基于GIS的贵州大学校园景观格局研究*

王建婷，周长威，卢明秀，胡成先，王 贵

(贵州大学 生命科学学院，贵州 贵阳 550025)

近几十年来，随着社会经济的发展，国家越来越强调文化软实力的提升[1]。教育乃国之根本，也受到前所未有的重视，随之而来的便是全国各大高校扩大了招生规模。校园景观不同于其他类型景观，它除了给广大师生提供宜人的外部环境外，还重视挖掘校园文化、创造交流空间以及塑造广大师生的个性，因为一个优美的校园环境对学生的精神世界会产生潜移默化的影响[2]。

景观生态学将整个景观作为研究对象，将景观定义为相似的形式在整体上重复出现，由一系列相互作用的生态系统组成的异质性区域[3]。而景观格局是自然因素和人类活动的双重作用下景观空间异质性的具体体现，主要通过景观单元的数目、类型、空间分布来进行刻画[4]。

本文突破了在传统景观格局分析上选取对象的限制，以贵州大学3个校区的校园全覆盖区为研究对象，采用景观类型划分方法，综合考虑各类景观用地，对校园景观格局进行深度分析，为今后校园景观格局的改造提供更加合理的意见和建议[4]。

从生态学的角度来看，“大学”是一个生态系统，景观生态学的原理可为校园的生态建设提供一定的指导作用[2]。

本文通过做贵州大学3个校区的校园景观空间格局和校园绿地空间布局的分析及比较研究，主要是为了探究当前校园景观格局的布局是否合理，各景观类型的功能有没有得到有效的发挥[2]。

考虑到贵州大学校园景观特点和景观演化过程中的人为干扰因素，本文从研究对象的特性以及根据实际的需要出发，采用了在土地利用方式的基础上叠加人类活动方式，并参考国内外学者们对高校校园景观格局和校园绿地空间布局的生态学分类方法，对贵州大学3个主校区进行景观分类(表1)。

表1 贵州大学高校校园景观分类系统Tab.1 Campus landscape classification system ofGuizhou University

1 研究方法

1.1 研究区概况

贵州大学北校区和南校区为老校区，西校区为新校区。北校区座落在花溪大道西侧，紧邻花溪国家城市湿地公园，西校区位于北校区西侧，在甲秀南路与北校区一路之隔。南校区位于学士路，在北校区南侧约2公里处。

1.2 景观信息提取与分类

依据贵州大学南校区、北校区和西校区的设计平面图及实地调查，利用ArcMap10.2软件将各个校区校园划分为不同的斑块，并提取了各斑块的面积和周长、形状指数等作为基本的参数信息[8]。通过对校园内土地利用状况的分析，本文的校园景观被划分为建筑与铺装、绿地、道路、水体以及其他5种斑块类型，其中将绿地斑块进一步划分为教学科研区、生活区、体育活动区、休闲娱乐区和道路5种类型[7](图1-图3)。

图1 贵州大学南校区斑块类型图Fig.1 Patch type map of the south campus of Guizhou University

图2 贵州大学北校区斑块类型图Fig.2 Patch type map of the north campus of Guizhou University

1.3 景观格局分析及指数选取

经资料收集和实地调查，将已在ArcMap中编辑的各个景观图在该软件中进行矢量化处理，并建立相应的属性数据表[8]。随后利用转换工具，将已矢量化的图形转换为tif格式，而后导入Fragstats 4.2.1软件对各景观指数进行计算，并运用指数相应的生态学意义加以阐释[9]。鉴于分析贵州大学南校区、贵州大学北校区和贵州大学西校区景观格局所反映的侧重点不同，结合分析软件Fragstats 4.2.1的计算规则，将所选取的景观格局指数分别在斑块、斑块类型和景观3个层次上进行选取[8]。

