城鄉(xiāng)綠地空間破碎化格局研究與啟示

王越 林箐

摘要：文章以海淀區(qū)城鄉(xiāng)綠地為研究對象，解譯衛(wèi)星影像提取城鄉(xiāng)綠地類型數(shù)據(jù)，并將附屬綠地納入研究范疇。采用景觀格局指數(shù)和城市中心輻射緩沖區(qū)的梯度分析方法，從城鄉(xiāng)綠地分類及不同城市空間綠地景觀破碎度2個層面進(jìn)行城鄉(xiāng)綠地景觀破碎化分析。從綠地斑塊規(guī)模、形狀及景觀異質(zhì)性3個角度分析綠地類型的破碎度特征，通過設(shè)置輻射緩沖帶的梯度分析法得出綠地破碎度的梯度變化規(guī)律。對比分析中心城區(qū)、城市邊緣區(qū)、郊區(qū)綠地的破碎化表現(xiàn)及成因，并針對不同城市化地區(qū)提出對應(yīng)的整合策略，為城鄉(xiāng)綠地的合理利用與發(fā)展提供一定參考。

關(guān)鍵詞：城鄉(xiāng)綠地，破碎度，綠地類型，城市空間，整合策略

景觀破碎化是指由于自然或人為因素的干擾，原來連續(xù)的景觀要素逐步變?yōu)樵S多彼此隔離的不連續(xù)的斑塊鑲嵌體的過程，破碎度是對這一過程某一時刻景觀破碎特征的度量。本文以城鄉(xiāng)綠地為研究對象，將附屬綠地納入研究范疇，利用景觀指數(shù)分析法與梯度分析法，從綠地類型和不同城市空間2個層面進(jìn)行綠地破碎度的研究，從而探討城鄉(xiāng)綠地破碎度空間格局與整合策略，為城鄉(xiāng)綠地的保護(hù)與合理利用提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

本文以北京市海淀區(qū)為研究對象，研究區(qū)總面積約為43081h㎡。北京市海淀區(qū)地處華北平原北部邊緣地帶，西部為海拔大于100m的太行山余脈，占總面積約15.32%;東部南部是海拔50m左有的平原，占總面積約85.19%。區(qū)域建設(shè)用地范圍面積約24 122h㎡，占總面積的55.99%。其中城市建設(shè)用地占35.12%，村鎮(zhèn)建設(shè)用地占37.32%：建設(shè)用地范圍外面積約為18960h㎡，占總面積的44.01%。

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 數(shù)據(jù)來源和技術(shù)依據(jù)

本研究選用的是GF高分二號、分辨率1m×1m的海淀區(qū)衛(wèi)星圖像，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源是2015年9月12日獲取的遙感影像。

2.2 城鄉(xiāng)綠地景觀破碎化指數(shù)選取

本文在前人有關(guān)綠地破碎度的研究基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)域的實際情況，選取表征斑塊規(guī)模、形狀破碎度和景觀異質(zhì)性破碎度指數(shù)進(jìn)行綠地破碎度的研究。

1）平均斑塊面積（Average Patch Area），整個景觀的斑塊平均面積=斑塊總面積/斑塊總數(shù)：單一景觀類型的斑塊平均面積=類型的斑塊總面積/類型的斑塊總數(shù)。平均斑塊面積指數(shù)描述景觀粒度，在一定意義上揭示景觀破碎化程度。

2）斑塊面積變異系數(shù)（PSCOV）。該變異系數(shù)用來衡量景觀離散化程度，人類干擾強烈的地區(qū)，景觀要素斑塊間的面積差距也比較大。

3）斑塊密度指數(shù)（Pacch Density）。整個景觀的斑塊密度（鑲嵌度）=景觀斑塊總數(shù)/景觀總面積：類型的斑塊密度（孔隙度）=類型斑塊總數(shù)/景觀總面積。比值愈大，景觀破碎化程度愈高。

4）形狀破碎度指數(shù)（FS）。形狀破碎度指數(shù)是斑塊形狀破碎程度的直接反應(yīng)。指數(shù)越大，形狀類型越多，破碎度越高。

5）景觀破碎度指數(shù)（FN）。破碎度指數(shù)是指景觀被分割的破碎程度。在一定程度上反映了人為干擾強度對景觀格局的影響。

3 數(shù)據(jù)分析與討論

3.1 海淀區(qū)城鄉(xiāng)綠地破碎化總體特征分析

通過GIS進(jìn)行遙感圖像解譯與計算，綜合城市綠地分類、村鎮(zhèn)綠地分類和土地利用分類，將城鄉(xiāng)綠地分為8個大類（表1）.并對較為特殊的附屬綠地進(jìn)一步細(xì)分研究其破碎度特征（表2）。

