基于景觀指數(shù)分析的?？谑薪ǔ蓞^(qū)綠地景觀格局的動(dòng)態(tài)變化

王一茹，朱國鵬，劉鐵冬

（1.海南大學(xué)園藝學(xué)院，海南 海口 570228；2.海南大學(xué)林學(xué)院，海南 ?？?570228）

城市綠地是城市環(huán)境中的重要組成部分，也是景觀動(dòng)態(tài)變化最快的類型之一［1-3］，隨著城市的擴(kuò)張、人口數(shù)量的增加以及居民需求的不斷提升，且由于缺少直接的經(jīng)濟(jì)投入和產(chǎn)出，生態(tài)環(huán)境和土地利用問題日益凸顯［4］.綠地景觀格局研究主要是對構(gòu)成綠地類型單元的數(shù)量、空間分布、組合及其內(nèi)在相互作用關(guān)系進(jìn)行分析［5-8］.我國對綠地景觀格局研究主要以運(yùn)用生態(tài)學(xué)的方法和理論為主，使研究從定性研究轉(zhuǎn)向定量研究［9］.自2002年以來景觀格局研究已廣泛運(yùn)用于我國不同尺度的城市綠地中，如上海［10］、南京［11］、太原［12］等.

景觀指數(shù)是以量化的方式高度濃縮了景觀格局信息，在研究某個(gè)地區(qū)的生態(tài)時(shí)空演變狀況、景觀構(gòu)成、生態(tài)監(jiān)測等方面取得廣泛應(yīng)用［13］.如周志祥等［14］初步將宜昌市研究區(qū)的景觀格局類型分為斑優(yōu)格局景觀、斑均格局景觀、廊道格局景觀和對照格局景觀，結(jié)合城市園林綠地景觀格局的空間分異特點(diǎn)，選用綠化覆蓋率、斑塊平均面積、斑塊優(yōu)勢度指數(shù)、破碎化指數(shù)、廊道密度指數(shù)等對四種綠地空間格局進(jìn)行分析與評價(jià)；雒峰等［15］研究依據(jù)景觀指數(shù)所代表的生態(tài)學(xué)意義和研究區(qū)的實(shí)際地理情況，分別從斑塊類型尺度和景觀尺度上選取具有代表性的景觀格局指數(shù)對太原市城市綠地景觀格局進(jìn)行分析，具體指數(shù)包括斑塊個(gè)數(shù)（NP）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、斑塊密度（PD）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）.王卷樂等［16］根據(jù)鄱陽湖地區(qū)的景觀特征，選取斑塊數(shù)量（NUMP）、斑塊平均大?。∕PS）、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差（PSSD）、邊緣密度（ED）、形狀指數(shù)（MSI）、斑塊分維數(shù)（MFPD）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）.綜上所述，景觀指數(shù)是反映景觀構(gòu)成和景觀空間分布特征的定量指標(biāo)，已廣泛運(yùn)用于景觀格局動(dòng)態(tài)變化的研究當(dāng)中.

綠地景觀格局以海口市建成區(qū)為對象的研究較少，主要集中于海岸帶景觀格局研究、城市景觀格局及梯度變化研究和森林景觀格局研究三個(gè)方面.如陳心怡等［17］人依據(jù)?？谑泻０稁?988年、2000年、2009年和2017年土地利用矢量數(shù)據(jù)，運(yùn)用格網(wǎng)GIS法、Kriging內(nèi)插法構(gòu)建景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型，對?？谑泻０稁нM(jìn)行景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)；雷金睿等［18］人以?？谑袨檠芯繕訁^(qū)，采用景觀格局和緩沖區(qū)梯度帶分析相結(jié)合的方法，研究?？谑芯坝^格局空間分布和梯度變化特征；唐亦武等［19］人以2015年海口市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，量化林分碳密度與景觀格局指數(shù)，并以此構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型，來反映林分碳密度與森林景觀格局的關(guān)系.本文以?？谑薪ǔ蓞^(qū)作為對象，基于QuickBird衛(wèi)星影像，運(yùn)用《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》（CJJT85—2017）和目視解譯法對研究區(qū)綠地進(jìn)行分類，分析景觀指數(shù)對海口市建成區(qū)2008—2020年景觀格局演變狀況具有重要的意義.