图3 贵州大学西校区斑块类型图Fig.3 Patch type map of the west campus of Guizhou University

1.3.1 斑块级别

斑块级别指数是景观中各个斑块的基本参数，用来表述斑块的基本性质以及特征化和内容定量化的指数，是计算另外两个级别景观指数的基础[8](表2)。

1.3.2 斑块类型级别

斑块类型级别的景观指数是对景观类型上所有的斑块信息的综合与汇总[8](表3)。

1.3.3 景观级别(Landscape-level)

景观级别指数用于研究景观的总体格局，是整个景观中所有斑块信息的综合与汇总[8](表4)。

1.4 绿地空间布局分析及指数选取

鉴于贵州大学北校区、南校区和西校区的校园绿地功能的不同，将贵州大学校园绿地划分为教学科研区、生活区、体育活动区、休闲娱乐区以及道路5种绿地类型。根据景观生态学原理，绿地空间布局通常选用景观多样性来诠释，本文选取的景观指数如下：

表2 斑块级别的景观指数Tab.2 Landscape index at patch level

表3 斑块类型级别的景观指数Tab.3 Landscape index at patch type level

表4 景观级别的景观指数Tab.4 Landscape index at landscape level

续表4

序号公 式生态学含义单位和取值范围7FRAC_AM=∑mI=1∑nj=12ln0.25Pijlnaij()aijA()éëêêùûúúFRAC_AM表示景观水平上的平均斑块分维数单位:/取值范围:1≤FRAC_AM≤28ENN_MN=∑nj=1hijN’ENN_MN表示景观水平上的平均最近距离单位:m取值范围:ENN_MN>09AI=∑mi=1gijmaxgij()piéëêêùûúú(100)AI表示景观水平上的聚集度指数单位:m取值范围:0≤AI≤10010CONTAG=1+∑mi=1∑mk=1(Pi)gik∑mk=1gik()éëêêêùûúúúln(Pi)gik∑mk=1gik()éëêêêùûúúú2ln(m)ìîíïïïïïüþýïïïïï (100)CONTAG表示景观水平上的蔓延度单位:% 取值范围:0≤CONTAG≤10011PR=mPR表示整体景观的斑块总数单位:/ 取值范围:PR≥112SHDI=-∑mi=1(PilnPi)SHDI表示在景观水平上的香浓多样性指数单位:/ 取值范围:SHDI≥013SHEI=-∑mi=1(PilnPi)lnmSHEI表示景观水平上的香浓均匀度指数单位:/取值范围:0≤SHEI≤1

1)斑块类型优势度指数

D=Hmax+∑Pilog2(Pi)

(1)

公式中，Hmax=log2i，Hmax为各景观类型所占比例相等时，景观拥有最大的多样性指数[18]。

2)斑块类型破碎化指数

(2)

式中，Ni表示景观斑块类型的个数，A表示所有景观类型的面积[10]。

2 结果与分析

2.1 校园景观空间格局的定量分析

本文基于研究目的及各景观指数生态学意义，选取斑块类型指数和景观指数对贵州大学3个校区的校园景观空间格局进行分析。其中，在斑块类型水平和景观水平上分别选取9种和13种景观指数，具体的指数在前文已阐述。

2.1.1 贵州大学南校区景观空间格局定量分析

从斑块类型水平上分析(表5)，贵州大学南校区的优势斑块类型是建筑与铺装斑块，面积为73.9 hm2，占景观总面积的33.8414%。其聚集度为相当高，达到97.8%，表明贵大南校区的建筑与铺装景观分布很集中；其次是道路斑块与教学科研区绿地斑块，面积分别为39.5 hm2和38.6 hm2，占景观总面积的18.0882%和17.6601%。在表5中，道路斑块的平均面积、形状指数均大于其他斑块类型，表明道路斑块的形状最为复杂，斑块形状最为破碎。此外，道路斑块的平均分维数高达1.559，这个数据反映该斑块类型的边缘效应十分强烈，受到的大多干扰来自于人类活动；生活区绿地是贵大南区景观的第四大斑块类型，它的面积为29.2 hm2，所占百分比达到了13.3679%，这个数据在高校景观绿地斑块占比是相当高的，这是由于南区所划分区域涉及到校园周边部分民房及其耕地，房屋周围的绿化地均划入生活区绿地，这表明了这所老校区与城市其他景观融为一体，和谐而生；另外，该校区平均最近距离极高的水体斑块，高达464.3321，这个数据显示了该校区的水体斑块间分布十分离散，说明该斑块类型间几乎无相互作用。

