濟南市建成區綠地景觀構成與空間格局分析

魯敏，秦碧蓮，劉佳，劉國恒

（山東建筑大學藝術學院，山東濟南250101）

0 引言

生態城市是21世紀人類理想的聚居模式和實現城市可持續發展的重要途徑［1］，城市生態綠地系統不僅是生態城市建設的核心內容，而且是城市生態系統中唯一具有自凈功能及自動調節能力的子系統，在改善環境質量、調節生態平衡、美化城市環境等方面具有重要的作用［2－4］。城市綠地景觀空間格局研究與分析是科學合理的進行城市生態綠地系統規劃和城市生態建設的基礎和前提，是優化城市空間結構和充分發揮城市綠地生態功能的重要手段和途徑［5］。

景觀空間格局是指景觀構成成分的空間結構，即景觀組分的組合方式和特征［6］，受到自然因素和人為因素的雙重影響［7］。目前景觀空間格局的分析方法主要有：轉移矩陣分析法、景觀指數分析法、空間統計分析法以及基于元胞自動機的景觀模擬法［8］等。隨著遙感和GIS技術的應用日益興起，使對城市生態綠地系統的定量研究成為現實，通過高分辨率遙感衛星影像提取城市綠地信息，對城市生態綠地景觀空間格局進行定量分析已成為景觀生態學研究的熱點和前沿［9］。

研究運用景觀生態學原理，借助遙感和GIS技術，選取了景觀多樣性、景觀破碎度、景觀廊道密度、景觀分維數等指標，對濟南市建成區綠地景觀構成及空間格局進行研究，旨在分析濟南市建成區景觀斑塊構成及空間結構特征，以期為改善城市居住環境、完善城市生態綠地系統建設、優化城市生態綠地布局提供建議。

1 研究區域概況

濟南市位于山東省黃河下游，南鄰泰山，北依黃河，是山東省省會、副省級城市和山東省的政治、經濟、文化、金融中心，是享譽全國的“泉都”。濟南市建成區包括槐蔭區、歷下區、市中區和歷城區部分區域、天橋區部分區域等五區，以上五區是近幾年濟南城市綠地系統研究的重點區域。

近幾年，隨著城市化進程的加快，濟南市生態環境質量面臨巨大威脅，尤其以南部山區亂占耕地、濫砍濫伐現象比較明顯，對濟南市城市生態系統造成惡劣影響，嚴重制約城市的可持續發展。濟南市生態綠地系統在人為因素的干擾下已顯現出顯著的脆弱性，對濟南市生態綠地景觀空間格局進行研究具有重要的現實及指導意義。

2 研究方法

2.1 數據來源

研究數據來源于濟南市2007年SPORT影像（2.5 m的分辨率），采用ERDAS軟件對其進行幾何校正，在ARCGIS軟件的支持下，通過人工交互式目視解譯法提取濟南市城市綠地信息。此外，研究還結合野外踏查等實地調研方法進行提取信息的精度檢驗。

2.2 綠地景觀分類

論文參考建設部頒發的綠地分類標準［10］，結合城市綠地景觀分類方法［11］，根據綠地斑塊功能、空間形態特征及地理位置，將濟南市建成區綠地斑塊類型劃分為4大類：防護綠地、公共綠地、濱水綠地和風景名勝區綠地。

2.3 綠地景觀空間格局分析指標

景觀空間格局變化的定量分析可以從景觀指數的變化上反映出來。景觀指數高度濃縮了景觀空間格局和景觀動態信息，能夠很好地了解景觀空間格局的組成成分、空間配置和動態變化過程［12］。對濟南市建成區綠地景觀空間格局進行研究的主要目的是了解景觀斑塊的基本結構特征以及人類干擾程度，因此研究選取了最能體現上述性狀的景觀多樣性、景觀破碎度、景觀廊道密度、景觀分維數等指數對濟南市建成區綠地景觀空間格局進行分析。

2.3.1 景觀多樣性

景觀多樣性是指景觀在結構、功能和時間變化方面的多樣性，由景觀類型的豐富度和均勻度組成，它揭示了景觀的復雜程度［13］。城市綠地景觀多樣性分析是了解城市綠地景觀現狀的基礎資料，也是對城市綠地景觀實施有效規劃管理的基本依據之一。

（1）多樣性指數

景觀多樣性指數按式（1）（Shannon-Weaver）計算為式中：H為景觀多樣性指數；Pi為第i種綠地景觀類型占總面積的比；n為綠地景觀類型總數。一般來說，多樣性指數越大，表示景觀多樣性越高。

