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2015 , Vol. 34 >Issue 7: 1247 - 1258

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj201507005

研究论文

西安市绿地景观吸收雾霾生态系统服务测算及空间格局

  • 韩晔 ,
  • 周忠学
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  • 陕西师范大学旅游与环境学院,西安 710119
周忠学(1972- ),男,甘肃崇信人,博士,副教授,研究方向为区域经济发展、资源环境评价等。E-mail:

作者简介：韩晔(1989- ),女,河北衡水人,硕士,研究方向为区域开发与城乡发展。E-mail:

收稿日期: 2014-12-29

  要求修回日期: 2015-04-27

  网络出版日期: 2015-08-08

基金资助

国家自然科学基金项目（41271550）

教育部人文社会科学研究西部和边疆地区项目（12XJC790003）

收起

Evaluation on ecosystem services in haze absorption by urban green land and its spatial pattern analysis in Xi'an

  • HAN Ye ,
  • ZHOU Zhongxue
Expand
  • College of Tourism and Environment, Shaanxi Normal University, Xi'an 710119, China

Received date: 2014-12-29

  Request revised date: 2015-04-27

  Online published: 2015-08-08

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《地理研究》编辑部
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摘要

大城市日益严重的雾霾现已成为影响城市生存发展的重要问题。城市绿地是城市社会—经济—自然复合生态系统的重要组成部分,发挥着重要的生态功能。测算城市绿地吸收雾霾的生态功能价值及空间格局,对城市雾霾治理以及生态与经济健康协调发展有重要意义。运用景观生态学和生态系统服务理论,基于西安市的TM遥感影像和ArcGIS 10.1、Fragstats 4.1软件,对西安市绿地吸收雾霾的生态系统服务价值进行了测算和空间分析。结果表明：① 西安市建成区不同景观类型的破碎程度差异较大;② 西安市建成区绿地景观吸收雾霾的生态系统服务总价值为2954.13万元,各类绿地生态景观对吸收雾霾的贡献率有较大差别;③ 西安市建成区绿地景观吸收雾霾的总生态系统服务功能值密度和各单项生态系统服务功能值密度具有明显的城市中心区到边缘区的圈层递变特征;④ 西安市建成区各绿地景观指数与绿地吸收雾霾服务功能密度值之间具有显著的相关关系。绿地斑块与廊道镶嵌存在且斑块分布均匀的绿地景观格局对吸收污染气体、滞尘、净化大气有着重要作用,而且景观斑块平均面积越大、破碎度越低,对大气污染物的净化功能越明显。

关键词： 城市绿地; 雾霾; 生态系统服务; 空间格局; 西安市

本文引用格式

韩晔 , 周忠学 . 西安市绿地景观吸收雾霾生态系统服务测算及空间格局[J]. 地理研究, 2015 , 34(7) : 1247 -1258 . DOI: 10.11821/dlyj201507005

Abstract

The serious air pollution by haze in large cities has become a critical issue of urban living environment. As the crucial component of the urban society-economy-natural complex ecosystem, urban green land plays an important role in providing urban ecosystem services. Estimating the value of haze absorption by urban green land and analyzing its spatial pattern make significant contributions to the improvement of the urban eco-environmental quality. With the help of Fragstats 4.1 and ArcGIS 10.1 software, we estimate and analyze the ecosystem services value of haze absorption by urban green land in Xi'an, based on TM images and the theory of landscape ecology and ecosystem service. The research results show that: (1) There are big differences of landscape fragmentation among different landscape types in Xi'an built-up area. (2) The total value of ecosystem services on haze absorption in Xi'an built-up area is 29.54 million yuan. The contribution to haze absorption by all types of landscapes are quite different. (3) The spatial patterns of total and individual ecosystem services density show an obvious degrading trend from city center to the edge of the area. (4) There are significant correlations between landscape indexes and the ecosystem services density of haze absorption in built-up area of Xi'an city. The value of haze absorption of total and individual ecosystem services are positively related to the number of patches and the total area. The service value of nitrogen oxides absorption are positively related to the largest patch index. There is a significantly negative correlation between the service value of nitrogen oxides absorption and fragmentation index. The value of sulfur dioxide absorption and dust detention are positively related to landscape shape index. Green patches and corridor mosaics of landscape pattern play an important role in pollutant gases absorption, dust removal and atmosphere purification. Furthermore, the bigger the average patch area is, the lower the degree of fragmentation is, and the more obvious the function of atmosphere purification is.

