基于景觀指數(shù)優(yōu)化的東山島綠色空間景觀格局的動態(tài)變化

張亞麗 胡希軍

摘要?[目的]對東山島綠色空間景觀格局進(jìn)行分析，為東山島國土空間規(guī)劃提供參考。[方法]通過ArcGIS 10.5、ENVI 5.3、IBM SPSS Statistics和Fragstats 4.3等軟件，提取景觀格局核心指數(shù)，根據(jù)相關(guān)性指數(shù)篩選后，從斑塊類型水平、景觀水平2個層次分析了研究區(qū)7年內(nèi)土地利用景觀格局的動態(tài)變化。[結(jié)果]島內(nèi)整體景觀格局2011—2017年發(fā)生了較大變化，尤其是耕地、草地這兩類綠色空間用地，四類評價指標(biāo)（面積、密度、形狀、聚散性）變化明顯。島內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)擴(kuò)張速度大于綠色空間的增長速度，斑塊形狀水平和破碎度均呈上漲趨勢;島內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)以中心城區(qū)往耕地周邊擴(kuò)張，建設(shè)用地的聚集程度在不斷增加。島內(nèi)景觀多樣性總體上呈現(xiàn)下降趨勢，綠色空間斑塊的連通度降低，生態(tài)阻力加大，給保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)安全帶來困難。[結(jié)論]東山島在后期的國土空間規(guī)劃中需注意對耕地和草地進(jìn)行保護(hù)性開發(fā)，切實(shí)加強(qiáng)對綠色空間優(yōu)質(zhì)廊道的保護(hù)和修復(fù)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)上找到可靠平衡點(diǎn)。

關(guān)鍵詞?綠色空間;景觀格局;相關(guān)性分析;SPSS

中圖分類號?TU984.18?文獻(xiàn)標(biāo)識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）09-0122-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.09.031

Abstract?[Objective] To analyze the landscape pattern of Dongshan Island green space， and provide references for the planning of Dongshan Island land space. [Method] The core index of landscape pattern was extracted by softwares such as Arcgis 10.5， ENVI 5.3， IBM SPSS Statistics and Fragstats 4.3， and the dynamic changes of land use landscape pattern in the study area was analyzed from two levels of patch type level and landscape level. [Result]The overall landscape pattern of the island changed greatly from 2011 to 2017， especially cultivated land and grassland were two kinds of green space land， and four kinds of evaluation indices （area， density， shape， dispersion） changed obviously. The expansion rate of urban construction in the island was larger than that of green space， and the patch shape level and fragmentation degree were both rising trend.The urban construction in the island expanded to the periphery of cultivated land with the central urban area， and the accumulation degree of construction land was increasing. The landscape diversity in the island generally showed a decreasing trend， the connectivity of green space patches was decreasing， and the ecological resistance was increasing， which brought difficulties to the protection of ecosystem security. [Conclusion] Dongshan Island should pay attentions to the protective development of cultivated land and grassland in later land and space planning， the protection and restoration should be strengthened to the green space high quality corridor， find the reliable balance point in the economic development and the ecological protection.

Key words?Green space;Landscape pattern;Correlation analysis;SPSS

目前，綠色發(fā)展方式深入人心、漸成常態(tài)，生態(tài)建設(shè)潮流勢不可擋。島嶼作為開發(fā)的“前哨站”，兼具科研價值和經(jīng)濟(jì)價值，如何在開發(fā)建設(shè)之前摸清底細(xì)、兜好底線，成功構(gòu)筑生態(tài)防線成為生態(tài)建設(shè)中的重中之重。在城鄉(xiāng)空間中，景觀格局是實(shí)現(xiàn)景觀功能的基礎(chǔ)，且會因自然稟賦的差異而形成不同的景觀功能[1]。它能夠較準(zhǔn)確地反映一定時期的地表景觀表征狀況，可為土地利用與開發(fā)提供有益參考。

