雒峰，馮蕾，任鵬成，楊秀云，武小鋼

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西太谷030801）

太原城市綠地景觀格局動(dòng)態(tài)變化研究

雒峰1，馮蕾1，任鵬成1，楊秀云1，武小鋼2

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，山西太谷030801）

通過(guò)提取不同時(shí)空尺度下太原市城區(qū)綠地景觀信息和分析其驅(qū)動(dòng)因素，以期為城市生態(tài)格局優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。以2006，2015年TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，采用SVM方法進(jìn)行監(jiān)督分類，利用Fragstats 4.2軟件計(jì)算景觀格局特征指數(shù)。結(jié)果表明，在過(guò)去近10 a中，城區(qū)綠地景觀面積比例由30.60%上升到35.41%，新增綠地主要來(lái)源于城市建設(shè)用地和農(nóng)業(yè)用地，面積分別為3 405，2 710 hm2，失去的綠地主要轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，面積為3 444 hm2；城市綠地景觀破碎化程度降低，斑塊形狀更加復(fù)雜，景觀多樣性降低；人口數(shù)量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、城市道路建設(shè)和政府政策是城市綠地變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。

太原建成區(qū)；城市綠地；景觀指數(shù)；驅(qū)動(dòng)因素

城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用。但是隨著城市化的快速發(fā)展，城市綠地正面臨著日趨嚴(yán)重的形勢(shì)[1]，有必要對(duì)其空間分布格局進(jìn)行研究與優(yōu)化，使之更好地為人類服務(wù)。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，3S技術(shù)得到了快速發(fā)展，為城市綠地景觀格局研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持[2-5]。與此同時(shí)，不斷成熟的景觀生態(tài)學(xué)理論和方法研究被逐步應(yīng)用到了城市綠地中，使城市綠地景觀格局的研究從定性到了定量的研究階段[6-8]。

太原市作為全國(guó)重工業(yè)和能源基地之一，同樣面臨著生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái)，隨著政府對(duì)城市綠地的重視和投資力度的不斷增大，城市綠化建設(shè)取得了重大成績(jī)。2005年太原市獲得“省級(jí)園林城市”，2010年被中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部正式命名為“國(guó)家園林城市”，目前正在積極創(chuàng)建“國(guó)家生態(tài)園林城市”。

本研究對(duì)太原城市綠地的空間分布格局進(jìn)行了探究，分析其變化規(guī)律和驅(qū)動(dòng)因素，以期為城市生態(tài)格局的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

太原市位于山西省中部，坐標(biāo)為東經(jīng)111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°27′，屬溫帶性季風(fēng)氣候，地形主要以丘陵、山地和盆地為主，中南部為汾河沖積扇平原。該市現(xiàn)轄6區(qū)1市3縣，是我國(guó)重工業(yè)和能源基地之一。參照太原市中心城區(qū)主體規(guī)劃和建成區(qū)范圍，以城市化水平較高、發(fā)展速度較快的太原市繞城高速公路以內(nèi)作為研究對(duì)象，面積約361.5 km2。研究區(qū)的遙感影像如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

根據(jù)研究區(qū)實(shí)際地理情況，從USGS官網(wǎng)（http:// www.usgs.gov）下載2期遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)（軌道號(hào)125/ 34），如表1所示。輔助數(shù)據(jù)包括2006—2015年太原市統(tǒng)計(jì)年鑒；太原市綠地系統(tǒng)規(guī)劃（2015—2020）；谷歌地球衛(wèi)星影像等輔助數(shù)據(jù)。

表1 遙感影像數(shù)據(jù)

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

使用ENVI 5.3軟件分別對(duì)2期影像數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、FLAASH大氣糾正和研究區(qū)范圍裁剪，選擇4，3，2波段組合進(jìn)行假彩色合成來(lái)增強(qiáng)植被信息。根據(jù)土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)和太原市城區(qū)的實(shí)際地理情況，將太原市城區(qū)景觀分為城市綠地（林地、草地），水體（河流、湖泊、水庫(kù)等）、農(nóng)業(yè)用地、城市建設(shè)用地（城鄉(xiāng)居民用地、工礦用地、未利用地等）4種類型[9]。根據(jù)實(shí)地調(diào)查和谷歌地球高清影像作為參考，對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行目視解譯，采用SVM算法進(jìn)行監(jiān)督分類[10]，隨機(jī)選取150個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)進(jìn)行精度驗(yàn)證，Kappa系數(shù)均達(dá)到了0.80以上，滿足研究要求。將分類結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槭噶繑?shù)據(jù)，在ArcGIS10.4軟件中制作景觀專題（圖2）和2006—2015年的景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣（表2）。