Key words： urban green land; haze; ecosystem services; spatial pattern; Xi'an

1 引言

城市绿地生态系统是城市社会—经济—自然复合生态系统的重要组成部分,是城市自然生态系统的主体,为城市提供着降温、增湿、固碳释氧、净化空气、美化环境等生态功能。但是随着城市化迅猛发展,大量人口从农村涌入城市,城市迅速扩张,为满足日益膨胀的人口对城市有限土地的需求,以植被为主的自然景观逐渐被建筑物所取代[1]。城市绿地不断被削减破坏,生态服务功能严重减退或消失,维护和调节城市环境的功能减弱,使得城市生态环境问题日益加剧,尤其是大气污染愈发严重。根据《2013年中国环境状况公报》,首次监测PM2.5的74个重点城市中,只有3个城市的空气质量达标;2013年全国平均霾日数为35.9天,比上一年增加了18.3天,为1961年以来最多[2]。其中,2013年1-10月,西安市在74个城市月度空气质量排名中,6次位居后十名,根据西安市环保局官网的环境空气质量数据监测显示,2013年西安市空气达标天数只有137天[3]。雾霾天气的频繁出现,已严重危害到人类的身心健康和生存环境。绿地生态系统作为城市生态系统的重要构成要素,在改善环境质量、美化景观、维护城市生态平衡、促进城市可持续发展等方面起着重要作用[4],是消除雾霾的重要途径之一。近几年,西安市为打造国际化大都市,扩建了唐城墙遗址公园、浐灞湿地公园、世博园等公共绿地,并修建了一系列的广场绿地和行道绿化带等,城市绿地空间格局发生了巨大的变化。估算西安城市绿地景观对雾霾的吸收价值,探索绿地空间结构与生态环境的关系,对于发挥城市绿地生态系统功能,建设宜居城市,促进城市的可持续发展有重要作用。
目前国内对城市绿地的研究多集中在城市小气候的绿地调节、降低热岛效应、固碳释氧等定量研究。由于技术上存在诸多困难,城市绿地滞尘效应评价、大气污染物吸收效应等研究,多基于绿地物种个体水平的差异来探讨不同物种的功能效果[5],对绿地景观水平研究较少,从空间角度探讨城市绿地生态系统服务价值测评的研究更少。张绪良等[6]利用市场价值法、生产成本法、替代费用法等方法对青岛市绿地固碳释氧、吸收二氧化硫、氮氧化物、滞尘方面的环境净化服务进行测算,认为城市绿地吸收有害气体、滞尘服务价值、减弱噪音服务价值约占50%,且具有空间的不可转移性。齐喜梅[7]用替代价格法对郑州城市绿地吸收二氧化硫、氟化物、氮氧化物、滞尘的经济价值进行了评估和空间分异研究。采用景观生态学方法,运用ArcGIS 10.1和Fragstats 4.1软件,对西安市绿地吸收二氧化硫、氮氧化物、滞尘的生态服务价值进行测算和空间格局分析,为探索西安市生态系统服务功能与城市经济环境协调发展奠定理论意义,并且为西安市完善绿地生态系统,改善城市环境提供借鉴。