3.1.1 不同綠地類型斑塊規(guī)模破碎度分析

為準(zhǔn)確反映斑塊面積情況，根據(jù)北京市綠地特征，將面積劃分為小型斑塊、中型斑塊、中大型斑塊、大型斑塊（表3）。海淀區(qū)的大型斑塊比例較小，以中小型斑塊為主，斑塊面積破碎度較大。

從圖1.圖2可以看出，附屬綠地的斑塊數(shù)量最大，幾乎等同于剩余所有斑塊數(shù)量的總和，但面積比僅占16.2%，城區(qū)附屬綠地比村鎮(zhèn)附屬綠地的破碎程度更高;在非城市建設(shè)區(qū)，林地、耕地的斑塊數(shù)量均較小，但斑塊面積總和占綠地總面積的2/3，破碎度低，分布范圍廣泛。

3.1.2 不同綠地類型斑塊形狀破碎度分析

斑塊的形狀破碎化指數(shù)表示斑塊的分形狀況.FS值越大，相同面積斑塊的周長越大，熱能和水分越不容易保留，生態(tài)功能越差。城市建設(shè)用地內(nèi)各類綠地的FS指數(shù)相比林地和耕地較高，公園綠地和附屬綠地的形狀破碎度指數(shù)低于防護(hù)綠地和生產(chǎn)綠地，仍具有一定的生態(tài)效益。

3.1.3 不同綠地類型景觀異質(zhì)性破碎化分析

本文從景觀斑塊密度PD、景觀斑塊數(shù)破碎化指數(shù)FN兩方面分析景觀異質(zhì)性破碎度，它們表征綠地斑塊被分割的程度，反映景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

斑塊密度指數(shù)的大小順序是草地>附屬綠地>防護(hù)綠地>水域>耕地>林地>公園綠地，斑塊密度指數(shù)越大，景觀類型被邊界分割程度越高。城市建設(shè)用地內(nèi)的綠地普遍破碎程度高，林地、耕地破碎程度較低，連通性較好。

景觀斑塊數(shù)破碎化指數(shù)反映景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度（圖3，圖4），草地和附屬綠地的破碎化程度較高，公園綠地、耕地和林地的破碎化指數(shù)較低，說明這3類綠地的空間結(jié)構(gòu)較為統(tǒng)一，被分割的程度較低，具有較高的連通性。

3.2 海淀區(qū)城鄉(xiāng)不同城市空間綠地景觀破碎化分析

在分析不同城市空間綠地基本特征的基礎(chǔ)上，采用對城市中心設(shè)置輻射緩沖帶的梯度分析方法，設(shè)置2km寬的緩沖帶，建立距離北京市中心2～14km的7個緩沖區(qū)梯度帶研究破碎度的空間分布特征，探究綠地景觀破碎度與城市化梯度的關(guān)聯(lián)。

3.2.1 不同城市空間綠地特征

3類城市空間綠地結(jié)構(gòu)差異較大，其中中心城區(qū)以附屬綠地為主（圖5）.城市邊緣區(qū)以附屬綠地和林地為主（圖6），城郊區(qū)以林地為主（圖7）。

3.2.2 綠地破碎度梯度變化規(guī)律

采用梯度分析的方法，應(yīng)用移動窗口法計算梯度的變化規(guī)律，研究不同城市擴(kuò)展軸的綠地破碎度變化。本文選取從市中心開始從東南向西北方向變化的趨勢分析，得到距離城市不同距離的綠地破碎度指數(shù)分析如下（圖8）。

隨著距離城市中心的距離越來越大，平均斑塊面積、PD和ED在4 km處產(chǎn)生突變，這是由于4 km處大致位于北京市五環(huán)周邊，這里分布圓明園、頤和園等多個大型公園綠地，綠地整合度較高，斑塊面積顯著增加;6 km處平均斑塊面積變小，處于城市邊緣區(qū)范圍，綠地破碎程度增加：PD、ED和PSCoV這3個指數(shù)除了城市邊緣區(qū)呈現(xiàn)相反的特征以外，整體仍以逐漸下降的發(fā)展趨勢為主?？傮w而言，在距離城市中心4 km處由于公園綠地的集中分布導(dǎo)致破碎程度降低.6～8 km處綠地破碎度增加.10 km以外的綠地破碎度基本趨于穩(wěn)定。

3.2.3 綠地破碎度空間分布規(guī)律

依據(jù)前人研究方法，在ArcGIS中通過fishnet建立2kmx2km的網(wǎng)格將海淀區(qū)劃分為143個方格，通過ArcGIS對每個單元格進(jìn)行分析，得出景觀破碎度指數(shù)FN的空間分異特征（圖4）。景觀破碎度基本呈現(xiàn)從中心城區(qū)向外逐漸降低的趨勢，但在城市邊緣區(qū)和城市郊區(qū)的部分地區(qū)破碎度隨著人為擾動的增加有顯著提升。