从景观级别上分析(表6)，贵大南校区景观总面积达到了218.413 hm2，而最大斑块数所占比例仅为17.5558%，整体而言，贵大南区各斑块类型分布还是比较均匀的，没有某一种斑块或少数几种斑块独占鳌头的情况；校区景观的平均斑块分维数较低，仅1.2143，说明在整个校区校园景观内的斑块形状不是很复杂，容易受到人类活动的干扰；另外，贵大南区的均匀度指数也不低，为0.8064，表明景观中的各斑块类型在贵州大学南校区中均匀分布，没有明显的优势斑块类型，这与前面所述的最大斑块所占比例小相互验证。其次，贵大南区的聚集度也相当高，为96.399%，表明校区的各类型斑块分布集中，连接性好，校园景观布局较为规整。

表5 贵州大学南校区校园斑块类型指数Tab.5 Patch type index of the south campus of Guizhou University

注：JP代表建筑与铺装；D代表道路；S代表水体；JL代表教学科研区绿地；SL代表生活区绿地；TL代表体育活动区绿地；XL代表休闲娱乐区绿地；DL代表道路绿地； Q代表其他。

表6 贵州大学南校区校园景观指数Tab.6 Landscape index of the south campus of Guizhou University

2.1.2 贵州大学北校区景观空间格局定量分析

从斑块类型水平上分析(表7)，贵州大学北校区优势斑块类型亦是建筑与铺装斑块，面积69.1 hm2，占比为37.675%，从侧面反映了高校最重要的作用即为教书育人，各教学设施设备齐全，促进学生全面发展；传统的教学区域对传授知识起到最主要、最直接的作用，但理论还需要实践来验证，对人的身心发展起到潜移默化作用的当属校园文化。该校区的教学科研区绿地是第二大斑块类型，面积高达43.7 hm2，占总面积的23.8166%，值得一提的是，尽管教学科研区绿地斑块占景观的权重如此之大，但它的平均邻近度却很小，仅为9.0685，说明校区的绿化较好，相互间距离不大，很容易发生干扰，这是因为贵大北校区拥有较完整的山体植被；此外，评判一个校园建设是否合理还有一个重要指标是其道路廊道连通性是否足够好，即道路斑块，其形状指数和分维数皆是所有斑块类型中最高的，说明贵大北区的道路斑块形状复杂，分布广，贯穿整个校园及校园与外面的其他景观，连通性较好；而与南校区相同的是，北校区的水体斑块的平均最近距离也是最大的，高达227.9664，表明这两个校区的水体斑块分布都不集中，相互间不连通，几乎也没有对彼此间产生干扰的作用。原因为南北校区是老校区，建校时间长，许多建筑和植被都有保护的历史意义，所以他们没有条件可以进行大规模蓄水；在贵州大学北校区的景观类型斑块中，仅有一处为其他斑块，即图书馆附近荒废的运动场，这是因为北校区修建历史悠久，已经历了多次的兴建、改造等过程，校园的用地趋近于饱和，因此基本上不存在或存在极少的发展备用地或者荒地等类型用地，这是老校区的一个共同特点。

从景观级别上看(表8)，贵大北校区景观总面积为183.4572 hm2，其香浓均匀度较高，为0.7737，聚集度也高达94，449%，表示校园区内的各个斑块类型集中分布且均匀。

表7 贵州大学北校区校园斑块类型指数Tab.7 Patch type index of the north campus of Guizhou University

注：JP代表建筑与铺装；D代表道路；S代表水体；JL代表教学科研区绿地；SL代表生活区绿地；TL代表体育活动区绿地；XL代表休闲娱乐区绿地；DL代表道路绿地； Q代表其他。

