基于高分辨率遥感影像数据,首先应用遥感软件易康、ERDAS对遥感影像进行分类,把土地利用类型划分为绿地和非绿地两大类,然后再使用ARCGIS软件提取西安城市绿地信息(表1),结合大量的样地实测数据,定量分析西安不同类型森林植被多样性水平及其碳密度空间分布特征.
表1 西安主城区绿地数据统计
Tab.1 Data statistics of green space in Xi'an urban are/m2
由表1可知,西安主城区绿地中,风景区绿地面积所占比例最大,风景区绿地共计172个斑块,最小斑块面积为3 741 m2,最大斑块面积为2 256 168 m2,平均斑块面积为165 405 m2,风景区绿地面积总和为28 449 692 m2; 工业区绿地所占面积比例最小、绿地斑块最少,工业区绿地总面积为5 293 384 m2; 道路绿地分布比较均匀,面积总和为15 633 211 m2; 居住区绿地斑块最多,达到了460个,平均斑块面积为25 579 m2,最小斑块面积仅为996 m2,绿地面积总和为11 766 371 m2; 文教区绿地面积为80 526 m2,集中分布在西安南郊,这与居住区绿地的分布有相似之处,是因为西安南郊的小学、中学、大学院校偏多,南郊碑林区的常住人口密度最大,达到了26 701人/km2.
2.1 西安森林植被乔木林多样性分析
依据Simpson指数Ds及Shannon—Wiener多样性指数H'; Patrick 指数S及Margalef指数da; Pielou均匀度指数J'si以及综合指数D分析西安森林植被乔木林多样性特征,综合起来,西安城市绿地多样性指数如表2所示.
表2 西安城市绿地多样性指数
Tab.2 Diversity index of Xi'an city green space
由表2可知,西安城市道路绿地、居住区绿地、风景区绿地、文教区绿地、工业区绿地五类绿地中乔
木综合指数D表现出:风景区绿地>文教区绿地>居住区绿地>工业区绿地>道路绿地; 物种丰富度Patrick指数S的排序为:风景区绿地>文教区绿地>居住区绿地>工业区绿地>道路绿地; 物种丰富度Margalef指数da表现出:风景区绿地>文教区绿地>居住区绿地>工业区绿地>道路绿地; 物种多样性Simpson指数Ds的排序为:风景区绿地>文教区绿地>居住区绿地>工业区绿地>道路绿地; 多样性Shannon-Wiene指数H'的表现为:风景区绿地>文教区绿地>居住区绿地>工业区绿地>道路绿地; 物种均匀度Pielou指数J'si表现出:风景区绿地=文教区绿地>居住区绿地>工业区绿地>道路绿地.
综上所述,五种绿地类型中风景区绿地的丰富度、均匀度及多样性水平最高,植物的多样性比较丰富,植物的配置科学合理,这与园林绿化设计有关,同时,风景区绿地园林植物的增长已趋于稳定.然而,西安城市道路乔木的生物多样性水平较低,丰富度指数偏低,树种比较单一,缺乏植物的多样化,因此西安道路绿化有待进一步改善,首先应该更新行道树,合理选择植物,建设具有地方特色的植物景观,在道路两侧建设更多的生态景观林带,营造更加丰富的道路植物景观,同时需注重色彩与层次的搭配; 其次,通过合理、科学的复层结构关系,增加城市三维绿量,从而有效提高绿地的生态景观效益; 最后仍需进一步加强道路绿化的后期养护管理,为创建西安森林城市做出贡献.
2.2 西安居住区森林植被乔木林碳密度分析
根据测量的树高H和胸径D,结合绿化树种的异速生长方程,以及居住区样地面积计算出每个居住区样地的单位面积碳储量,即碳密度.基于西安城市居住区森林植被乔木层样地碳储量数据结果,使用ARCGIS10.4地理信息系统分析软件的分析工具,绘制出西安城市居住区森林植被碳密度的空间分布图,如图1所示.
图1 西安城市居住区森林植被碳密度空间分布
Fig.1 Forest vegetation carbondensity spatial distribution of Xi 'an city residential area
对西安城市居住区森林植被碳密度的空间分布特征进行地理空间分析.从
图1可以看出,西安城市居住区乔木碳密度等级位于0～1.21的占3%,碳密度等级位于1.21～2.42的占41.1%,碳密度等级位于2.42～3.63的占41%,碳密度等级位于3.63～4.84的占10.1%,碳密度等级位于4.84～6.05的占3%,碳密度等级位于6.05～7.26的占1%,碳密度等级位于7.26～8.47的占0.3%,碳密度等级位于8.47～9.68的占0.2%,碳密度等级位于9.68～10.89的占0.1%,碳密度等级位于10.89～12.10的占0.1%,碳密度等级位于12.10～13.31的占0.1%.
