合肥市濱湖新區(qū)綠地景觀格局動(dòng)態(tài)變化研究

趙文靜，滕 尊，張萍萍，方新宇，李若男

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園林學(xué)院，安徽 合肥 230036）

城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，直接影響著城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展[1]。隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，城市生態(tài)環(huán)境面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：綠地面積不足、生物多樣性減少、建筑斑塊聚集等，威脅著城市的可持續(xù)發(fā)展[2]。城市綠地景觀格局作為衡量城市生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)，是城市擴(kuò)張的直觀表現(xiàn)[3]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者基于遙感解譯，從土地利用角度研究其景觀格局動(dòng)態(tài)變化的相關(guān)研究較多，但將城市綠地劃分為一種景觀類型、探究其動(dòng)態(tài)變化的研究較少[4]。對于景觀格局變化，多從時(shí)間或空間單一方面描述，較少將時(shí)間和空間聯(lián)系起來，分析景觀格局動(dòng)態(tài)變化[5]。本文運(yùn)用景觀格局動(dòng)態(tài)度，將各景觀類型時(shí)間變化與空間特征結(jié)合起來，定量分析城市綠地景觀格局的動(dòng)態(tài)變化。在研究區(qū)的選擇上，多集中在快速發(fā)展的一線大城市上，對于快速城市化的中小城市缺少關(guān)注[6]。

合肥是安徽省會(huì)，是長江中下游重要的中心城市之一[7]，合肥市作為近年來國內(nèi)城市化高速發(fā)展的代表呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢。濱湖新區(qū)隸屬安徽省合肥市，隨著濱湖新區(qū)城市建設(shè)規(guī)模迅速擴(kuò)張，區(qū)內(nèi)農(nóng)林用地和城市綠地等生態(tài)用地遭到占用和破壞，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有所升高[8]。目前國內(nèi)外相關(guān)研究中，有關(guān)合肥市濱湖新區(qū)綠地景觀格局的研究大多浮于表面，缺少對其綠地景觀格局的定量化研究分析[9]。鑒于此，本研究以合肥市濱湖新區(qū)為研究對象，根據(jù)濱湖新區(qū)發(fā)展歷程，選擇多期（2005、2012、2020）Landsat 遙感影像、利用ENVI 5.3、Arc GIS10.2、Fragstats 4.2 軟件分析在快速城市化背景下，濱湖新區(qū)2005-2020 年間的綠地景觀格局時(shí)空變化，旨在提出可操作性的綠地景觀格局優(yōu)化的途徑，為提高城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、優(yōu)化城市綠地結(jié)構(gòu)等提供重要的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

濱湖新區(qū)位于合肥主城區(qū)東南部，地理坐標(biāo)介 于117.13～117.24°E，31.28～31.50°N，總 占 地面積為196 km2。規(guī)劃范圍為南鄰巢湖，北依南二環(huán)，西接滬蓉高速公路，東臨南淝河，如圖1 所示。研究區(qū)年平均氣溫為15.7℃，年平均降水量為1 000 mm，日照約2 100 h[10]。區(qū)內(nèi)地勢西北高，東南低，水資源豐富，巢湖、南淝河、包河、南淝河、十五里河、塘西河、派河穿流其中[11]。濱湖新區(qū)自2006 年11 月15 日開始建設(shè)，是合肥“141”城市空間發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分[7]。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

以Landsat7（2005、2012）及Landsat8（2020）遙感影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源[12]，見表1。經(jīng)ENVI5.3 預(yù)處理后[13]，依據(jù)《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》（GB50137-2011）[14]，結(jié)合濱湖新區(qū)景觀特點(diǎn)和土地使用現(xiàn)狀，將研究區(qū)景觀劃分為農(nóng)林用地、城市綠地、建設(shè)用地、水域、未利用地五類，見表2。其中需要特殊說明的是：考慮牛角大圩和東大圩的用地特殊性，本次研究中將其劃分為城市綠地。在ENVI5.3 中采用支持向量機(jī)和目視解譯相結(jié)合的方法解譯遙感影像，解譯后檢驗(yàn)其Kappa 系數(shù)，結(jié)果均高于0.80，滿足研究要求[3]。濱湖新區(qū)各年度景觀類型分布見圖2。