1 研究區(qū)概況

?？谑形挥诒本?9°32′—20°05′，東經(jīng)110°10′—110°41′，地處海南島北部，北瀕瓊州海峽，地形略呈長心型，地勢平緩，最長的河流南渡江穿過?？谑兄胁咳牒?，北臨瓊州海峽，東與文昌市相鄰，南與文昌市、定安縣接壤，西鄰澄邁縣.2020年?？谑薪ǔ蓞^(qū)土地面積為183.3 km2，其總體范圍為：南至?？诶@城高速和海文高速，分別向東西側(cè)的盈江海灣大橋和海文大橋方向延伸連接北邊海岸線，形成閉環(huán)式的界線，建成區(qū)內(nèi)包括秀英、龍華、瓊山和美蘭4個(gè)區(qū)，其中秀英區(qū)面積為52.7 km2，龍華區(qū)面積為38.93 km2，瓊山區(qū)面積為25.33 km2，美蘭區(qū)面積為66.6 km2.

2 研究方法

2.1 影像數(shù)據(jù)來源影像數(shù)據(jù)來源于研究區(qū)2008年、2013年、2017年和2020年QuickBird遙感影像，影像在FQuickBird中購買，空間分辨率為0.5×0.5 m.

2.2 綠地信息提取依照《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》（CJJT85—2017）和海口市建成區(qū)的實(shí)際情況，將研究區(qū)的綠地劃分為綜合公園、社區(qū)公園、歷史名園、遺址公園、游樂公園、其他專類公園、游園、廣場用地、居住用地附屬綠地、公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地附屬綠地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地附屬綠地、工業(yè)用地附屬綠地、物流倉儲(chǔ)用地附屬綠地、道路與交通設(shè)施用地附屬綠地以及公共設(shè)施用地附屬綠地15種類型.運(yùn)用ArcGIS軟件對影像圖中的綠地進(jìn)行分類，分類方法采用監(jiān)督分類法和人工目視解譯法.最后，將分類完畢的綠地類型矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TIFF柵格數(shù)據(jù)后與影像圖和建成區(qū)邊界線合并，得出四個(gè)時(shí)期的綠地分布狀況圖.

2.3 景觀指數(shù)選取景觀指數(shù)能夠反映景觀的結(jié)構(gòu)組成和空間配置情況，高度濃縮景觀格局信息［20］.本文運(yùn)用Fragstats4.2計(jì)算軟件對景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算前未考慮環(huán)境變量，因此將綠地類型矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為TIFF柵格數(shù)據(jù).景觀指數(shù)選取綠地斑塊個(gè)數(shù)（NP）、分維數(shù)（FRAC-MN）和斑塊平均面積（AREAMN）、景觀多樣性指數(shù)（SHEI）和香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）.

綠地斑塊個(gè)數(shù)（NP）其值的大小與景觀的破碎度成正相關(guān)，斑塊平均面積（AREA-MN）為某斑塊類型總面積和該斑塊類型的斑塊總數(shù)之間的比值，斑塊個(gè)數(shù)越多，斑塊平均面積越小，破碎化程度越高.

3 結(jié)果與分析

3.1 綠地斑塊動(dòng)態(tài)變化綠地信息提取結(jié)果如圖1所示.12年間研究區(qū)綠地斑塊數(shù)量明顯增加，其中美蘭區(qū)、瓊山區(qū)和秀英區(qū)長濱路西部方向綠地斑塊數(shù)量增加最多.

圖1 2008—2020年海口市建成區(qū)綠地分布狀況

12年間?？谑薪ǔ蓞^(qū)綠地斑塊動(dòng)態(tài)發(fā)生了較大的變化（表1）.斑塊數(shù)量從1 052個(gè)增加到1 482個(gè)，綠地斑塊平均面積從1.86 hm2減少到1.73 hm2，說明?？谑薪ǔ蓞^(qū)綠地景觀格局趨向破碎化和單一化.南京市［21］綠地斑塊破碎化程度與研究區(qū)的綠地斑塊破碎化程度呈相反結(jié)果，即1988-2020年南京市綠地斑塊個(gè)數(shù)從3 159個(gè)減少到2 944個(gè)，斑塊平均面積從23.85 hm2增加到27.48 hm2，總體破碎化程度減??；廣州市［22］破碎化程度與研究區(qū)綠地斑塊的破碎化程度呈相同結(jié)果，即1993—2013年廣州市綠地斑塊數(shù)量增加，斑塊平均面積從18.81 hm2較少到3.09 hm2，綠地斑塊破碎化嚴(yán)重.