2 研究区概况与数据来源

2.1 研究区概况

西安市地处渭河谷地,介于107°40′E~109°49′E、33°42′N~34°45′N之间;地势南高北低,由西南向东北倾斜,地貌分异显著,由南向北依次为秦岭山地、渭河平原、黄土高原;属典型的温带半湿润大陆性气候,雨热同期,四季分明,年平均气温13.0℃~13.7℃,年降水量522.4~719.5 mm。
西安市地处中国中西部两大区域的结合处,是西北第一大城市。近年来,随着城市化水平的不断提高,西安的工业、高新技术产业迅速发展。与此同时,西安市大气环境恶化,雾霾天气频繁出现,2013年PM2.5频频爆表,空气质量一度成为全国最差,污染天数高达228天[3]。西安市大气雾霾状况严重的主要原因：① 化石燃料的大量使用、汽车尾气的排放和城市建设扬尘等导致大气颗粒物浓度迅速增加。2013年西安市常住人口达858.81万人,车辆已超过百万辆,是2001年的9倍多;2013年西安建设用地面积达489.03 km2,较2009年增加了76.5%。② 城市建筑及“热岛效应”阻碍了近地面大气中的污染物向城郊扩散,下垫面高大密集的建筑物阻挡了空气运动和城市风道,严重影响城市大气污染物向周边扩散。③ 西安市位于关中盆地,北部的黄土高原和南部的秦岭海拔均高于关中平原,这种地貌格局导致近地面污染物不易与中高空的大气运动耦合而向外扩散,加剧了大气的污染程度。因此,减轻和消除西安大气雾霾,除了治理和减少污染物来源之外,通过绿色植被的降尘及吸尘来减轻雾霾状况是非常重要的措施之一。近年来,西安城市绿地建设不断完善,绿地空间格局发生变化,园林绿化覆盖面积由2009年的9553 hm2增加到2012年的16764 hm2,增长率为75%;公园绿地面积由2009年的2700 hm2增加到2012年的3819 hm2,增长率为41%;2012年人均绿地面积达10.81 m2。因此,测算和评估各类绿地景观对雾霾的吸收价值和空间分布,对合理规划和完善绿地生态系统,改善城市环境有重要意义。
研究区为西安市建成区,由于目前学术界对建成区的界定没有统一的标准,本文运用ArcGIS软件Spatial analysis模块中的邻域统计功能,首先提取城市建设用地比例大于60%的区域。其次,结合城市扩张理论和西安市城市扩展的实际情况,进行进一步修订,形成建成区界限（图1）。研究区包括碑林区、莲湖区、未央区、雁塔区、新城区、长安区的西北部、灞桥区的西部等行政区。
Fig. 1 Study area

图1 研究区范围

2.2 数据来源

运用ENVI对2013年西安市Landsat 8遥感影像进行解译,并结合近年来西安市的土地利用变化图和实地观测进行修正,获得2013年西安市建成区的土地利用现状数据,据此将土地利用类型分为林地、草地、园地、耕地、水域、建筑用地六类（图2）。吸收雾霾生态系统服务测评,在借鉴相关学者的研究成果[7-14]的基础上进行了适当修正。由于水域在该生态系统服务中的价值很小,未将其纳入研究结果。
Fig. 2 Classification of urban green landscape in Xi'an

图2 西安市绿地景观分类

3 研究方法

3.1 绿地景观对雾霾的吸收原理

绿色植被在城市绿地生态系统中占有重要地位,具有重要的净化大气功能,被誉为“天然的空气过滤器”。第一,绿色植被具有独特的生理功能及光合作用,依靠叶片的气孔吸收气体污染物（二氧化硫、氮氧化物、氟化物等）,在体内通过氧化还原过程转化为无毒物质,或积累于某个器官内,或由根系排出体外;第二,叶面具有分泌杀菌素和粘液的功能,可以吸附颗粒物,达到滞尘作用;第三,植被可以降低风速进而迫使颗粒物沉降,达到降尘作用;第四,地表植被阻挡并抑制扬尘,达到减尘作用[14]。大气雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物（粉尘）等构成,城市绿地对二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物均具有净化作用,因此,研究城市绿地景观对吸收雾霾的生态系统服务价值,对建设和完善城市绿地系统以及减轻和解决城市生态系统的环境污染问题具有重要的意义。

3.2 绿地景观吸收雾霾生态系统服务价值的测评方法

3.2.1 西安市单位面积绿地景观吸收雾霾的生态系统服务价值 从二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物三种主要成分着手,研究各土地利用类型对三种物质的吸收量和价值量。根据西安市实际,采用单位面积景观类型对雾霾成分的物质吸收量（表1）和治理费用（表2）,依据式（1）计算单位面积绿地景观吸收雾霾的生态系统服务经济价值（表3）。
V ij = Q ij × K ij (1)
式中：Vij为单位面积第i类景观吸收第j种雾霾成分的价值;Qij为单位面积第i类景观吸收第j种雾霾成分的物质吸收量（表1）;kij为第i类景观吸收第j种雾霾成分的单位治理费用（表2）;i为景观类型,即林地、草地、园地、耕地;j为雾霾中的各成分,即二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物。
Tab. 1 Amount of haze components absorbed by landscape per unit area (kg·hm-2·a-1)

