济南市建成区绿地景观构成与空间格局分析

鲁敏，秦碧莲，刘佳，刘国恒

（山东建筑大学艺术学院，山东济南250101）

0 引言

生态城市是21世纪人类理想的聚居模式和实现城市可持续发展的重要途径［1］，城市生态绿地系统不仅是生态城市建设的核心内容，而且是城市生态系统中唯一具有自净功能及自动调节能力的子系统，在改善环境质量、调节生态平衡、美化城市环境等方面具有重要的作用［2－4］。城市绿地景观空间格局研究与分析是科学合理的进行城市生态绿地系统规划和城市生态建设的基础和前提，是优化城市空间结构和充分发挥城市绿地生态功能的重要手段和途径［5］。

景观空间格局是指景观构成成分的空间结构，即景观组分的组合方式和特征［6］，受到自然因素和人为因素的双重影响［7］。目前景观空间格局的分析方法主要有：转移矩阵分析法、景观指数分析法、空间统计分析法以及基于元胞自动机的景观模拟法［8］等。随着遥感和GIS技术的应用日益兴起，使对城市生态绿地系统的定量研究成为现实，通过高分辨率遥感卫星影像提取城市绿地信息，对城市生态绿地景观空间格局进行定量分析已成为景观生态学研究的热点和前沿［9］。

研究运用景观生态学原理，借助遥感和GIS技术，选取了景观多样性、景观破碎度、景观廊道密度、景观分维数等指标，对济南市建成区绿地景观构成及空间格局进行研究，旨在分析济南市建成区景观斑块构成及空间结构特征，以期为改善城市居住环境、完善城市生态绿地系统建设、优化城市生态绿地布局提供建议。

1 研究区域概况

济南市位于山东省黄河下游，南邻泰山，北依黄河，是山东省省会、副省级城市和山东省的政治、经济、文化、金融中心，是享誉全国的“泉都”。济南市建成区包括槐荫区、历下区、市中区和历城区部分区域、天桥区部分区域等五区，以上五区是近几年济南城市绿地系统研究的重点区域。

近几年，随着城市化进程的加快，济南市生态环境质量面临巨大威胁，尤其以南部山区乱占耕地、滥砍滥伐现象比较明显，对济南市城市生态系统造成恶劣影响，严重制约城市的可持续发展。济南市生态绿地系统在人为因素的干扰下已显现出显著的脆弱性，对济南市生态绿地景观空间格局进行研究具有重要的现实及指导意义。

2 研究方法

2.1 数据来源

研究数据来源于济南市2007年SPORT影像（2.5 m的分辨率），采用ERDAS软件对其进行几何校正，在ARCGIS软件的支持下，通过人工交互式目视解译法提取济南市城市绿地信息。此外，研究还结合野外踏查等实地调研方法进行提取信息的精度检验。

2.2 绿地景观分类

论文参考建设部颁发的绿地分类标准［10］，结合城市绿地景观分类方法［11］，根据绿地斑块功能、空间形态特征及地理位置，将济南市建成区绿地斑块类型划分为4大类：防护绿地、公共绿地、滨水绿地和风景名胜区绿地。

2.3 绿地景观空间格局分析指标

景观空间格局变化的定量分析可以从景观指数的变化上反映出来。景观指数高度浓缩了景观空间格局和景观动态信息，能够很好地了解景观空间格局的组成成分、空间配置和动态变化过程［12］。对济南市建成区绿地景观空间格局进行研究的主要目的是了解景观斑块的基本结构特征以及人类干扰程度，因此研究选取了最能体现上述性状的景观多样性、景观破碎度、景观廊道密度、景观分维数等指数对济南市建成区绿地景观空间格局进行分析。

2.3.1 景观多样性

景观多样性是指景观在结构、功能和时间变化方面的多样性，由景观类型的丰富度和均匀度组成，它揭示了景观的复杂程度［13］。城市绿地景观多样性分析是了解城市绿地景观现状的基础资料，也是对城市绿地景观实施有效规划管理的基本依据之一。

（1）多样性指数

景观多样性指数按式（1）（Shannon-Weaver）计算为式中：H为景观多样性指数；Pi为第i种绿地景观类型占总面积的比；n为绿地景观类型总数。一般来说，多样性指数越大，表示景观多样性越高。

