GISに基づく都市緑化の生態系サービス量およびその均一化に関する評価（その２）

2018年4月25日

（その１よりつづき）

2 生態系の緑の量の計算と分析

　研究エリアの自然地理に基づいて植被に応じた生態系の緑の量の換算係数を決定する。また、GISによりさまざまなタイプの土地利用面積と分布を分析し、土地タイプに応じた生態系の緑の量を計算する。そして、圧力距離減衰モデルと重ね合わせの原理を再度結びつけて各区画で受け取る生態系の緑の量を算出し、GISマップ上に緑の量の分布を描き出し、均一化分析を行う。

2.1 生態系の緑の量の換算係数の決定

　本研究では天津浜海新区を例として、中国華北地域におけるいくつかの主な生態緑地の生態系の緑の量の換算係数（劉長寧ら, 2014）を選び出した。このうち、林地における緑の量の換算係数は1であり、水域における緑の量の換算係数は0.83であり、草地における緑の量の換算係数は0.71であり、農地における緑の量の換算係数は0.66であった。生態緑地における生態系の緑の量の換算係数が高いほど機能当量が大きく、生態系により提供される単位面積あたりのサービス機能がより高いことを示す。逆に、生態緑地における生態系の緑の量の換算係数が低いほど機能当量も低く、生態系により提供される単位面積あたりのサービス機能がより低いことを示す。

2.2 緑源放出量と緑の量の受取量の計算

　緑源放出量とは、被評価エリア内のさまざまな空間に分布する緑地によりエリアのいずれのポイントにおいても産生しうる生態系サービスの放出量（趙丹等，2011）をいい、本稿においては評価エリア内のさまざまな空間の緑地によりエリアのいずれのポイントにおいても産生しうる生態系の緑の量を指す。生態系の緑の量の受取量とは、エリア内のさまざまな空間に分布するいずれのポイントにおいても受け取ることのできる当該エリア内の緑地により産生される生態系サービス量（王乾, 2006）をいう。

　本稿では区画を分け、かつ、区画ごとに計算して再合成する方法を採用して都市緑地により産生される緑の量を計算し、これによって都市緑地における生態系サービス機能を評価する。まず、区画という概念を導入して、都市エリア内部のさまざまな空間ブロックを表すのに用いる。いわゆる区画とは、外観性質上、周辺環境と顕著な差があり、かつ、内部に均一な一定の空間があるものを指す。区画という概念を都市緑地における生態系の緑の量の計算に応用するには、評価要件と入手可能なGIS情報により区画の寸法を決定する必要があり、区画の寸法によって各ブロック内部における一定の空間均一性を保証することが基本要件となる。それから、さまざまな緑化用地の換算係数に基づいて、緑の源（すなわち、エリア内のさまざまな空間に分布する緑地）により産生される生態系の緑の量を計算し、さらに緑源放出量についての評価を行う。そして最後に、GISを利用してさまざまな緑地により産生される各ポイントの生態系の緑の量の放出量について、重ねあわせの原理を用いて被評価エリア内のいずれのポイントにおいても受け取ることのできる生態系の緑の量を計算し、これによって当該ポイントにおいて受け取ることのできる都市緑地の生態系サービス量を判断する。

2.2.1 緑源放出量の計算

　ある完結したブロック内、またはブロックを超えた生態系の緑の量は、当該ブロックの緑化用地の典型例を用いて換算係数により計算する。1つのブロックに満たない生態系の緑の量については割合により計算する。たとえば、LがPブロックの緑化土地面積であり、n種類のタイプの緑化土地により構成されているとすれば、n種類のタイプの土地における生態系の緑の量の換算係数はそれぞれξ_1, ξ₂, L , ξ_nであり、n種類のタイプの土地が占める割合はそれぞれγ₁, γ₂,......, γ_nである。すなわち、Pブロックにおける緑化土地の生態系サービス機能E_Sp（Ecological Service）は、以下の式により示される。

このうち、

2.2.2 生態系の緑の量の受取量の計算

　本稿では距離減衰モデルを採用して各ポイントで受け取ることのできる生態系の緑の量をシミュレーションした。距離減衰は地理現象であり、距離の増加に伴って2つの物体間の相互作用が減少することを示す（李小馬ら, 2009）。都市緑地により周囲の地区が受け取ることのできる緑の量の空間分布は距離減衰の法則を示し、かつ、観光計画（保継剛, 1992、呉必虎, 1994）や都市公園における基準達成性評価（周延剛ら, 2004、胡志斌ら, 2005）等の方面において幅広い応用が得られている。本稿においては、受取ポイントと緑の源との距離を両者間の最短距離とし、放出量の減衰については自然数の10~0の数学的勾配に基づいて計算を行う。受取ポイントの周辺に多くの生態系の緑の量（生態系サービス量）のサービス機能を持つ放出源が多数存在する場合には、当該ポイントで受け取る生態系サービス放出量の総量は各緑の源からの放出量の算術的重ね合わせとなる。たとえば、Mポイントが生態系の緑の量における生態系サービス機能の受取ポイントで、P放出源との最短距離がD_pmであり、Q放出源との最短距離がD_qmである場合には、Mポイントの受け取る生態系サービス総量は、以下の式により計算できる。

