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摘要：城市绿地生态系统是城市之“肺”，它为实现城市可持续发展提供了路径。合理布局城市绿地是发挥生态效益服务功能的关键所在，对城市建设也具有重要的指导意义。本文利用GIS技术对济南市历下区绿地进行分析，并提出汇廊成网、增设防护绿地、增加节点建设等优化生态系统的方法，旨在最大限度地发挥绿地的生态功能。
关键词：GIS;城市绿地生态系统;绿地布局优化;生态功能
中图分类号：TU985 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）10-00-02
0 引言
无论是对远古时期火山爆发后空气的净化，还是现在对工业文明造成的各类污染的防治与修复，植物都是不可或缺的因素，甚至是决定性的因素。地球的自然生态系统在演替与进化中形成了稳定的自然植物群落，这些群落自始至终都起着维护生态系统正常运转的作用[1-2]。人类的出现、工业文明的发展以及城镇化速度的加快给原生自然生态系统造成了破坏。人类的活动领域中一般会配置一部分人工植物群落，它们多以园林绿化的形式出现[3]。这些园林植物配置突出了美学功能，但其生态功能仍存在欠缺，值得商榷，尤其是不同人类活动场所中园林植物的生态系统服务能力亟待研究[4]。在城市的建设中使用与当地地质特点和气候相符的植物，能最大限度地提升城市景观的美景度。因此，在对城市景观进行建设时既要保证景观的美景度，还要注意生态群落之间的联系[5]。要通过对不同地区之间生态环境的差异的分析，进行有针对性的景观格局建设，从而提高城市绿化水平[6]。
1 城市绿地生态系统概述
城市开敞空间需要统一的有联系的规划设计，可以通过对植物、建筑和水体的搭配形成适宜的生态景观。不同的生态景观通过物质能量的交换和联系而形成的总的生态网络就是城市绿地生态系统[7-8]。
城市绿地的作用有以下四个方面的作用。
第一，改善城市生态环境。合理的城市绿地建设可以通过对植物的搭配形成生态效果。绿化植物可以吸收空气中的一氧化碳、二氧化硫等有害气体，排放氧气，提升空气洁净度;其蒸腾作用也可以提高城市小环境的空气湿度，改善城市小气候[9];绿地植物还可以有效吸收噪音。对城市景观绿地植物进行有针对性的选择可以显著提高城市生态环境质量，保证生态系统的物种多样性。
第二，服务城市居民。城市居民需要休闲娱乐的活动场所，城市绿地在保障生态效益功能的同时，还可以为文化活动提供场地。它可以利用自身的生态效益，消除人们的疲惫感，其景观也可以让游览者得到精神层面的享受，它还可以为人们提供社交场所，为不同阶层和年龄段的人们服务。良好的绿地景观会吸引人们前往，从而促进城市旅游业的发展，提升城市经济的活跃度，带动生态绿地景观所在城市经济的发展。
第三，服务和防灾功能。当灾难发生时，城市绿地可以为城市居民提供紧急避险的场地，有些城市绿地中甚至有地下防空洞，它可以有效保障人民的生命安全。比如当火灾发生时，城市绿地可以作为隔离带，吸收热量，减缓或阻止火势蔓延，为人们提供疏散逃离的时间。再比如我国南方地区地震多发，城市绿地可以为群众提供灾后安置场所，同时也可以为救援人员提供休息的场所。
第四，环境污染预警。部分植物对环境的污染物质较为敏感，将其使用到城市绿地建设中可以对环境污染进行预警。当污染物质（如二氧化硫）到达一定的浓度后，部分植物的生态性状就会发生变化，能让人们较为直观地发现污染，及时做出应对。
2 城市绿地特点
2.1 破碎性和不稳定性
各种建筑分割了城市绿地，让其变得破碎。受交通道路的影响城市绿地往往呈带状。城市绿地被分割后，相互之间的物质能量交流变少，城市绿地生态系统变得脆弱且不稳定。
2.2 服务范围呈梯度状
绿地服务范围受到人口密度、交通网络密度和绿地面积大小的影响，其服务能力由近到远逐渐降低。城市中心绿地分布较多，向周围城镇扩散时，绿地数量依次减少。
3 研究方法
3.1 研究区域概况
历下区位于山东省济南市的东部，其总面积为100.89km2。区域北部地形平坦，南部多为山地丘陵，地势南高北低（如图1），处于温带季风性气候区，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。
3.2 城市绿地信息的提取
本文以2021年遥感影像为数据源，并通过ENVI5.3.1版本遥感图像处理平台对所获取地区图片进行网格化处理，然后对绿地区域的网格进行识别统计，最终根据行政区划图，对影像面积和形状进行裁剪，得到历下区的绿地统计图（如图2）。