國內(nèi)外關(guān)于景觀格局的研究歷經(jīng)多年技術(shù)更迭，目前主要研究集中在以下方面：①城市景觀格局的特征研究。李偉等[2]對北京市景觀格局特征與功能效用的關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)主要景觀斑塊分布不宜過分集中。馬克明等[3]對北京東靈山地區(qū)景觀格局及破碎化進(jìn)行評價，證實(shí)了各組分在景觀格局中存在差異。②城市景觀格局的尺度研究。Turnerm等[4]和Luck等[5]對美國亞利桑那州鳳凰城進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)城市景觀格局與空間幅度存在一定的聯(lián)系，景觀指數(shù)隨空間幅度和粒度的變化而變化。③城市景觀格局的動態(tài)變化及其演變動力機(jī)制研究。Romero-Calcerrada等[6]以遙感影像為數(shù)據(jù)源，研究了西班牙Encinares城市景觀格局的變化，并嘗試探尋其原因。傅伯杰等[7]嘗試將造成景觀格局變化的驅(qū)動因子歸納為自然因子與人文因子兩類。景觀格局分析模型和景觀動態(tài)格局模型[8]以及景觀格局驅(qū)動力分析研究日益成熟，但現(xiàn)有景觀格局指數(shù)已經(jīng)發(fā)展到數(shù)量多、類型少、生態(tài)學(xué)意義模糊的程度，若采用前人所選的固定景觀指數(shù)，對實(shí)際景觀指數(shù)的有效性欠缺考慮，則會產(chǎn)生大量信息重復(fù)[9-10]，甚至出現(xiàn)本末倒置。

筆者采用指數(shù)相關(guān)性分析，從斑塊多樣性和類型多樣性2個層次的景觀指數(shù)中篩選出最具代表性的景觀格局指數(shù)，能夠更好地分析東山島綠地景觀格局的動態(tài)變化，為東山島城鄉(xiāng)發(fā)展提供重要的科學(xué)參考。

1?研究區(qū)概況

東山島作為福建省面積第二的大島、中國第六大島，是閩南三角經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的地區(qū)旅游開發(fā)對象，其地理坐標(biāo)為117°17′～117°35′E，23°33′～23°47′N，屬于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。該島四面環(huán)海，整體地勢西北高、東南低，年均降雨量相對較少，水源補(bǔ)給均為水庫（湖泊），淡水資源缺乏。全島由東山主島和周圍67個小島組成，陸地總面積為247.24 km2，主要為低丘臺地地區(qū)和濱海平原，抵御自然災(zāi)害能力較弱。全縣森林植被覆蓋率維持在32.7%左右，高等植物較多，有352余種。近年來，東山島按照“一島一城市，一島一景區(qū)”的思路進(jìn)行城鄉(xiāng)一體化建設(shè)，積極統(tǒng)籌全島各類要素配置，確定了建設(shè)國家全域旅游示范區(qū)、國際旅游海島的目標(biāo)。

2?數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1?數(shù)據(jù)來源

2.1.1?遙感數(shù)據(jù)。在地理空間數(shù)據(jù)云數(shù)據(jù)平臺中，下載2011年8月6日的Landsat5 TM和2017年2月16日Landsat8衛(wèi)星影像圖。

2.1.2?其他數(shù)據(jù)。東山縣政府提供的數(shù)字地形測繪圖、《東山城鄉(xiāng)總體規(guī)劃》《東山島發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》和《東山縣城鄉(xiāng)綠地系統(tǒng)規(guī)劃》資料。

2.2?研究方法

2.2.1?綠色空間劃分。

以《土地利用現(xiàn)狀分類》（GBT 21010—2017）、《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50137—2011）、《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T 85—2017）為依據(jù)，在GIS平臺中將研究區(qū)的景觀類型分成綠色空間和灰色空間兩大類，其中綠色空間包括林地、草地、耕地和水域4種類型;灰色空間包括建設(shè)用地和未利用地。該研究以灰色空間作為背景，對綠色空間進(jìn)行對比分析。

