其格樂很 何秉宇 黃玲

摘要 選取烏魯木齊市中心城區(qū)（天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、水磨溝區(qū)、高新區(qū)）為研究靶區(qū)，以2008、2013、2017年的Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用Envi、ArcGIS以及Fragstats景觀格局分析軟件，對2008—2017年研究區(qū)生態(tài)類型格局面積變化及轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行分析，并選取7個景觀特征指標(biāo)，即綠地斑塊面積、斑塊個數(shù)、斑塊密度、平均斑塊面積、斑塊形狀指數(shù)、斑塊類型占景觀面積比例、斑塊聚集度，進(jìn)行了定性與定量分析。結(jié)果表明：城市綠地景觀轉(zhuǎn)入量主要來自裸地及農(nóng)田，綠地面積從2008年的90.38 km2增加至113.34 km2，2017年綠地面積相較2013年增加了22.96 km2，面積所占比例增加了2百分點(diǎn)。研究區(qū)綠地景觀破碎化程度總體呈上升趨勢，其中高新區(qū)綠地面積較小，斑塊個數(shù)最多，斑塊密度最大，破碎化程度最高，綠地生態(tài)功能較弱。綠地斑塊形狀及綠地景觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性總體呈現(xiàn)增加的趨勢，城市綠地景觀受人類活動影響明顯，其中因水磨溝區(qū)部分山區(qū)綠地景觀連通性較強(qiáng)、破碎度小，城市綠地聚集度最大。針對這些問題提出綠地優(yōu)化建議，為研究區(qū)城市綠地景觀優(yōu)化及生態(tài)環(huán)境的改善提供參考，同時為烏魯木齊市創(chuàng)建“國家生態(tài)園林城市”這一目標(biāo)提供一定理論依據(jù)與決策支持。

關(guān)鍵詞 GIS;城市綠地;景觀格局;景觀破碎化;烏魯木齊市

中圖分類號 TU985文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）15-0072-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.15.021

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract Taking Tianshan District，Saybagh District，Shuimogou District and Gaoxin District of Urumqi City as the research objects，with all data based on Landsat remote sensing images of 2008，2013 and 2017，using Envi，ArcGIS and Fragstats landscape pattern analysis software，this paper analyzed the change and transfer matrix of landscape pattern area of the study area from 2008 to 2017，and selected seven landscape characteristic indicators，namely green patch area，patch number，patch density，average patch area，patch shape index，proportion of patch type to landscape area and patch aggregation degree.The results showed that the amount of green space landscape transfer mainly comes from unused land and farmland.The area of green space has increased from 90.38 km2 to 113.34 km2.Compared with 2013，the area of green space increased by 22.96 km2 in 2017，and the proportion of green space increased by 2 percent points.The fragmentation degree of green space landscape in the study area is generally on the rise.The green space area in the new urban area is smaller，the number of patches is the largest，the density of patches is the largest，the degree of fragmentation is the highest，and the ecological function is weak.The complexity of patch shape and landscape structure of green space shows an increasing trend.Urban green space landscape is obviously disturbed by human activities.Because of the strong connectivity and small fragmentation of landscape in some areas of Shuimogou District，urban green space aggregation is the largest.In this study，the green space optimization suggestions were put forward to provide reference for urban green space landscape optimization and ecological environment improvement in the study area.At the same time，it also provided some theoretical basis and decision support for the goal of establishing “National Ecological Garden City” in Urumqi.

Key words GIS;Urban green space;Landscape pattern;Landscape fragmentation;Urumqi City

作者簡介 其格樂很（1995—），女，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，碩士研究生，研究方向：區(qū)域污染控制與環(huán)境影響評價。*通信作者，副教授，從事區(qū)域污染控制與環(huán)境影響評價研究。