4 研究结果
4.1 历下区绿地面积统计
通过ENVI5.3.1版本软件对栅格数量的统计，每个栅格面积是1.19x1.19m，计算出历下区的总绿地面积约为52.863km2，约历下区占总面积的51%。
4.2 绿地固碳释氧量
绿地植被的光合作用能有效增加空气中的氧气含量，调节大气中的碳氧平衡。本文根据碳通量监测技术的统计结果，平均每公顷绿地吸收的二氧化碳为5.67t，再结合历下区绿地的总面积，用绿地释放氧气和吸收二氧化碳的平均值和绿地总面积的乘积计算，得出历下区绿地的固碳释氧量，每年吸收二氧化碳29973t，释放氧气10991t。
4.3 吸收二氧化硫量
部分植被可以吸收空气中的污染物质并将其转化为自身需要的物质。它们在保障自身正常生長的同时，还降低了空气中的污染物含量，提升了空气的洁净度，使城市环境更适合人类居住。我们结合前文所得的绿地总面积，将各种植被吸收二氧化硫量的平均数值与对应的绿地面积相乘，得出绿地吸收二氧化硫气体的总量，每年可吸收二氧化硫量为12.467t。
5 城市绿地生态系统存在问题及优化策略 5.1 存在问题
5.1.1 布局不够合理
历下区各绿地布局过于分散，廊道建设不完整，景观破碎度指数高，各斑块间分离度较高，景观质量参差不齐。各绿地生态系统之间的联系不够紧密，缺乏物质能量的交流互换。绿地主要集中于南部山区，生态效益得不到充分发挥。城区内公园分布不均，部分公园服务半径重合，公共绿地资源得不到有效利用。
5.1.2 生态功能不完善
从历下区生态效益评价数据来看，其生态功能体系还不完善，没有充分发挥绿地系统的生态功能。历下区绿地对抗污染树种的使用较少，不能最大限度发挥生态系统的功能。此外，绿地生态系统之间联系较少，缺乏生物和能量流动。
5.1.3 养护管理不到位
人们在建设绿地景观时往往过于追求工期进度，忽略了植物移栽后的生长状况。绿化树种移栽后生命力较弱，如果没有得到合理的养护管理，极易出现叶片发黄、萎蔫，甚至枯死。
5.2 城市绿地系统优化策略
5.2.1 汇廊成网
要解决历下区绿地的生态问题，就要将区内道路景观与河道景观相互串联，促进绿色廊道和蓝色廊道的物质能量交换。第一，可以加强道路和河道绿地节点的建设，通过数量丰富的绿地景观节点构建稳定的整体的生态系统。第二，维护生态环境的整体性，结合河道景观生态系统和道路景观生态系统，让二者之间相互促进，二者的物质能量相互流动，以维持生物种类的丰富性、多样性。道路景观生态系统主要包括行道树生态系统和带状绿地生态系统。历下区南部绿地资源较为丰富，北部城区内主要以道路林为主，如经十路等都有高质量的绿化。第三，可以通过扩建面积和增加建设节点维护生态系统的稳定。历下区范围内的主要包括大辛河、窑头大沟、东泺河等河道，河道两侧有防护绿地。可以在河道两侧增建宽度不小于10m的河道防护林带，以维持河道生态系统的稳定，为人类活动的影响提供缓冲空间。
5.2.2 增设防护绿地
历下区防护绿地建设不全，绿化带的作用达不到预期效果。可以在道路两侧建立足够宽度的防护绿地、防护林，尽可能地降低人为因素产生的影响。还将景观绿地建设在道路的交汇处，最大限度地保证生态廊道的连续性和流动性。
5.2.3 增加节点建设
历下区范围内独立的绿地主要以山体和公园绿地为主。区域南部整体绿地多，有千佛山、龙洞风景区等，可通过道路廊道进行生物交换。而北部目前居住区占据了绝大部分空间，缺少面积较大的绿地，可以在生态廊道的交叉地进行景观节点建設，保障和增强生态系统之间的物质能量流动。还可以结合当地文化传统，建设有意义、合理和美景度高的景观节点。
5.2.4 屋顶绿化
屋顶绿化建设可以增加城市绿量，还可以缓解热岛效应，在降噪除尘的同时为建筑隔热保温，其基质层和植被层还能滞蓄雨水。轻型绿色建筑可以快速显现景观效果，它还具有生态功能突出、成本低、易维护的特点。狗牙根、黑麦草和高羊茅在屋顶环境中生长状况优秀，适应能力和抗逆性较强，可用于轻型屋顶绿化的设计。屋顶绿化能使建筑顶部空间得到利用，有利于解决城市绿化用地紧张问题，缓解城市生态环境困境，促进生态城市建设。
6 结语
本研究通过GIS技术对济南市历下区绿地面积进行统计，发现历下区的总绿地面积约为52.863km2，达到历下区总面积的51%。并提出廊汇成网、增设防护绿地、增加节点建设等优化城市生态系统的方法，以期为后续城市可持续发展提供理论依据
参考文献：
[1] 常守志.基于生态流的城市景观生态变化与优化研究[D].长春：吉林大学，2019.
