基于SPORT5图像的小城市城区绿地系统景观异质性分.doc

精品论文大集合基于SPORT5图像的小城市城区绿地系统景观异质性分析以邹城市为例1王震1，张志国21.山东农业大学资源与环境学院，山东泰安（271018）2.上海应用技术学院生态技术与工程学院，上海（200235）E-mail：zgzhang摘 要：以邹城市建成区为研究对象，以邹城市2006年的SPOT5遥感影像为信息源，通过ERDAS IMAGINE 8.5对图片进行处理后,利用Arcview GIS的图像、数据处理功能,获取景观要素图斑，计算景观格局的异质性指数。结果表明，景观多样性指数相对较高。邹城城区绿地系统的景观优势度较小，均匀度较较大。绿地面积分布较为均衡，但是各类型绿地分布并不均衡。通过对景 观异质性指数的分析,探讨了小城市景观生态空间格局，提出了城市景观生态优化的对策和措 施。关键词：景观异质性；绿地系统；邹城中图分类号 Q149 文献标识码 A1. 引言城市绿地是由公共绿地、生产绿地和环境绿地组成的城市景观的重要组成部分1。由于城 市绿地景观是一个高度人为干扰形成的景观，则其城市景观主要表现为二维平面空间异质性特 征。景观异质性是城市景观一个重要属性，指构成城市景观要素和组分在空间分布上的不均匀 性和复杂性2，3，4。由于城市景观异质性的存在，才给城市带来生机和活力，形成了城市内部的 物质流、能量流、信息流和价值流，保持了城市景观的生态平衡和城市的持续发展5。在这条 原理指导下的城市绿地景观规划和设计能使城市景观格局和功能更加合理、更加稳定，达到高 效、协调、舒适的目标2。在遥感和GIS技术的支持下，城市绿地空间格局和生态过程的研究有 了新的进展 6,7,8，对城市绿化的分析与评价有了定量的认识，从原来的定性描述发展到定量分 析的模型预测，通过运用各种定量指标，分析城市绿地的景观空间分布格局9,10,11。小城市作为 联系大城市和乡村的纽带，其绿地与郊区大环境绿地之间有着密切的联系。郊区大环境绿地对 小城镇环境有着很大的影响。同时小城镇与乡村的紧密关系，决定了小城镇绿地的服务对象除 了城镇居民以外，还有广大的农民。现阶段随着农村城镇化水平的不断提高，一些大城市的卫 星城市甚至很多县级市规模也在不断膨胀，大量乡镇企业的建立虽然繁荣创了小城镇的经济， 但其中也有部分企业的发展破坏了小城镇的生态环境，给城镇居民生活带来了很大的影响，因 此我们就得对小城市的绿地系统进行相应研究。本文基于spot5卫星遥感图像，通过研究邹城市 城市绿地系统，利用景观生态学原理探讨小型城市绿地空间结构及其异质性问题。1本课题得到山东省城市园林生态遥感调查，上海市自然科学基金（J-2007-32）的资助。- 8 -2. 研究地区概况与研究方法2.1 研究地区概况邹城市是山东省直辖县级市，2007年全国百强县(市)列16位。建城区面积24平方公里。地 处东经116º24117°30，北纬35°1135°32，属暧温带半湿润季风气候，四季分明，干湿显著。 是北方比较典型的发展较快的小城市。邹城市城区绿化覆盖率为36.38%，人均绿化覆盖面积为8.175m2/人。现有栽培农作物近200种，草类300种，鸟类84种，昆虫近万种。 在景观生态学角度城市绿地可以看作斑块绿地和廊道绿地，而在邹城市中没有连续的水系，因此只有道路绿地归为廊道绿地，而且道路绿地破碎比较严重，连续性较差。根据小城市特有 的绿地空间特征和功能，将绿地系统划分为公园绿地、道路绿地、居民区绿地、生产绿地、防 护绿地、风景绿地、耕地、零星绿地9个类型的斑块绿地(图1)。2.2 研究方法2.2.1 数据选择 根据“2006年邹城城市绿化指标核查表”及各类型城市绿地统计明细表资料，进行统计分析。图1邹城建城区绿地分布图Fig.1 Urban vegetation in Zoucheng近年来，随着遥感技术的不断发展尤其是商用高分辨率卫星数据的出现，为城市绿化调查 提供了很好的信息源。本文采用分辨率为2.5m全色影像与分辨率为10m彩色影像融合后SPOT5影像。SPOT5影像光谱范围和分辨率如表1所示。采用ERDAS IMAGINE 8.5软件对影像进行纠正后, 然后结合区域环境背景，实地调查，采用目视判读，对遥感影像进行解译，得到景观类 型的空间分布图。首先通过对img图像景观格局指数的计算比较，然后在GIS支持下，将各个幅 度内的数据转换为栅格格式。用景观分析软件Fragstats计算不同幅度下的多样性指数，同时将计 算结果导入地统计软件Arcview GIS，生成相应斑块图像。