收稿日期 2019-02-13

城市綠地是城市規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)，以植被形態(tài)存在的最易被城市居民感知的自然元素，也是衡量城市居民生活環(huán)境質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，其布局的合理與否也直接影響著城市生態(tài)效益、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益以及城市的可持續(xù)發(fā)展[1-3]。我國城市綠地系統(tǒng)的研究起步于20世紀(jì)50年代，以借鑒前蘇聯(lián)的理論與經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，城鎮(zhèn)化發(fā)展雖快，城市綠化發(fā)展卻較為緩慢。1992年國務(wù)院頒布《城市綠化條例》，同年，國家建設(shè)部發(fā)起《國家生態(tài)園林城市》創(chuàng)建活動。2002年建設(shè)部頒布《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)》。3S技術(shù)在此期間開始廣泛應(yīng)用于城市綠地研究中。2010年建設(shè)部頒布了《城市園林綠化評價標(biāo)準(zhǔn)》。2017年國務(wù)院對《城市綠化條例》進(jìn)行修訂。我國城市綠地系統(tǒng)建設(shè)從借鑒前蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)的摸索階段逐步邁向正規(guī)化標(biāo)準(zhǔn)化的快速發(fā)展階段[4-5]。

城市綠地景觀格局方面的研究，從早期的基于綠地普查數(shù)據(jù)報告的研究到如今較為常見的運(yùn)用3S技術(shù)，諸如進(jìn)行NDVI波段合成、目視解譯等多種遙感地理信息技術(shù)的普及，以及針對景觀格局研究中普遍運(yùn)用的，如Patch Analyst、Fragstas等景觀分析軟件的運(yùn)用，使得城市綠地景觀格局方面的研究在不斷革新的同時也在不斷發(fā)展新的方法及技術(shù)[6-10]。對于城市景觀格局的研究，如哈孜亞·包浪提將[11]對城市景觀格局動態(tài)變化以及驅(qū)動力進(jìn)行研究;馮珊珊等[12]對粵港澳區(qū)的不透水面進(jìn)行景觀生態(tài)學(xué)分析研究。對于城市綠地景觀的研究，如劉亞文等[13]運(yùn)用3S技術(shù)對吐魯番高昌區(qū)近27年的綠洲空間變化特征及驅(qū)動力進(jìn)行研究;高鵬[14]基于ArcGIS遙感影像解譯建立城市綠地信息系統(tǒng)，對城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提出建議;周亞東等[15]基于GIS和Fragstats技術(shù)對森林景觀格局破碎化程度及城市建設(shè)擴(kuò)張模式進(jìn)行研究分析;劉凌霄[16]基于景觀格局指數(shù)對城鎮(zhèn)景觀格局規(guī)劃以及優(yōu)化提出建議及理論依據(jù)。

新疆是“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”核心區(qū)，烏魯木齊市是新疆的首府城市，是“核心區(qū)”的核心，承擔(dān)著“一帶一路”倡議落實(shí)的巨大責(zé)任。隨著經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，烏魯木齊城市景觀結(jié)構(gòu)及綠地系統(tǒng)空間格局發(fā)生了巨大的變化。該研究運(yùn)用地理信息技術(shù)以及景觀生態(tài)學(xué)原理，研究烏魯木齊市中心城區(qū)（天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、水磨溝區(qū)、高新區(qū)）近10年綠地景觀格局變化及趨勢，為烏魯木齊市綠地系統(tǒng)布局優(yōu)化，生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

烏魯木齊地處中國西北部的天山中段北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣。烏魯木齊市是世界上距離海洋最遠(yuǎn)的大型內(nèi)陸綠洲城市，地形三面環(huán)山，東南高西北低，城市呈現(xiàn)出東西較窄、南北狹長的分布。全市面積為14 216.3 km2，轄7區(qū)1縣，常住人口數(shù)量為2 444.67萬。該研究選取烏魯木齊市中心城區(qū)（天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、水磨溝區(qū)、高新區(qū)）作為研究區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理 選用2008 年Landsat 5 和 2013 年、2017年Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù)，均從美國 USGS 網(wǎng)站和地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站獲取，影像精度為30 m，研究區(qū)無云，圖像質(zhì)量較好。為避免季節(jié)變化引起的差異，影像均選自植被覆蓋良好的7月及8月。

1.3 研究方法

1.3.1 數(shù)據(jù)處理。

在ArcGIS 10.2中采用世界1984_UTM_49N坐標(biāo)系，對3期的影像進(jìn)行幾何校正、輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像融合等預(yù)處理。OLI_TIRS影像經(jīng)過與全彩色波段進(jìn)行圖像融合，合成15 m分辨率的影像數(shù)據(jù)，利用Envi 5.3監(jiān)督分類法及目視解譯法，依據(jù)我國土地利用現(xiàn)狀分類系統(tǒng)，分別提取綠地、建設(shè)用地、農(nóng)田、水域、裸地5個景觀生態(tài)類型進(jìn)行研究分析。在ENVI classic中通過confusion matrix工具對3期影像的分類結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，Kappa系數(shù)均為0.9以上。

