基于RS和GIS的?？谑芯G地景觀空間結(jié)構(gòu)分析

付暉　付廣　許先升

摘 要 在GIS技術(shù)支持下，運用景觀生態(tài)學的原理和方法，選取斑塊類型水平、景觀水平的指數(shù)和廊道密度指數(shù)對海口市城區(qū)綠地的空間結(jié)構(gòu)進行了研究和分析。結(jié)果表明研究區(qū)綠地景觀結(jié)構(gòu)不夠合理，附屬綠地面積和數(shù)量比重最高，缺乏公共綠地和廊道綠地；綠地景觀類型較豐富，但空間布局不均衡，綠地斑塊破碎度高，綠地廊道密度指數(shù)低，造成綠地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)失調(diào)，不能形成完整的綠色空間網(wǎng)絡。針對?？诔菂^(qū)綠地景觀空間結(jié)構(gòu)存在的問題，提出了優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞 城市綠地；空間結(jié)構(gòu)；RS；GIS；海口市

中圖分類號 Q149 文獻標識碼 A

Spatial Structure of Urban Greenbelt Landscape in

Haikou City Based on RS and GIS

FU Hui1，2， FU Guang2， XU Xiansheng1 *

1 College of Horticulture and Landscape Architecture of Hainan University， Haikou， Hainan 5702228， China

2 College of Applied Science and Technology of Hainan University， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract With the help of GIS technology， patch class， landscape indices and greenbelt corridor density index were selected to analyze the spatial structure of urban greenbelt landscape in Haikou city， based on the principles and methods of landscape ecology. Results show that the structure of green space landscape in study area is not reasonable， the appertain greenbelt occupy utterly predominance， public green space and corridor green space are obviously insufficient； the distribution of greenbelt was uneven， fragmentation was higher， greenbelt corridor density index was low， leading to the imbalance of green space system structure， and can't form intact green space network. Some proposals for the optimization are offered aiming at these problems of the spatial structure of urban greenbelt landscape in Haikou city.

Key words Urban greenbelt； Spatial structure； RS； GIS； Haikou

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.01.034

城市綠地是城市系統(tǒng)中能夠執(zhí)行“吐故納新”負反饋調(diào)節(jié)機制的一種特殊生態(tài)系統(tǒng)[1]，對于改善城市生態(tài)環(huán)境和維持城市生態(tài)平衡具有不可替代的作用。同時能夠為城市居民提供良好的生活環(huán)境、游憩的場所，促進人與自然的和諧共生。

從景觀生態(tài)學的角度，每一個綠地可被視為具有一定結(jié)構(gòu)和功能的相對獨立的斑塊，不同大小、不同形狀的綠地斑塊的空間分布即可構(gòu)成綠地景觀格局，城市諸多因素長期作用形成現(xiàn)在的城市綠地景觀格局，不同的景觀格局發(fā)揮的作用差別很大[2]。

在快速城市化進程中，城市用地供應緊張，城市綠地面臨被蠶食的危險，城市中可供綠化的空間越來越少，如何在有限的空間內(nèi)合理規(guī)劃布局城市的綠地系統(tǒng)，優(yōu)化城市綠地的空間結(jié)構(gòu)和布局，顯得尤為重要。

隨著遙感技術(shù)和ARCGIS的廣泛應用，3S技術(shù)因其收集和處理數(shù)據(jù)速度快、空間分析能力強、可視化程度高等優(yōu)點，成為學術(shù)界進行綠地研究的重要技術(shù)手段。一些學者運用GIS手段，對城市綠地的結(jié)構(gòu)和布局等進行了實地的研究，取得了可人的成績。但相關(guān)研究多見于特大型或大型城市如北京、深圳、上海、廣州、南京、徐州、沈陽等[3-10]，針對中小城市的研究較少，而?？谑性摲矫嫜芯课匆娪袌蟮?。本文以?？谑兄行某菂^(qū)為研究對象，以景觀生態(tài)學原理為指導，以ARCGIS、patch analyst等為技術(shù)手段，研究綠地在斑塊類型水平和景觀水平上的空間結(jié)構(gòu)特征，以及廊道的景觀組成和結(jié)構(gòu)分析，總結(jié)出?？谑谐鞘芯G地結(jié)構(gòu)與景觀格局的現(xiàn)狀問題所在，并提出建議和對策，以期為?？谑泻推渌行〕鞘械木G地規(guī)劃和建設提供參考。