表1 2008-2020年?？谑薪ǔ蓞^(qū)綠地斑塊結(jié)構(gòu)變化指數(shù)

2008—2017年綠地斑塊個(gè)數(shù)從1 052個(gè)增加到1 645個(gè)，到2020年減少到1 421個(gè)，斑塊數(shù)量減少原因在于，2017—2020年居住用地附屬綠地和道路與交通設(shè)施用地附屬綠地斑塊數(shù)量大量減少，且多處綠維護(hù)管理較差導(dǎo)致原有綠地斑塊轉(zhuǎn)變?yōu)槁懵兜兀玳L濱五路、長信路、美俗路、向榮路等路段.12年間其他專類公園斑塊個(gè)數(shù)從44個(gè)增加到110個(gè)，游園斑塊個(gè)數(shù)從35個(gè)增加到126個(gè)，廣場用地斑塊個(gè)數(shù)從3個(gè)增加到32個(gè)，公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地附屬綠地斑塊個(gè)數(shù)從169個(gè)增加到246個(gè)，其中其他專類公園斑塊平均面積從8.49 hm2減少到6.69 hm2，游園斑塊平均面積從1.71 hm2減少到0.84 hm2，廣場用地斑塊平均面積從0.67 hm2減少到0.41 hm2，公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地附屬綠地斑塊平均面積從2.27 hm2減少到1.46 hm2，因此其他專類公園、廣場用地和公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地附屬綠地破碎化程度最嚴(yán)重.

近年來，?？谑袨榧涌焱七M(jìn)城市更新“五行”先行，大力建設(shè)見縫插針式小游園，游園多以小斑塊分散分布，此外優(yōu)勢公園綠地斑塊因人為干擾嚴(yán)重，造成面積不斷縮小，因此公園綠地破碎化嚴(yán)重.從《?？谑谐强傮w規(guī)劃（2011—2020年）》不難看出海口市建成區(qū)不斷擴(kuò)張，建設(shè)用地明顯增加，因此政策規(guī)劃導(dǎo)向是?？谑薪ǔ蓞^(qū)綠地斑塊動(dòng)態(tài)變化的主要原因.

3.2 綠地景觀異質(zhì)性

3.2.1 景觀多樣性12年間總建成區(qū)的SHDI值在1～2的范圍內(nèi)下降，SHEI值在0～1的范圍內(nèi)下降.從各市轄區(qū)來看，秀英區(qū)、龍華區(qū)、瓊山區(qū)和美蘭區(qū)的SHDI值和SHEI值變化結(jié)果與總建成區(qū)的變化結(jié)果一致（表2），表明研究區(qū)建設(shè)用地大肆擴(kuò)張，導(dǎo)致建設(shè)用地對綠地的控制作用增強(qiáng)，景觀多樣性降低，綠地景觀趨向單一化，不利于建成區(qū)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展.

表2 ?？谑懈魇休爡^(qū)綠地景觀多樣性指數(shù)表

安順市［23］景觀多樣性與研究區(qū)景觀多樣性呈相反結(jié)果，即2012—2016年SHEI值從0.76增至0.77，SHDI值從1.35增至1.37，整體景觀多樣性呈較小增長趨勢，景觀趨于復(fù)雜和豐富；成都市［24］景觀多樣性與研究區(qū)景觀多樣性呈相同結(jié)果，即2000—2018年成都市中心城區(qū)SHDI值從1.46降至1.29，SHEI值從0.81降至0.72.