[2] 郭宏斌，王菲.城市生态功能网络构建研究[J].现代园艺，2019（07）：157-158.
[3]孟楠.基于生态系统服务功能的城市绿地格局优化研究[D].重庆：西南大学，2019.
[4] 杨盼盼.基于RS和GIS技术的城市绿地综合评价及生态绿地系统构建[D].济南：山东建筑大学，2014.
[5] 木皓可，高宇，王子尧，等.供需平衡视角下城市公园绿地服务水平与公平性评价研究——基于大数据的实证分析[J].城市发展研究，2019，26（11）：10-15.
[6] 唐由海，王靖雯.基于“公园城市”理念与方法的宜宾城市中心区城市设计[J].山西建筑，2019，45（11）：11-13.
[7] 陈玲，贾佳，王海庆.高分遥感在自然资源调查中的应用综述[J].国土资源遥感，2019，3l（01）：1-7.
[8] 胡凯富，成超男，郑曦.基于“源·汇”理论的城市绿地空间格局构建与优化研究[J].北京规划建设，2018（04）：65-68.
[9] 肖荣波，周志翔，王鹏程. 3S技术在城市绿地生态研究中的应用[J].生态学杂志，2004（06）：71-76.
作者简介：陈强（1979—），男，山东新泰人，博士，副教授，系本文通讯作者，研究方向：园林植物逆境响应机制、园林植物应用与生态设计、立体绿化与人居生态环境互作调控机制。
关键词：GIS;城市绿地生态系统;绿地布局优化;生态功能
中图分类号：TU985 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）10-00-02
0 引言
无论是对远古时期火山爆发后空气的净化，还是现在对工业文明造成的各类污染的防治与修复，植物都是不可或缺的因素，甚至是决定性的因素。地球的自然生态系统在演替与进化中形成了稳定的自然植物群落，这些群落自始至终都起着维护生态系统正常运转的作用[1-2]。人类的出现、工业文明的发展以及城镇化速度的加快给原生自然生态系统造成了破坏。人类的活动领域中一般会配置一部分人工植物群落，它们多以园林绿化的形式出现[3]。这些园林植物配置突出了美学功能，但其生态功能仍存在欠缺，值得商榷，尤其是不同人类活动场所中园林植物的生态系统服务能力亟待研究[4]。在城市的建设中使用与当地地质特点和气候相符的植物，能最大限度地提升城市景观的美景度。因此，在对城市景观进行建设时既要保证景观的美景度，还要注意生态群落之间的联系[5]。要通过对不同地区之间生态环境的差异的分析，进行有针对性的景观格局建设，从而提高城市绿化水平[6]。
1 城市绿地生态系统概述
城市开敞空间需要统一的有联系的规划设计，可以通过对植物、建筑和水体的搭配形成适宜的生态景观。不同的生态景观通过物质能量的交换和联系而形成的总的生态网络就是城市绿地生态系统[7-8]。
城市绿地的作用有以下四个方面的作用。
第一，改善城市生态环境。合理的城市绿地建设可以通过对植物的搭配形成生态效果。绿化植物可以吸收空气中的一氧化碳、二氧化硫等有害气体，排放氧气，提升空气洁净度;其蒸腾作用也可以提高城市小环境的空气湿度，改善城市小气候[9];绿地植物还可以有效吸收噪音。对城市景观绿地植物进行有针对性的选择可以显著提高城市生态环境质量，保证生态系统的物种多样性。
第二，服务城市居民。城市居民需要休闲娱乐的活动场所，城市绿地在保障生态效益功能的同时，还可以为文化活动提供场地。它可以利用自身的生态效益，消除人们的疲惫感，其景观也可以让游览者得到精神层面的享受，它还可以为人们提供社交场所，为不同阶层和年龄段的人们服务。良好的绿地景观会吸引人们前往，从而促进城市旅游业的发展，提升城市经济的活跃度，带动生态绿地景观所在城市经济的发展。