1 研究區(qū)概況

?？谑惺呛Ｄ鲜∈?，是海南通往大陸的主要交通門戶。東接文昌市，西鄰澄邁縣，北與雷州半島的徐聞縣海安鎮(zhèn)隔海相望。南渡江自南向北穿越市域，在新埠島東側(cè)出海，?？谑嘘懹蛎娣e2 304.8 km2。屬熱帶島嶼氣候，歷年未見霜雪，冬春多霧多旱，夏秋多雷暴雨，并有臺風。年平均氣溫23.8 ℃，年均降水量為1 639 mm[11]。本文研究范圍為?？谑兄行某菂^(qū)，東靠南渡江，南接椰海大道，西至港澳大道、創(chuàng)業(yè)路，北鄰瓊州海峽，區(qū)域總面積達119.6 km2。中心城區(qū)綠地建設有悠久的歷史和完整的體系，在城市綠地系統(tǒng)中具有典型特征和代表性。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2010年海口市SPOT衛(wèi)星影像（全色2.5 m與多光譜10 m融合）、?？谑谐鞘芯G地系統(tǒng)規(guī)劃（2011～2020）、?？谑锌傮w規(guī)劃（2011～2020）、?？谑械匦螆D（2008年）、?？谑薪y(tǒng)計年鑒及?？谑薪陙韴@林綠化統(tǒng)計資料。

2.2 綠地信息提取與分類

在ENVI4.8中對校正融合后的SPOT影像進行多次非監(jiān)督分類處理[12]，得到初步的綠地信息；通過實地調(diào)查驗證，修正被錯分的綠地斑塊，導出城區(qū)綠地矢量圖。根據(jù)《城市綠地分類標準（CJJ/T 85-2002）》及海口市的實際情況，將城市綠地分為公共綠地、居住區(qū)綠地、單位附屬綠地、農(nóng)林植被、自然植被和廊道綠地（道路綠地和河流兩岸綠地）。結(jié)合高分辨率Google地圖和實地調(diào)查，在ARCGIS中采用人機交互式解譯方法完成各類型綠地圖斑的繪制，并賦值屬性，最終完成海口市中心城區(qū)綠地景觀分類圖。

2.3 景觀格局指數(shù)選取

本研究選用在FRAGSTATS基礎(chǔ)上發(fā)展而來的Patch Analyst軟件進行景觀格局指數(shù)計算，該軟件可接受SHAPE和GRID數(shù)據(jù)[13]，其數(shù)據(jù)輸出為2個層次：Class Metrics，Landscape Metrics，代表斑塊類型尺度和景觀尺度，這些指數(shù)能比較全面地反映被研究對象的空間結(jié)構(gòu)，但許多指數(shù)之間具有高度的相關(guān)性，參考趙紅霞[14]、張亞男[15]等的研究，選取以下相關(guān)性較小且能反映景觀全局和各類型變化的指數(shù)進行景觀結(jié)構(gòu)分析。

斑塊類型水平指數(shù)--斑塊類型面積（CA）、斑塊數(shù)目（NP）、斑塊面積比例（PLAND）、斑塊密度（PD）、平均斑塊分維數(shù)（MPFD）、平均斑塊面積（MPS）、分離度指數(shù)（F）。

景觀水平指數(shù)--香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）、優(yōu)勢度（D）、景觀破碎度指數(shù)（C）、廊道密度指數(shù)（T）[13，16]。