由此可知,西安城市居住区森林植被乔木层碳密度集中分布在1.21 ～3.63 kg/m2,占总量的82%.其中,欧洲世家的单位面积碳储量最高,为13.215 kg/m2,而旭景兴园的单位面积碳储量最低,仅为0.198 kg/m2,这是因为欧洲世家是一个比较成熟的大居住区,绿化率高,乔木普遍比较高大粗壮,绿化面积大,且碳密度高,所以,其碳储量较高.而旭景兴园内的绿化主要为草地和灌木,乔木较少,而且偏小,所以,其碳密度低、碳储量小.总体来说,繁华区域居住区的碳储量比郊区的碳储量偏低,可见,人类活动是影响森林植被碳储量空间分布的一个因素.总之,西安居住区乔木平均碳密度为2.926 kg/m2,碳密度取值范围介于0.198 ～13.215 kg/m2,碳储量取值范围介于1.08 ～437.25 t.
2.3 西安风景区森林植被乔木林碳密度分析
基于外业GPS测量样点经纬度坐标及各风景区样地的森林植被碳密度,应用地理信息系统分析软件ARCGIS空间分析、插值分析等功能,以植被碳密度分布的标准差2.12作为碳密度分级标准,所绘制的西安风景区森林植被碳密度空间分布图,如图2所示.
图2 西安风景区森林植被碳密度空间分布
Fig.2 Forest vegetation carbon density spatial distribution of Xi 'an scenic spot
由
图2可知,西安风景区森林植被乔木层碳密度等级位于0～2.12的占0.02%,碳密度等级位于2.12～4.24的占7.3%,碳密度等级位于4.24～6.36的占46.5%,碳密度等级位于6.36～8.48的占23.2%,碳密度等级位于8.48～10.60的占18.8%,碳密度等级位于10.60～12.72的占3.53%,碳密度等级位于12.72～14.84的占0.65%,高碳密度区域主要集中于西安主城区的东南区域,其中纺织公园的碳密度最高,为13.64 kg/m
2,其次碳密度比较高的有革命公园和西安博物馆,其碳密度皆为12.56 kg/m
2,然而,永阳公园的碳密度仅为1.92 kg/m
2, 可以看出,林龄与森林植被碳密度密切相关.
总之,西安城市风景区乔木平均碳密度为6.41 kg/m2,高于陕西省森林平均碳密度值3.092 kg/m2,西安城市风景区树木碳密度取值范围介于1.92～ 13.64 kg/m2,碳储量取值范围介于100.46～11 695.62 t.
2.4 西安文教区森林植被乔木林碳储量分析
由西安城市文教区森林植被乔木层碳密度地理空间分布图(图3)
图3 西安城市文教区森林植被碳密度地理空间分布
Fig.3 Forest vegetation carbon density spatial distribution of Xi 'an cultural district
可以看出,西安文教区森林植被乔木层碳密度等级位于0～6.04的占2.1%,碳密度等级位于6.04～12.08的占62.1%,碳密度等级位于12.08～18.12的占14.3%,碳密度等级位于18.12～24.16的占13.6%,碳密度等级位于24.16～30.20的占6.8%,碳密度等级位于30.20～36.24的占0.8%,碳密度等级位于36.24～94.66的占0.4%.
可见,西安文教区树木碳密度主要集中于6.04 ～12.08 kg/m2之间,西安绝大部分高等院校分布在南郊区域,其中以西安交通大学为代表的样地乔木碳密度高达94.646 kg/m2,然而,陕西警官职业学院的碳密度仅为0.422 kg/m2,究其原因,西安交通大学建校历史悠久,已达120年之久,大部分乔木林为成熟林、过熟林,而陕西警官职业学院建校较晚,乔木林中的幼龄林较多,因此,森林植被碳密度和林龄有很大关系.总之,西安文教区森林植被乔木层碳密度分布整体呈现出南高北低的特点.西安城市文教区乔木平均碳密度为14.24 kg/m2,明显高于陕西省平均碳密度水平,西安城市文教区树木碳密度取值范围介于0.422～94.646 kg/m2,碳储量取值范围介于72.060～56 542.40 t.
