基于RS和GIS的海口市绿地景观空间结构分析

付晖　付广　许先升

摘 要 在GIS技术支持下，运用景观生态学的原理和方法，选取斑块类型水平、景观水平的指数和廊道密度指数对海口市城区绿地的空间结构进行了研究和分析。结果表明研究区绿地景观结构不够合理，附属绿地面积和数量比重最高，缺乏公共绿地和廊道绿地；绿地景观类型较丰富，但空间布局不均衡，绿地斑块破碎度高，绿地廊道密度指数低，造成绿地系统结构失调，不能形成完整的绿色空间网络。针对海口城区绿地景观空间结构存在的问题，提出了优化建议。

关键词 城市绿地；空间结构；RS；GIS；海口市

中图分类号 Q149 文献标识码 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

城市绿地是城市系统中能够执行“吐故纳新”负反馈调节机制的一种特殊生态系统[1]，对于改善城市生态环境和维持城市生态平衡具有不可替代的作用。同时能够为城市居民提供良好的生活环境、游憩的场所，促进人与自然的和谐共生。

从景观生态学的角度，每一个绿地可被视为具有一定结构和功能的相对独立的斑块，不同大小、不同形状的绿地斑块的空间分布即可构成绿地景观格局，城市诸多因素长期作用形成现在的城市绿地景观格局，不同的景观格局发挥的作用差别很大[2]。

在快速城市化进程中，城市用地供应紧张，城市绿地面临被蚕食的危险，城市中可供绿化的空间越来越少，如何在有限的空间内合理规划布局城市的绿地系统，优化城市绿地的空间结构和布局，显得尤为重要。

随着遥感技术和ARCGIS的广泛应用，3S技术因其收集和处理数据速度快、空间分析能力强、可视化程度高等优点，成为学术界进行绿地研究的重要技术手段。一些学者运用GIS手段，对城市绿地的结构和布局等进行了实地的研究，取得了可人的成绩。但相关研究多见于特大型或大型城市如北京、深圳、上海、广州、南京、徐州、沈阳等[3-10]，针对中小城市的研究较少，而海口市该方面研究未见有报道。本文以海口市中心城区为研究对象，以景观生态学原理为指导，以ARCGIS、patch analyst等为技术手段，研究绿地在斑块类型水平和景观水平上的空间结构特征，以及廊道的景观组成和结构分析，总结出海口市城市绿地结构与景观格局的现状问题所在，并提出建议和对策，以期为海口市和其他中小城市的绿地规划和建设提供参考。

1 研究区概况

海口市是海南省省会，是海南通往大陆的主要交通门户。东接文昌市，西邻澄迈县，北与雷州半岛的徐闻县海安镇隔海相望。南渡江自南向北穿越市域，在新埠岛东侧出海，海口市陆域面积2 304.8 km2。属热带岛屿气候，历年未见霜雪，冬春多雾多旱，夏秋多雷暴雨，并有台风。年平均气温23.8 ℃，年均降水量为1 639 mm[11]。本文研究范围为海口市中心城区，东靠南渡江，南接椰海大道，西至港澳大道、创业路，北邻琼州海峡，区域总面积达119.6 km2。中心城区绿地建设有悠久的历史和完整的体系，在城市绿地系统中具有典型特征和代表性。

2 研究方法

2.1 数据来源

2010年海口市SPOT卫星影像（全色2.5 m与多光谱10 m融合）、海口市城市绿地系统规划（2011～2020）、海口市总体规划（2011～2020）、海口市地形图（2008年）、海口市统计年鉴及海口市近年来园林绿化统计资料。

2.2 绿地信息提取与分类

在ENVI4.8中对校正融合后的SPOT影像进行多次非监督分类处理[12]，得到初步的绿地信息；通过实地调查验证，修正被错分的绿地斑块，导出城区绿地矢量图。根据《城市绿地分类标准（CJJ/T 85-2002）》及海口市的实际情况，将城市绿地分为公共绿地、居住区绿地、单位附属绿地、农林植被、自然植被和廊道绿地（道路绿地和河流两岸绿地）。结合高分辨率Google地图和实地调查，在ARCGIS中采用人机交互式解译方法完成各类型绿地图斑的绘制，并赋值属性，最终完成海口市中心城区绿地景观分类图。