在進行景觀格局指數(shù)分析時，過小的粒度產(chǎn)生的大量細節(jié)信息和龐大的數(shù)據(jù)量會增加分析的難度，且難以把握景觀的空間分布規(guī)律，而粒度過大則會模糊景觀的空間異質(zhì)性[17-19]。參照龔建周等[20]、岳文澤等[21]、孟陳等[22]的研究，結(jié)合本研究使用的數(shù)據(jù)源和研究區(qū)特點，在ARCGIS中將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為10 m粒度的柵格數(shù)據(jù)，進行景觀格局指數(shù)計算。其中分離度指數(shù)、廊道密度指數(shù)和景觀破碎度指數(shù)不能直接由Patch Analyst軟件得出，依據(jù)以下公式計算。

（1）分離度指數(shù)：表示某一景觀類型中斑塊個體分布的分離程度。分離度越大，表明景觀在地域分布上越分散，破碎化程度也越高；反之分布越集中[23]。

計算公式：Fi=×，F(xiàn)i為綠地景觀類型i的分離度，Ni表示第i類景觀類型斑塊的個數(shù)，Ai為第i類景觀類型的面積，A為研究區(qū)景觀總面積，S為研究區(qū)域總面積。

（2）廊道密度指數(shù)：單位面積內(nèi)的綠色廊道長度，表明綠地之間可能的連接性的好壞，同時也從一個側(cè)面反映了綠地格局的合理程度[1]。

計算公式：T=L/A，T為景觀廊道密度指數(shù)，L為總廊道長度，A為研究區(qū)域總面積。

（3）景觀破碎度指數(shù)：表征景觀被分割的破碎程度，反映景觀空間結(jié)構(gòu)的復雜性。它是由于自然或人為干擾所導致的景觀由單一、均質(zhì)和連續(xù)的整體趨向復雜、異質(zhì)和不連續(xù)的斑塊鑲嵌體的過程[24]。

計算公式：Ci=，Ci為景觀i的破碎度，∑Ni為景觀i的斑塊數(shù)，Ai為景觀i的總面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市綠地景觀構(gòu)成分析

研究范圍為?？谑兄行某菂^(qū)，面積11 960 hm2，綠地面積共計3 461.45 hm2，其中居住區(qū)綠地和單位附屬綠地面積1 432.36 hm2，占綠地總面積的41.38%，表明?？谑兄行某菂^(qū)整體綠化基礎(chǔ)較好；其次是自然植被和農(nóng)林植被，面積為1 141.3 hm2，占32.97%（表1）；說明在?？谑谐鞘谢l(fā)展過程中，形成很多以城市待用地形式存在的自然植被，雖然自然植被占地面積大，但是因為多為群落類型較為單一的草本和小灌木，其生態(tài)效益較低，而且景觀性差，在城市綠地規(guī)劃中場地的選擇時可優(yōu)先考慮這些區(qū)域。在?？谑薪己鸵恍┏侵写逯苓叴嬖诖罅哭r(nóng)業(yè)用地，在農(nóng)業(yè)區(qū)向城市化轉(zhuǎn)變過程中，如何合理保留和轉(zhuǎn)換這些農(nóng)林植被，有待于深入研究。公共綠地的面積比例為15.21%，僅略高于農(nóng)林植被，覆蓋率不高，表明海口市城區(qū)公共綠地較為缺乏。廊道綠地包括道路綠地和河流堤岸綠地，是城市綠地斑塊的聯(lián)結(jié)紐帶，但所占比重最低。這主要是因為除了濱海大道、南海大道、龍昆北路等城市主干道外，大多數(shù)城市道路綠地率低，綠化覆蓋率低，在遙感影像中反映的信息為混合像元，難以提取，盡管據(jù)統(tǒng)計資料，?？谑兄鞒菂^(qū)道路綠化普及率已達96.5%，但主要以單一行道樹為主，造成植物多樣性不足，生態(tài)效益低。