第三，服务和防灾功能。当灾难发生时，城市绿地可以为城市居民提供紧急避险的场地，有些城市绿地中甚至有地下防空洞，它可以有效保障人民的生命安全。比如当火灾发生时，城市绿地可以作为隔离带，吸收热量，减缓或阻止火势蔓延，为人们提供疏散逃离的时间。再比如我国南方地区地震多发，城市绿地可以为群众提供灾后安置场所，同时也可以为救援人员提供休息的场所。
第四，环境污染预警。部分植物对环境的污染物质较为敏感，将其使用到城市绿地建设中可以对环境污染进行预警。当污染物质（如二氧化硫）到达一定的浓度后，部分植物的生态性状就会发生变化，能让人们较为直观地发现污染，及时做出应对。
2 城市绿地特点
2.1 破碎性和不稳定性
各种建筑分割了城市绿地，让其变得破碎。受交通道路的影响城市绿地往往呈带状。城市绿地被分割后，相互之间的物质能量交流变少，城市绿地生态系统变得脆弱且不稳定。
2.2 服务范围呈梯度状
绿地服务范围受到人口密度、交通网络密度和绿地面积大小的影响，其服务能力由近到远逐渐降低。城市中心绿地分布较多，向周围城镇扩散时，绿地数量依次减少。
3 研究方法
3.1 研究区域概况
历下区位于山东省济南市的东部，其总面积为100.89km2。区域北部地形平坦，南部多为山地丘陵，地势南高北低（如图1），处于温带季风性气候区，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。
3.2 城市绿地信息的提取
本文以2021年遥感影像为数据源，并通过ENVI5.3.1版本遥感图像处理平台对所获取地区图片进行网格化处理，然后对绿地区域的网格进行识别统计，最终根据行政区划图，对影像面积和形状进行裁剪，得到历下区的绿地统计图（如图2）。
4 研究结果
4.1 历下区绿地面积统计
通过ENVI5.3.1版本软件对栅格数量的统计，每个栅格面积是1.19x1.19m，计算出历下区的总绿地面积约为52.863km2，约历下区占总面积的51%。
4.2 绿地固碳释氧量
绿地植被的光合作用能有效增加空气中的氧气含量，调节大气中的碳氧平衡。本文根据碳通量监测技术的统计结果，平均每公顷绿地吸收的二氧化碳为5.67t，再结合历下区绿地的总面积，用绿地释放氧气和吸收二氧化碳的平均值和绿地总面积的乘积计算，得出历下区绿地的固碳释氧量，每年吸收二氧化碳29973t，释放氧气10991t。
4.3 吸收二氧化硫量
部分植被可以吸收空气中的污染物质并将其转化为自身需要的物质。它们在保障自身正常生長的同时，还降低了空气中的污染物含量，提升了空气的洁净度，使城市环境更适合人类居住。我们结合前文所得的绿地总面积，将各种植被吸收二氧化硫量的平均数值与对应的绿地面积相乘，得出绿地吸收二氧化硫气体的总量，每年可吸收二氧化硫量为12.467t。
5 城市绿地生态系统存在问题及优化策略 5.1 存在问题
5.1.1 布局不够合理
历下区各绿地布局过于分散，廊道建设不完整，景观破碎度指数高，各斑块间分离度较高，景观质量参差不齐。各绿地生态系统之间的联系不够紧密，缺乏物质能量的交流互换。绿地主要集中于南部山区，生态效益得不到充分发挥。城区内公园分布不均，部分公园服务半径重合，公共绿地资源得不到有效利用。
5.1.2 生态功能不完善
从历下区生态效益评价数据来看，其生态功能体系还不完善，没有充分发挥绿地系统的生态功能。历下区绿地对抗污染树种的使用较少，不能最大限度发挥生态系统的功能。此外，绿地生态系统之间联系较少，缺乏生物和能量流动。
5.1.3 养护管理不到位
人们在建设绿地景观时往往过于追求工期进度，忽略了植物移栽后的生长状况。绿化树种移栽后生命力较弱，如果没有得到合理的养护管理，极易出现叶片发黄、萎蔫，甚至枯死。
5.2 城市绿地系统优化策略
5.2.1 汇廊成网
