戴 菲 岳 峰 贾行飞 郭晓华，2

1 华中科技大学建筑与城市规划学院 武汉 430074 2 长江大学园艺园林学院 湖北荆州 434025

武汉市景观格局演变及绿道优化策略研究∗

戴 菲1岳 峰1贾行飞1郭晓华1，2

1 华中科技大学建筑与城市规划学院 武汉 430074 2 长江大学园艺园林学院 湖北荆州 434025

文章以武汉市为研究对象，获取1990—2015年25年间的遥感影像数据，基于Erdas以每5年为一个时间段进行遥感影像解译；然后基于Fragstats对武汉市类型水平景观格局指数进行研究，从景观规划设计角度进行绿道网缝补的景观格局优化策略探讨，并基于ArcGIS以野生动物迁徙的费用距离值对优化后的景观格局进行定量化的验证，为规划设计角度的景观格局演变研究及城镇化空间布局研究提供参考。

景观格局，优化策略，绿道，景观指数

2011年我国城镇化率已与世界城镇化率持平，2016年我国常住人口城镇化率达到57.35%，户籍人口城镇化率为41.2%，超过世界城镇化率平均水平，快速城镇化对景观格局带来了巨大的冲击，景观格局的变化对生态环境产生了很大影响，因此对景观格局的演变解析以及提出优化策略对保护生态环境和优化城镇化格局具有重要意义。

国内针对快速城镇化的大都市区景观格局研究，主要集中在土地利用格局演变[1]、城市生态空间数量变化[2]、城市景观格局梯度分析[3]、城市景观指数[4－5]及驱动力分析[6－7]，从规划设计角度进行优化策略的探讨较少。陈刚[8]等分析了武汉市1991年以及2009年的土地利用及景观格局的变化，熊宏涛[9]从武汉城市圈层面出发，探讨分析了土地利用和景观格局变化情况；刘艳芳[10]、王捍卫[11]等也对武汉市做了类似的研究。从综述中发现，研究国内大城市景观格局的文献大多数只是对现状时空格局演变的解译分析，很少从景观规划设计角度进行优化策略的探讨，运用定量化手段进行野生动物迁徙模拟验证景观格局优化的研究更少。因此本文以我国武汉市为研究对象，从景观规划设计角度进行景观格局演变及其定量化的优化策略研究，为规划设计角度的景观格局演变研究及城镇化空间布局研究提供参考。

1 武汉景观格局现状

1.1 研究区域概况

武汉是国家中心城市、湖北省会，位于江汉平原东部，地形以平原为主，兼有少量低山丘陵以及岗地，全市低山、丘陵、垄岗平原与平坦平原的面积分别占5.8%，12.3%，42.6%和39.3%；长江、汉江穿城而过，市域湖泊166个；湿地资源丰富，截止2014年，湿地保护面积约37 224.21 km2[12]；自然植被以常绿阔叶、落叶阔叶混交林为主，马尾松、杉木、栎树分布普遍；气候冬冷夏热，属典型的亚热带季风气候，1月平均气温最低为4.1℃，冬季长110 d，7月平均气温最高为29.2℃，夏季长达135 d，春秋两季各约60 d；年降水量为1 050～1 200 mm，空气湿度大，年无霜期240 d；生物资源丰富，其中粮食作物、经济作物、鱼类资源和水生动物，分别达240，50，88和45种[9]。国家统计局统计数据显示，2014年武汉市GDP迈入中国城市“万亿GDP俱乐部”，居华中地区首位，15个副省级城市中位列第3；2015年武汉市GDP达11 000亿元，连续两年位列全国城市第8。

1.2 数据获取与分类

研究选取武汉行政区市域范围 (8 594.6 km2)作为研究对象。根据景观生态学的原理及国内类似研究中景观要素用地分类办法，将用地类型分为农田、森林、疏林草地、水域、城乡建设用地、裸地6类。遥感数据来源于1990年9月、1995年6月、2000年9月、2005年9月、2010年5月和2015年4月共6期分辨率为30 m的Landsat遥感影像，时间跨度25年。然后在Erdas Imagine 2010软件中对影像进行监督分类和非监督分类相结合的方式进行解译，并对解译结果进行修正与校验，kappa系数介于85.3%～91.5%，影像解译达到研究要求，从而得到研究的基础数据，并在ArcGIS中统计各景观要素的面积 (图1，表1)。

