基于景观指数分析的海口市建成区绿地景观格局的动态变化

王一茹，朱国鹏，刘铁冬

（1.海南大学园艺学院，海南 海口 570228；2.海南大学林学院，海南 海口 570228）

城市绿地是城市环境中的重要组成部分，也是景观动态变化最快的类型之一［1-3］，随着城市的扩张、人口数量的增加以及居民需求的不断提升，且由于缺少直接的经济投入和产出，生态环境和土地利用问题日益凸显［4］.绿地景观格局研究主要是对构成绿地类型单元的数量、空间分布、组合及其内在相互作用关系进行分析［5-8］.我国对绿地景观格局研究主要以运用生态学的方法和理论为主，使研究从定性研究转向定量研究［9］.自2002年以来景观格局研究已广泛运用于我国不同尺度的城市绿地中，如上海［10］、南京［11］、太原［12］等.

景观指数是以量化的方式高度浓缩了景观格局信息，在研究某个地区的生态时空演变状况、景观构成、生态监测等方面取得广泛应用［13］.如周志祥等［14］初步将宜昌市研究区的景观格局类型分为斑优格局景观、斑均格局景观、廊道格局景观和对照格局景观，结合城市园林绿地景观格局的空间分异特点，选用绿化覆盖率、斑块平均面积、斑块优势度指数、破碎化指数、廊道密度指数等对四种绿地空间格局进行分析与评价；雒峰等［15］研究依据景观指数所代表的生态学意义和研究区的实际地理情况，分别从斑块类型尺度和景观尺度上选取具有代表性的景观格局指数对太原市城市绿地景观格局进行分析，具体指数包括斑块个数（NP）、景观形状指数（LSI）、斑块密度（PD）、香农均匀度指数（SHEI）、香农多样性指数（SHDI）.王卷乐等［16］根据鄱阳湖地区的景观特征，选取斑块数量（NUMP）、斑块平均大小（MPS）、斑块面积标准差（PSSD）、边缘密度（ED）、形状指数（MSI）、斑块分维数（MFPD）、香农多样性指数（SHDI）、香农均匀度指数（SHEI）.综上所述，景观指数是反映景观构成和景观空间分布特征的定量指标，已广泛运用于景观格局动态变化的研究当中.

绿地景观格局以海口市建成区为对象的研究较少，主要集中于海岸带景观格局研究、城市景观格局及梯度变化研究和森林景观格局研究三个方面.如陈心怡等［17］人依据海口市海岸带1988年、2000年、2009年和2017年土地利用矢量数据，运用格网GIS法、Kriging内插法构建景观生态风险指数模型，对海口市海岸带进行景观生态风险综合评价；雷金睿等［18］人以海口市为研究样区，采用景观格局和缓冲区梯度带分析相结合的方法，研究海口市景观格局空间分布和梯度变化特征；唐亦武等［19］人以2015年海口市森林资源二类调查数据为基础，量化林分碳密度与景观格局指数，并以此构建耦合协调度模型，来反映林分碳密度与森林景观格局的关系.本文以海口市建成区作为对象，基于QuickBird卫星影像，运用《城市绿地分类标准》（CJJT85—2017）和目视解译法对研究区绿地进行分类，分析景观指数对海口市建成区2008—2020年景观格局演变状况具有重要的意义.

1 研究区概况

海口市位于北纬19°32′—20°05′，东经110°10′—110°41′，地处海南岛北部，北濒琼州海峡，地形略呈长心型，地势平缓，最长的河流南渡江穿过海口市中部入海，北临琼州海峡，东与文昌市相邻，南与文昌市、定安县接壤，西邻澄迈县.2020年海口市建成区土地面积为183.3 km2，其总体范围为：南至海口绕城高速和海文高速，分别向东西侧的盈江海湾大桥和海文大桥方向延伸连接北边海岸线，形成闭环式的界线，建成区内包括秀英、龙华、琼山和美兰4个区，其中秀英区面积为52.7 km2，龙华区面积为38.93 km2，琼山区面积为25.33 km2，美兰区面积为66.6 km2.