表1 单位面积景观类型对雾霾成分的物质吸收量 (kg·hm-2·a-1)

景观类型 生态系统服务
吸收二氧化硫 吸收氮氧化物 滞尘
林地 152.13 6.00 21655.00
草地 279.03 6.00 1.20
耕地 45.00 33.50 0.95
园地 152.13 6.00 21655.00

注：林地的滞尘能力取阔叶林和针叶林的平均滞尘水平[7];取阔叶林和针叶林对二氧化硫吸收能力值的平均值作为单位面积林地吸收二氧化硫的量[8];单位面积林地每年吸收氮氧化物能力值,根据赵忠宝等[9];耕地吸收二氧化硫、氮氧化物和滞尘能力,根据马新辉等[10,11];单位面积草地吸收二氧化硫、氮氧化物、滞尘量,根据叶文虎等[12]。

Tab. 2 The treatment cost of haze component per unit area in each type of landscape (yuan·kg-1)

表2 各景观类型对单位雾霾成分的治理费用 (元·kg-1)

景观类型 生态系统服务
吸收二氧化硫 吸收氮氧化物 滞尘
林地 1.20 0.60 0.17
草地 0.60 0.60 0.17
耕地 0.60 0.60 0.17
园地 1.20 0.60 0.17

注：林地和园地对二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物的治理标准采用《排污费征收标准及计算方法》中北京市高硫煤二氧化硫排污费收费标准;耕地处理污染气体、削减可吸入颗粒物的治理费用,根据杨志新等[13];草地处理污染气体、削减可吸入颗粒物的治理费用,根据叶文虎等[12]。

3.2.2 绿地景观吸收雾霾生态服务价值总量测算方法 西安市绿地吸收雾霾的生态系统服务体现在吸收二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物方面,根据各类绿地景观的面积和单位面积绿地景观吸收雾霾生态系统服务经济价值（表3）,利用式（2）,测算西安市绿地景观吸收雾霾的生态服务价值总量。
U = ∑ i = 1 4 ∑ j = 3 3 A i V ij (2)
式中：U为研究区吸收雾霾生态系统服务总价值;Ai为第i类景观的面积;Vij为单位面积第i类景观在第j类生态服务单价;i为景观类型;j为雾霾各成分。
Tab. 3 The value of haze absorption services by green landscape per unit area in Xi'an (yuan·hm-2·a-1)

表3 西安市单位面积绿地景观吸收雾霾生态系统服务经济价值 (元·hm-2·a-1)

生态系统服务 景观类型
林地 草地 园地 耕地
吸收二氧化硫 182.0 167.0 182.0 27.0
吸收氮氧化物 4.0 4.0 4.0 20.0
滞尘 3681.0 0.2 3681.0 0.1

3.3 景观格局指标

景观格局一般指景观的空间结构特征,包括景观组成单元（生态系统或土地利用/覆被类型）的类型、数目、比例以及空间分布与配置[15]。景观格局指数用于描述景观空间组织结构[16],是反映景观结构组成、空间配置特征的简单量化指标[17]。景观格局与生态过程相互作用,格局是过程的载体,生态过程会因格局的变化而发生相应改变[15]。城市绿地景观格局的变化会引起城市生态系统过程的改变,对城市生态系统服务有重要的影响。吸收雾霾、净化空气是城市绿地生态系统的功能之一,绿地景观格局是否合理,影响着城市绿地的生态系统服务。各种绿地斑块的大小、数量的多少、几何形状、植被类型、生长密度与高度影响着城市绿地景观内部的比例、空间结构和城市肌理,是衡量植被吸收雾霾功能价值的重要因素。研究认为[18],各种景观格局下,城市绿地面积越大,景观破碎程度越低,其吸收污染气体的能力越大。因此,选取斑块面积、面积所占比例、平均斑块面积、破碎度、多样性等景观格局指数,研究西安市绿地景观格局和吸收雾霾生态系统服务之间的相互关系。

