国内近十年城市绿地研究进展——基于CiteSpace的知识图谱分析

国家林业和草原局政府网 http://www.forestry.gov.cn/2020-03-23来源:《林业知识服务》微信公众号
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  摘要:为了全面把握国内城市绿地的研究进展,文章以中国知网的期刊数据作为来源,用可视化图谱分析工具Citespace作为辅助,对4 528篇期刊文献进行分析,并绘制关键词共现、聚类分析、热点动态变化等可视化的分析图,结合文献内容分析法,得出国内城市绿地研究的4个方面,讨论了未来发展的研究方向可以考虑对绿地空间格局的优化以及多种效益权衡的绿地构建模式,从而为国内绿地系统规划提供有力的借鉴。
  关键词:城市绿地,Citespace,研究进展,知识图谱分析


  城市绿地一直以来都是业界学者关注的重点内容,其理论、方法、实践在长期的研究中积累了大量的成果。随着城市建设速度的加快,绿地的关注度不断提高,刘滨谊、田国行 、王俊帝等对国内的绿地建设也做了一些总结与回顾。然而,随着城市更新以及新的《城市绿地分类标准》(CJJ/T85-2017)的推出,城市绿地的研究呈现新的发展特点。因此了解国内近10年(2008—2018年)城市绿地的研究动态对指导国内城市绿地建设、完善绿地布局模式具有重要的意义。本文运用Citespace软件,结合内容分析法,梳理国内近10年研究城市绿地的相关文献,了解研究特征、热点与发展趋势,为国内绿地建设提供有益参考。

  1 研究方法与数据采集

  本文使用Citespace5.2版,数据来源于中国知网的中国学术期刊网络出版总库,检索主题词为“城市绿地”,时间跨度为10年(2008-2018年),数据收集时间为2018年8月31日,检索类别仅为期刊,共导出4528篇文献。文献分析结果表明国内城市绿地方面的研究呈现起伏状,整体保持着较高的关注度,总体处于比较成熟的阶段。

  本文基于Citespace工具,一方面从高被引文献研究内容和研究动态变化分析研究的整体特征;另一方面运用Citespace的聚类功能,结合共现图谱和时区演化图(time zone),探索研究的热点方向与前沿进展。

  2 城市绿地研究整体特征

  2.1 高被引文献内容分析

  通过对高被引文献内容的分析,发现相关研究内容主要涉及3方面。一是绿地的可达性评价:可达性评价是新兴的评价指标之一,刘常福总结了绿地可达性评价主要有4种方法,包括统计指标法、旅行距离法、最小距离法和引力模型法,并基于GIS平台,在居住区尺度上研究可达性。二是低影响技术:绿地建设在缓解城市排水压力中作用日渐重要,车生泉在总结国内外海绵城市建设的基础上,提出了水生态功能与保护的措施和低影响技术开发的途径。三是生态绿廊建设:绿廊是城市绿地的重要部分,李开然研究了环境廊道的作用与建设方法,并以英国游憩型绿道建设为例展开讨论。

  2.2 研究动态变化

  通过对不同时间区域绿地研究前沿的分析,可以看出热点主要集中于2008年,如景观评价、遥感技术等。2010年之后,城市公园的研究论文增多,热点转向相关专项研究如公园可达性以及绿色基础设施。2015年之后,热点逐渐集中到低影响技术开发、雨洪管理等水处理方法,这是以建设绿地的方式解决城市水涝问题的开端。

  3 国内城市绿地研究热点

  笔者通过Citespace绘制关键词共现图,可以看出出现频次较高的关键词包括绿地系统、海绵城市、植物配置等。在统计的主要关键词突变率中,海绵城市突变率高达57.24,是2015年城市绿地领域的研究焦点,同时也与国家的发展规划相吻合。

  运用Citespace的聚类功能以及LLR算法得到关键词聚类图谱,图谱显示了城市绿地研究的景观格局、风景园林、居住区、绿地系统等13个主要聚类;通过这13个核心聚类,并结合研究领域的热点方向与动态变化,定性地总结了国内近10年城市绿地研究的4大内容,即城市绿地空间格局构建、城市绿地生态服务功能、城市绿地定量评价方法、城市绿地植物配置结构与土壤基质。