3.2 斑塊類型水平分析

斑塊密度PD反映景觀的破碎度，其值越大，綠地被分割破碎的程度越強，空間異質(zhì)性程度越大。由表2可知，海口城區(qū)居住區(qū)綠地類型斑塊密度值最大，景觀破碎度高，這是因為海口城區(qū)居住區(qū)綠地在整個綠地景觀中分布廣而分散，呈現(xiàn)鑲嵌分布，故異質(zhì)性高。農(nóng)林植被PD值最低，其分布主要集中于城區(qū)邊緣，且連片分布，故破碎化程度低。

在景觀生態(tài)學中，平均斑塊分維數(shù)的取值范圍為：1

?？诔菂^(qū)居住區(qū)綠地斑塊數(shù)目最多，但平均斑塊面積最小，僅為0.17，表明?？诔菂^(qū)居住區(qū)綠地破碎化程度高。居住區(qū)綠地是和人類生活最密切相關(guān)的綠地類型，與公共綠地相較利用率更高，但是?？诶铣菂^(qū)建筑密度高，綠地斑塊少且面積小，生態(tài)效益十分有限，而且無法滿足人們游憩需求。1992年前后?？谙破鸱康禺a(chǎn)熱，集中于現(xiàn)在的金貿(mào)片區(qū)新建了大量的居住區(qū)，但由于開發(fā)商大多為追求經(jīng)濟利益，居住區(qū)建筑密集，綠地率低。正是因為缺乏較集中的居住區(qū)小游園，無法滿足人們?nèi)粘５挠雾枨?，導致公園人滿為患，超負荷運行已成為?？诠珗@綠地建設中存在的主要問題[25]。農(nóng)林植被多成片分布，故斑塊數(shù)量少，且平均斑塊面積大，趨于團聚分布。自然植被主要是由城市待用地形成的，斑塊面積相對附屬綠地斑塊大，為公共綠地的規(guī)劃建設提供了機會。

分離度指數(shù)指示景觀中斑塊分布情況，分離度越大，代表該景觀類型在地域分布上越分散。分離度最大的綠地類型為農(nóng)林植被，其次為公共綠地、自然植被、單位附屬綠地、居住區(qū)綠地和廊道綠地。農(nóng)林植被由于斑塊少，在城郊和城中村中都有分布，故分布最離散。公共綠地分離度僅次于農(nóng)林植被，表明公共綠地數(shù)量少且分散，所以在未來的綠地建設中，除了考慮增加公共綠地面積和數(shù)量外，還要降低分離度，以提高斑塊間的連通性。居住區(qū)綠地和單位附屬綠地斑塊數(shù)量多且呈密集分布，故分離度小。廊道綠地是連續(xù)分布的斑塊組成的，且部分道路綠地相互連接形成網(wǎng)絡，故分離度最小。

3.3 景觀水平分析

研究區(qū)范圍內(nèi)，破碎度指數(shù)以居住區(qū)綠地值最高，為5.74，其他依次為廊道綠地、單位附屬綠地、自然植被和公共綠地，農(nóng)林植被最低。這是由于居住區(qū)綠地大多分布于宅前屋后，鑲嵌于建筑和道路之間，斑塊分散而破碎。尤其是在老城區(qū)，如龍華區(qū)的博愛路和大同路、瓊山區(qū)的府城，以及在城市化過程中形成的城中村，建筑密度高，綠地斑塊多為“見縫插綠”，面積小，破碎化程度更為突出。單位附屬綠地包括公用事業(yè)、商貿(mào)、文教衛(wèi)生等單位內(nèi)的綠地和城區(qū)北部工業(yè)區(qū)工廠內(nèi)的綠地。這類綠地一方面被建筑和道路切割，另一方面單位用于綠化的面積較小，且各單位分布零散，故破碎化程度也較高。公共綠地斑塊一般面積較大，破碎化程度小。廊道綠地包括道路綠地和河流綠地，雖然整體呈帶狀或線狀連續(xù)分布，但在影像中反映出來的是連續(xù)的斑塊，且單元斑塊面積小，故破碎度較高。農(nóng)林植被多為城區(qū)外緣的成片分布的農(nóng)田，斑塊面積大，分布集中，故破碎度最低。整體破碎度指數(shù)為2.50，接近單位附屬綠地破碎度值，說明?？诔菂^(qū)綠地景觀破碎化較嚴重（表3）。