4 结果分析

4.1 西安市绿地吸收雾霾生态系统服务价值分析

根据相关参数及测算方法得出西安市绿地景观格局指数（表4）、西安市建成区绿地景观吸收雾霾生态系统服务物质量（表5）和价值量（表6）。
从绿地景观格局指数来（表4）看,西安市各绿地景观指数差异大,其中耕地、林地的面积将占到整体绿地景观面积的83%,草地、园地面积均较少,水域面积最少,不足2%。绿地景观的平均斑块面积为0.35 hm2,整体破碎度为3.19,多样性指数为0.64,说明随着西安城市化水平的不断提高,城市人口的不断增加,对景观的改造和影响力越来越强,景观破碎程度加剧,使各类绿地景观在格局上呈现单一化、分散化的趋势,影响着绿地吸收雾霾生态系统服务的空间分布。
Tab. 4 Pattern index value of the green landscape in Xi'an

表4 西安市绿地景观格局指数

景观类型 面积(hm2) 面积所占比例(%) 最大斑块面积(hm2) 斑块平均面积(hm2) 破碎度 多样性指数
耕地 8024.51 45.76 1.14 0.56 1.78
林地 6568.11 37.46 0.24 0.53 1.89
草地 1806.70 10.30 0.08 0.10 9.96
园地 892.28 5.09 0.04 0.28 3.56
绿地景观（含水域） 17536.00 100.00 1.14 0.35 3.19 0.64
研究区绿地景观总面积为17536.00 hm2,耕地所占面积最大,林地次之,分别占研究区面积的45.76%和37.46%,草地、园地、水域的面积均较小。绿地景观吸收雾霾的生态系统服务总价值为2954.133万元。从吸收雾霾的物质量来看,各类绿地景观的差异大,林地吸收雾霾的物质量最大,占总体吸收量的87%;园地其次,约占总吸收量的12%;耕地、草地吸收雾霾的物质量占总体的比例都很小,耕地为0.4%,草地则为0.1%;这是由于各景观类型的斑块面积和单位面积的物质吸收量相差大。从吸收雾霾的价值贡献率（表5）来看,各类绿地生态景观对吸收雾霾的贡献有很大差异。林地的整体贡献率最大,占绿地景观贡献的86%,园地次之,耕地、草地各占1%左右。虽然耕地面积在研究区绿地景观中最大,但分维数为1.2019,在绿地景观类型中最高,表明受人类活动的影响最大,又受农作物的属性限制,耕地吸收雾霾单位价值量较少,尤其是削减可吸入颗粒物的价值量极少,导致耕地在吸收雾霾生态系统服务价值上低于林地和园地。尽管林地的景观连接度差且破碎度较耕地大,但由于林地的面积较大,加之林地吸收雾霾中二氧化硫和可吸入颗粒物的单位价值量较高,其生态系统服务在城市景观中所占比例最大,对吸收雾霾的价值贡献率最高。园地面积在景观中只占5.09%,但是园地连接度好,而且吸收二氧化硫和滞尘的单位价值量水平高,其在吸收雾霾的价值总量中仅次于林地。草地连接度差,聚合水平低,破碎度高,吸收二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物的物质量小,因此,不论在吸收雾霾的生态功能价值总量中,还是在吸收二氧化硫、氮氧化物、滞尘单项价值中均为最低。
Tab. 5 Amount of haze absorption services by green landscape in Xi'an (103 kg·a-1)

表5 西安市城市绿地吸收雾霾生态系统服务物质量 (103 kg·a-1)

生态系统服务 景观类型
林地 草地 园地 耕地 合计 百分比(%)
吸收二氧化硫 999.17 504.13 135.74 361.10 1546.42 0.90
吸收氮氧化物 39.41 10.84 5.35 268.82 324.42 0.20
滞尘 142232.42 2.17 19322.38 7.62 161564.59 98.90
合计 143271.00 63.42 19463.47 637.54 163435.43 100
百分比(%) 87.60 0.10 11.90 0.4 100
从西安市绿地景观吸收雾霾的生态功能构成（表6）来看,主要以滞尘为主,约占总物质吸收量的99%,二氧化硫、氮氧化物二者总共只占1%;滞尘的价值量占总价值量的93%,而吸收二氧化硫、吸收氮氧化物功能不足10%。主要由于各绿地类型吸收二氧化硫、氮氧化物的单位面积价值量小,但滞尘效果明显,尤其是林地对可吸入颗粒物的吸收价值高,说明城市绿地起到了重要的滞尘、防尘效果。而可吸入颗粒物是霾的最主要成分,因此,保证一定数量和规模的绿地,合理规划城市绿地有利于减轻雾霾。
Tab. 6 Value of haze absorption services by green landscape in Xi'an (104yuan·a-1)