4 城鄉(xiāng)綠地破碎度空間分布的成因

社會空間的破碎化導(dǎo)致綠地空間的破碎化，城市邊緣區(qū)及城郊地區(qū)是新型社會空間，是經(jīng)濟(jì)、社會非常不均質(zhì)的地區(qū)。根據(jù)不同城市空間綠地破碎度和職能特征，將3個空間分為中心區(qū)、過渡區(qū)和基質(zhì)區(qū)，對應(yīng)選取海淀區(qū)東南部、東北部及冷泉村一帶為研究案例，對比研究其城市空間特征和綠地破碎特征（表4）。

5 討論

1）本研究從不同綠地類型和不同城市空間兩方面展開。海淀區(qū)的斑塊尺度以中小型為主，大型斑塊面積僅占15.03%。從綠地類型角度而言，公園綠地的平均斑塊面積較大，斑塊密度指數(shù)和形狀破碎化指數(shù)均不大，是城市建設(shè)用地范圍內(nèi)最具生態(tài)價值的綠地類型。附屬綠地的平均斑塊面積較小，其中70.10%的斑塊面積小于1h㎡，但作為城區(qū)分布最廣泛的綠地類型以及“海綿城市”的源頭處理設(shè)施，仍承擔(dān)著重要的生態(tài)功能。在非城市建設(shè)用地范圍內(nèi)，林地和耕地的各項破碎化指數(shù)均較小，連接度高，可以作為重要的生態(tài)基質(zhì);草地和水域的破碎程度較大，在城市化進(jìn)程中受到了較大的人為擾動。

從城市空間角度分析，采用城市化同心圓輻射的梯度研究方法，對于北京這種單中心的城市發(fā)展模式具有很好的適用性，直觀地表達(dá)了綠地破碎度的梯度變化規(guī)律。在距離城市中心4～6 km的緩沖帶產(chǎn)生了綠地破碎度的極值，4 km左右的位置在五環(huán)的西北方向，分布重要的公園綠地帶，綠地破碎度指數(shù)將為0.2，平均斑塊面積增大;6 km處是海淀區(qū)最為典型的城市邊緣區(qū)空間，邊緣密度和破碎度指數(shù)升高：而隨著與中心城區(qū)距離的逐漸增加，城郊綠地空間破碎度逐步呈現(xiàn)下降趨勢。

2）中心城區(qū)綠地破碎度較高，邊緣區(qū)的綠地破碎度發(fā)生突變，兩者破碎度的產(chǎn)生原因不同。中心城區(qū)綠地類型較為單一，附屬綠地面積較大且破碎程度較高，是中心城區(qū)綠地破碎的主要影響因素。在城市邊緣區(qū)，由于城鄉(xiāng)隔離的二元發(fā)展機(jī)制，在“城市郊區(qū)化”及“鄉(xiāng)村城市化”的雙重作用下，建設(shè)用地非建設(shè)用地鑲嵌分布，加之對林地、耕地人工干擾的增加，城市空間趨于破碎。

3）綠地破碎化對于城市化的響應(yīng)，反映出綠地破碎化在城市發(fā)展過程中的演變，為針對不同城市化地區(qū)采用不同綠地整合策略提供科學(xué)依據(jù)。中心城區(qū)應(yīng)整合附屬綠地破碎空間，在城區(qū)尺度連接綠色廊道，并以街區(qū)為基本單元，提升附屬綠地植被豐富度，提高生態(tài)服務(wù)功能：城市邊緣區(qū)在政策上應(yīng)保證城市資源、社區(qū)資源的公平布局，充分考慮城鄉(xiāng)邊緣區(qū)這一社會一經(jīng)濟(jì)一生態(tài)復(fù)合體的特殊性，對現(xiàn)狀耕地、林地有計劃的保護(hù)，并將土地置換和交通發(fā)展、綠地建設(shè)提升到同樣的發(fā)展速度，避免不匹配的發(fā)展導(dǎo)致用地矛盾和綠地破碎化加深：在城郊地區(qū)，充分保護(hù)基質(zhì)區(qū)綠地生態(tài)功能，規(guī)劃生態(tài)空間組團(tuán)，保證生態(tài)空間的完整性和連通性。此外，應(yīng)重視村鎮(zhèn)綠地的統(tǒng)籌發(fā)展，尋找村鎮(zhèn)與自然環(huán)境發(fā)展的共軛關(guān)系，對村鎮(zhèn)劃定緩沖區(qū)，避免城郊綠地發(fā)展受到更大現(xiàn)代化建設(shè)的沖擊而導(dǎo)致破碎化程度加深。針對不同城市化地區(qū)采取不同的綠地整合策略，可以提升城市綠地的整體生態(tài)效益，從而促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、健康地發(fā)展。