多樣性指數(shù)與景觀類型的數(shù)量和各景觀類型之間的面積分配比例有關(guān)，?？谑兄行某菂^(qū)城市綠地香農(nóng)多樣性指數(shù)為1.75，表明綠地景觀類型較齊全，且各類型面積比重較均衡；優(yōu)勢度指數(shù)為0.04，表明無明顯優(yōu)勢綠地類型，各類型綠地景觀面積較為均勻；均勻度指數(shù)與優(yōu)勢度指數(shù)負相關(guān)，進一步驗證?？诔菂^(qū)綠地面積比例均勻。根據(jù)本研究綠地分類，說明?？诔菂^(qū)內(nèi)農(nóng)林植被和自然植被面積比例與其他綠地類型相當，在城市綠地規(guī)劃中可優(yōu)先考慮城市待用地自然植被區(qū)域。

3.4 綠地廊道密度分析

?？谑欣鹊谰G地主要由道路綠地和河流兩岸綠地組成。城區(qū)主干道由濱海大道--長堤路、海盛路--海秀西（東）路、南海大道、椰海大道、國興大道、紅城湖路、海府路、港澳大道、秀英大道、丘海大道、海墾路、南沙路、龍昆南（北）路、和平南（北）路、白龍南（北）路、新大洲大道及海甸島的海甸五西（東）路、海甸六西（東）路、人民大道、和平大道等主干道形成一個綠色的網(wǎng)絡。城區(qū)水系主要有海甸河、鴨嘴溪、龍昆溝、美舍河和五源河，景觀較完整的是美舍河，現(xiàn)已建成美舍河帶狀公園。其他河流兩岸主要為自然植被。

經(jīng)計算研究區(qū)內(nèi)的廊道綠地總長度為158.79 km，廊道密度指數(shù)為1.33 km/km2。其中道路廊道密度指數(shù)為1.12 km/km2，相對于類似城市綠地廊道密度偏低[26-27]。一方面，?？谑兄肪G化以“一條路、兩排樹”的綠化模式為主，且很多道路行道樹為冠幅小的棕櫚科植物，綠量低，導致某些道路綠地斑塊與相鄰地物組成混合像元，難以被解譯出來。故由影像提取的廊道綠地信息計算所得密度值偏低。另一方面，雖然?？谑谐鞘械缆芬研纬伞叭v三橫”的主干網(wǎng)絡系統(tǒng)，但次干道系統(tǒng)和支路系統(tǒng)并未建立起來，道路系統(tǒng)缺乏層次。幾大干線之間的連線少、密度小，導致城市干道網(wǎng)密度不足，干道間距過大。綠色道路廊道便無法形成完善的網(wǎng)絡體系，連接度低，致使綠地格局缺乏連續(xù)性。

海口市水系豐富，城區(qū)有南渡江水系、美舍河水系和五源河水系，但河流廊道密度指數(shù)為僅0.14 km/km2。這主要是因為城市化過程中，市區(qū)城市建設侵占水體，水系生態(tài)破壞嚴重，河流的使用功能大多從它們的自然功能轉(zhuǎn)變?yōu)樗辖煌ê团c工業(yè)有關(guān)的其他功能，導致河道變窄。另一方面，由于城市污水處理力度不夠，排污分流未能解決，市區(qū)水體污染嚴重，形成淤積和堵塞，使原本流暢的水系變得分散破碎，連通性差。市區(qū)已整治的河流中片面考慮防洪要求，高大生硬的防堤影響了濱水景觀，隔斷了水生生態(tài)系統(tǒng)與兩岸陸生生態(tài)系統(tǒng)，使河流失去了其應有的自然屬性，破壞了河流生物多樣性和自然生境。如龍昆溝和鴨嘴溪。