表6 西安城市绿地吸收雾霾生态系统服务价值量 (104元·a-1)

生态系统服务 景观类型
林地 草地 园地 耕地 合计 百分比(%)
吸收二氧化硫 119.901 30.247 16.289 21.666 188.103 6.3
吸收氮氧化物 2.365 0.650 0.321 16.129 19.465 0.7
滞尘 2417.951 0.004 328.480 0.130 2746.565 93
合计 2540.217 30.901 345.090 37.925 2954.133 100
百分比(%) 86 1 11.7 1.3 100

4.2 西安绿地景观吸收雾霾生态系统服务空间格局评价

利用ArcGIS软件计算西安绿地吸收雾霾的生态系统服务价值,得到西安市绿地吸收雾霾的生态系统服务价值空间分布特征（图3）。
Fig. 3 Spatial pattern of haze absorption services by green landscape in Xi'an

图3 西安市绿地吸收雾霾的生态系统服务功能值密度空间分布

由图3a可知,西安市绿地景观吸收雾霾的生态系统服务功能空间差异明显,整体表现为中心值高于四周。吸收雾霾的生态系统服务功能的高值区位于绕城高速向城市中心区聚集地区（包括莲湖区、碑林区、雁塔区、新城区、灞桥区和未央区的中南部）,汉长安城遗址周围部分地区除外。绕城高速向四周扩展地区（包括长安区的西北部、未央区的北部）整体吸收雾霾的功能值低,其中少部分地区,如西安工业大学运动场和零星草地覆盖地区功能稍高。研究区周边分布着零星的草地,草地面积小并且分散,但是草地吸收二氧化硫的功能不低,因此形成生态系统服务功能的中值区。绕城高速干道、城墙四周以及主要公路交通干道两侧植有高大树木、灌木等绿地,城墙外的莲湖公园、革命公园,大明宫遗址、兴庆宫公园、大唐芙蓉园等绿地公园,分布有大面积的林地,这些树木、灌丛具有了非常高的吸收二氧化硫和可吸入颗粒物功能,因此形成生态系统服务功能的高值区;北二环北边的汉长安城遗址大部分地区及绕城高速向四周延伸地区,多以耕地为主,耕地内种植作物吸收二氧化硫、可吸入颗粒物的功能效率都较低,因此成为生态系统服务功能的低值区。
西安市绿地的单项生态系统服务方面也存在较大空间差异,大多与综合生态系统服务功能呈现一致的变化规律。从西安市绿地吸收二氧化硫（图3b）和滞尘生态系统服务（图3d）来看,建成区中心吸收二氧化硫和滞尘的生态系统服务高于周边。汉长安城遗址、长安区郭杜街道与斗门街道之间的西流街道,分布有大片的耕地,单位面积耕地吸收二氧化硫和滞尘的物质量少,生态系统服务功能值密度低。同时,因为西安市的交通干道两侧以绿化树木为主,树叶对二氧化硫和可吸入颗粒物有很好的吸附功能,聚合度为74.565%,吸收二氧化硫和滞尘效果明显,所以西安市中心地区为高值区。其中滞尘生态系统服务的空间差异更加明显：低值区的功能密度只有0.003~0.004;高值区高达82.83;中值区分布少且零散,景观类型为草地。
吸收氮氧化物的生态系统服务功能（图3c）整体上不高。耕地远离城市中心地带,单位面积耕地吸收氮氧化物的物质量高,在吸收氮氧化物方面有着不可替代的作用,因此,汉长城遗址大部分地区、绕城高速北部以北地区、西流街道功能密度值较高。城市中心地区植被多为林地,周边地区也有部分园地和草地,这些景观对氮氧化物的消解能力较低,因此绿地景观的该项生态系统服务价值低。
综合西安市绿地吸收雾霾的生态系统服务功能值空间分布图（图3）,绿地景观不论是综合服务功能,还是单个服务功能,空间分布差异明显。西安市建成区中心地区吸收雾霾的生态系统服务功能值高,主要由于在该地区,城市在建设过程中和后续发展中,不断加大绿地的建设,如绿化带,公园,各公共道路沿线、居民住宅小区内的绿化,规划趋于合理。城郊地区为农业景观,以耕地为主,经济发展水平较低,绿地建设不完善,影响生态系统服务。随着城市的不断发展,经济发展给环境带来负效应,人类也逐渐意识到绿地景观对环境的净化作用。西安市大力建设大型遗址公园,如大明宫遗址公园、兴庆宫公园等,林地、水域面积的不断增加,对雾霾的治理起了重要作用。因此,在城市化发展过程中,不仅要注重经济的发展,更应该关注环境保护,针对大气污染,在城市建成区应保有一定数量和规模的绿地,合理规划绿地生态结构,完善绿化生态系统。此外,城市扩展地区,城市化水平较低,保留着大量耕地,在发展过程时,在建筑物密集区,要注重绿化,如道路两侧应建设绿化带,生活小区也应有一定的绿化区域。在耕地景观区,虽然耕地吸收二氧化硫、滞尘效果差,但是耕地在绿地景观类型中吸收氮氧化物的功能最高,因此,应保证一定规模的耕地。