表2 土地利用景觀類型

圖2 2005-2020 年濱湖新區(qū)景觀類型圖

表1 Landsat 遙感影像基本信息

輔助數(shù)據(jù)包括合肥總體規(guī)劃（2006-2020）、合肥市城市總體規(guī)劃（2011-2020），2005-2020 年歷史影像衛(wèi)星圖數(shù)據(jù)來自水經(jīng)微圖，空間分辨率為1.5 m。氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)。

2.2 景觀格局動(dòng)態(tài)度

為科學(xué)描述各景觀類型面積占比及其時(shí)空變化，本次研究采用景觀格局動(dòng)態(tài)度的研究方法，即通過研究區(qū)在時(shí)間t 內(nèi)某一景觀類型的變化情況，來評(píng)價(jià)不同景觀類型在一定時(shí)間內(nèi)的變化量與變化速度[15]。其表達(dá)式為：

式中：K 表示時(shí)間段t 內(nèi)某一類型景觀動(dòng)態(tài)度，Ua、Ub表示時(shí)間段t 開始與結(jié)束時(shí)某一類型景觀的面積。

2.3 景觀格局轉(zhuǎn)移矩陣

景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣對景觀類型結(jié)構(gòu)的變化特征和景觀類型的變化方向進(jìn)行深入分析[16]?；诜诸惡蟮倪b感影像，在Arc GIS10.2 中將其轉(zhuǎn)化為矢量文件，運(yùn)用疊加分析中的相交工具處理后，將其屬性表導(dǎo)出，經(jīng)過Excel 簡單處理得到研究區(qū)2005-2012 年和2012-2020 年景觀格局轉(zhuǎn)移矩陣。其表達(dá)式為：

式中：S 表示轉(zhuǎn)移矩陣，n 表示景觀類型數(shù)，向量表示各種景觀類型變化的面積。

2.4 景觀格局指數(shù)

現(xiàn)有的綠地景觀格局是在城市諸多因素長期作用下形成的[17]。以往研究中對于景觀格局指數(shù)的選擇缺乏科學(xué)依據(jù)。本研究充分考慮研究區(qū)尺度、各景觀格局指數(shù)的生態(tài)學(xué)含義，結(jié)合濱湖新區(qū)綠地特點(diǎn)，構(gòu)建科學(xué)的景觀格局指數(shù)體系。從景觀和類型水平上，選擇類型面積、斑塊數(shù)、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)、聚集度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均勻度指數(shù)、蔓延度指數(shù)[18-19]，對濱湖新區(qū)景觀格局的面積、密度、聚集程度、形狀特征、多樣性等分析，計(jì)算方法見文獻(xiàn)[20]。根據(jù)ENVI 提取各景觀類型分類圖，在Arc GIS10.2中將三期景觀類型圖轉(zhuǎn)化為tif 格式文件后，采用Fragstas4.2 軟件計(jì)算，并將結(jié)算結(jié)果繪制成圖，提高結(jié)果的可視化程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀格局動(dòng)態(tài)度變化分析

基于2005、2012、2020 年的遙感影像，對各年份5 種景觀類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算各類景觀面積比重。從圖3 中可以看出，由于2005 年濱湖新區(qū)還未開始建設(shè)，主要景觀類型為農(nóng)林用地、城市綠地、建設(shè)用地，分別占總面積的42.15%、28.43%、23.90%。隨著2006 年濱湖新區(qū)開始建設(shè)，截至2012 年，濱湖新區(qū)的主要景觀類型為城市綠地和建設(shè)用地，占比分別為54.52%、34.26%，農(nóng)林用地占比下降至5.33%。隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，建設(shè)用地面積進(jìn)一步增加，截至2020 年，濱湖新區(qū)的主要景觀類型為城市綠地、建設(shè)用地和水域，占比分別45.91%、45.17%、5.7%。