（2）优势度指数

优势度是度量景观空间格局中一种或少数几种景观组分支配或控制景观的程度，亦即斑块在景观中的重要程度［14］，其计算式（2）、（3）为

式中：D为优势度指标；Pi为第i种景观组分占总景观面积的比例；n为景观类型总数；Hmax为各景观组分所占面积比例相等时，景观最大的多样性指数。

（3）均匀度指数

均匀度指数表征景观中不同景观组分分配的均匀度，它与优势度呈负相关，优势度与均匀度是对同一个问题从不同侧面的度量，用均匀度可印证优势度的计算结果［15］。均匀度的计算式（4）、（5）为

式中：E为均匀度指数；H为修正了的Simpson指数。

2.3.2 景观破碎度

景观的破碎度是指景观被分割的破碎程度。景观破碎度越高，表示了人为干扰越大［16］。景观破碎化程度的高低，还表示了城市绿地景观功能的大小，景观破碎化程度越高，其景观单元的功能就越单一。研究中利用多个指标分析济南市建成区绿地景观破碎化程度。

（1）斑块密度指数

斑块密度指的是斑块数量与面积的比值，其计算式（6）为式中：Ci为景观i的破碎度；ni为景观的斑块数；Ai为景观i的总面积，hm2。比值越大，破碎化程度越高。

（2）景观斑块数破碎化指数

斑块数破碎化指数的计算式（7）、（8）为

式中：FN1和FN2分别为斑块数破碎化指数；Nc为景观数据阵的方格网中格子总数，在计算中，采用研究区内最小的斑块面积去除总面积作为Nc值；Np为景

观里各类斑块的总数；MPs为景观中各类斑块的平均面积，hm2；Nf为景观中某一景观类型斑块总数。景观破碎化指数直接反映了人类干预程度的大小，在城市绿地景观中，它不仅从一个侧面反映了人类干预的程度，而且反映了城市居民的生活水平、居住的环境质量和城市的生态质量。

（3）景观内部生境面积破碎化指数

内部生境面积破碎化指数的计算式（9）为

式中：FI为景观类型内部生境面积破碎化指数；Ai为景观类型最大斑块面积，hm2；A为景观总面积，hm2。

2.3.3 景观廊道密度指数

绿地景观廊道密度用以度量景观被分割和连接的程度，是描述景观破碎度与连接度的一个重要指数［17］。景观廊道密度指数的计算式（10）为

式中：Ti为景观i的廊道密度指数；Li为景观i的总廊道长度，m；Ai为景观 i总面积，hm2。在此研究中，Li为各城区绿地廊道长度，m，Ai为各城区面积，hm2。

2.3.4 景观分维数指数

景观分维数表示具有不规则对象的复杂性，用来测定斑块形状的复杂性［18］。分维数的计算式（11）为

式中：D为分维数；P为斑块周长，m；A为斑块面积，hm2。D的理论值为1.0～2.0，1.0代表形状最简单的正边形周长，2.0代表同等面积下边界最为复杂的斑块周长。