2.3 景观格局指数选取

本研究选用在FRAGSTATS基础上发展而来的Patch Analyst软件进行景观格局指数计算，该软件可接受SHAPE和GRID数据[13]，其数据输出为2个层次：Class Metrics，Landscape Metrics，代表斑块类型尺度和景观尺度，这些指数能比较全面地反映被研究对象的空间结构，但许多指数之间具有高度的相关性，参考赵红霞[14]、张亚男[15]等的研究，选取以下相关性较小且能反映景观全局和各类型变化的指数进行景观结构分析。

斑块类型水平指数--斑块类型面积（CA）、斑块数目（NP）、斑块面积比例（PLAND）、斑块密度（PD）、平均斑块分维数（MPFD）、平均斑块面积（MPS）、分离度指数（F）。

景观水平指数--香农多样性指数（SHDI）、香农均匀度指数（SHEI）、优势度（D）、景观破碎度指数（C）、廊道密度指数（T）[13，16]。

在进行景观格局指数分析时，过小的粒度产生的大量细节信息和庞大的数据量会增加分析的难度，且难以把握景观的空间分布规律，而粒度过大则会模糊景观的空间异质性[17-19]。参照龚建周等[20]、岳文泽等[21]、孟陈等[22]的研究，结合本研究使用的数据源和研究区特点，在ARCGIS中将矢量数据转换为10 m粒度的栅格数据，进行景观格局指数计算。其中分离度指数、廊道密度指数和景观破碎度指数不能直接由Patch Analyst软件得出，依据以下公式计算。

（1）分离度指数：表示某一景观类型中斑块个体分布的分离程度。分离度越大，表明景观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]。

计算公式：Fi=×，Fi为绿地景观类型i的分离度，Ni表示第i类景观类型斑块的个数，Ai为第i类景观类型的面积，A为研究区景观总面积，S为研究区域总面积。

（2）廊道密度指数：单位面积内的绿色廊道长度，表明绿地之间可能的连接性的好坏，同时也从一个侧面反映了绿地格局的合理程度[1]。

计算公式：T=L/A，T为景观廊道密度指数，L为总廊道长度，A为研究区域总面积。

（3）景观破碎度指数：表征景观被分割的破碎程度，反映景观空间结构的复杂性。它是由于自然或人为干扰所导致的景观由单一、均质和连续的整体趋向复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程[24]。

计算公式：Ci=，Ci为景观i的破碎度，∑Ni为景观i的斑块数，Ai为景观i的总面积。

3 结果与分析

3.1 城市绿地景观构成分析

研究范围为海口市中心城区，面积11 960 hm2，绿地面积共计3 461.45 hm2，其中居住区绿地和单位附属绿地面积1 432.36 hm2，占绿地总面积的41.38%，表明海口市中心城区整体绿化基础较好；其次是自然植被和农林植被，面积为1 141.3 hm2，占32.97%（表1）；说明在海口市城市化发展过程中，形成很多以城市待用地形式存在的自然植被，虽然自然植被占地面积大，但是因为多为群落类型较为单一的草本和小灌木，其生态效益较低，而且景观性差，在城市绿地规划中场地的选择时可优先考虑这些区域。在海口市郊和一些城中村周边存在大量农业用地，在农业区向城市化转变过程中，如何合理保留和转换这些农林植被，有待于深入研究。公共绿地的面积比例为15.21%，仅略高于农林植被，覆盖率不高，表明海口市城区公共绿地较为缺乏。廊道绿地包括道路绿地和河流堤岸绿地，是城市绿地斑块的联结纽带，但所占比重最低。这主要是因为除了滨海大道、南海大道、龙昆北路等城市主干道外，大多数城市道路绿地率低，绿化覆盖率低，在遥感影像中反映的信息为混合像元，难以提取，尽管据统计资料，海口市主城区道路绿化普及率已达96.5%，但主要以单一行道树为主，造成植物多样性不足，生态效益低。

3.2 斑块类型水平分析

斑块密度PD反映景观的破碎度，其值越大，绿地被分割破碎的程度越强，空间异质性程度越大。由表2可知，海口城区居住区绿地类型斑块密度值最大，景观破碎度高，这是因为海口城区居住区绿地在整个绿地景观中分布广而分散，呈现镶嵌分布，故异质性高。农林植被PD值最低，其分布主要集中于城区边缘，且连片分布，故破碎化程度低。