2 研究方法

2.1 影像数据来源影像数据来源于研究区2008年、2013年、2017年和2020年QuickBird遥感影像，影像在FQuickBird中购买，空间分辨率为0.5×0.5 m.

2.2 绿地信息提取依照《城市绿地分类标准》（CJJT85—2017）和海口市建成区的实际情况，将研究区的绿地划分为综合公园、社区公园、历史名园、遗址公园、游乐公园、其他专类公园、游园、广场用地、居住用地附属绿地、公共管理与公共服务设施用地附属绿地、商业服务业设施用地附属绿地、工业用地附属绿地、物流仓储用地附属绿地、道路与交通设施用地附属绿地以及公共设施用地附属绿地15种类型.运用ArcGIS软件对影像图中的绿地进行分类，分类方法采用监督分类法和人工目视解译法.最后，将分类完毕的绿地类型矢量数据转换成TIFF栅格数据后与影像图和建成区边界线合并，得出四个时期的绿地分布状况图.

2.3 景观指数选取景观指数能够反映景观的结构组成和空间配置情况，高度浓缩景观格局信息［20］.本文运用Fragstats4.2计算软件对景观指数进行计算，在计算前未考虑环境变量，因此将绿地类型矢量数据转化为TIFF栅格数据.景观指数选取绿地斑块个数（NP）、分维数（FRAC-MN）和斑块平均面积（AREAMN）、景观多样性指数（SHEI）和香农多样性指数（SHDI）.

绿地斑块个数（NP）其值的大小与景观的破碎度成正相关，斑块平均面积（AREA-MN）为某斑块类型总面积和该斑块类型的斑块总数之间的比值，斑块个数越多，斑块平均面积越小，破碎化程度越高.

3 结果与分析

3.1 绿地斑块动态变化绿地信息提取结果如图1所示.12年间研究区绿地斑块数量明显增加，其中美兰区、琼山区和秀英区长滨路西部方向绿地斑块数量增加最多.

图1 2008—2020年海口市建成区绿地分布状况

12年间海口市建成区绿地斑块动态发生了较大的变化（表1）.斑块数量从1 052个增加到1 482个，绿地斑块平均面积从1.86 hm2减少到1.73 hm2，说明海口市建成区绿地景观格局趋向破碎化和单一化.南京市［21］绿地斑块破碎化程度与研究区的绿地斑块破碎化程度呈相反结果，即1988-2020年南京市绿地斑块个数从3 159个减少到2 944个，斑块平均面积从23.85 hm2增加到27.48 hm2，总体破碎化程度减小；广州市［22］破碎化程度与研究区绿地斑块的破碎化程度呈相同结果，即1993—2013年广州市绿地斑块数量增加，斑块平均面积从18.81 hm2较少到3.09 hm2，绿地斑块破碎化严重.

表1 2008-2020年海口市建成区绿地斑块结构变化指数

2008—2017年绿地斑块个数从1 052个增加到1 645个，到2020年减少到1 421个，斑块数量减少原因在于，2017—2020年居住用地附属绿地和道路与交通设施用地附属绿地斑块数量大量减少，且多处绿维护管理较差导致原有绿地斑块转变为裸露地，如长滨五路、长信路、美俗路、向荣路等路段.12年间其他专类公园斑块个数从44个增加到110个，游园斑块个数从35个增加到126个，广场用地斑块个数从3个增加到32个，公共管理与公共服务设施用地附属绿地斑块个数从169个增加到246个，其中其他专类公园斑块平均面积从8.49 hm2减少到6.69 hm2，游园斑块平均面积从1.71 hm2减少到0.84 hm2，广场用地斑块平均面积从0.67 hm2减少到0.41 hm2，公共管理与公共服务设施用地附属绿地斑块平均面积从2.27 hm2减少到1.46 hm2，因此其他专类公园、广场用地和公共管理与公共服务设施用地附属绿地破碎化程度最严重.

近年来，海口市为加快推进城市更新“五行”先行，大力建设见缝插针式小游园，游园多以小斑块分散分布，此外优势公园绿地斑块因人为干扰严重，造成面积不断缩小，因此公园绿地破碎化严重.从《海口市城总体规划（2011—2020年）》不难看出海口市建成区不断扩张，建设用地明显增加，因此政策规划导向是海口市建成区绿地斑块动态变化的主要原因.