3 结果与分析

3.1 济南市建成区绿地景观构成分析

根据遥感图像解译出的城市绿地专题图，叠加济南市建成区的地形图，进行济南市建成区各类型绿地面积、周长和数量的统计（见表1）。

济南市建成区各类型绿地面积总计为251.19 hm2，其中以市中区绿地面积最大，占到研究区总绿地面积的51.06%，历城区和历下区次之，天桥区最小。

深入分析表1可知，济南市建成区绿地空间分布极度不均衡，主要是由自然条件、城市行政区划分及历史遗留等综合因素构成，其中自然因素为主要原因。

表1 济南市建成区绿地斑块统计

3.2 济南市建成区绿地景观空间格局分析

3.2.1 景观多样性分析

（1）多样性指数分析

根据式（1）计算得到济南市建成区绿地景观多样性指数（见表2）。

根据计算结果，各片区景观多样性指数排序：槐荫区＞天桥区＞历城区＞历下区＞市中区。

槐荫区和天桥区的绿地景观多样性和济南市建成区的绿地最大景观多样性指数最接近，说明槐荫区、天桥区两区绿地景观类型较齐全，各种类型绿地面积分布差别较小，绿地景观分布较均匀，绿地景观破碎程度较高。历城区四种绿地景观类型都有，且各类型绿地面积相对比较均匀，但是由于风景名胜区绿地面积相对较少，只有0.23 hm2，故多样性指数中等。历下区和市中区绿地景观类型都齐全，但这两区各绿地景观类型的绿地面积差别较大，如市中区风景名胜区绿地达到104.73 hm2，而公共绿地只有10.68 hm2，所以这两区绿地景观类型面积分布极不均匀，绿地景观的破碎化程度较低，多样性指数明显低于槐荫区与天桥区。

（2）优势度指数分析

根据式（2）、（3）计算得到济南市建成区绿地景观优势度指数（见表2）。

从计算结果而知，市中区优势度指数远远高于其它区，这是由于风景名胜区绿地占了绝对优势，成为支配性的绿地景观类型，绿地景观类型面积分布很不平衡。而槐荫区各绿地景观类型面积相对较均匀，无明显优势绿地类型。历城区、天桥区和历下区介于两者之间。

（3）均匀度指数分析

均匀度和优势度成反比例关系，各绿地景观类型面积分布越均匀，均匀度指数越高。根据式（4）、（5）得到计算结果，均匀度指数排序是（见表2）：槐荫区＞天桥区＞历城区＞历下区＞市中区，即从另一角度说明了槐荫区绿地景观分布最均匀，市中区最不均匀。

对上述结果进一步分析还可发现，对城市绿地景观均匀度影响较大的是地形和人类活动（土地利用），而地形对绿地景观的影响实际上也是通过影响人类活动的方式而发生作用的。但总体上，地形（山丘、河流）类型和结构使绿地景观类型分布的优势度增加，而人类活动强烈的地区绿地景观较为破碎，分布较为均匀。

表2 济南市建成区绿地景观多样性分析

3.2.2 景观破碎度分析

（1）斑块密度指数分析

根据式（6）得到济南市建成区绿地斑块密度指数（见表3），研究区内绿地景观斑块密度总体上以防护绿地景观最高，其它依次是公共绿地、滨水绿地，风景名胜区绿地最低。最高和最低者相差将近40倍，由于人类强烈干扰的原因，造成了防护绿地斑块密度指数较高，破碎度较大，其生态质量和功能远远低于风景名胜区绿地。

各分区中，以槐荫区最高，其西部为农田保护区，绿地景观分割导致景观密度较高，天桥区次之，市中区最低。防护绿地和公共绿地破碎度最高的是历下区，由于老城区的缘故，市区建筑密度大，绿地面积少而分散，绿地斑块“见缝插针”，使得破碎化程度更为突出。由于风景名胜区绿地斑块相对于其他绿地斑块面积大，因此各区风景名胜区绿地的破碎度普遍较低。

表3 济南市建成区绿地斑块密度指数／（个·hm－2）

（2）斑块数破碎化指数分析

根据式（7）、（8）计算得到济南市建成区斑块数破碎化指数（见表4），在绿地景观类型中，以防护绿地破碎化指数最高，这是由于原有的绿地景观得不到合理化、生态化的调整和规划，土地开发利用太注重眼前的经济效益，绿地空间和自然生态格局被彻底打破，绿地景观变得越来越少，越来越破碎。风景名胜区绿地破碎化指数最低，其原因是由于风景名胜区绿地虽然面积大，但成片分布，故斑块数量相对较少。

在各个城区中，以槐荫区最高，天桥区最低。槐荫区建筑与农田密度高，分割城市绿地，使城市景观遭到破坏，所以该区绿地景观破碎度最高；而历下区虽然北部也是老城区，但南部绿地景观较为集中，所以其破碎度较低。

表4 济南市建成区绿地景观斑块数破碎化指数

（3）内部生境面积破碎化指数分析

根据式（9）计算得到研究区内部生境面积破碎化指数（见表5），计算结果表明，济南市建成区城市绿地景观中，以风景名胜区绿地景观内部生境面积破碎化程度相对较低，其中以历下区最为突出，有较大面积的几乎完整的生境，市中区风景名胜区绿地景观的指数也相对较低。但其他各区即使是风景名胜区绿地，其景观内部生境的破碎化程度也较高。其他绿地景观类型除历城区和天桥区的滨水绿地稍好之外，几乎接近完全破碎的程度（指数值为1代表完全破碎）。

