德国慕尼黑的城市绿地覆盖率和绿地面积分布受土地所有权的影响

《Urban Forestry & Urban Greening》：Patterns of urban green cover and green volume depend on land ownership in Munich, Germany

城市绿地分布与私有/公共土地 ownership及3D植被体积（绿量）关系研究，以慕尼黑为例。研究发现绿量分布比绿覆盖更不均衡，公共土地（如公园、林地）贡献显著，而私有住宅和工业区绿量不足。需通过政策激励私有土地增加高植被覆盖（树木、灌木）以提升城市整体绿量并减少不平等。

　　

夏瑶|法比奥·S.T. 斯威特|托比亚斯·莱希特莱|汉内斯·陶本伯克|斯特凡·保莱特|沃尔夫冈·W. 魏瑟

慕尼黑工业大学生命科学学院生命科学系统系，陆地生态研究小组，弗赖辛85354，德国

摘要

绿地对人类福祉有积极作用；然而，它在城市内部的分布往往不均衡。本文重点研究了土地所有权对植被（即城市绿地）分布的影响，具体考察了德国慕尼黑不同城市土地利用类型下的私人和公共区域的植被分布情况。我们利用一个新型高分辨率数据集，比较了绿地覆盖面积（green cover）与绿地体积（green volume，即三维绿地）。研究发现，在100米×100米的网格单元中，绿地覆盖面积的分布更为均匀，这体现在不同所有权类型的网格单元中，绿地覆盖面积的基尼系数（Gini coefficient）普遍低于绿地体积的基尼系数。值得注意的是，绿地体积主要由公共土地提供，尤其是公园、城市森林和半自然区域。尽管某些住宅区和工业区的绿地覆盖面积较高，但其绿地体积较低。总体而言，在52.7%的网格单元中，私人区域的绿地面积占比高于公共区域。而在绿地体积较小的网格单元中，公共区域未能弥补私人区域植被的不足。由于绿地体积与许多生态系统服务的提供更为紧密相关，因此有必要种植更高层次的植被，如树木或灌木。我们的分析表明，特别是需要调动私人土地所有者的积极性来增加绿地体积。这不仅会增加城市的整体绿地面积，还能减少城市内部的绿地不平等现象，尤其是在人们居住和工作的区域。

引言

城市绿地是指存在植被（城市绿色空间）的区域，这些植被为人类提供多种生态系统服务（Bratman等人，2019年；Fisher等人，2017年；世界卫生组织欧洲区域办事处，2016年）。这些服务通过多种途径显著改善了市民的健康和福祉（Jabbar等人，2022年；Remme等人，2021年）。例如，绿地通过遮荫和蒸散作用调节局部气候，从而降低城市人口面临的热相关健康风险（Kumar等人，2024年；Masoudi等人，2021年；Massaro等人，2023年；Shi等人，2020年）。绿地还能减少噪音污染（De Carvalho和Szlafsztein，2019年；Van Renterghem，2019年）并提高睡眠质量（Zhang等人，2024年）。此外，绿地作为重要的文化生态系统服务来源，增强了社区的社会凝聚力（Jennings和Bamkole，2019年），包括促进居民的归属感（Hartig等人，2014年）以及提升人们对社区的安全感（Maas等人，2009年）。这些多方面的益处凸显了系统性绿地研究对可持续城市发展的重要性。

联合国可持续发展目标11（联合国，2020年）旨在“使城市和人类居住区具有包容性、安全性、韧性和可持续性”。在绿地方面，目标是在2030年前“为所有人提供安全、包容、可进入的绿色公共空间”，特别关注服务弱势群体，包括妇女、儿童、老年人和残疾人（联合国，2020年）。然而，尽管所有城市都有一定程度的绿地，但同一城市内不同区域的植被数量往往存在差异（Kabisch等人，2016年）。例如，Koprowska等人（2020年）发现波兰罗兹市中心的公园和森林覆盖率较低，而大部分大型公园和/或森林位于该区域之外，导致罗兹市的公共绿地分布不均。其他研究也发现了类似情况，例如测量了绿地覆盖面积（Kabisch等人，2016年；Xu等人，2018年）、树冠覆盖率（Koh等人，2022年；Leichtle等人，2021年）或城市内的归一化差异植被指数（NDVI）分布（Singh，2018年）。因此，城市绿地分布往往不均，但这并不一定意味着绿地使用权的分配也不均衡。

绿地使用权的问题不仅与其空间分布有关，还与城市内部的土地所有权相关。一般来说，公共绿地（包括公园、城市森林、绿廊和荒野区域）具有开放的公共访问权限，并通过市政当局制定的分层规划和行政系统进行管理（Kendal等人，2012年）。相反，私人土地上的绿地通常不对公众开放，包括私人花园、庭院、企业景观、限制进入的娱乐区和农业用地（Weigand等人，2023年）。这些空间的管理主要取决于土地所有者的意愿和实际情况（Grove等人，2006年；Smith等人，2005年；Weigand等人，2023年）。因此，私人绿地往往比公共绿地提供的服务较少。因此，在分析绿地可用性时，需要考虑特定绿地是私有的还是公共的。