要解决历下区绿地的生态问题，就要将区内道路景观与河道景观相互串联，促进绿色廊道和蓝色廊道的物质能量交换。第一，可以加强道路和河道绿地节点的建设，通过数量丰富的绿地景观节点构建稳定的整体的生态系统。第二，维护生态环境的整体性，结合河道景观生态系统和道路景观生态系统，让二者之间相互促进，二者的物质能量相互流动，以维持生物种类的丰富性、多样性。道路景观生态系统主要包括行道树生态系统和带状绿地生态系统。历下区南部绿地资源较为丰富，北部城区内主要以道路林为主，如经十路等都有高质量的绿化。第三，可以通过扩建面积和增加建设节点维护生态系统的稳定。历下区范围内的主要包括大辛河、窑头大沟、东泺河等河道，河道两侧有防护绿地。可以在河道两侧增建宽度不小于10m的河道防护林带，以维持河道生态系统的稳定，为人类活动的影响提供缓冲空间。
5.2.2 增设防护绿地
历下区防护绿地建设不全，绿化带的作用达不到预期效果。可以在道路两侧建立足够宽度的防护绿地、防护林，尽可能地降低人为因素产生的影响。还将景观绿地建设在道路的交汇处，最大限度地保证生态廊道的连续性和流动性。
5.2.3 增加节点建设
历下区范围内独立的绿地主要以山体和公园绿地为主。区域南部整体绿地多，有千佛山、龙洞风景区等，可通过道路廊道进行生物交换。而北部目前居住区占据了绝大部分空间，缺少面积较大的绿地，可以在生态廊道的交叉地进行景观节点建設，保障和增强生态系统之间的物质能量流动。还可以结合当地文化传统，建设有意义、合理和美景度高的景观节点。
5.2.4 屋顶绿化
屋顶绿化建设可以增加城市绿量，还可以缓解热岛效应，在降噪除尘的同时为建筑隔热保温，其基质层和植被层还能滞蓄雨水。轻型绿色建筑可以快速显现景观效果，它还具有生态功能突出、成本低、易维护的特点。狗牙根、黑麦草和高羊茅在屋顶环境中生长状况优秀，适应能力和抗逆性较强，可用于轻型屋顶绿化的设计。屋顶绿化能使建筑顶部空间得到利用，有利于解决城市绿化用地紧张问题，缓解城市生态环境困境，促进生态城市建设。
6 结语
本研究通过GIS技术对济南市历下区绿地面积进行统计，发现历下区的总绿地面积约为52.863km2，达到历下区总面积的51%。并提出廊汇成网、增设防护绿地、增加节点建设等优化城市生态系统的方法，以期为后续城市可持续发展提供理论依据
参考文献：
[1] 常守志.基于生态流的城市景观生态变化与优化研究[D].长春：吉林大学，2019.
[2] 郭宏斌，王菲.城市生态功能网络构建研究[J].现代园艺，2019（07）：157-158.
[3]孟楠.基于生态系统服务功能的城市绿地格局优化研究[D].重庆：西南大学，2019.
[4] 杨盼盼.基于RS和GIS技术的城市绿地综合评价及生态绿地系统构建[D].济南：山东建筑大学，2014.
[5] 木皓可，高宇，王子尧，等.供需平衡视角下城市公园绿地服务水平与公平性评价研究——基于大数据的实证分析[J].城市发展研究，2019，26（11）：10-15.
[6] 唐由海，王靖雯.基于“公园城市”理念与方法的宜宾城市中心区城市设计[J].山西建筑，2019，45（11）：11-13.
[7] 陈玲，贾佳，王海庆.高分遥感在自然资源调查中的应用综述[J].国土资源遥感，2019，3l（01）：1-7.
[8] 胡凯富，成超男，郑曦.基于“源·汇”理论的城市绿地空间格局构建与优化研究[J].北京规划建设，2018（04）：65-68.
[9] 肖荣波，周志翔，王鹏程. 3S技术在城市绿地生态研究中的应用[J].生态学杂志，2004（06）：71-76.
作者简介：陈强（1979—），男，山东新泰人，博士，副教授，系本文通讯作者，研究方向：园林植物逆境响应机制、园林植物应用与生态设计、立体绿化与人居生态环境互作调控机制。