4.3 西安绿地景观格局与吸收雾霾生态系统服务功能值的关系

首先基于ArcGIS软件,根据西安市建成区的二环界限,运用格网将研究区进行分区;其次运用Fragstats软件计算各个分区的景观格局指数;最后运用SPSS软件计算各个分区景观格局的相关指数与吸收雾霾生态系统服务功能之间的Pearson相关系数（表7）。
Tab. 7 Coefficients between landscape index and haze absorption value in the built-up area

表7 建成区景观指数与绿地吸收雾霾生态系统服务的相关性

相关性 二氧化硫
物质量		 氮氧化物
物质量		 滞尘物质量 二氧化硫
价值量		 氮氧化物
价值量		 滞尘价值量 总物质量 总价值量
斑块数量(NP) 0.876** 0.775* 0.706* 0.844** 0.781* 0.706* 0.710* 0.719*
景观面积(TA) 0.948** 0.926** 0.715* 0.881** 0.931** 0.715* 0.720* 0.730*
最大斑块占景观面积的比例(LPI) 0.265 0.453** 0.059 0.167 0.451** 0.059 0.061 0.068
景观形状指数(LSI) 0.749* 0.435 0.753* 0.794* 0.444 0.753* 0.754* 0.758*
破碎度 -0.653 -0.597** -0.482 -0.552 -0.600** -0.482 -0.485 -0.490

注：*表示在0.05水平（双侧）上显著相关,**表示在0.01水平（双侧）上显著相关。

由表7可以看出,西安市绿地吸收雾霾整体和单项的生态系统服务,与NP、TA呈显著正相关;西安市绿地吸收二氧化硫、滞尘的价值量和物质量,与LSI呈现显著正相关;而吸收氮氧化物的价值量和物质量与LSI相关性未通过0.05水平的显著性检验,表明二者的相关性不是非常明确;西安市绿地吸收氮氧化物的物质量和价值量,与LPI呈现正相关;与破碎度呈现负相关,所以分布有成片耕地的西流街道与汉长安城遗址及以北地区,成为吸收氮氧化物的高值区,而中心地区为低值区;西安市绿地吸收二氧化硫和滞尘功能的物质量和价值量,与LPI、破碎度没有呈现出显著的相关关系,但是城市中心地区街道两侧和公共绿地均匀分布了植被,形成绿化廊道和绿地斑块,这些地区是吸收二氧化硫、滞尘的高值区,说明绿地斑块与廊道镶嵌存在并且斑块分布均匀的绿地景观格局对吸收二氧化硫、滞尘起重要作用。由于本文园地吸收雾霾的物质吸收量和治理费用与林地相同,但林地分布广泛的建成区中心为高值区,而园地所处的周边地区为中值区。从景观指数来看,林地的斑块平均面积大于园地,林地的破碎度远低于园地,说明斑块平均面积越大、破碎度越低,则对大气污染物的净化功能越明显。
根据景观指数的生态学含义,一般情况下,NP与破碎度呈正相关。但本文中吸收氮氧化物的物质量和价值量与破碎度之间呈负相关,表明景观破碎导致生态服务下降,但是吸收氮氧化物的物质量和价值量与NP表现出一定的正相关性。这主要是由于研究区耕地面积比例大、农户各自分散耕作导致NP多,同时,耕地单位面积吸收氮氧化物的物质量高,使得NP与吸收氮氧化物的物质量和价值量表现出正相关关系。