  3.1 城市绿地空间格局构建

  关于绿地格局的研究文献数量有1 334篇,可见其具有较高的研究价值。城市绿地空间格局的研究伴随着城镇化的起步发展由来已久,并逐渐成为城市生态学的主要组成内容。学者通过遥感影像数据的解译以及景观制图工具,对所获遥感进行提取、分类、划分,筛选出最为相关的斑块尺度、类型尺度、景观尺度3方面的景观格局指数,利用Fragstats软件对其计算,计算出不同年份研究区域的景观格局指数变化,从结果中归纳得出城市结构发展的驱动因子;根据城市化进程中的演变效应,提出绿地空间格局构建策略;结合景观生态学的知识,通过优化城市绿地类型在连接度、渗透度与密度3个维度上的布局模式,优化景观格局,改善城市生态环境。由于国内的研究尚处于发展阶段,虽然也有关于城市生态源-汇景观的研究,但数量较少,难以进一步研究景观格局对生态环境的具体作用机制,也缺乏从生态安全角度考虑的具体配置生态用地模式的研究,这需要获得长期的环境监测数据以及对演变模拟模型的优化,同时景观演变效应的研究也应扩大范围,如城市土壤、基础设施等。

  3.2 城市绿地生态服务功能

  绿地的生态服务功能是城市环境协调的主体,通过对3363篇相关文献研究得知,城市绿地具有多种生态功能:增加小范围绿化可以达到局部降温增湿的效用,优化景观格局能够缓解城市热岛,调节微气候减少空气污染,绿地的固氮释氧可以维持城市居民所必须的生命物质(O2,CO2),植物向空气环境释放的负离子能够缓解人的精神压力,植物的色彩与形态还具有调节城市居民身心健康的康养作用等。

  城市绿地的海绵效应可以在一定程度上抵御与缓解自然灾害,低影响开发技术在缓解城市雨洪与降低城市污水方面的作用越来越重要。城市雨污水或经二次处理的中水通过植物根系的置换、土壤胶体的截留作用,能够得到水质净化,再经由人工汇水装置、自然下沉绿地等设施进行城市雨污水的循环利用。建设海绵城市是应对城市雨洪灾害的方法之一,雨洪模拟模型软件随之迅速发展,为海绵城市建设提供科学指导,但模拟尚存在缺乏除污等功能研究、灾害预报不完善以及模型参数不准确等问题。需要综合各种模型的优势,进行多种算法的结合应用是对模型的合理完善,并结合3S技术以及城市的面源污染不确定性的分析研究,定量化模拟水质、水量的耦合模型将是今后的研究重点。

  3.3 城市绿地定量评价方法

  城市绿地的服务功能评价一直是关注的热点,并已从早期的定性评价逐渐深入到定量的评价体系中。在1897篇研究城市绿地定量评价方法的文献中,总结类型涵盖大、中、小3个尺度。

  3.3.1 绿地分类方法研究

  大尺度城市规划的角度意在探索一种切实有效的绿地分类方法指导城市规划。利用地理信息技术GIS和RS对空间数据如遥感影像数据的获取与分析,结合景观生态学的相关知识,检测城市绿地分布的合理性,其检测结果误差小、效率高,较之传统的人工实地核查更为科学客观,成为如今城市生态建设的重要手段。张永彬在对唐山市绿地类型提取的研究中,利用城市绿地在波段4,2,1组合上的光谱、纹理和空间特征的明显不同进行综合判断和提取,分类精度达到85.11%,较之以往单一使用光谱特征更为准确。但这种方法对数据的要求较高,需要高精度且合适的影像与波段图,由于外界环境如云层、天气等的影响,数据难以获取,具有一定的局限性。

  3.3.2 绿地功能评价研究

  中尺度包含城市绿地的功能性评价。

  1) 绿地生态效益评价。绿地生态效益评价包括从绿地规划初始阶段的用地适宜性评价到规划建成后的绿地功能效益评估,是一个连续的过程。通过GIS重分类场地因子数据得出用地适宜性评价图,后期通过生态效益评价模型如CityGreen等定量分析绿地的生态功能具有科学意义与前瞻性,但目前国内研究较为基础,研究实践结果很少,缺乏针对我国实际情况的运行参数与数据库,针对能源、生物多样性的应用研究也较少,这将成为未来探索的方向。

  2) 绿地可达性评价。可达性评价模型应用最广泛的有缓冲区模型、费用阻力模型与引力势能模型。结合空间句法知识,从空间关系出发对空间结构进行精确量化,计算结果稳定且可靠性高,但运算基础不能消除环境因素如交通、噪音等状况,因此评价指标的筛选将成为进一步的研究对象。