在景观生态学中，平均斑块分维数的取值范围为：1

海口城区居住区绿地斑块数目最多，但平均斑块面积最小，仅为0.17，表明海口城区居住区绿地破碎化程度高。居住区绿地是和人类生活最密切相关的绿地类型，与公共绿地相较利用率更高，但是海口老城区建筑密度高，绿地斑块少且面积小，生态效益十分有限，而且无法满足人们游憩需求。1992年前后海口掀起房地产热，集中于现在的金贸片区新建了大量的居住区，但由于开发商大多为追求经济利益，居住区建筑密集，绿地率低。正是因为缺乏较集中的居住区小游园，无法满足人们日常的游憩需求，导致公园人满为患，超负荷运行已成为海口公园绿地建设中存在的主要问题[25]。农林植被多成片分布，故斑块数量少，且平均斑块面积大，趋于团聚分布。自然植被主要是由城市待用地形成的，斑块面积相对附属绿地斑块大，为公共绿地的规划建设提供了机会。

分离度指数指示景观中斑块分布情况，分离度越大，代表该景观类型在地域分布上越分散。分离度最大的绿地类型为农林植被，其次为公共绿地、自然植被、单位附属绿地、居住区绿地和廊道绿地。农林植被由于斑块少，在城郊和城中村中都有分布，故分布最离散。公共绿地分离度仅次于农林植被，表明公共绿地数量少且分散，所以在未来的绿地建设中，除了考虑增加公共绿地面积和数量外，还要降低分离度，以提高斑块间的连通性。居住区绿地和单位附属绿地斑块数量多且呈密集分布，故分离度小。廊道绿地是连续分布的斑块组成的，且部分道路绿地相互连接形成网络，故分离度最小。

3.3 景观水平分析

研究区范围内，破碎度指数以居住区绿地值最高，为5.74，其他依次为廊道绿地、单位附属绿地、自然植被和公共绿地，农林植被最低。这是由于居住区绿地大多分布于宅前屋后，镶嵌于建筑和道路之间，斑块分散而破碎。尤其是在老城区，如龙华区的博爱路和大同路、琼山区的府城，以及在城市化过程中形成的城中村，建筑密度高，绿地斑块多为“见缝插绿”，面积小，破碎化程度更为突出。单位附属绿地包括公用事业、商贸、文教卫生等单位内的绿地和城区北部工业区工厂内的绿地。这类绿地一方面被建筑和道路切割，另一方面单位用于绿化的面积较小，且各单位分布零散，故破碎化程度也较高。公共绿地斑块一般面积较大，破碎化程度小。廊道绿地包括道路绿地和河流绿地，虽然整体呈带状或线状连续分布，但在影像中反映出来的是连续的斑块，且单元斑块面积小，故破碎度较高。农林植被多为城区外缘的成片分布的农田，斑块面积大，分布集中，故破碎度最低。整体破碎度指数为2.50，接近单位附属绿地破碎度值，说明海口城区绿地景观破碎化较严重（表3）。

多样性指数与景观类型的数量和各景观类型之间的面积分配比例有关，海口市中心城区城市绿地香农多样性指数为1.75，表明绿地景观类型较齐全，且各类型面积比重较均衡；优势度指数为0.04，表明无明显优势绿地类型，各类型绿地景观面积较为均匀；均匀度指数与优势度指数负相关，进一步验证海口城区绿地面积比例均匀。根据本研究绿地分类，说明海口城区内农林植被和自然植被面积比例与其他绿地类型相当，在城市绿地规划中可优先考虑城市待用地自然植被区域。

3.4 绿地廊道密度分析

海口市廊道绿地主要由道路绿地和河流两岸绿地组成。城区主干道由滨海大道--长堤路、海盛路--海秀西（东）路、南海大道、椰海大道、国兴大道、红城湖路、海府路、港澳大道、秀英大道、丘海大道、海垦路、南沙路、龙昆南（北）路、和平南（北）路、白龙南（北）路、新大洲大道及海甸岛的海甸五西（东）路、海甸六西（东）路、人民大道、和平大道等主干道形成一个绿色的网络。城区水系主要有海甸河、鸭嘴溪、龙昆沟、美舍河和五源河，景观较完整的是美舍河，现已建成美舍河带状公园。其他河流两岸主要为自然植被。