5 结论与讨论

5.1 结论

（1）西安市建成区不同景观类型的破碎程度差异较大。耕地、林地的面积占整体景观面积的一半以上,草地、园地面积均较小,水域面积最少,不足2%。绿地景观整体破碎度为3.19,草地分布分散,破碎度高达9.962,耕地、林地的破碎度较小,表明城市化对各绿地景观的干扰度不同。
（2）西安市建成区绿地景观吸收雾霾的生态系统服务总价值为2954.133万元。从吸收雾霾的物质量和价值量来看,林地最高,园地次之。在吸收雾霾生态系统服务的构成方面,滞尘功能的价值最大,吸收二氧化硫的功能价值次之,吸收氮氧化物的功能价值最小。
（3）西安市建成区绿地景观吸收雾霾的总生态系统服务功能值密度和各单项生态系统服务功能值密度具有明显的城市中心区到边缘区的圈层递变特征。综合生态系统服务功能值密度和吸收二氧化硫的生态系统服务功能值密度均从西安市核心区向四周减弱的趋势;吸收氮氧化物的生态系统服务功能整体上较低,表现为建成区周边地区高于核心区;滞尘生态系统服务功能空间差异大。虽然整体来看,西安核心区的生态系统服务价值高于周边地区,但同时核心区也是排放二氧化硫、氮氧化物,可吸入颗粒物的主要源地,因此,西安市在今后的城市发展建设中,应当改善核心区的绿地景观,完善绿地景观系统。
（4）西安市建成区各绿地景观指数与绿地吸收雾霾服务功能密度值之间具有显著的相关关系。绿地吸收雾霾总体和单项的生态系统服务,与斑块数量、景观面积呈显著正相关;绿地吸收二氧化硫、滞尘的价值量和物质量,与景观形状指数呈现显著正相关;绿地吸收氮氧化物服务功能与LPI呈现正相关;与破碎度呈现负相关。绿地斑块与廊道共存且绿地斑块分布均匀的绿地景观格局对吸收污染气体、滞尘、净化大气起重要作用,且绿地平均斑块面积越大、破碎度越低,对大气污染物的净化功能越明显。

5.2 讨论

本文对西安城市绿地吸收雾霾的单位面积生态服务价值量进行修正,使吸收雾霾的生态价值测算结果更科学;采用ArcGIS技术来评估吸收雾霾生态系统服务价值的空间分异和引入景观格局指数来分析雾霾吸收服务与景观格局之间的相关关系,是对景观生态学理论与方法的新应用。研究表明西安市绿地吸收雾霾的生态系统服务价值由核心区向周边减弱的趋势,核心区多以高大树木、灌木为主,吸收二氧化硫和可吸入颗粒物的单位价值量高,周边以耕地为主,吸收雾霾的单位价值量较低,这与以往学者对生态系统服务价值的测算结果相反[18],以往学者多是对整个生态系统服务,如气体调节、气候调节、净化环境、水源涵养、生物多样性、娱乐文化等进行的综合测算与评估,本文结合当前西安市的雾霾问题,只对环境净化功能中的一部分进行研究,这可能是研究结论不同的主要原因。本文对治理西安市大气雾霾,城市生态绿地规划与建设有着重要的实践意义,为绿地景观吸收雾霾的生态系统服务与城市生态环境的健康协调发展提供借鉴。
本文虽然对吸收雾霾的单位面积生态服务价值量进行了修正,但测算结果仍存在误差,如果能够实地观测数据,如实地观测不同植被类型对二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物的单位吸收价值,结果会更加精确。西安市交通道路两侧一般都建有绿化树木、灌丛或者人工草坪组成的行道绿化带和隔离带,但由于受遥感影像空间分辨率的限制,在遥感影像解译中把三者均按林地处理,并将三者均按照林地进行了测算,对结果有一定的影响。本文只对西安市绿地吸收雾霾生态系统服务功能进行了粗略的测算,如果能够结合当前雾霾的现状,如雾霾的强度、雾霾天数、大气中污染物量等进行测评,结果将能会更好地反映当前西安市绿地对雾霾的吸收价值和空间格局,将对优化西安城市绿地系统及生态环境建设更具有现实意义。这些不足方面仍需要进一步探索和研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

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