最后采用ERDAS IMAGINE 8.5制作1：10000城市影像图。表 1 SPOT5 数据光谱波段和分辨率Table 1 SPOT5 data spectrum band and resolution传感器 光谱波段 地面分辨率波段光谱范围SPORT5Panchromatic（全色） 2.5m 0.48 - 0.71 µm B1: green（绿光） 10m 0.50 - 0.59 µm B2: red（红光） 10m 0.61 - 0.68 µmB3: near infrared（近红外） 10m 0.78 - 0.89 µmB4: short-wave infrared (短红外) 20m 1.58 - 1.75 µm2.2.2 景观异质性分析指标景观分析中可用的指数很多,但每个指数都有其局限性12,13。为全面反映绿地斑块各项指数,选择了以下5个景观分析指数,分别为:1)景观破碎度指数F(Fragmentation):表示某景观类型在给定的时间内和给定的性质上的破碎 化程度9，其取值为从0到1，其值越大，表明破碎度越大。FN1 = ( N P 1) / N C其中Nc是景观数据阵的方格网中格子总数，在计算中，采用研究区内最小的斑块面积去除 总面积作为Nc值，也就是以最小斑块面积作为每一个网格的大小。NP为景观内各类斑块的总数2)景观聚集度指数C(Contagion)：描述了景观中不同生态系统的团聚程度9。mm P(i, j) lnP(i, j)C = 1 + i =1j =1m ln(m)其中P(i，j)表示同j类型元素相邻的i类型元素所占的比例；m为绿地景观总类型数。3)景观多样性指数H(Diversity):信息论中信息不确定性的测度方法，作为景观多样性测定指 标2,4 ，多样性指数的大小反映景观要素的多少和各景观要素所占比例的变化，当景观由单一 要素构成，景观是均质的，其多样性指数为0。mH = Pi log Pii =1式中， Pi 是i 种景观类型在景观里的面积比例；m是景观类型总数。4)景观优势度指数D(Dominance):表示景观多样性对最大多样性的偏离程度，其值越大，表 明偏离程度越大，即某一种或少数景观类型占优势，反之则趋于均质，其值为0时，表明景观完 全均质2,16。mD = H max + Pi log 2 Pii =1式中， H max = log 2 Pi ，意为各类型景观所占比例相等时，景观拥有的最大多样性指数。5)景观均匀度指数E(Evenness):均匀度是描述景观里不同景观类型的分配均匀程度，均匀度 和优势指数呈负相关3。3. 结果与分析E = H / H max ×100%3.1城区绿地生态系统景观异质性分析3.1.1城区绿地景观多样性指数(H)景观多样性是指景观在结构、功能以及时间变化方面的多样性15，揭示了景观的复杂程 度。从数据上看邹城市市区的绿地的多样性指数达到1.9962，说明市区内绿地多样性指数较高， 而且从整体上看各个绿地类型面积比例差异不大。虽然在整个市区的绿地分布图上看风景绿地、 防护绿地和生产绿地的分布不平均，但是由于同一类型绿地面积差异较小，从而导致了从整体 上看邹城市市区内多样性指数的偏大。3.1.2城区绿地景观优势度(D)邹城城区的绿地景观优势度比较小只有0.3064，这就说明在城区的整个绿地系统中各个绿 地类型的影响力差别不大，且各景观类型的面积分布较平衡。结合实际也能看出整个城市的绿 地斑块分布较为均匀。这个结论与景观多样性指数差别不大。3.1.3城区绿地景观均匀度(E)景观均匀度指数与景观优势度指数成反比。从得出的数据也可以看出，邹城市市区的均匀 指数较大。这说明邹城市绿地类型的分布较为均匀，这一结论与前面两项分析的结果相契合。3.1.4城区绿地景观破碎度(F)景观破碎化实际上是生境破碎化的一个反映，生境破碎化是景观异质性的一个重要组成。 生境破碎化在城市生态系统中随处可见。生境的消失和破碎是城市发展对生物多样性最严重、 最直接的威胁。大片茂密的植被，或代之以混凝土地面和楼群，或被人工廊道分割得支离破碎， 不可避免地导致大量的物种消失。对城市绿地景观而言“绿地景观破碎化程度的高低”一方面表 示城市绿地对生物多样性的维持和贡献的大小（一般而言“斑块面积越大”生物多样性越高)景观 的破碎度越高对生物多样性的保护越不利)另一方面还表示了绿地景观功能的大小和复杂性（破 碎化程度越高“表明景观功能越弱”越单一）。因此“城市绿地景观破碎度指数是评价城市绿地质 量的一个重要指标16”。