1.3.2 數(shù)據(jù)處理方法。

（1）城市景觀生態(tài)類型轉(zhuǎn)換矩陣。城市景觀生態(tài)類型轉(zhuǎn)換矩陣可較為全面的反映研究區(qū)域內(nèi)，各城市景觀之間的轉(zhuǎn)換方向及轉(zhuǎn)換數(shù)量，能較好的表現(xiàn)城市景觀格局的時空演化過程。數(shù)學(xué)模型如下：

利用ArcMap 10.2.2中空間疊加運(yùn)算的方法對監(jiān)督分類好的3期遙感影像進(jìn)行疊加運(yùn)算，求出3個時間點(diǎn)期間的城市生態(tài)類型轉(zhuǎn)移矩陣。

（2）綠地景觀指數(shù)提取及計算方法。

景觀格局指數(shù)能夠量化的表征景觀空間結(jié)構(gòu)特征的同時，也是衡量景觀隨時間變化的重要指標(biāo)。綠地景觀格局變化的定量分析可以從景觀指數(shù)變化上來反映。將ArcMap 10.2.2中進(jìn)行圖像處理后的景觀生態(tài)類型矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)，利用景觀格局分析軟件Fragstats 4.2計算景觀格局指數(shù)。該研究遵循因地制宜的原則，結(jié)合各景觀指標(biāo)的表征作用，選取了斑塊個數(shù)（NP）、斑塊類型面積（CA）、斑塊密度（PD）、平均斑塊面積（MPS）、斑塊形狀指數(shù)（LSI）、斑塊類型占景觀面積比例（PLAND）、斑塊聚集度（AI）等7個景觀指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀構(gòu)成及其變化特征

通過解譯遙感影像，對2008—2017年烏魯木齊市中心城區(qū)景觀生態(tài)類型分布情況進(jìn)行提取，并對其動態(tài)變化進(jìn)行分析。

2.1.1 生態(tài)類型面積及比例變化。對影像進(jìn)行解譯、分類及分類后處理，獲得各景觀生態(tài)類型面積及比例變化如圖2和表4。近10年，烏魯木齊市4個城區(qū)生態(tài)類型有較大變化，主要表現(xiàn)為建設(shè)用地向四周不斷擴(kuò)張，城市綠地逐漸增加，農(nóng)田景觀急劇減少，裸地面積呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）社會經(jīng)濟(jì)及城市化進(jìn)程加速增長是影響城市景觀格局變化的主要因素。據(jù)2008—2017年烏魯木齊統(tǒng)計年鑒可知，烏魯木齊市GDP（生產(chǎn)總值）從2008年的1 020億元到2017年的2 700億元，生產(chǎn)總值實(shí)現(xiàn)成倍式的增長，烏魯木齊市中心城區(qū)（天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、水磨溝區(qū)、高新區(qū)）建成區(qū)也呈現(xiàn)增長趨勢，2008—2017年，天山區(qū)建成區(qū)面積從32.79 km2增至65.46 km2;沙依巴克區(qū)建成區(qū)面積從29 km2增至53.3 km2;水磨溝區(qū)建成區(qū)面積從32.79 km2增至63 km2;新市區(qū)建成區(qū)面積為42 km2。10年來，社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，直接引起了城市各類景觀生態(tài)格局的劇烈轉(zhuǎn)變。

（2）城市建設(shè)用地面積在10年間增加了119.64 km2，而景觀生態(tài)類型占比面積由2008年的19.3%轉(zhuǎn)變?yōu)?017年的29.6%，這表明，社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，使得城市不斷向外擴(kuò)張，城市化進(jìn)程加快的勢頭愈加劇烈。

（3）2008—2017年綠地景觀生態(tài)類型占比僅從原先的7.8%增加至9.8%，但綠地景觀面積面積有所增加，2017年綠地景觀面積為113.34 km2，在10年間增加了22.96 km2。城市綠地景觀面積占比較小，綠地大部分集中在建成區(qū)，而城郊區(qū)綠地覆蓋率較少，使得對其生態(tài)功能評價不能僅從行政區(qū)劃范圍內(nèi)面積占比作為參考，需要充分考慮建成區(qū)及城郊區(qū)綠地配比實(shí)際情況來進(jìn)行評價。