圖3 濱湖新區(qū)景觀面積百分比

由圖4 可知，建設(shè)用地和水域兩個(gè)時(shí)間段增長趨勢相同，增長速度由2005-2012 年的3.43%和1.29%降至2012-2020 年的2.55%和1.32%，建設(shè)用地增長減緩，水體加速增長。農(nóng)林用地和未利用地減少趨勢由2005-2012 年的-6.99%和-1.45%變化為2012-2020 年的-3.75%和-4.83%，農(nóng)林用地減少速度減緩，未利用地減少速度加快。2005-2020 年間城市綠地呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢，2005-2012 年期間城市綠地的增加速度為7.34%，2012-2020 年城市綠地的減少速度為-1.26%，景觀動(dòng)態(tài)度變化較大。

圖4 濱湖新區(qū)景觀變化動(dòng)態(tài)度

3.2 景觀格局轉(zhuǎn)移矩陣分析

2005-2020 年間，濱湖新區(qū)5 種景觀類型發(fā)生了較為明顯地轉(zhuǎn)化。由表3 可知，2005-2012 年間，發(fā)生變化的景觀類型面積為118.7 km2，占總面積的60.56%，發(fā)生變化的景觀類型面積比例較大。其中農(nóng)林用地轉(zhuǎn)出量最大，為72.17 km2，主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和城市用地，這和濱湖新區(qū)自2006 年建設(shè)以來的快速城市化、農(nóng)林用地被征用有很大的關(guān)系。城市綠地轉(zhuǎn)入量為66.94 km2，主要由農(nóng)林用地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)化而來，轉(zhuǎn)化面積分別為50.99 km2和15.95 km2，這是由于城市發(fā)展需要，部分農(nóng)林用地和農(nóng)村居民點(diǎn)用地被重新規(guī)劃，使得城市綠地有所增加。建設(shè)用地轉(zhuǎn)入量增加，水域和其他用地變化量較小。新增水域多為農(nóng)林用地轉(zhuǎn)化而來，減少的其他用地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和城市綠地。

表3 2005-2012 年濱湖新區(qū)景觀格局轉(zhuǎn)移矩陣/km2

由表4 可知，2012-2020 年間，發(fā)生變化的景觀類型面積為67.44 km2，占總面積的34.41%。城市綠地轉(zhuǎn)出量增加，主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。建設(shè)用地轉(zhuǎn)入量進(jìn)一步增加，城市綠地和農(nóng)林用地貢獻(xiàn)最大，轉(zhuǎn)化面積分別為32.78 km2和2.27 km2，分別占其轉(zhuǎn)化總面積的48.61%和3.37%。其變化主要原因是城市建設(shè)發(fā)展需要，如2017 年提出的合肥濱湖科學(xué)城的建設(shè)等政策加劇了景觀格局變化。水域面積緩慢增加，主要由城市綠地轉(zhuǎn)入。未利用地逐年減少，主要轉(zhuǎn)出為城市綠地和建設(shè)用地。

表4 2012-2020 年濱湖新區(qū)景觀格局轉(zhuǎn)移矩陣/km2

3.3 景觀格局指數(shù)變化分析

由表5 可知，景觀類型上，2005-2020 年間，濱湖新區(qū)整體景觀的最大斑塊指數(shù)由9.59%上升到17.52%，這是由于近年來快速城市化，建筑用地?cái)U(kuò)張，使得建筑斑塊更加聚集。斑塊形狀指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢，斑塊形狀呈現(xiàn)先變復(fù)雜后又變簡單的趨勢，表明2012 年左右的規(guī)劃對其生態(tài)環(huán)境有一定的積極影響，近年來的城市化又對城市生態(tài)環(huán)境造成了一定破壞。香農(nóng)多樣性指數(shù)由1.31 下降至1.18，說明研究區(qū)景觀斑塊類型減少，破碎化程度低，景觀多樣性減少。香農(nóng)均勻性指數(shù)在緩慢上升并保持平穩(wěn)，表明各類型景觀趨于均勻分布的趨勢。聚集度指數(shù)和蔓延度指數(shù)呈上升趨勢，分別上升了0.77%和4.19%，表明各類型景觀中不同斑塊處于團(tuán)聚或延展的趨勢，景觀中的優(yōu)勢斑塊連接性有一定提高。