邹城市市区的绿地的破碎度指数达到1.788，说明城区范围内的绿地分布分散且破碎，没有一定的规模和面积，因此整个绿地系统不利于整个城市生物多样性的保护且绿化效果不佳。3.1.5城区绿地景观聚集度(C)聚集度指数反映景观中不同斑块类型的非随机性或聚集程度17。与多样性指数不同，聚 集度指数明确考虑斑块类型之间的邻接关系18，因此能够反映景观组分的空间配置特征。与 多样性相反。聚集度也具有明显的空间自相关性，尺度越小，自相关的存在范围相应较小，但 空间自相关性越强19。根据表6可以看出，邹城市绿地系统地聚集度相对较高，这样有利于整 个绿地系统之间的信息交流，有利于整个绿地系统内生物多样性发展。表6 邹城市城区绿地生态系统景观异质分析Table 6 Landscape heterogeneity analysis in Zoucheng vegetation指数 Index聚集度景观类型landscape type斑块绿地多样性指数（H） 优势度（D） 均匀度（E） 破碎度（F）（C）Patch vegetation1.9962 0.3064 0.8669 1.7881 0.97063.2 邹城市绿地系统中存在的问题及建议通过对邹城市建成区绿地系统景观格局与异质性分析，针对小城市绿地系统建设得到以下 几点建议：3.2.1城中地问题 在邹城市中，大面积的耕地并不是很多而且大部分分布在城市周边，破碎化程度不高而且聚集度相对较高(表7)。这样对于城市规划者来说是比较有利的，破碎度不高说明整体性较好，聚集度相对较高，各个耕地斑块分布相对集中，这样既有利于对这部分耕地的统一规划，又不 会对城市整个绿地系统的景观异质性造成太大影响。当然也有一些地方城中地破碎度较高，分 布较为零散，这就要根据实际情况，适当对城中地的性质、用途进行改造，最终的目的是增强 城市绿地的连通性。3.2.2 零星绿地问题 在对邹城市整个城市进行相关调查分析以后，发现其零星绿地的斑块数量占到整个邹城市绿地系统斑块总数的69.74%(表2)，但是其破碎度指数是所有绿地类型中最高的，而其聚集度指数是所有绿地类型中最低的(表7)，这说明整个城市的绿地系统分布最为零散且斑块面积较小。 城市绿地生态系统是一种社会、经济、自然复合的人工生态系统，其生态学过程就是自然-社会-经济耦合过程20。零星绿地是由于各种因素(管理不善，城市建设破坏等)造成的，这种 绿地形式在大中型城市存在相对较少，或者由于规划较为完善基本都是以连续的整体性较强的 绿化形式存在。但是对于小城市来说由于各种因素导致零星绿地的存在，在绿化规划中就应该 考虑其中。虽然零星绿地斑块内部能量小，不利于斑块内物种多样性的形成，也不利于整个绿 地系统的景观表达，但是其有利于物种的迁移和过渡。因此要结合零星绿地周边的绿化形式， 在整个绿地生态系统的前提下将其改造并合理利用最终形成一个连续的城市绿地系统。3.2.3 公共绿地问题根据邹城市的实际情况，增加绿地斑块面积或数量可以在增加绿地面积的同时增强整个城 市绿地系统的连通性。邹城市公园的分布和面积都相当不平衡(表7)，公共绿地聚集度达到0.9885，但是破碎度却只有0.0684，由图1也可以看出其公共绿地面积很大程度上是依靠几个大型公园的面积得到提升。 针对小城市中公共绿地分布不合理的问题可以在市区居民相应较为集中的地方布置几处大型公园；在成片旧房改造中建设一些小型公园，使绿地分布均衡，充分发挥绿地功能；在居民 住宅小区、工厂、学校等单位应见缝插针，种草植树，增大斑块数量和面积并加强其连通性； 提倡植物造园、使乔木、灌木、藤本植物、花卉和草坪相结合，增加立体空间复层结构21，对 改善环境质量和为市民提高游憩场所都有着重要意义。根据合理服务半径均匀布局22的原则建 设公园绿地，增加公园绿地景观分布的均匀度，降低其聚集度，使公园绿地的不同类型景观尽 可能满足城市居民的生活和休憩需求。加强市中心区公园绿地的建设力度，改变公园绿地地区 分布不均的现状。增加公园绿地形状的多样性，丰富绿地景观多样性，加强各绿地斑块之间的 联系。3.2.4 绿色廊道系统问题 由邹城市道路绿地破碎度高达到2.3479，说明道路绿地系统连通性不强，还不能称之为完善的城市廊道绿地系统。针对小城市道路绿地破碎度较大的特点，加强城市道路绿地斑块之间的联系形成线型绿地 廊道。道路绿地与城市周边的风景林地和各种特色绿地有机联系，建立起城区与城郊自然生态 系统绿色通道，在将鸟类和城郊小动物引入城区，形成物种多样性高的斑块，建造具有地方特 色的城市景观格局14，同时也为城市居民提供了防灾防护的庇害所。