（2）優勢度指數

優勢度是度量景觀空間格局中一種或少數幾種景觀組分支配或控制景觀的程度，亦即斑塊在景觀中的重要程度［14］，其計算式（2）、（3）為

式中：D為優勢度指標；Pi為第i種景觀組分占總景觀面積的比例；n為景觀類型總數；Hmax為各景觀組分所占面積比例相等時，景觀最大的多樣性指數。

（3）均勻度指數

均勻度指數表征景觀中不同景觀組分分配的均勻度，它與優勢度呈負相關，優勢度與均勻度是對同一個問題從不同側面的度量，用均勻度可印證優勢度的計算結果［15］。均勻度的計算式（4）、（5）為

式中：E為均勻度指數；H為修正了的Simpson指數。

2.3.2 景觀破碎度

景觀的破碎度是指景觀被分割的破碎程度。景觀破碎度越高，表示了人為干擾越大［16］。景觀破碎化程度的高低，還表示了城市綠地景觀功能的大小，景觀破碎化程度越高，其景觀單元的功能就越單一。研究中利用多個指標分析濟南市建成區綠地景觀破碎化程度。

（1）斑塊密度指數

斑塊密度指的是斑塊數量與面積的比值，其計算式（6）為式中：Ci為景觀i的破碎度；ni為景觀的斑塊數；Ai為景觀i的總面積，hm2。比值越大，破碎化程度越高。

（2）景觀斑塊數破碎化指數

斑塊數破碎化指數的計算式（7）、（8）為

式中：FN1和FN2分別為斑塊數破碎化指數；Nc為景觀數據陣的方格網中格子總數，在計算中，采用研究區內最小的斑塊面積去除總面積作為Nc值；Np為景

觀里各類斑塊的總數；MPs為景觀中各類斑塊的平均面積，hm2；Nf為景觀中某一景觀類型斑塊總數。景觀破碎化指數直接反映了人類干預程度的大小，在城市綠地景觀中，它不僅從一個側面反映了人類干預的程度，而且反映了城市居民的生活水平、居住的環境質量和城市的生態質量。

（3）景觀內部生境面積破碎化指數

內部生境面積破碎化指數的計算式（9）為

式中：FI為景觀類型內部生境面積破碎化指數；Ai為景觀類型最大斑塊面積，hm2；A為景觀總面積，hm2。

2.3.3 景觀廊道密度指數

綠地景觀廊道密度用以度量景觀被分割和連接的程度，是描述景觀破碎度與連接度的一個重要指數［17］。景觀廊道密度指數的計算式（10）為

式中：Ti為景觀i的廊道密度指數；Li為景觀i的總廊道長度，m；Ai為景觀 i總面積，hm2。在此研究中，Li為各城區綠地廊道長度，m，Ai為各城區面積，hm2。

2.3.4 景觀分維數指數

景觀分維數表示具有不規則對象的復雜性，用來測定斑塊形狀的復雜性［18］。分維數的計算式（11）為

式中：D為分維數；P為斑塊周長，m；A為斑塊面積，hm2。D的理論值為1.0～2.0，1.0代表形狀最簡單的正邊形周長，2.0代表同等面積下邊界最為復雜的斑塊周長。