评估城市绿地可用性的一个关键挑战是获取高空间分辨率的可靠数据。关于绿地可用性的研究使用了多种指标，但主要关注二维（2D）表示方法，如绿地面积（Kabisch等人，2016年；Xu等人，2018年）和树冠覆盖率（Koh等人，2022年）。最近，基于开源数据的街景图像提取了“街景绿色度”（Bai等人，2024年；Wang等人，2022年），并用于测量所谓的二维点五维（2.5D）绿地，即绿色视图指数（GVI）。然而，GVI虽然能反映绿地面积，但并未真正体现城市绿地的完整三维结构（Jin等人，2023年），三维绿地被定义为“给定表面区域内所有植物的地上体积”（Meinel和Schumacher，2010年；Schmidt和Lawrence，2022年）。由于需要详细的植被高度数据，获取这种三维绿地体积一直颇具挑战性。不过，激光雷达（LiDAR）技术的应用使得捕捉三维植被数据成为可能（Hu等人，2022年；Leichtle等人，2021年）。通常，可以通过将树冠面积乘以从机载LiDAR数据（Zhou等人，2022年）和高分辨率遥感图像（Hong等人，2023年）中提取的植物高度来计算绿地体积（Hong等人，2023年；Hong等人，2025年；Huang等人，2013年；Zhou等人，2022年）。

测量绿地体积很重要，因为许多生态系统服务与植被总量密切相关。事实证明，三维绿地测量方法在预测生态系统服务方面更为有效。例如，绿地体积比传统的二维植被指数更能准确预测人类健康结果（Spano等人，2023年）。树冠体积和高度（Rey-Gozalo等人，2023年；Zhao等人，2021年）以及树木尺寸指标（Chen等人，2024年）与降噪能力的相关性更强（Rey-Gozalo等人，2023年）。此外，叶片体积与植被蒸散作用的相关性也更为显著（Kong等人，2016年）。最后，人们直观上认为绿地是三维的（Anderson等人，2018年；Xia等人，2023年）。因此，绿地可用性的评估应进入三维时代，以便更全面地理解绿地。一个关键问题是，城市中绿地体积的分布是否与以往研究中分析的城市绿地覆盖模式一致。

最后，研究表明，绿地的数量和配置取决于城市形态，或更广泛地说，取决于城市土地利用类型。这是因为不同的土地利用类型具有特定的功能需求，从而影响绿地的机会和限制（?aszkiewicz等人，2022年；Li等人，2015年；Masoudi等人，2021年；Raciti等人，2014年；Wang等人，2016年）。例如，通常位于私人土地上的工业用地通常具有间距较大的低至中层建筑和广泛的道路网络，以及用于停放和储存重型车辆的区域，这严重限制了植被的发展，导致绿地分布零散。相反，也主要位于私人土地上的住宅用地通常在建筑物之间有较大的开放空间，有利于植被的生长（Masoudi等人，2021年）。在公共土地上，绿化机会也取决于土地利用类型，例如某个区域是公园、街道还是停车场（Croeser等人，2022年）。因此，土地所有权与城市绿地覆盖和绿地体积之间的相互作用可能因土地利用类型而异。

在本文中，我们研究了土地所有权对城市植被分布的影响，这一主题在绿地可用性的讨论中很少被提及。我们关注的是城市中的实际植被分布，因为这可以通过遥感技术检测到，而不是包括无植被区域的更广泛的绿地定义。除了研究二维绿地覆盖面积的分布外，我们还探讨了这种分布是否与三维绿地体积的分布不同。我们使用了关于德国慕尼黑市绿地覆盖面积和绿地体积的高分辨率数据集，来研究整个城市以及不同城市土地利用类型下的绿地分布与土地所有权之间的相互作用。具体来说，我们探讨了以下问题：

(1)

城市私人和公共区域的绿地覆盖面积和绿地体积的空间分布是什么？这种分布在不同的城市土地利用类型之间有何差异？

(2)

在100米×100米的网格单元内，私人区域的植被（私人绿地）与公共区域的植被（公共绿地）是否存在相关性？

(3)

城市范围内以及不同城市土地利用类型中，绿地体积与绿地覆盖面积是否存在密切相关性？

(4)

私人和公共土地中哪些部分是绿色的？哪种土地所有权对城市的绿地覆盖面积和体积贡献更大？

材料与方法

分析的工作流程如图A2所示，并在以下部分进行了详细说明。首先，我们对遥感数据进行了预处理，包括极高空间分辨率（VHR）图像、标准化数字表面模型（nDSM）、CORINE土地覆盖（CLC）地图和城市地图集。其次，我们计算了整个研究区域以及不同土地利用类型的公共和私人绿地覆盖面积和体积。最后，我们进行了比较

慕尼黑市绿地覆盖面积和绿地体积的可用性和空间分布

为回答研究问题1，我们从三个层面考察了绿地可用性：全市范围、城市内的公共和私人区域以及不同土地利用类型。

讨论

在本研究中，我们调查了私人和公共绿地的分布，并比较了不同城市土地利用类型的绿地覆盖面积和绿地体积。选择慕尼黑作为案例研究是因为该市有高分辨率的绿地体积数据（Leichtle等人，2021年）。例如，先前的研究确定了慕尼黑市的所有树木（Leichtle等人，2021年），并发现绿地覆盖在城市内部的分布不均（Xu等人，2018年）。我们的研究结果超越了这些初步发现

作者贡献声明

汉内斯·陶本伯克：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、资源整理、方法论、数据管理、概念化。托比亚斯·莱希特莱：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、资源整理、方法论、调查、数据管理、概念化。沃尔夫冈·W. 魏瑟：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源整理、方法论、资金获取、概念化。斯特凡·保莱特：撰写——审稿与编辑、资源整理，

利益冲突声明

无利益冲突声明。

致谢

我们感谢德国研究基金会（DFG）资助的项目GRK 2679：“城市绿色基础设施——未来综合城市规划专家的科学培训”（项目编号437788427）。同时，我们也感谢Sebastian T. Meyer、Robin Heinen和Andrew Fairbairn的讨论与合作。