將兩期（2011、2017年）數(shù)據(jù)影像分別導(dǎo)入ENVI 5.3軟件中進(jìn)行多波段影像合成后，采用監(jiān)督分類法，通過目視解譯，在ENVI中建立訓(xùn)練樣本以及驗(yàn)證樣本后，提取出城鄉(xiāng)綠色空間景觀類型，得到景觀類型柵格文件（TIFF格式）。2011和2017年綠色空間類型分布如圖1、2所示。

2.2.2?景觀指數(shù)的相關(guān)性分析。

該研究主要從斑塊類型水平和景觀類型水平2個尺度進(jìn)行動態(tài)分析。為了準(zhǔn)確了解東山島綠色空間格局的現(xiàn)狀，在Fragstats產(chǎn)出能夠表達(dá)面積與密度、形狀、聚散性的景觀指數(shù)后，使用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行自相關(guān)分析，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)方面的考量，得出適宜的景觀指數(shù)。

2.2.2.1?面積與密度間相關(guān)性分析。

采用因子分析對2011和2017年研究區(qū)斑塊面積（CA）、斑塊所占景觀面積比例（PLAND）、斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊占景觀面積比例（LPI）、總邊緣長度（TE）、邊緣密度（ED）進(jìn)行相關(guān)性分析，篩選出Pearson相關(guān)系數(shù)的絕對值在0.75以下的指數(shù)，確定評價指標(biāo)，如表1所示。評價依據(jù)如下：以景觀指數(shù)間相關(guān)系數(shù)0.75為界限，r>0.75則認(rèn)定為相關(guān)性較高，不考慮選取，反之則選取;若有同類相關(guān)系數(shù)較多的情況，以景觀生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)性指數(shù)為準(zhǔn)。

通過相關(guān)性分析可知，CA與PLAND、NP與PD、ED與TE之間均呈顯著相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到最大值（1）。CA與LPI、TE、ED呈現(xiàn)顯著相關(guān)，PD與CA、PLAND、LPI、TE、ED之間相關(guān)性較弱，結(jié)合CA作為其他指數(shù)（如LPI、TE等）的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源這一基本前提，因此最終確定CA和PD作為這一類型景觀格局指數(shù)的主要評價指標(biāo)。

2.2.2.2?形狀指數(shù)間相關(guān)性分析。

由表2可知，面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）與面積加權(quán)平均分維數(shù)（FRAC-AM），F(xiàn)RAC-AM與平均分維數(shù)（FARC-MN）、平均周長面積比（PARA-MN）、面積加權(quán)平均周長面積比（PARA-AM），PARA-MN與PARA-AM呈顯著相關(guān)，景觀形狀指數(shù)（LSI）與其他指數(shù)間相關(guān)性較弱。從生態(tài)學(xué)意義來看，LSI與AWMSI均表示斑塊形狀偏離正方形的程度，因此選擇LSI作為形狀指數(shù)相關(guān)性的典型代表指數(shù)。

2.2.2.3?聚散性指數(shù)相關(guān)性。

由表3可知，斑塊分離度（DEVISION）與有效網(wǎng)絡(luò)面積（MESH）、類相鄰百分比（PLANDJ）與聚集度指數(shù)（AI）呈高度相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)絕對值達(dá)到1。分割指數(shù)（SPLIT）與PLANDJ，AI、PLANDJ與斑塊結(jié)合度（COHESION）呈顯著相關(guān)。分散與并列指數(shù)（LJI）與其他指標(biāo)間相關(guān)性較弱，因此選擇LJI、COHESION、MESH、SPLIT作為聚散性指數(shù)的評價指標(biāo)。

3?結(jié)果與分析

3.1?斑塊類型水平上景觀指數(shù)動態(tài)分析

經(jīng)過因子分析法的篩選，最終確定CA、PD、LSI，聚散度指數(shù)LJI、COHESION、MESH、SPLIT作為東山島斑塊類型景觀格局的評價指標(biāo)，得到圖3～8。