表1 武汉市域不同历史时期景观要素面积 km2

3 武汉景观格局指数研究

3.1 类型水平的景观格局指数选取

对用地类型特别是森林、湿地和草地等生态类用地进行景观类型尺度的格局分析，可以更好把握区域景观格局变化的总特点。本文景观类型的研究共选取了14项景观指数[13]，重点分析可以全面反映景观格局演变的其中8项景观指数[14]，基于世界各地的学者都在广泛应用的专门计算景观格局指数的软件Fragstats 4.0，对上述解译的遥感影像数据进行进一步分析。

3.2 类型水平景观格局演变分析

研究期内城乡建设用地面积增长703.2%，农田面积减少8.3%，水域面积减少29.5%，森林面积增加24.2%，疏林草地减少31.1%，裸地面积减少55.5% (表1)，研究期内农田、水域、疏林草地、裸地主要向城乡建设用地和森林转化。

通过对类型水平景观格局指数的解读发现，研究期内城乡建设用地类型斑块面积和斑块核心面积增加，斑块的分散程度在降低，聚集程度不断增加，城乡建设用地形状不规则程度和景观形状复杂度增加。

农田演变方面，类型斑块面积连续下降33.7%，下降幅度较大；核心面积连续减少，大斑块破碎化，且离散分布程度持续增加，斑块密度连续下降；景观形状不规则程度降低，斑块之间聚集程度减弱，景观破碎性增加。

图1 武汉市域不同时期遥感影像解译图

水域类型斑块面积整体下降，斑块密度降低；斑块核心总面积减少40%，斑块核心面积占景观面积比例减少44.6%，表明核心区域面积减少量较大；水域持续破碎化，且相互分散程度增大；水域形状复杂程度降低，水域斑块紧凑度下降。虽然水域面积在减少，但下降速度趋于缓慢，这有利于水域系统生态功能的自我恢复。

森林类型斑块面积略有增加，斑块密度增大，核心总面积及占比整体小幅上升，斑块离散与分割情况都是先升后降，整体微升，离散程度整体降低，形状复杂程度在增加，这对生物丰富度有重要意义，有利于生物多样性的提高。

疏林草地类型斑块面积和斑块数量在减少，核心区域面积减少了6 201.75 hm2，减少率为18.1%，核心面积占景观面积比减少率为6.5%，聚集程度与形状复杂程度先升后降，总体在降低。

裸地类型斑块面积变化波动较大，总体呈减少趋势，裸地核心区域面积先减后增，整体呈下降趋势；斑块分散程度先降后升，斑块数量先减后增，形状复杂程度降低，斑块聚集程度先降后升，但整体聚集紧凑程度高。

4 基于绿道网的景观格局分析与优化策略

绿道作为生态绿色廊道，有助于提高斑块之间的连接度，可为野生动物迁徙提供活动通道，也是行人和非机动车的生态载体，具有生态、社会、经济等效能。目前国内外绿道建设如火如荼，美国作为绿道理论的发源地，已经规划建设美国大陆和东海岸的绿道网；新加坡环岛公园连接道将不同区域的休闲公园、开放绿色空间、湿地连接起来，形成环岛健康绿色走廊；目前国内很多城市已经规划建设了绿道，如珠三角地区在国内较早开展了绿道规划建设，将200多处公园、历史文化风景区、湿地、郊野公园等串联起来，对区域生态环境改善具有重要作用。根据 《武汉市都市发展区绿地系统规划 (2011—2020年)》 《武汉市主城区绿地系统规划 (2011—2020年)》，规划期末武汉市主城区人均城市公园绿地面积达16.8 m2/人，高于国家生态园林城市人均10 m2/人的标准。狭义绿道建设方面，目前已建设东沙绿道、墨水湖绿道等城市绿道和狮子山绿道等社区绿道，但城区、社区绿道仍不完善，区域绿道建设仍滞后，绿道网络系统有待建设完善。