（4）通過對景觀生態(tài)類型轉(zhuǎn)移矩陣的分析，10年間城市綠地景觀增加主要來自裸地及農(nóng)田，其次是建設(shè)用地，而水域景觀基本沒有轉(zhuǎn)變成綠地景觀。裸地較多地轉(zhuǎn)出為城市綠地是城市建設(shè)發(fā)展中較好的現(xiàn)象，說明在城市中綠化荒山荒地等舉措被實(shí)施，城市環(huán)境得到改善，城市景觀的觀賞性價值逐漸提升。

（5）城市綠地景觀整體呈現(xiàn)破碎化程度增加的趨勢，其中高新區(qū)綠地景觀面積不大，卻是斑塊個數(shù)最多斑塊密度最大的區(qū)域，也是4個城區(qū)中破碎度最大的區(qū)域，主要與4個城區(qū)發(fā)展階段有關(guān)，如天山區(qū)、沙依巴克區(qū)以及水磨溝區(qū)均為老城區(qū)，城中居住建筑群及商業(yè)建筑群等已形成規(guī)?；陌l(fā)展，較難對其進(jìn)行碎片式的綠化，而高新區(qū)作為新的市區(qū)，部分區(qū)域還在建設(shè)階段，對其綠地系統(tǒng)規(guī)劃也較晚，碎片式的綠地建設(shè)滿足了居民對綠色景觀的需求。水磨溝區(qū)是城市綠地景觀面積及斑塊類型占景觀面積比最大的城區(qū)，主要與其郊區(qū)山脈綠地常年不變且面積基數(shù)較大有關(guān)。高新區(qū)城市綠地景觀面積先減少后增加與其農(nóng)田耕作的農(nóng)作物類別有一定關(guān)系。

（6）綠地景觀斑塊形狀復(fù)雜性及景觀空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜性總體上均呈現(xiàn)增加的趨勢，也表明城市綠地景觀越發(fā)的易受人類活動的干擾，其中因水磨溝區(qū)郊區(qū)山脈附近綠地景觀連通性較強(qiáng)、破碎化程度相對較小，城市綠地聚集度最大。

3.2 建議

（1）烏魯木齊市總體呈現(xiàn)建成區(qū)綠地覆蓋率較高，城市郊區(qū)綠地覆蓋率較低，綠地空間布局不均衡，生態(tài)功能較弱的現(xiàn)象，應(yīng)合理規(guī)劃和布局城市綠地景觀格局，消除因分布不均衡導(dǎo)致的城市綠化盲區(qū)。適當(dāng)增加城市郊區(qū)綠化面積，優(yōu)化城市綠地景觀格局，使城市綠地更好地服務(wù)于大眾，發(fā)揮大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

（2）在綠地建設(shè)與規(guī)劃中應(yīng)注重道路綠地建設(shè)，諸如環(huán)城高速以及河灘高速路等市內(nèi)高速路均分擔(dān)著較大的車流量，增加其路旁綠化有助于降低整個市區(qū)的揚(yáng)塵量以及噪聲量。在不斷增加街旁綠地及道路綠地的同時，應(yīng)加強(qiáng)建成區(qū)內(nèi)荒山荒地的綠化，將建成區(qū)內(nèi)裸地轉(zhuǎn)化為城市綠地。結(jié)合路旁綠化及荒山綠化等措施，增加整個城市綠地的連通性，使其生態(tài)功能更加完善。

（3）適當(dāng)?shù)臄U(kuò)建或增建公園綠地，對原有的大型公共綠地加強(qiáng)保護(hù)，規(guī)劃將部分中小型綠地擴(kuò)建為大型綠地，發(fā)揮大型綠地的規(guī)模效應(yīng)，降低其受人類活動干擾的程度同時，使城市“熱島效應(yīng)”得到緩解。

（4）優(yōu)化城市綠地空間布局的同時，重視綠地植被多樣性，并且更加科學(xué)化的選擇植被，合理搭配不同植被色彩及植被形態(tài)，充分結(jié)合城市居民精神需要，努力創(chuàng)建一個布局合理、色彩分明、景色優(yōu)美的生態(tài)園林城市。

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