表5 2005-2020 年濱湖新區(qū)景觀水平景觀格局指數(shù)

由表6 可知，類型水平上，城市綠地面積先急速上升后又下降，城市綠地斑塊數(shù)減少較快，斑塊總數(shù)從4945 減少到2630，減少了2315。斑塊密度下降，從11.82 下降到6.29，下降了5.53。城市綠地景觀的最大斑塊指數(shù)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，從3.45 上升到10.82，后又降低到7.78，表明人類活動(dòng)對于景觀優(yōu)勢種的確立存在較大的影響，2012年以前的建設(shè)有利于優(yōu)勢種的形成。斑塊形狀指數(shù)呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，從77.96 下降到64.93，下降了13.03。聚集度指數(shù)緩慢上升，表明斑塊逐漸聚集，連通性增加。研究區(qū)在城市化進(jìn)程中，城市綠地的破碎度降低，連通性增加。綠地斑塊形狀趨向簡單化、規(guī)則化，景觀類型越來越單一化，斑塊逐漸呈現(xiàn)均勻分布的空間特征。

表6 2005-2020 年濱湖新區(qū)類型水平景觀格局指數(shù)

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

以合肥市濱湖新區(qū)為研究對象，基于多期（2005、2012、2020）Landsat 遙感影像，將景觀類型分為建設(shè)用地、城市綠地、水域、農(nóng)林用地和未利用地。利 用ENVI5.3、Arc GIS10.2、Fragstats4.2 軟 件選擇景觀格局指數(shù)，定量研究濱湖新區(qū)綠地景觀格局，探究其動(dòng)態(tài)變化過程，結(jié)果表明：

（1）從景觀類型時(shí)間變化角度，2005-2020 年16 年間研究區(qū)景觀特征發(fā)生較大變化。2006 年濱湖新區(qū)開始建設(shè)，16 年間，人類活動(dòng)干擾程度增強(qiáng)導(dǎo)致農(nóng)林用地總占比減少量最大，為39.29%（77.06 km2），減少速度較快。建設(shè)用地總占比穩(wěn)步上升，為17.81%（41.52 km2）。2011 年合肥城市空間戰(zhàn)略改變，濱湖新區(qū)迎來新一輪建設(shè)，生態(tài)環(huán)境有所改善，城市綠地面積先快速增加后緩慢減少，水域面積緩慢上升，未利用地面積緩慢下降。截至2020 年，城市綠地和建設(shè)用地為研究區(qū)主要景觀類型，分別占總面積的45.91%和45.17%。

（2）從空間變化角度，2005-2012 年間，農(nóng)林用地轉(zhuǎn)出量最大，占總變化面積的61.33%，是城市綠地和建設(shè)用地的主要來源。建設(shè)用地轉(zhuǎn)入量穩(wěn)步增加，主要由農(nóng)林用地和城市綠地轉(zhuǎn)化而來。2012-2020 年間，2017 年合肥濱湖新區(qū)科學(xué)城的提出，城市化進(jìn)程進(jìn)一步加快，建設(shè)用地轉(zhuǎn)入量較大，主要由城市綠地和農(nóng)林用地轉(zhuǎn)化而來，轉(zhuǎn)化面積為32.78 km2，占轉(zhuǎn)化總面積的48.61%。濱湖新區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人口不斷增加，2005-2020 年景觀類型呈現(xiàn)農(nóng)林用地退化成城市綠地和建設(shè)用地、城市綠地和農(nóng)林用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的趨勢。水域和其他用地變化量較小。

（3）從景觀格局動(dòng)態(tài)變化角度，景觀水平上：2005-2020 年間，隨著快速城市化，新增道路交通用地、建筑組團(tuán)聚集使聚集度、蔓延度、均勻度指數(shù)呈上升的趨向；多樣性指數(shù)呈下降趨向，斑塊形狀指數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢，表明研究區(qū)內(nèi)各景觀類型破碎化程度低，景觀多樣性減少，連通性增加，各類景觀類型趨向均勻化發(fā)展。類型水平上：2005-2020年間，綠地面積和最大斑塊指數(shù)先上升后下降，綠地斑塊數(shù)、斑塊形狀指數(shù)穩(wěn)步下降，聚集度指數(shù)緩慢上升，表明研究區(qū)綠地景觀異質(zhì)性降低、連通性增加，綠地斑塊形狀趨向簡單化、規(guī)則化，綠地斑塊逐漸呈現(xiàn)均勻分布的空間特征。