3.2.5 小城市绿地系统多样性建设 在同一个绿地斑块中，由多物种组成的异质性，要高于单一物种的异质性2。因此，在小城市的绿地系统建设中要保护好当地已有的树种，特别是在保护好原有风景区中的乡土树种外，还应注意引进一些地带性树种，最终目的是建设地域特色植物为主体的绿地斑块，增强各绿地 斑块之间的联系，形成绿色廊道。表7 邹城市城区各绿地类型景观指数分析Table 7 Landscape index analysis in Zoucheng vegetation景观类型landscape type指数 Index斑块密度（PD）破碎度（F） 聚集度（C）耕 地Plantation vegetation公园绿地Park vegetation道路绿地Street vegetation8.8971 0.0843 0.98006.4506 0.0684 0.9885697.5436 2.3479 0.7690居民区绿地 267.2555 2.5838 0.89904. 结论Residential vegetation生产绿地Production vegetation防护绿地Shelter vegetation风景绿地Landscape vegetation零星绿地Trivial vegetation6.15010.06160.991521.9732 0.4389 0.93280.72960.00720.99111912.5437 19.32790.7558通过对邹城市的城市绿地系统的研究发现小城市绿地系统绿地斑块的破碎度较大，绿地廊 道的完整性较差。因此在以后的城市建设中通过人工途径加强各个斑块之间的联系，建立起一 个完整的绿色廊道作用带，将生态、景观、人性在纵深横向扩散。参考文献1 何兴元, 陈 玮, 徐文铎, 刘常富, 李海梅, 孙 雨, 张 粤. 沈阳城区绿地生态系统景观结构与异质性分析J.应 用生态学报. 2003,14(12):2085-2089.2 李贞,王丽荣,管东生. 广州城市绿地系统景观异质性分析J. 应用生态学报, 2000,11(1):127-1303 周志翔, 邵天一, 周小青, 何吉成, 郭尔祥, 叶贞清, 于春杰, 严天炜. 武钢厂区景观结构及绿地空间布局研究J. 应用生态学报. 2001,12(2):190-1944 赵玉涛, 余新晓, 关文彬. 景观异质性研究评述J. 应用生态学报. 2002,13(4):495-500 5 何兴元, 宁祝华, 陈 玮. 城市森林研究进展J. 生态学杂志. 2001,20(5):55-596 Turner MG. 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Used the SPOT5 satellite imagery has carried on the analysis to the Zoucheng city green space system landscape structure and the heterogeneity. The landscape multiple indices are relatively high.The Zoucheng city green space systems landscape dominance indices is small,the evenness indices is big.The green space area distribution is more balanced,but the vegetation type distribution is imbalanced. Based on the analysis of landscape pattern index, the small city of landscape ecology spatial pattern, to optimize the urban landscape ecological policies and measures.Key words: Landscape heterogeneity; Vegetation; Zoucheng作者简介：王震（1981-），男，山东省莱芜市，硕士，研究方向：景观生态。 张志国，男，教授、博士生导师，山东沾化人，主要研究方向：主要从事景观生态学、观赏园 艺、草业科学方面的教学和科研。