表2 2006—2015年太原市主城區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣hm2

2.2 景觀格局分析

景觀指數(shù)可以對(duì)景觀格局的組成要素和空間分布進(jìn)行簡(jiǎn)單的定量化描述，由于其高度濃縮了景觀信息，因而，在景觀生態(tài)學(xué)應(yīng)用比較普遍[11]。

本研究依據(jù)景觀指數(shù)所代表的生態(tài)學(xué)意義和研究區(qū)的實(shí)際地理情況，分別從斑塊類型尺度和景觀尺度上選取具有代表性的景觀格局指數(shù)對(duì)太原市城市綠地景觀格局進(jìn)行分析[12]，具體指數(shù)包括斑塊個(gè)數(shù)（NP）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、斑塊密度（PD）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）。在Frastats 4.2軟件中進(jìn)行景觀指數(shù)的計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市綠地斑塊類型總體構(gòu)成動(dòng)態(tài)變化分析

由圖3可知，在2006—2015年間，城市用地始終是優(yōu)勢(shì)景觀類型，其比例從45.74%上升到50.99%，表明太原城市化速度加快，已經(jīng)達(dá)到較高水平。城市綠地從30.60%增加到35.41%，增加了4.81百分點(diǎn)，年均增長(zhǎng)率為1.64%，這與近年來(lái)政府部門對(duì)城市綠地的日益重視和加強(qiáng)投資有關(guān)。在研究時(shí)段內(nèi)，水體增加比例為0.77%，保持小幅度上升；農(nóng)業(yè)用地的比例從21.40%下降到10.58%，減少10.82百分點(diǎn)，年均降低率為7.53%，城市擴(kuò)張是農(nóng)業(yè)用地?fù)p失的直接因素。

據(jù)2006—2015年太原市主城區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣可知，城市綠地未發(fā)生變化的面積為6528hm2；新增城市綠地主要由城市建設(shè)用地和農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)，面積分別為3 405，2 710 hm2；失去的城市綠地主要轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，面積為3 444 hm2，說(shuō)明隨著城市化快速發(fā)展，城市建設(shè)用地占用城市綠地是其失去的主要原因。少部分綠地轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)用地和水體，面積分別為896，195 hm2（表2）。

3.2 不同時(shí)期城市綠地景觀格局特征

3.2.1 綠地類型特征變化

3.2.1.1 城市綠地景觀破碎化分析城市景觀破碎化主要是在受到自然因素或人為因子的干擾下，使景觀由簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)向復(fù)雜的過(guò)程[11]。其中，斑塊數(shù)量（NP）和斑塊密度（PD）是體現(xiàn)景觀破碎化程度的2個(gè)重要指標(biāo)，其值越大，表明斑塊的破碎化程度越高。由表3可知，在2006年，城市綠地斑塊數(shù)量為3 007塊，斑塊密度為5.78；到2015年斑塊數(shù)量下降為2 757塊，斑塊密度下降到5.30，表明太原市城市綠地的破碎化程度降低。

表3 2006，2015年太原城市綠地景觀格局特征指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化

3.2.1.2 綠地景觀形狀指數(shù)分析景觀形狀指數(shù)（LSI）通常用于描述斑塊形狀的復(fù)雜程度。LSI不僅包含單個(gè)斑塊的形狀信息，也包含不同斑塊之間的分散或聚集信息，對(duì)于形狀不規(guī)則，且分散分布的某類斑塊，LSI值較高[11]。由表3可知，在2006—2015年間，LSI從85.59增長(zhǎng)到了87.14，表明城市綠地斑塊的形狀變得更加復(fù)雜。