  3) 生态服务评价。生态服务评价即是对绿色基础设施进行生态服务价值的评价,结合生态服务评价模型(GEEM- (GIS-based Eco-services Evaluation Model),对各类生态因子如斑块、廊道等参数量化分析,数据化展示生物多样性的支持能力和碳调节能力,但研究对象多局限于植被,与城市灰色基础设施结合较少,各类生态因子的权重也有待验证。

  3.3.3 植物个体定量研究

  小尺度多是从植物配置的定量化研究着手,统计植物基本状况如个体生长量、出现鸟类频率等近20种相关因子,采用主成分分析法对指标因子进行标准化分析,客观评价植物配置的优劣,具有创新性与可行性,但其局限在于诸多指标值的获得如美感度调查存在主观性,各因子的权重比也有待商榷。目前有关植物释氧、固氮等的定量研究较多,但相对于植物生态功能的综合化定量化研究却很少,笔者仅检索到3篇,主要是通过测定植物的固碳、释氧、吸热、滞尘4项生态效益的经济价值来衡量,评估对象较少,缺乏对植物绿量等因素的研究,指标体系不够完善,单一的转化为经济价值是否合理也有待讨论。

  3.4 城市绿地植物配置结构与土壤基质

  学者们对植物的配置模式也有一定的关注度(966篇)。传统植物景观设计只关注视觉效果,而忽略对内的生态需要和对外的生态功能,植物生态位概念的引入成为植物配置的根本原则。地被植物在城市绿地中面积最大,作用效果最明显,是植物景观的主要组成部分,地被植物依据其生长习性可以分为基础型地被、骨干型地被以及点缀型地被。不同的地被类型有不同的配置原则,规划设计时应采用自然多层次的植物类型,应充分考虑植物习性,统筹多要素进行种植。

  植物与土壤相互依存,一方面,植物可以通过分解土壤微生物以及对土壤表层污染物的降解,对城市土壤进行更新,以缓解土壤PH值偏高、容重增加、重金属污染严重等问题,另一方面,土壤也为植物的生长提供了适宜的环境。我国的土壤环境日趋严峻,已成为影响国内绿地建设的关键限制因素。目前,国内学者开始针对土壤的物理、生物、化学特性进行研究,通过降低土壤板结增加孔隙、提高含水率、降低土壤容重、增加土壤微生物数量、提高土壤酶活性、增加土壤有机质等方式改善土壤质量。在目前研究的基础上,可以加强对土壤污染源的研究力度,利用RS数据集与GIS技术建立土壤质量监测模型,结合使用高分辨率传感器以及遥感数据的不断更新对城市环境进行反演与数值模拟,共同达到监测城市环境的作用,以改善城市整体的空间质量。

  4 总结与展望

  4.1 总结

  国内研究城市绿地的文献涉及学科广泛,热点主要集中在2008年,研究方法逐渐科学与深入。一是绿地功能研究的深入:从宏观尺度上的绿地生态格局研究逐渐深入到单个绿地斑块、单个乔灌木的生态功能,内容深入,方法科学,对城市绿地建设的指导意义非常重要。二是绿地评价方法的优化:城市绿地的评价方法从早期的定性评价转向更加科学直观的定量评价,使民众以及城市决策者更加直观地看到城市绿地带来的价值。需要说明的是,随着研究的深入,国内学者发表外文期刊的比例提高,只关注国内知网文献具有一定的局限,因此,在之后的研究过程中应扩大文献平台,以避免结论的片面性。

  4.2 展望

  1) 绿地空间格局的优化。在城市规划过程中,虽然划定了绿地的空间,但是数量分散、规模不大,因此如何集约化利用土地成为当前的挑战。在尺度研究上,目前多是针对城市范围的格局研究,缺乏多尺度综合研究,未来可增加市域范围(城市与城市之间)与邻里尺度方面的研究。

  2)多种效益权衡的绿地构建方法。现有的研究注重绿地的输出效应,将人的健康需求与行为心理作用割裂开来,在近10年的绿地研究文献中鲜有环境心理方面的文献,但是通过康复花园设计的成功案例,说明了人的心理与绿地环境有着密不可分的关系。在今后的绿地研究领域,可以结合人的环境行为心理,多维度多角度规划城市绿地。(作者:戴菲 杨超 陈明)

  第一作者:戴菲(1974- ),女,博士,教授,研究方向为城市绿色基础设施、绿地系统规划

  通信作者:陈明(1991- ),男,博士研究生,研究方向为城市绿色基础设施