表8 贵州大学北校区校园景观指数Tab.8 Landscape index of the north campus of Guizhou University

2.1.3 贵州大学西校区景观空间格局定量分析

从斑块类型水平上分析(表9)，与两所老校区不同的是，贵州大学西校区的优势斑块类型是教学科研区绿地斑块，其面积为36.5 hm2，占比为36.4562%，且其密度及数目上皆远远超过其他类型斑块，这表明在如今的新校区建设中比以往任何时候都更加注重提高校园植被占比及有意识地提升它在校园文化方面的作用和地位；其次是建筑与铺装斑块，面积为27.2 hm2，占比为27.1841%，聚集度指数较大，表明了新校区的建筑与铺装分布较集中；同样，和两所老校区相似，西校区的道路斑块的面积加权平均形状指数也很大，为24.923，表明了道路斑块的边缘效应最强烈。但该斑块类型在景观斑块类型中的聚集度却是极低的，因为道路是贯穿整个校区的廊道，分布相对而言更离散些；值得一提的是，西校区的水体斑块占比达到了1.9114%，这在三所校区中占比是最大的，这表明了在新校区的修建中，比之前更加注重平衡各景观类型占比，使校园各景观类型间作用发挥到最大化。

从景观水平上看(表10)，贵大西校区的邻近度极低，仅为16.166，表示校区景观内相同斑块集中排布，相互间距离很小。西校区蔓延度指数比较低，为53.9364，而均匀度却高，为0.7571，说明该校区破碎化程度较高，但分布相对均匀。

表9 贵州大学西校区校园斑块类型指数Tab.9 Patch type index of the west campus of Guizhou University

注：JP代表建筑与铺装；D代表道路；S代表水体；JL代表教学科研区绿地；SL代表生活区绿地；TL代表体育活动区绿地；XL代表休闲娱乐区绿地；DL代表道路绿地； Q代表其他。

表10 贵州大学西校区校园景观指数Tab.10 Landscape index of the west campus of Guizhou University

2.2 校园绿地空间布局的定量分析

通过调查可知，贵州大学南校区、北校区和西校区的绿地系统按功能划分，分为5种绿地类型，即教学科研区、生活区、体育活动区、休闲娱乐区和道路。用ArcGIS提取绿地信息，并结合Fragstats软件计算绿地的景观多样性，主要包括斑块类型的破碎度及优势度，由于在Fragstats软件中不能直接计算各个斑块类型的优势度以及破碎度，故通过计算斑块平均面积和斑块密度来间接反映相对应破碎度及优势度，进而了解校园绿地空间布局特点，并做出相应的生态学评价。

2.2.1 贵州大学南校区绿地空间布局的定量分析

贵州大学南校区绿地景观总共524个斑块，总面积89.0419 hm2，但斑块平均面积仅0.9399 hm2，因而贵大南校区绿地景观较破碎(表11)。

表11 贵州大学南校区绿地斑块的基本参数与结构指标Tab.11 Basic parameters and structural indicators of greenpatches in the south campus of Guizhou University

贵大南区道路绿地斑块数目共有193个，平均面积11.7742 hm2，优势度是所有绿地斑块中最高的，为36.83%，但破碎度最低，仅0.061，沿道路狭长分布，组成了校园廊道的绿色网络。南校区的道路绿地斑块大多数是以乔木为主的行道树，有少数是灌木丛或草地，对校园道路车辆驶过产生的灰尘、汽车尾气及噪音都具有很好的吸收和削减作用。

南区教学科研绿地斑块共有149个，但面积却远超过道路绿地，为38.5722 hm2，说明相对于道路绿地斑块而言，它分布相对集中，这跟南区校园景观的教学楼组团的格局有关。其优势度指数比较高，为28.44%，它对于调节校园温度、净化校园空气等方面起到了主要作用。