3 結果與分析

3.1 濟南市建成區綠地景觀構成分析

根據遙感圖像解譯出的城市綠地專題圖，疊加濟南市建成區的地形圖，進行濟南市建成區各類型綠地面積、周長和數量的統計（見表1）。

濟南市建成區各類型綠地面積總計為251.19 hm2，其中以市中區綠地面積最大，占到研究區總綠地面積的51.06%，歷城區和歷下區次之，天橋區最小。

深入分析表1可知，濟南市建成區綠地空間分布極度不均衡，主要是由自然條件、城市行政區劃分及歷史遺留等綜合因素構成，其中自然因素為主要原因。

表1 濟南市建成區綠地斑塊統計

3.2 濟南市建成區綠地景觀空間格局分析

3.2.1 景觀多樣性分析

（1）多樣性指數分析

根據式（1）計算得到濟南市建成區綠地景觀多樣性指數（見表2）。

根據計算結果，各片區景觀多樣性指數排序：槐蔭區＞天橋區＞歷城區＞歷下區＞市中區。

槐蔭區和天橋區的綠地景觀多樣性和濟南市建成區的綠地最大景觀多樣性指數最接近，說明槐蔭區、天橋區兩區綠地景觀類型較齊全，各種類型綠地面積分布差別較小，綠地景觀分布較均勻，綠地景觀破碎程度較高。歷城區四種綠地景觀類型都有，且各類型綠地面積相對比較均勻，但是由于風景名勝區綠地面積相對較少，只有0.23 hm2，故多樣性指數中等。歷下區和市中區綠地景觀類型都齊全，但這兩區各綠地景觀類型的綠地面積差別較大，如市中區風景名勝區綠地達到104.73 hm2，而公共綠地只有10.68 hm2，所以這兩區綠地景觀類型面積分布極不均勻，綠地景觀的破碎化程度較低，多樣性指數明顯低于槐蔭區與天橋區。

（2）優勢度指數分析

根據式（2）、（3）計算得到濟南市建成區綠地景觀優勢度指數（見表2）。

從計算結果而知，市中區優勢度指數遠遠高于其它區，這是由于風景名勝區綠地占了絕對優勢，成為支配性的綠地景觀類型，綠地景觀類型面積分布很不平衡。而槐蔭區各綠地景觀類型面積相對較均勻，無明顯優勢綠地類型。歷城區、天橋區和歷下區介于兩者之間。

（3）均勻度指數分析

均勻度和優勢度成反比例關系，各綠地景觀類型面積分布越均勻，均勻度指數越高。根據式（4）、（5）得到計算結果，均勻度指數排序是（見表2）：槐蔭區＞天橋區＞歷城區＞歷下區＞市中區，即從另一角度說明了槐蔭區綠地景觀分布最均勻，市中區最不均勻。

對上述結果進一步分析還可發現，對城市綠地景觀均勻度影響較大的是地形和人類活動（土地利用），而地形對綠地景觀的影響實際上也是通過影響人類活動的方式而發生作用的。但總體上，地形（山丘、河流）類型和結構使綠地景觀類型分布的優勢度增加，而人類活動強烈的地區綠地景觀較為破碎，分布較為均勻。

表2 濟南市建成區綠地景觀多樣性分析

3.2.2 景觀破碎度分析

（1）斑塊密度指數分析

根據式（6）得到濟南市建成區綠地斑塊密度指數（見表3），研究區內綠地景觀斑塊密度總體上以防護綠地景觀最高，其它依次是公共綠地、濱水綠地，風景名勝區綠地最低。最高和最低者相差將近40倍，由于人類強烈干擾的原因，造成了防護綠地斑塊密度指數較高，破碎度較大，其生態質量和功能遠遠低于風景名勝區綠地。

各分區中，以槐蔭區最高，其西部為農田保護區，綠地景觀分割導致景觀密度較高，天橋區次之，市中區最低。防護綠地和公共綠地破碎度最高的是歷下區，由于老城區的緣故，市區建筑密度大，綠地面積少而分散，綠地斑塊“見縫插針”，使得破碎化程度更為突出。由于風景名勝區綠地斑塊相對于其他綠地斑塊面積大，因此各區風景名勝區綠地的破碎度普遍較低。

表3 濟南市建成區綠地斑塊密度指數／（個·hm－2）

（2）斑塊數破碎化指數分析

根據式（7）、（8）計算得到濟南市建成區斑塊數破碎化指數（見表4），在綠地景觀類型中，以防護綠地破碎化指數最高，這是由于原有的綠地景觀得不到合理化、生態化的調整和規劃，土地開發利用太注重眼前的經濟效益，綠地空間和自然生態格局被徹底打破，綠地景觀變得越來越少，越來越破碎。風景名勝區綠地破碎化指數最低，其原因是由于風景名勝區綠地雖然面積大，但成片分布，故斑塊數量相對較少。

在各個城區中，以槐蔭區最高，天橋區最低。槐蔭區建筑與農田密度高，分割城市綠地，使城市景觀遭到破壞，所以該區綠地景觀破碎度最高；而歷下區雖然北部也是老城區，但南部綠地景觀較為集中，所以其破碎度較低。

表4 濟南市建成區綠地景觀斑塊數破碎化指數

（3）內部生境面積破碎化指數分析

根據式（9）計算得到研究區內部生境面積破碎化指數（見表5），計算結果表明，濟南市建成區城市綠地景觀中，以風景名勝區綠地景觀內部生境面積破碎化程度相對較低，其中以歷下區最為突出，有較大面積的幾乎完整的生境，市中區風景名勝區綠地景觀的指數也相對較低。但其他各區即使是風景名勝區綠地，其景觀內部生境的破碎化程度也較高。其他綠地景觀類型除歷城區和天橋區的濱水綠地稍好之外，幾乎接近完全破碎的程度（指數值為1代表完全破碎）。