在各区的比较中，以历下区景观内部生境面积破碎化指数最低，因为历下区集中了济南市的各大风景旅游区，风景名胜区绿地的保护力度大，管理到位，而且其南部为山区，受人类活动干扰程度较低。

表5 济南市建成区绿地景观内部生境破碎化指数

3.2.3 济南市建成区绿地景观廊道密度分析

建成区内的绿地景观廊道主要由道路和河流廊道构成，根据式（10）计算得到研究区绿地景观廊道密度指数（见表6）。各城区中，由于天桥区的水系较为发达，连通性较好，所以此区的景观廊道密度指数最高；市中区最低，只有0.23，是由于此区南部的大片风景名胜区绿地阻碍了绿地廊道的延伸，而且在老城区部分，道路规划不够完善；历城区的水系也较发达，区内自然河网纵横交错，连接性也较好，但是由于历城区有部分新规划的区域，在城郊结合的部分有大量的农田植被，道路绿地还未被充分的规划。因此，造成了此区的景观廊道密度指数也不够高。

表6 济南市建成区绿地景观廊道密度指数

3.2.4 济南市建成区绿地景观分维分析

根据式（11）得到研究区绿地景观分维数（见表7），计算结果显示，建成区绿地景观整体分维数都较低，全都在1.5以下，说明绿地景观受人为干扰较大，斑块形状总体上较为规则简单。在各绿地景观类型中，以风景名胜区绿地的分维数最小，这是因为济南市的风景名胜区绿地多分布于山丘上，呈团聚状，与其他绿地景观间的界限较为明显，所以分维数最低。防护绿地是由道路绿地连接了附属绿地、街旁绿地和公共绿地等形成的，所以形状最不规则，因此分维数最高，公共绿地和滨水绿地居中。

表7 济南市建成区绿地景观分维数

3 结论

通过对济南市建成区的绿地现状进行绿地景观空间格局分析，可以得出以下结论：

（1）济南市建成区绿地景观多样性分析结果显示：槐荫区的多样性指数最高，该区域绿地景观类型较多，且各类型的绿地景观面积分布均匀、零散；市中区的多样性指数最低，该区域各类型绿地景观面积差别较大且分布极不均匀。

（2）济南市建成区绿地景观破碎度分析结果显示：槐荫区破碎度指数最高，绿地面积少而分散；历下区破碎度指数最低，城市绿地保护力度大，管理到位。

（3）济南市建成区绿地景观廊道密度分析结果显示：天桥区的廊道密度指数最高，水系较为发达，道路连通性好；市中区廊道密度指数最低，道路规划不够完善，且该区域南部的大片风景名胜区绿地阻碍了绿地廊道的延伸。

（4）济南市建成区绿地景观分维分析结果显示：建成区绿地景观整体分维数都较低，绿地景观受人为干扰较大，斑块形状总体上较为规则简单。

4 建议

为优化济南市建成区绿地景观空间格局，提高城市绿地生态功能，文章提出如下建议：

（1）济南市建成区用地稀缺，今后城市绿地规划和建设中的主要任务是对现有的绿地加强管理，从内涵上提高现有的绿地质量，同时尽量合并小型绿地斑块，力求发挥最佳生态功能。

（2）注意利用道路绿化，包括乡村公路、田间小路的绿化，加强各类斑块的连通性，以降低斑块密度。在绿化面积无法大量增加的客观条件下，以降低绿地景观斑块密度来增加城市绿地的景观生态功能。

（3）按照城市绿地景观廊道设计标准，结合现有道路、河流及地形条件，规划建设符合济南发展的城市廊道，增强景观斑块的连通性。

（4）济南市建成区绿地景观分维数偏低的现象反映了在城市绿地系统的建设中，人工规划绿地的现象太多，人为雕凿痕迹太重，普遍追求视觉效果和表面装饰的情况还大量的存在，对于绿地系统建设的生态化、网络化、系统化和多样化还不够重视，这是今后城市绿地系统建设中应改进之处。

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