4 討論與結(jié)論

通過以上分析，認為?？诔菂^(qū)綠地景觀結(jié)構(gòu)和格局存在以下問題：

（1）景觀結(jié)構(gòu)不合理，斑塊破碎化程度較高。海口城區(qū)綠地景觀以居住區(qū)綠地等附屬綠地為優(yōu)勢類型，占綠地景觀總面積的41.38%，公共綠地僅占總綠地面積的15.21%，自然植被占20.15%，表明?？诔菂^(qū)公共綠地缺乏，而大量城市待用地閑置；居住區(qū)綠地等附屬綠地和廊道綠地的PD和C值最高，斑塊數(shù)量多而平均斑塊面積最小，破碎度嚴重。

（2）綠地網(wǎng)絡系統(tǒng)不完善。海口城區(qū)廊道密度指數(shù)為1.33 km/km2，綠色道路廊道連接度低；公共綠地分離度高，分布分散；綠地構(gòu)成以點為主，線性廊道連通性不足，缺乏面的綠地支撐，沒有形成完整的綠色網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，影響城市綜合生態(tài)效應。

綜上分析，提出以下優(yōu)化建議：

（1）增加公共綠地覆蓋率，實現(xiàn)公共綠地均衡布局。從?？诰G地分布圖中可發(fā)現(xiàn)，自然植被多分散分布于城市外圍區(qū)和舊城改造區(qū)，在城市外圍區(qū)可優(yōu)先考慮這些自然植被，規(guī)劃建設公共綠地，以避免建筑無序擴張，步老城區(qū)的后塵。目前?？诔菂^(qū)大型公共綠地主要集中于核心城區(qū)，7個市區(qū)級綜合公園有4個位于核心城區(qū)龍華區(qū)，另外3個分別屬于美蘭區(qū)、瓊山區(qū)和秀英區(qū)。合理使用和轉(zhuǎn)換城市外圍區(qū)的自然植被，可以緩解城市外圍區(qū)域極度缺乏綜合公園的狀態(tài)，促進公共綠地均衡分布。在城市空間高密度和高容積率的發(fā)展態(tài)勢下，城區(qū)核心區(qū)域可新開辟的大型綠地空間非常有限，在舊城改造中形成的自然植被可結(jié)合實際可能性辟為公共綠地，以提高老城區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

（2）降低綠地破碎度，提高綠地生態(tài)效益。?？谑懈黝愋途G地中，附屬綠地斑塊數(shù)量多、面積小且分布廣，破碎度高，發(fā)揮的生態(tài)效益較差。建議通過道路綠地、街旁綠地、帶狀綠地等綠色廊道將附屬綠地與道路綠地連接成片，以增強城市綠地的生態(tài)效益。

（3）加強各類型綠地間的聯(lián)系，促進綠地系統(tǒng)網(wǎng)絡化。從現(xiàn)狀情況來看，?？诔菂^(qū)公共綠地布局分散，綠地建設缺乏層次。綠地斑塊與廊道缺乏有機聯(lián)系，尚未形成完善的系統(tǒng)，沒有充分發(fā)揮綠地、水系等生態(tài)要素的功能和作用。綠地系統(tǒng)網(wǎng)絡包括綠色道路廊道與綠色河流廊道、附屬綠地斑塊與公共綠地斑塊、綠色道路廊道與附屬綠地斑塊等之間的聯(lián)結(jié)。建議以城區(qū)現(xiàn)有水系平面形態(tài)為基礎(chǔ)，進行河道整治疏浚，連接溝通分散的河溝湖庫，采用多樣化生態(tài)護岸形式與周邊道路綠地或公共綠地連通，形成以綠色廊道為紐帶，以公共綠地、附屬綠地等為點的綠色網(wǎng)絡，從而最大化地發(fā)揮綠地的生態(tài)效益。

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