3.2.2 城市綠地景觀多樣性分析景觀多樣性指數(shù)能夠體現(xiàn)景觀組分的多少和組分之間所占比例的差異[13]。在2006—2015年間，研究區(qū)的香農(nóng)多樣性指數(shù)從1.14降低到1.05（表3），同時(shí)結(jié)合不同時(shí)期景觀類型所占的比例（圖3）可知，太原在城市化發(fā)展過(guò)程中，城市建設(shè)用地大量占用農(nóng)業(yè)用地和城市綠地，使其面積急劇增加，成為優(yōu)勢(shì)景觀類型，因而，使城市景觀多樣性降低。香農(nóng)均勻度指數(shù)從0.82降低到0.76，進(jìn)一步說(shuō)明在城市化的發(fā)展過(guò)程中，各種景觀類型所占比例差異增大。

4 討論

本研究通過(guò)選擇斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、斑塊形狀指數(shù)（LSI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）和香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）等5個(gè)景觀格局指標(biāo)從城市綠地景觀的動(dòng)態(tài)變化、破碎化程度、斑塊形狀和景觀多樣性等角度對(duì)近10 a來(lái)太原城市綠地景觀空間格局變化進(jìn)行了探究。結(jié)果表明，在2006—2015年間，太原城市綠地景觀的破碎化程度有所降低，原先零散分布的城市綠地小斑塊逐漸連通起來(lái)，被中型和大型綠地斑塊所取代，因而有助于物種多樣性的保護(hù)，使綠地的生態(tài)效益得到改善。由于城市化的快速發(fā)展，太原市建成區(qū)開(kāi)始從市中心向南北方向擴(kuò)張，隨著建設(shè)用地面積顯著增加，人為干擾對(duì)綠地景觀的影響越來(lái)越強(qiáng)烈，使其形狀變得更加復(fù)雜和趨于不規(guī)則。

城市景觀格局變化主要受自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響[14]。由于太原市處在三面環(huán)山的中南部沖擊扇平原，其區(qū)域面積相對(duì)較小，同時(shí)在本研究所選時(shí)空尺度不大的情況下，其自然條件相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)城市景觀空間格局的變化影響較?。簧鐣?huì)經(jīng)濟(jì)因素是造成城市綠地景觀變化的主要原因。

4.1 人口是城市綠地景觀改變的一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素[15]

太原市轄區(qū)在2006年末人口為270.942 7萬(wàn)人，在2015年的人口登記普查中，太原市人口為285.078 9萬(wàn)人，增長(zhǎng)了14.136 2萬(wàn)人，年平均增長(zhǎng)率為39.62%。人口快速增長(zhǎng)導(dǎo)致太原市建成區(qū)由市中心向南北方向擴(kuò)張，大量的農(nóng)業(yè)用地和部分綠地景觀被轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，其中，房地產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展。2006年太原市住宅投資額為52.979億元，到2015年增長(zhǎng)為352.67億元，增長(zhǎng)近299.691億元。而新建的住宅小區(qū)往往注重綠地的建設(shè)，因此促進(jìn)了城市綠地面積的增長(zhǎng)。

4.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整也是太原市園林綠化事業(yè)發(fā)展的一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素

在2006年，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)所占比例分別為1.9%，45.7%，52.4%，到2015年，3種產(chǎn)業(yè)所占比例依次變?yōu)?.4%，37.3%，61.3%[16]。第一產(chǎn)業(yè)下降和第二產(chǎn)業(yè)的提高，帶動(dòng)了第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其中，第一產(chǎn)業(yè)中農(nóng)業(yè)的全年農(nóng)作物播種面積在不斷下降，2006年為11.962萬(wàn)hm2，到2015年全年農(nóng)作物種植面積變?yōu)?0.033萬(wàn)hm2，下降了1.929萬(wàn)hm2。第二產(chǎn)業(yè)中的建筑業(yè)在快速發(fā)展，2006年太原市建筑業(yè)總產(chǎn)值549.199 8億元，截止2015年變?yōu)?985.0085億元，上升了1 435.808 7億元。隨著第三產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)比例不斷提高，推動(dòng)了社會(huì)服務(wù)業(yè)的發(fā)展，政府對(duì)城市綠地的投資和建設(shè)力度的不斷加大，使城市綠地面積大幅提高。

4.3 城市道路擴(kuò)建也是太原城市綠地變化的一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素[17]