從林地各類指數(shù)變化來看，斑塊總面積增加13.45%，PD值也有較大提高，表明林地斑塊數(shù)量也在增加，林地斑塊異質(zhì)性增強(qiáng)，有利于林地景觀資源的充分利用。LSI值上升，林地斑塊不規(guī)則形狀變化呈上升趨勢，但總體上變化幅度較小。結(jié)合聚散性指數(shù)分析，近6年林地斑塊間的連通性和斑塊分布格局不平衡，與其他類型斑塊相鄰度越來越低，這一結(jié)果與MESH值的大幅度降低及SPLIT值的急劇上升相符合，林地斑塊的分布范圍正逐漸變小，并被分割成較小的斑塊。

從草地各類指數(shù)變化來看，斑塊總面積降低了82%，PD值上升較明顯。LSI值上升了151.4%，草地斑塊的形狀復(fù)雜程度劇增。LJI值上升13.3%，COHESION值下降43.5%，表明草地斑塊與較多的其他類型斑塊相鄰接，而草地所占比例降低且破碎度變大。MESH值與SPLIT值呈負(fù)相關(guān)，表明該類景觀類型的分布范圍越小，斑塊數(shù)量越少，破碎化現(xiàn)象明顯。從草地各類指數(shù)變化來看，斑塊總面積降低了82%，PD值上升較為明顯。LSI升高了151.4%，草地斑塊的形狀復(fù)雜程度劇增。LJI值升高13.3%，COHESION值下降43.5%，表明草地斑塊與較多的其他類型斑塊相鄰接，而草地所占比例降低且破碎度變大。MESH值與SPLIT值呈負(fù)相關(guān)，表明該類景觀類型的分布范圍越小，斑塊數(shù)量越少，破碎化現(xiàn)象明顯。

從水域各類指數(shù)來看，斑塊總面積下降33%，形狀指數(shù)上升，聚散性指數(shù)大多出現(xiàn)下降，說明水域斑塊經(jīng)歷被分割、用地性質(zhì)轉(zhuǎn)換等過程，斑塊破碎化程度同樣也在上升。

從耕地各類指數(shù)來看，耕地面積和密度的增幅分別為31%和400%，同時聚散性指數(shù)MESH、SPLIT也出現(xiàn)增長，均反映出斑塊總面積和分布數(shù)增大的趨勢，但快速增長必然會導(dǎo)致斑塊水平層次不齊，LJI值的降低印證了這一點(diǎn)。LSI值反映出耕地和草地、林地和建筑用地出現(xiàn)復(fù)雜化趨勢，這意味著東山島斑塊相互交錯，整體上越來越復(fù)雜，保護(hù)工作迎來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

從建設(shè)用地各類指數(shù)來看，面積增加了近1倍，復(fù)雜化程度上升，但由于LJI值和COHESION值變化不大，因而破碎度保持穩(wěn)定，這在一定程度上表明城鎮(zhèn)綠色空間建設(shè)有所缺乏。從MESH值和SPLT值來看，分布位置在不斷增加，說明城鎮(zhèn)建設(shè)活動繼續(xù)增多，給其他景觀斑塊帶來生態(tài)壓力。未利用地因?yàn)槲茨苊鞔_使用性質(zhì)，暫不討論。

3.2?景觀水平上景觀指數(shù)動態(tài)分析

景觀空間格局是由多個層次的體系組成的，在不同的空間尺度下其結(jié)構(gòu)形態(tài)和功能之間具有不同的表現(xiàn)形式和相互依存關(guān)系。因此，在對斑塊類型分析之后，還需要對整體景觀水平作出識別判斷。利用蔓延度指數(shù)（CONTAG）、聚合度指數(shù)（AI）、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（SHDI）、均勻度指數(shù)（SHEI）對2011和2017年整體景觀水平進(jìn)行比較，結(jié)果見表4。

