城市建设具有重要的理论和实践意义。目前，国内关于树冠覆盖的研究还较少，今后应进一步加强这方面的研究。

［1］ 宋治清，王仰麟.城市景观格局动态及其规划的生态学探讨［J］.地球科学进展，2005，20(8):840－846.

［2］ 彭镇华，张旭东.乔木在城市森林建设中的重要作用［J］.林业科学研究，2004，17(5):666－673.

［3］ 彭镇华，王成.论城市森林的评价指标［J］.中国城市林业，2003，1(3):4－9.

［4］ 傅伯杰，陈利顶，马克明，等.景观生态学原理及应用［M］.北京:科学出版社，2011.

［5］ 刘滨谊，温全平，刘颂.城市森林规划中的城市森林分类:以新疆阿克苏市为例［J］.中国城市林业，2006，4(4):4－8.

［6］ 吴泽民，吴文友，高健，等.合肥市区城市森林景观格局分析［J］.应用生态学报，2003，14(12)∶2117－2122.

［7］ 贾宝全，王成，邱尔发，等.城市林木树冠覆盖研究进展［J］.生态学报，2013，33(1):23－32.

［8］ 肖笃宁，李秀珍，高峻，等.景观生态学［M］.北京:科学出版社，2003.

［9］ Nowak D J.Understanding the structure of urban forests［J］.Journal of Forestry，1994，92(10):42－46.

［10］ Walton J T.Difficulties with estimating city-wide urban forest cover change from national，remotely-sensed tree canopy maps［J］.Urban Ecosystems，2008(11):81－90.

［11］ Walton J，Nowak D J，Greenfield E J.Assessing urban forest canopy cover using airborne or satellite imagery［J］.Arboriculture ＆ Urban Forestry，2008，34(6):334－340.

［12］ 徐化成.景观生态学［M］.北京:中国林业出版社，1996.