隨著太原城市化的快速發(fā)展，人口數(shù)量快速增多，對(duì)城市交通的需求和依賴隨之增強(qiáng)，大規(guī)模的城市交通道路建設(shè)，促進(jìn)了沿線的綠地發(fā)展。在2013年太原市園林局工作會(huì)議上，有關(guān)部門提出將按照“綠隨路建，有路皆綠”原則，及時(shí)對(duì)新建道路配套綠化工程進(jìn)行建設(shè)和完善。在2014年，太原市對(duì)建設(shè)路、長(zhǎng)治路、陽(yáng)興大道等22項(xiàng)園林綠化重點(diǎn)工程，完善和提升了中環(huán)50 km綠色長(zhǎng)廊。截至2015年，太原市公路綠化里程為2 237.43 km。這些都極大地促進(jìn)了城市綠地發(fā)展。

4.4 太原城市綠地景觀面積顯著增長(zhǎng)，與政府部門對(duì)綠地建設(shè)的重視和綠化政策的制定和實(shí)施有關(guān)

2006年，太原市公園有40個(gè)，園林綠地面積為6 803 hm2。自綠地系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)施以來(lái)，在2015年公園數(shù)增長(zhǎng)到51個(gè)，園林綠地面積增長(zhǎng)為12804hm2。2015年，太原市制定了最新的《太原市綠地系統(tǒng)規(guī)劃（2015—2020）》，2016年，太原市提出了創(chuàng)建國(guó)家生態(tài)園林城市實(shí)施方案。隨政府部門對(duì)園林綠化事業(yè)日益重視，城市綠地的投資額度和規(guī)模也在逐年增加，為園林綠化建設(shè)的高水平發(fā)展提供了保障。

5 結(jié)論

本研究選擇2006，2015年的TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，以太原市建成區(qū)的城市綠地景觀為研究對(duì)象、景觀生態(tài)學(xué)理論作為基礎(chǔ)，對(duì)城市綠地景觀在不同時(shí)空尺度下的空間分布格局和動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行定性和定量分析，并對(duì)其驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了探究。結(jié)果表明，2006—2015年城市建設(shè)用地和城市綠地景觀的比例在持續(xù)增加，農(nóng)業(yè)用地的比例顯著下降，水體保持小幅上升；增加的城市綠地主要由城市建設(shè)用地和農(nóng)業(yè)用地轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)，所占比例分別為26.61%和21.18%，失去的綠地主要轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地，所占比例為38.37%。2006—2015年太原城市綠地景觀破碎化程度降低，斑塊連通性提高，原來(lái)的小斑塊主要轉(zhuǎn)變?yōu)橹行秃痛笮桶邏K，城市的生態(tài)效益得到提高。隨著城市化的快速發(fā)展，城市綠地斑塊形狀變得更加復(fù)雜，景觀多樣性降低。通過(guò)對(duì)城市綠地驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析認(rèn)為，人口規(guī)模增加、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、城市道路和政府政策是城市綠地變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。

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Study on Dynamic Changes of Urban Green Space Landscape Pattern in Taiyuan

LUOFeng1，F(xiàn)ENGLei1，RENPengcheng1，YANGXiuyun1，WUXiaogang2
（1.College ofForestry，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China；2.College ofUrban and Rural Construction，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

By extracting the urban green space information under the different spatial and temporal scales in Taiyuan city and analyzingits drivingfactors,we hope toprovide a scientific basis for the optimization ofurban ecological pattern.Used TMremote sensing images as the data source in the years of 2006 and 2015,the paper chose SVM as the supervised classification method,calculated the urban green space landscape pattern index by Fragstats 4.2.The results indicated that in the past 10 years,the proportion of urban green space landscape increased from30.60%to35.41%.Newgreen space mainlycame fromurban construction land and agricultural land,the areas were 3 405，2 710 hm2,respectively.The loss of green space translated into urban construction land,and the area was 3 444 hm2. The landscape index showed that the fragmentation degree of urban green space reduced,the patch shape was more complex and the landscape diversity reduced.Population,industrial structure adjustment,urban road construction and government policy were the main drivingfactors for the change ofurban green space.

Taiyuan built-up area;urban green space;landscape indexes;drivingfactors

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.33

S731.2

：A

：1002-2481（2017）05-0805-04

2017-03-04

山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（20140311027-1）

雒峰（1986-），男，山西朔州人，在讀碩士，研究方向：園林植物與觀賞園藝。楊秀云為通信作者。