在各區的比較中，以歷下區景觀內部生境面積破碎化指數最低，因為歷下區集中了濟南市的各大風景旅游區，風景名勝區綠地的保護力度大，管理到位，而且其南部為山區，受人類活動干擾程度較低。

表5 濟南市建成區綠地景觀內部生境破碎化指數

3.2.3 濟南市建成區綠地景觀廊道密度分析

建成區內的綠地景觀廊道主要由道路和河流廊道構成，根據式（10）計算得到研究區綠地景觀廊道密度指數（見表6）。各城區中，由于天橋區的水系較為發達，連通性較好，所以此區的景觀廊道密度指數最高；市中區最低，只有0.23，是由于此區南部的大片風景名勝區綠地阻礙了綠地廊道的延伸，而且在老城區部分，道路規劃不夠完善；歷城區的水系也較發達，區內自然河網縱橫交錯，連接性也較好，但是由于歷城區有部分新規劃的區域，在城郊結合的部分有大量的農田植被，道路綠地還未被充分的規劃。因此，造成了此區的景觀廊道密度指數也不夠高。

表6 濟南市建成區綠地景觀廊道密度指數

3.2.4 濟南市建成區綠地景觀分維分析

根據式（11）得到研究區綠地景觀分維數（見表7），計算結果顯示，建成區綠地景觀整體分維數都較低，全都在1.5以下，說明綠地景觀受人為干擾較大，斑塊形狀總體上較為規則簡單。在各綠地景觀類型中，以風景名勝區綠地的分維數最小，這是因為濟南市的風景名勝區綠地多分布于山丘上，呈團聚狀，與其他綠地景觀間的界限較為明顯，所以分維數最低。防護綠地是由道路綠地連接了附屬綠地、街旁綠地和公共綠地等形成的，所以形狀最不規則，因此分維數最高，公共綠地和濱水綠地居中。

表7 濟南市建成區綠地景觀分維數

3 結論

通過對濟南市建成區的綠地現狀進行綠地景觀空間格局分析，可以得出以下結論：

（1）濟南市建成區綠地景觀多樣性分析結果顯示：槐蔭區的多樣性指數最高，該區域綠地景觀類型較多，且各類型的綠地景觀面積分布均勻、零散；市中區的多樣性指數最低，該區域各類型綠地景觀面積差別較大且分布極不均勻。

（2）濟南市建成區綠地景觀破碎度分析結果顯示：槐蔭區破碎度指數最高，綠地面積少而分散；歷下區破碎度指數最低，城市綠地保護力度大，管理到位。

（3）濟南市建成區綠地景觀廊道密度分析結果顯示：天橋區的廊道密度指數最高，水系較為發達，道路連通性好；市中區廊道密度指數最低，道路規劃不夠完善，且該區域南部的大片風景名勝區綠地阻礙了綠地廊道的延伸。

（4）濟南市建成區綠地景觀分維分析結果顯示：建成區綠地景觀整體分維數都較低，綠地景觀受人為干擾較大，斑塊形狀總體上較為規則簡單。

4 建議

為優化濟南市建成區綠地景觀空間格局，提高城市綠地生態功能，文章提出如下建議：

（1）濟南市建成區用地稀缺，今后城市綠地規劃和建設中的主要任務是對現有的綠地加強管理，從內涵上提高現有的綠地質量，同時盡量合并小型綠地斑塊，力求發揮最佳生態功能。

（2）注意利用道路綠化，包括鄉村公路、田間小路的綠化，加強各類斑塊的連通性，以降低斑塊密度。在綠化面積無法大量增加的客觀條件下，以降低綠地景觀斑塊密度來增加城市綠地的景觀生態功能。

（3）按照城市綠地景觀廊道設計標準，結合現有道路、河流及地形條件，規劃建設符合濟南發展的城市廊道，增強景觀斑塊的連通性。

（4）濟南市建成區綠地景觀分維數偏低的現象反映了在城市綠地系統的建設中，人工規劃綠地的現象太多，人為雕鑿痕跡太重，普遍追求視覺效果和表面裝飾的情況還大量的存在，對于綠地系統建設的生態化、網絡化、系統化和多樣化還不夠重視，這是今后城市綠地系統建設中應改進之處。

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