4.2 討論

本文使用數(shù)據(jù)空間分辨率為30 m×30 m 的Landsat 遙感影像進(jìn)行分析，小于30 m 的景觀單元無法識(shí)別，可能導(dǎo)致景觀格局指數(shù)的計(jì)算存在一定誤差。人工目視解譯景觀類型分類時(shí)，由于解譯的主觀性，可能與實(shí)際結(jié)果存在誤差，今后研究應(yīng)注重應(yīng)用高精度數(shù)據(jù)。

本研究結(jié)果的數(shù)據(jù)來源更為可靠，選取的指標(biāo)更為科學(xué)，彌補(bǔ)江新[10]、賈媛媛等[11]人在濱湖新區(qū)綠地空間數(shù)據(jù)獲取與空間結(jié)構(gòu)分析上的不足?；谘芯繀^(qū)現(xiàn)狀問題，現(xiàn)提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）各景觀類型用地變化上：截至2020 年，建設(shè)用地仍在持續(xù)增長，城市綠地波動(dòng)下降，建議未來加強(qiáng)保護(hù)區(qū)內(nèi)城市綠地、農(nóng)林用地，合理控制城市化速度。

（2）各景觀類型空間變化上：16 年間，濱湖新區(qū)景觀格局發(fā)生較大變化。就目前來看，近年來的政策規(guī)劃在一定程度上對區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了積極影響。但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，區(qū)內(nèi)建設(shè)用地規(guī)模擴(kuò)大，不可避免占用部分農(nóng)林用地和城市用地，從而加劇了人地矛盾。在今后發(fā)展中應(yīng)建立各類用地間生態(tài)緩沖區(qū)，增加城市微小環(huán)境建設(shè)。針對濱湖新區(qū)在城市化進(jìn)程中的問題，結(jié)合國土空間規(guī)劃，優(yōu)化各類土地利用結(jié)構(gòu)，完善濱湖新區(qū)空間布局。

（3）景觀格局指數(shù)變化上：目前研究區(qū)各類景觀聚集度、蔓延度指數(shù)平穩(wěn)上升，景觀連通性較好，這與16 年間濱湖新區(qū)東大圩、牛角大圩和濱湖濕地森林公園綠地景觀保護(hù)較好有關(guān)，未來發(fā)展應(yīng)繼續(xù)保持。但大規(guī)模的城市建設(shè)活動(dòng)也導(dǎo)致研究區(qū)內(nèi)綠地斑塊數(shù)、斑塊密度、形狀指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)不斷減少，研究區(qū)內(nèi)景觀結(jié)構(gòu)區(qū)域簡單化，建設(shè)用地分布聚集，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。

因此，針對本研究所反映的問題，建議濱湖新區(qū)在今后的規(guī)劃建設(shè)中，做好現(xiàn)存綠地的保護(hù)工作，建設(shè)用地不宜再大規(guī)模建設(shè)，應(yīng)增加道路、公園、建筑間綠地，構(gòu)建綠色廊道。同時(shí)，應(yīng)增加一些點(diǎn)狀、塊狀綠地，增加綠地斑塊數(shù)量，豐富綠地結(jié)構(gòu)類型，提高研究區(qū)內(nèi)的生物多樣性。在快速發(fā)展的同時(shí)，協(xié)調(diào)好快速城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，劃定生態(tài)保護(hù)紅線、濱湖開發(fā)邊界、永久基本農(nóng)田等；強(qiáng)化邊界控制，整合城市內(nèi)藍(lán)綠生態(tài)空間，充分發(fā)揮城市綠地生態(tài)效益，更好地完善濱湖新區(qū)綠地空間結(jié)構(gòu)。