2.3 生態系の緑の量の基準達成値の決定

　本研究においては、各地区における生態市建設の計画基準によって研究エリアに必要とされる緑の量の最低値を決定する。都市緑地における生態系サービスの均一化評価の目的は、異質性の分析によって緑化の受け取りにおけるウィークポイントを探し出すことにあり、単一区画において受け取る緑の量の最低値（基準達成値）については、研究エリアの実際の状況や発展の方向性、建設目標によって決定することができる。

　天津浜海新区の関連計画中の林地や湿地、公園緑地等の緑被率に対する要求に基づいてある区画における生態系の緑の量（生態系サービス量）の基準達成値を決定した。そして、ある区画内で要求されるさまざまな緑地の被覆率にそれぞれの緑の量の換算係数（即緑当量）を乗じて（劉長寧ら，2014）足し合わせることで、ある区画における生態系の緑の量の基準達成値を計算した。

　「天津市浜海新区の環境保護と生態建設に関する『第13次5ヵ年計画』」においては、林木被覆率は10%、湿地被覆率は22%、都市住民1人あたりの公園緑地面積は12m2に達することが提示されている。事実上、都市住民1人あたりの公園緑地面積は12m2に達することというのは沃尓徳の炭素/酸素バランスにより計算される最低値であり（李鋒ら, 2003）かつ、工業や自動車により産生される二酸化炭素を考慮に入れていない。緑地においてさらに良好な生態系サービス機能を実現するためには、中国や海外（張利華ら, 2011）で設定された指標、すなわち1人あたりの緑地面積を30~40m²とするのがより合理的である。一方、浜海新区の陸地面積は2270km²で、2010年末現在の常住人口は248.21万人で、都市住民1人あたりの公園緑地面積30 m²を基準達成要求として、浜海新区における公園の緑被率を推算することができる。具体的な計算公式は以下のとおり。

公園緑被率=公園緑地面積/地区陸地面積

　式（3）の計算結果および「天津市浜海新区の環境保護と生態建設に関する『第13次5ヵ年計画』」の要求に基づけば、浜海新区のある区画で受け取る生態系の緑の量の基準達成値は、以下の式を用いて計算することができる。

生態系の緑の量の基準達成値=林木被覆率の基準達成値×林地における緑の量の換算係数+湿地被覆率の基準達成値×湿地における緑の量の換算係数+公園緑被率の基準達成値×公園緑地における緑の量の換算係数

　ある区画で受け取る生態系の緑の量の放出量が生態系の緑の量の基準達成値（51.848）以上である場合には、当該区画は基準を達成していると認定する。ある区画で受け取る生態系の緑の量の放出量が生態系の緑の量の基準達成値を下回る場合は、基準未達成を意味する。

2.4 GISに基づく評価支援システムの構築

　本稿では、可視化システムの構築によって各区画で受け取る生態系の緑の量の空間分布状況を示す。GIS技術に基づく生態系緑化評価支援システムを構築する基本的な手順は以下のとおり。すなわち、（1）エリア内のある区画における生態系の緑の量の基準達成値を決定する。（2）エリア内の区画を分け、空間データを構築し、データベースを構築し、それぞれの緑の源により産生される生態系の緑の量を計算する。（3）区画における生態系の緑の量（生態系サービス量）の受取量を計算する。（4）エリアにおける生態緑化に関する生態系サービスの均一化レベルを評価し、かつ、基準未達成区画の所在位置を示す。

3 応用研究

　以上の方法を応用して浜海新区漢沽区と河西区エリア（四方の境界範囲：四経路、四緯路、薊運河）に対し、都市緑化における生態系サービスの均一化についての評価を実施した。その結果（図1）、被評価エリア内のほとんどの区画で生態系の緑の量の基準達成値である51.848を満たし、南西端の一部の区画のみが基準を達成できなかった。なかでも、区画ごとで最少の生態系の緑の量は46で、基準をはるかに下回った。図１のとおり、区画の色が濃いほど受け取る生態系の緑の量が多く、区画の色が薄いほど受け取る生態系の緑の量が少ない。全体的に、浜海新区漢沽区と河西区エリアの生態系緑化建設の効果は良好で、生態系の緑の量の受取量は基本的に基準を達成している。しかし、漢沽区と河西区エリア内の各区画で受け取る生態系の緑の量の分布状況は均一でなく、全体的な傾向として、同一緯度上では東部における生態系の緑の量の受取量が西部より多く、かつ、東から西に向かうにつれ漸減する傾向を示した。また、同一経度上では北部における生態系の緑の量の受取量が南部より多く、北から南に向かうにつれ漸減する傾向を示した。なかでも、研究エリア内の北東ブロックと南西ブロックにおける受取量の差が最も大きく、南西ブロックに至っては一部の地区が基準を達成しなかった。区画ごとで受け取った生態系の緑の量の最大値は161で、最小値はわずか46であったことから、均一化レベルはやや低かった。