生活区绿地斑块面积为29.1972 hm2，共有105个斑块，但其破碎化指数高达0.278，说明该斑块在贵大南校区极其破碎。经实地调查，发现该斑块的分布不是很合理，虽然它集中在学生公寓或教职工公寓周围或居民房周围，但有些地方就没有多少绿地，比如食堂上面的学生公寓区域就没有多少植被，因此建议有必要协调该斑块的分布应在学生集中的地段，改善校园广大师生的生活环境。

在校园中，为广大师生提供短暂休闲的当属休闲娱乐区绿地斑块，其破碎化极小，分布集中，虽然其面积较小(4.8127 hm2)且斑块数目不多(59个)，但它拥有较多的植物种类且观赏价值高，是高校里重要的校园绿地类型。

受运动场场地方位的影响，体育活动区绿地斑块的斑块数目最低，仅有18个，且集中分布在运动场的周围，但它为学生运动后短暂歇息提供了舒适的场地，也是校园绿地网络中重要的一类绿地。

2.2.2 贵州大学北校区绿地空间布局的定量分析

贵州大学北校区绿地景观共计斑块359个，总面积为86.5788 hm2，然而所有斑块的平均面积才1.7804 hm2，表示该校区绿地较破碎(表12)。

表12 贵州大学北校区绿地斑块的基本参数与结构指标Tab.12 Basic parameters and structural indicators of greenpatches in the north campus of Guizhou University

续表12

项目斑块数目面积/hm2平均面积/hm2斑块数目比率/%斑块面积比率/%优势度指数/%破碎化指数休闲娱乐区绿地226.59250.29976.137.616.130.3道路绿地12310.09470.082134.2611.6634.260.082合计35986.57881.7804

分布在师生公寓及食堂等地周围的生活区绿地，斑块数目为80个，平均面积为0.2577 hm2，优势度比较高，有22.28%。其破碎度较低，原因是贵大北校区的学生公寓相对比较集中，其附属的生活区绿地斑块分布也比较集中，主要分布在该校区的东北侧。该类型斑块的数目比率为22.284%，面积占比为20.6147%。与贵大南区相似，贵大北区建校时间长，受到时间因素及现状格局的影响，该斑块大部分集中于学生活动的主要地段。

教学科研区绿地有127个斑块，面积占比达50.473%，斑块平均面积0.3441 hm2，优势度最高，为35.38%。由上述分析可知，对于贵大北校区来说，在生态学上该斑块发挥了主要的功能。破碎度较低，仅为0.344，表明该类型斑块在贵大北校区中分布较为集中。

道路绿地为123个斑块，面积为10.0947 hm2，其优势度指数比较高，为34.26%，从侧面反映了贵大北区绿化的核心是道路绿化。此外，其破碎度指数最低，说明该校区绿色廊道网络贯穿于整个校园，几乎不间断，校园连通性极好。

休闲娱乐区绿地和体育活动区绿地的总面积是12.1703 hm2。其中后者的优势度指数最小，仅为1.95%，表明它的生态功能在贵大北区的绿地系统中是最低的，但令人意外的是，其破碎度却最高，为0.797，该区域的绿化种植只能见缝插绿，十分破碎。而前者作为高校师生短暂歇息之处，数目少且面积不大，但拥有较多的植被种类、较高的观赏价值。

2.2.3 贵州大学西校区绿地空间布局的定量分析

贵州大学西校区绿地景观共计279个斑块，总面积为55.5756 hm2，但其平均面积才0.8708 hm2，绿地破碎度指数均比较高(表13)。

教学科研区绿地的斑块数目为109，平均面积为0.3350 hm2，优势度最大，达39.07%；破碎化指数亦是最高的，为0.335。这是因为贵大校区的教学科研区绿地斑块大多数是成片树林存在，但树林和树林之间也大多数不相连，所以比较破碎化，但这对提高校园的环境质量却十分有利。

表13 贵州大学西校区绿地斑块的基本参数与结构指标Tab.13 Basic parameters and structural indicators of greenpatches in the west campus of Guizhou University