3.2 绿地景观异质性

3.2.1 景观多样性12年间总建成区的SHDI值在1～2的范围内下降，SHEI值在0～1的范围内下降.从各市辖区来看，秀英区、龙华区、琼山区和美兰区的SHDI值和SHEI值变化结果与总建成区的变化结果一致（表2），表明研究区建设用地大肆扩张，导致建设用地对绿地的控制作用增强，景观多样性降低，绿地景观趋向单一化，不利于建成区生态的可持续发展.

表2 海口市各市辖区绿地景观多样性指数表

安顺市［23］景观多样性与研究区景观多样性呈相反结果，即2012—2016年SHEI值从0.76增至0.77，SHDI值从1.35增至1.37，整体景观多样性呈较小增长趋势，景观趋于复杂和丰富；成都市［24］景观多样性与研究区景观多样性呈相同结果，即2000—2018年成都市中心城区SHDI值从1.46降至1.29，SHEI值从0.81降至0.72.

3.2.2 平均斑块分维数由表3可知，各类绿地的平均斑块分维数基本处于1.01～1.2之间，与1值接近，说明各类绿地斑块的相似性较强，斑块形状简单且有规律.2008年总建成区平均斑块分维数为1.05，到2013—2020年期间减少到1.03后指数维持不变，说明建成区内绿地斑块形状变化从复杂转为简单，主要原因是人为干扰性较强，建成区绿地建设缺少对物种多样性保护相关的规划设计，绿地斑块之间难以起到能量、物质和生物方面交换的作用.从各绿地类型来看，2013年历史名园的分维数达到1.20最高值后，2020年下降到1.01最低值，说明历史名园斑块形状从复杂转为简单.

表3 海口市建成区绿地景观分维数指数表

天津市［25］绿地斑块平均分维数与研究区的绿地斑块平均分维数呈相同结果，即分维数在1.05～1.20之间，绿地景观斑块的分维数较低，绿地景观斑块形状相对较为简单.

4 结论与建议

海口市建成区绿地格局总体表现为破碎化程度较高，斑块之间连续性较差；斑块形状趋向简单化，景观多样性降低，造成物质、能量和物种在景观单元中的流动性变差.

结合研究区绿地格局出现斑块破碎化、景观多样性下降和景观镶嵌结构简单的问题，提出以下优化策略：首先，针对绿地破碎化的问题，应提升建设用地覆盖生态风险的监测和管理，确保景观格局有序发展，同时利用最小成本路径模型构建利于物种迁移和能量流通的潜在生态廊道，根据生态廊道的分布位置预留出合理宽度的绿化缓冲带，提高斑块之间的连接度.其次，针对景观多样性减低的问题，建议参照最小成本路径与水纹和土地利用类型进行空间叠加模拟分析的方法拟建踏脚石，根据踏脚石的分布位置，建设与周边环境相适应的生态节点，形成“踏脚石”+“生态廊道”高度连接体系，生态踏脚石属于景观生态学的范畴，其具有占地面积小、兼做开放斑块等优势，为完善研究区整体生态网络以及生态稳定提供基础；此外应注重保护研究区内主要的生态廊道，特别是湿地公园，如美舍河凤翔湿地公园、五源河湿地公园、鸭尾溪等生态湿地公园，严格禁止建设用地侵占，采取设置缓冲带等强制措施，提高生物多样性和稳定性.最后，针对景观斑块形状简单化的问题，应将公园绿地作为重要生态源地，对其斑块边界进行合理的植物配置，充分发挥公园绿地斑块和其他绿地斑块之间的边缘效应，提升斑块形状的复杂程度.

海口市建成区绿地景观格局未来发展方向应以“海—城—江—林”格局为原则，确定与城市用地布局相适应的多级园林绿地结构，营造自然与人工的立体绿化网络，满足城市对绿地的各种功能需求，最终将海口市建设为富有热带滨海特色的花园生态城市.