図1 天津市浜海新区漢沽区・河西区ブロックにおける緑化・生態系サービスの均一化評価の結果

Fig. 1 Evaluation results of greening ecological services in Hexi block of Tianjin Binhai

　当該エリア内の緑化サービス機能と均一化サービスレベルをさらに向上させるためには、現在の生態系の緑の量の分布状況から見れば、さらに多くの都市生態系緑化建設のリソースを研究エリア内の中西部地区、特に西部と南西部の基準未達成地区に配分することを考慮してよい。たとえば、西部地区の街道と居民区における緑化面積を増やしたり、エリア南西端にグリーンベルトを増設したりする等の方法によって、当該地区における生態系サービスの均一化レベルを高めることができる。

4 結論と考察

4.1 結論

　都市緑化における生態系サービスの均一化に関して、浜海新区漢沽区と河西区エリアを対象に実施した評価の結果は以下のとおり。

（1）各区画で受け取った生態系の緑の量と本研究で設定した基準達成値の51.848を比べると、研究エリアのほとんどの土地で生態系の緑の量の受取量は基準を達成したが、南西角の4つの区画によって構成される狭い土地における生態系の緑の量の受取量が基準を達成しなかった。上記の基準を達成しなかった4つの区画における緑の量の受取量はそれぞれ46、50、51、51で緑の量の受取量の基準達成値との差は小さいことから、ほとんどの区画で受け取った生態系の緑の量は要求された基準達成値を大きく上回った。

（2）生態系サービスの均一化という視点から考えれば、研究エリアにおける生態系の緑の量の分布は均一でなく、各区画の受け取った生態系の緑の量の差は大きかった。なかでも、区画において受け取った生態系の緑の量の最大値は161で、最小値はわずか46であり、空間分布の特徴としては同じ緯度では東部のほうが西部より生態系の緑の量の受取量が多く、東から西に向かうにつれて漸減する傾向を示した。一方、同じ経度では北部のほうが南部より生態系の緑の量の受取量が多く、北から南に向かうにつれて漸減する傾向を示し、研究エリアのなかでは北東部と南西部の差が最大であった。つまり、当該地区における生態系サービスの均一化レベルは低く、設定した基準達成値から見れば生態系の緑の量は基本的に基準を達成していたが、生態系サービスの均一化レベルを体現できるものではなかった。本稿の採用するGISと距離衰減モデルを結びつけた方法によれば、都市緑化における生態系サービスの脆弱な区画を見つけ出し、その脆弱な区画に対して緑化建設を強化し、均一化レベルを効率的に高めることができる。この方法では政策補助効果が顕著であるため、特に土地が貴重な人口密集型都市における都市緑地システム計画で一定の参考価値がある。

4.2 考察

　都市緑地における生態系サービス機能に関する中国内外の研究は、緑地の均一度分析（高祥偉等，2013）と緑地群落の形成（Broadbent，2013）の分野に主に集中しており、緑化分布状況と緑地集落の構成状況という異なる生態系サービス機能について測定を行ったところ、それぞれの緑化構造下における生態系サービス機能の違いが示されたが、市民が受け取ることのできる生態系サービスという視点からは緑地の生態系サービス機能について評価を行っていないため、生態系サービスの普及レベルを客観的に示すことはできなかった。本稿の特色は、基本的公共サービスの均一化という概念を都市緑化における生態系サービス機能の評価に導入したことにあり、さまざまなポイントにおいて人が受け取ることのできる生態系サービス量の正確な計算を出発点として、距離減衰モデルとGIS技術を融合させて、さまざまな緑化源における生態系サービス機能の重ね合わせ原理に関する問題を処理し、研究エリアの各ポイントにおける生態系の緑の量の受取量を算出した。また、GISを運用して各区画において受け取る生態系の緑の量の空間分布状況を示し、異質性の分析によって緑化の受け取りにおいて脆弱なポイントを探し出し、緑地そのものの分布状況や緑地の構成による緑化効果の評価における不足を補い、生態効果とともに生態系サービスの普及という都市緑化建設の主旨を実現した。

　本稿では、統一次元における生態系の緑の量という方法によって各区画の生態系サービスを測定したことから、方法は単一である。生態系サービスの実際の影響因子は多く存在するが、情操教育や客観性等の機能の定量的評価は難しいことから、本稿で述べる都市緑地によって提供可能な生態系サービスは、実際の生態系サービスの集合とは一定の隔たりがある。このため、さらなる充実と改善が待たれる。

（おわり）

※本稿は張雪花，郝彪，張宝安「基于GIS的城市緑化生態服務量及其均等化評価」（『生態環境学報』2017年第26巻第4期、pp.547-552）を『生態環境学報』編集部の許可を得て日本語訳／転載したものである。記事提供：同方知網（北京）技術有限公司