從這4類指數(shù)來看，蔓延度、聚合度、多樣性以及均勻度指標(biāo)均有下降。由景觀類型成片分布到現(xiàn)狀各類景觀分布較散、破碎化狀況，東山島內(nèi)的景觀生態(tài)格局水平呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。城市建設(shè)用地不斷外擴(kuò)，各類城鎮(zhèn)也相繼建設(shè)，用地的無序性與隨意性造成了城鄉(xiāng)綠色空間的連通度降低，生物間交流的生態(tài)阻力加大，對于維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和城市建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展都極為不利[11]。因此，基于景觀生態(tài)格局的分析結(jié)果，對東山島的綠色空間網(wǎng)絡(luò)及格局的構(gòu)建迫在眉睫。

4?結(jié)論與討論

4.1?結(jié)論

該研究結(jié)果表明，島內(nèi)景觀格局在6年內(nèi)發(fā)生了較大變化。從斑塊類型水平來看，林地、耕地面積在逐漸增加，草地、水域面積驟減;建設(shè)用地的面積比2011年增加了1倍，斑塊形狀水平和破碎度呈上升趨勢，城市建設(shè)步伐加快;城市發(fā)展以中心城區(qū)往耕地周邊擴(kuò)張，建設(shè)用地的聚集程度不斷增加。從景觀水平來看，整體景觀多樣性有所下降，綠色空間的連通度降低，生物間交流的生態(tài)阻力加大，給未來國土空間規(guī)劃帶來難題。

針對以上問題，筆者建議從以下方面對東山島綠色空間的保護(hù)與開發(fā)工作進(jìn)行改善：一是優(yōu)化城市綠化現(xiàn)狀，以建設(shè)“公園城市”為目標(biāo)導(dǎo)向，增加城鄉(xiāng)綠化面積，尤其是公園綠地、生產(chǎn)綠地及防護(hù)綠地，這樣有助于降低破碎度，擴(kuò)大斑塊間的連接度，使各類綠地斑塊形成完整的生態(tài)體系和合理的空間布局。二是利用國土綜合整治與生態(tài)修復(fù)的歷史契機(jī)全面優(yōu)化國土布局類型，為保護(hù)物種生存環(huán)境的原真性，促進(jìn)動物運(yùn)動、營養(yǎng)元素遷移活動的正常進(jìn)行提供保障基礎(chǔ)。三是在綠色空間中建立“綠色社區(qū)”[12]，建立生態(tài)和經(jīng)濟(jì)搭橋保障規(guī)則和經(jīng)濟(jì)生態(tài)績效指數(shù)評價[13]，健全生態(tài)紅線劃分規(guī)范，強(qiáng)化人與自然的共生性，盡可能弱化為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)發(fā)展的沖突。在縣域國土空間規(guī)劃中要更加注重對耕地和草地進(jìn)行保護(hù)性開發(fā)，切實(shí)加強(qiáng)對綠色空間優(yōu)質(zhì)廊道的保護(hù)和修復(fù)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)上找到可靠的平衡點(diǎn)。

4.2?討論

景觀指數(shù)分析是景觀格局動態(tài)分析的基礎(chǔ)，然而景觀格局多在二維尺度上尋找圖形分布的特性，如均勻、聚合、線狀、平行等，對外部影響因素的相關(guān)影響缺乏進(jìn)一步探究，因而容易出現(xiàn)指數(shù)表達(dá)上的重復(fù)。該研究運(yùn)用自相關(guān)分析對相關(guān)指數(shù)進(jìn)行篩選，進(jìn)而進(jìn)行景觀格局動態(tài)變化的研究，結(jié)果相對更為準(zhǔn)確，為后續(xù)研究提供了良好支持。但是，鑒于研究區(qū)數(shù)據(jù)獲取難度大，構(gòu)建多準(zhǔn)則、多方面的評價篩選體系依然是未來的研究難題，且更應(yīng)該考慮外部因子對相關(guān)性的影響。

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