经计算研究区内的廊道绿地总长度为158.79 km，廊道密度指数为1.33 km/km2。其中道路廊道密度指数为1.12 km/km2，相对于类似城市绿地廊道密度偏低[26-27]。一方面，海口市支路绿化以“一条路、两排树”的绿化模式为主，且很多道路行道树为冠幅小的棕榈科植物，绿量低，导致某些道路绿地斑块与相邻地物组成混合像元，难以被解译出来。故由影像提取的廊道绿地信息计算所得密度值偏低。另一方面，虽然海口市城市道路已形成“三纵三横”的主干网络系统，但次干道系统和支路系统并未建立起来，道路系统缺乏层次。几大干线之间的连线少、密度小，导致城市干道网密度不足，干道间距过大。绿色道路廊道便无法形成完善的网络体系，连接度低，致使绿地格局缺乏连续性。

海口市水系丰富，城区有南渡江水系、美舍河水系和五源河水系，但河流廊道密度指数为仅0.14 km/km2。这主要是因为城市化过程中，市区城市建设侵占水体，水系生态破坏严重，河流的使用功能大多从它们的自然功能转变为水上交通和与工业有关的其他功能，导致河道变窄。另一方面，由于城市污水处理力度不够，排污分流未能解决，市区水体污染严重，形成淤积和堵塞，使原本流畅的水系变得分散破碎，连通性差。市区已整治的河流中片面考虑防洪要求，高大生硬的防堤影响了滨水景观，隔断了水生生态系统与两岸陆生生态系统，使河流失去了其应有的自然属性，破坏了河流生物多样性和自然生境。如龙昆沟和鸭嘴溪。

4 讨论与结论

通过以上分析，认为海口城区绿地景观结构和格局存在以下问题：

（1）景观结构不合理，斑块破碎化程度较高。海口城区绿地景观以居住区绿地等附属绿地为优势类型，占绿地景观总面积的41.38%，公共绿地仅占总绿地面积的15.21%，自然植被占20.15%，表明海口城区公共绿地缺乏，而大量城市待用地闲置；居住区绿地等附属绿地和廊道绿地的PD和C值最高，斑块数量多而平均斑块面积最小，破碎度严重。

（2）绿地网络系统不完善。海口城区廊道密度指数为1.33 km/km2，绿色道路廊道连接度低；公共绿地分离度高，分布分散；绿地构成以点为主，线性廊道连通性不足，缺乏面的绿地支撑，没有形成完整的绿色网络结构，影响城市综合生态效应。

综上分析，提出以下优化建议：

（1）增加公共绿地覆盖率，实现公共绿地均衡布局。从海口绿地分布图中可发现，自然植被多分散分布于城市外围区和旧城改造区，在城市外围区可优先考虑这些自然植被，规划建设公共绿地，以避免建筑无序扩张，步老城区的后尘。目前海口城区大型公共绿地主要集中于核心城区，7个市区级综合公园有4个位于核心城区龙华区，另外3个分别属于美兰区、琼山区和秀英区。合理使用和转换城市外围区的自然植被，可以缓解城市外围区域极度缺乏综合公园的状态，促进公共绿地均衡分布。在城市空间高密度和高容积率的发展态势下，城区核心区域可新开辟的大型绿地空间非常有限，在旧城改造中形成的自然植被可结合实际可能性辟为公共绿地，以提高老城区的生态环境质量。

（2）降低绿地破碎度，提高绿地生态效益。海口市各类型绿地中，附属绿地斑块数量多、面积小且分布广，破碎度高，发挥的生态效益较差。建议通过道路绿地、街旁绿地、带状绿地等绿色廊道将附属绿地与道路绿地连接成片，以增强城市绿地的生态效益。

（3）加强各类型绿地间的联系，促进绿地系统网络化。从现状情况来看，海口城区公共绿地布局分散，绿地建设缺乏层次。绿地斑块与廊道缺乏有机联系，尚未形成完善的系统，没有充分发挥绿地、水系等生态要素的功能和作用。绿地系统网络包括绿色道路廊道与绿色河流廊道、附属绿地斑块与公共绿地斑块、绿色道路廊道与附属绿地斑块等之间的联结。建议以城区现有水系平面形态为基础，进行河道整治疏浚，连接沟通分散的河沟湖库，采用多样化生态护岸形式与周边道路绿地或公共绿地连通，形成以绿色廊道为纽带，以公共绿地、附属绿地等为点的绿色网络，从而最大化地发挥绿地的生态效益。

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