生活区、体育活动区和休闲娱乐区3种绿地类型的总面积为9.1729 hm2，其中第一类绿地类型分布在师生生活区，达39个斑块，平均面积为0.0827 hm2，破碎度最低。景观在生态学上的功能很小，但分布在生活地段，在丰富绿地系统、提升观赏效果上仍不可或缺；其次，第二类绿地类型的面积、数目等均是最小，但它的破碎度指数却较高，有0.176，分布分散，说明它的生态功能最低；至于第三类绿地类型是广大师生的课余休闲娱乐之所，拥有较多的植物种类且观赏效果好，是校园绿地重要的部分。

道路绿化带数目为97个，面积为9.8906 hm2，优势度指数为34.77%，仅次于教学科研区绿地斑块。由此可知，它形成了西校区道路廊道的绿色带，是校园绿化的重点。

3 结论

通过前文对贵州大学3个校区的绿地空间布局定量分析，进行差异对比得出如下结论。

就贵大南区而言，道路绿地的优势度指数是最高的，它对校园内道路产生的灰尘与汽车尾气、车辆驶过产生的噪音等都具有很好的吸收和削减作用；教学科研区绿地斑块数目低于优势度绿地斑块，然而它的面积大很多，表明教学科研区绿地斑块的分布相对比较集中，且它的优势度较高，它对于调节校园气候、净化校园空气等方面均发挥了主体功能；该校区生活区绿地斑块的面积较大，其破碎化指数是最高的，说明该斑块在贵大南校区比较破碎化。经实地调查，发现该斑块的分布不是很合理，因此建议有必要协调该斑块的分布应在学生集中的地段，提高校园植被丰富度，改善广大师生的生活环境；休闲娱乐区绿地斑块作为高校师生短暂歇息之处，休闲娱乐区绿地斑块在南校区中集中分布，尽管面积小且数目少，但拥有较多的植物种类且观赏价值高，所以是广大生活在校园的师生户外活动第一选择地，是高校校园重要的一种绿地类型；受运动场场地方位的影响，体育活动区绿地斑块的斑块数目最低，但它为学生运动后的短暂歇息提供了舒适的场地。

贵州大学北校区，教学科研绿地的斑块数、优势度和所占的面积皆是所有中最大的一类，说明该类型斑块在该校区的生态功能上起了主导作用。但它的破碎度很低，表明它在贵大北校区中相对集中排布；第二大优势斑块是道路绿地，由此可见道路绿化为校园绿化重点；集中在学生生活地段的绿地是生活区绿地，它的优势度比较高，但不破碎，分布集中；优势度在贵大北区中最低的是体育活动区绿地，表示它所起的生态作用在校园的绿化中排在倒数，但其破碎化指数最高，原因是它没有办法连片种植；作为校园里师生短暂歇脚之处，休闲绿地的数目较少、面积不大，然而该区域拥有较多的植被种类、观赏价值高，毫无疑问作为贵大北校区里一种不可忽视的绿化部分。

教学科研绿地的优势度和破碎化在贵州大学西校区所有绿地中皆最高，原因：从校园二维视野上一眼望去，校园由东、西两大部分所组成，它们各自的诸多教学科研设施设备，导致其附属的绿地斑块类型很破碎；道路绿化带优势度指数很大，因为贯穿于校园角落，道路在哪，它基本就紧跟着出现在哪；生活区绿地斑块的优势度也比较高，但破碎化指数却是最低的，说明该校区的学生公寓及食堂分布较集中，且绿化不错；休闲娱乐区绿地斑块数目较大，优势度和破碎化均较高，分布较分散，但它拥有供高校师生课余休闲娱乐之地，拥有较多的植物种类，观赏价值很高，点缀了学校里的绿化系统网络色彩；在所有斑块中，面积最小、数目最少的是师生运动区绿地，其破碎化指数却较高，分布较分散，这从侧面反映了它在校园的绿化作用排在倒数。