3.2.2 平均斑塊分維數(shù)由表3可知，各類綠地的平均斑塊分維數(shù)基本處于1.01～1.2之間，與1值接近，說明各類綠地斑塊的相似性較強(qiáng)，斑塊形狀簡單且有規(guī)律.2008年總建成區(qū)平均斑塊分維數(shù)為1.05，到2013—2020年期間減少到1.03后指數(shù)維持不變，說明建成區(qū)內(nèi)綠地斑塊形狀變化從復(fù)雜轉(zhuǎn)為簡單，主要原因是人為干擾性較強(qiáng)，建成區(qū)綠地建設(shè)缺少對物種多樣性保護(hù)相關(guān)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，綠地斑塊之間難以起到能量、物質(zhì)和生物方面交換的作用.從各綠地類型來看，2013年歷史名園的分維數(shù)達(dá)到1.20最高值后，2020年下降到1.01最低值，說明歷史名園斑塊形狀從復(fù)雜轉(zhuǎn)為簡單.

表3 ?？谑薪ǔ蓞^(qū)綠地景觀分維數(shù)指數(shù)表

天津市［25］綠地斑塊平均分維數(shù)與研究區(qū)的綠地斑塊平均分維數(shù)呈相同結(jié)果，即分維數(shù)在1.05～1.20之間，綠地景觀斑塊的分維數(shù)較低，綠地景觀斑塊形狀相對較為簡單.

4 結(jié)論與建議

?？谑薪ǔ蓞^(qū)綠地格局總體表現(xiàn)為破碎化程度較高，斑塊之間連續(xù)性較差；斑塊形狀趨向簡單化，景觀多樣性降低，造成物質(zhì)、能量和物種在景觀單元中的流動(dòng)性變差.

結(jié)合研究區(qū)綠地格局出現(xiàn)斑塊破碎化、景觀多樣性下降和景觀鑲嵌結(jié)構(gòu)簡單的問題，提出以下優(yōu)化策略：首先，針對綠地破碎化的問題，應(yīng)提升建設(shè)用地覆蓋生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測和管理，確保景觀格局有序發(fā)展，同時(shí)利用最小成本路徑模型構(gòu)建利于物種遷移和能量流通的潛在生態(tài)廊道，根據(jù)生態(tài)廊道的分布位置預(yù)留出合理寬度的綠化緩沖帶，提高斑塊之間的連接度.其次，針對景觀多樣性減低的問題，建議參照最小成本路徑與水紋和土地利用類型進(jìn)行空間疊加模擬分析的方法擬建踏腳石，根據(jù)踏腳石的分布位置，建設(shè)與周邊環(huán)境相適應(yīng)的生態(tài)節(jié)點(diǎn)，形成“踏腳石”+“生態(tài)廊道”高度連接體系，生態(tài)踏腳石屬于景觀生態(tài)學(xué)的范疇，其具有占地面積小、兼做開放斑塊等優(yōu)勢，為完善研究區(qū)整體生態(tài)網(wǎng)絡(luò)以及生態(tài)穩(wěn)定提供基礎(chǔ)；此外應(yīng)注重保護(hù)研究區(qū)內(nèi)主要的生態(tài)廊道，特別是濕地公園，如美舍河鳳翔濕地公園、五源河濕地公園、鴨尾溪等生態(tài)濕地公園，嚴(yán)格禁止建設(shè)用地侵占，采取設(shè)置緩沖帶等強(qiáng)制措施，提高生物多樣性和穩(wěn)定性.最后，針對景觀斑塊形狀簡單化的問題，應(yīng)將公園綠地作為重要生態(tài)源地，對其斑塊邊界進(jìn)行合理的植物配置，充分發(fā)揮公園綠地斑塊和其他綠地斑塊之間的邊緣效應(yīng)，提升斑塊形狀的復(fù)雜程度.

?？谑薪ǔ蓞^(qū)綠地景觀格局未來發(fā)展方向應(yīng)以“海—城—江—林”格局為原則，確定與城市用地布局相適應(yīng)的多級園林綠地結(jié)構(gòu)，營造自然與人工的立體綠化網(wǎng)絡(luò)，滿足城市對綠地的各種功能需求，最終將海口市建設(shè)為富有熱帶濱海特色的花園生態(tài)城市.