4.1 基于绿道规划的优化策略

4.1.1 根据绿道类型的优化策略

绿道宽度的大小决定了其生态效能的大小[15]，一般绿道宽度越大，其生态效能越好，但现实绿道宽度往往受多种因素制约。本文绿道类型及宽度基于2016年住建部颁布的 《绿道规划设计导则》，并结合武汉市实际来确定。从而将武汉市绿道分为:市域绿道、城市绿道和社区绿道，其中市域绿道布置在主城区外围，绿廊控制宽度不小于110 m，主线慢行道宽度不小于4.2 m，支线不小于2.5 m；城市绿道布置在主城区，绿廊控制宽度不小于35 m，以环城及滨江绿道为骨架，慢行道宽度不小于6.5 m，可作为自行车赛道，其他慢行道宽度不小于3 m；社区绿道绿廊控制宽度为18m，慢行道宽度不低于2.5 m。

4.1.2 根据绿道密度的优化策略

目前武汉绿道生态评价等级为Ⅱ级，绿道密度较低是其评级较低的原因之一[16]。近年武汉市景观格局发生了巨大变化，生态斑块连接性降低。《武汉市城市绿地系统规划 (2003—2020年)》规划主城区绿化覆盖率到2020年达45%，绿地率达35%以上，规划建设全市性公园32个，区域性公园50个，按照规划，武汉绿道密度可达0.81 km/km2，但是绿道密度还是偏低，需要提高绿道密度以增加连接度，优化景观格局。

4.1.3 提高交通可达性

步行到附近最近的绿道花费时间10 min内，为合理的绿道可达性[17]。研究表明绿道可达性程度对绿道的使用频率和停留时间呈正相关。根据美国巴尔的摩市 “TCB”绿道可达性研究结果， “活动种类”“使用时间”“使用频率”与绿道可达性有密切关系，在合理的绿道可达性范围内，活动种类中的慢跑者所占比例较高，单次使用时间30 min左右，60%以上的人每周使用绿道频次1次之上[18]。当前武汉市绿道的可达性仍有待提高，可达性的提高也会促进连接度的增加，有利于景观格局优化，改善生态环境。

4.2 绿道网缝补的景观格局优化分析

4.2.1 典型斑块的选取

根据遥感影像解译，武汉市林地资源主要分布在北部和东部，水资源主要分布在中部和南部 (图1)。选取方法主要是将解译后的遥感影像，在ArcGIS中矢量化处理并导出CAD文件，然后以单位栅格中疏林草地、森林、水体等因子面积频率最小为原则，同时考虑研究区的面积、地形数据的精度、地貌组合环境等因素[19]，最终选择3 000 m×3 000 m栅格网，得到46×53个网格，然后根据网格覆盖面积的不同来选取斑块，如果斑块面积超过了栅格网的覆盖范围，就将该区域的斑块作为典型斑块 (图2)。

图2 疏林草地、森林和水体斑块面积分类

4.2.2 绿道网缝补的景观格局优化策略

根据影像解译分析及典型斑块的选取，笔者将绿道规划结构定为 “一心、六楔、十带”(图3)。 “一心”指主城区绿道核心区域，主要将主城区的绿色基础设施要素连接起来；“六楔”主要位于主城区向其他新城区的过渡区域，以武汉市六大生态绿楔为基底，将生态绿楔涵盖的自然资源串联起来； “十带”主要连接武汉新城、郊野公园及城市周边风景区。规划绿道全长2 200 km，其中城市绿道465 km；郊野绿道1 735 km，其中主线430 km，支线1 305 km。

然后将规划的绿道网络叠加到整体景观用地类型，在ArcGIS中转成栅格格式后，导入Fragstats4.0中计算景观指数 (表2)，选取可完整解析格局变化的8项指标与绿道网络缝补前的景观指数进行对比，首先，形状指数、形状指数加权平均分布指数是对单个或者多个斑块数量、形状的计算，有无叠加绿道网络，对斑块位置和形状没有太大影响，因此不做分析。对比分析发现，景观分割指数减少了0.08，临近指数加权分布CONTIG_AM增加了0.05，聚集度指数增加了7.38%，香浓多样性SHDI与香浓均匀性SHEI增加了0.01，景观连接度CONNECT增加了0.03，这说明叠加了绿道网络后，斑块连接度提高。

表2 有无绿道网络景观格局指数对比

图3 武汉市绿道规划图 (2012—2021年)

4.2.3 绿道缝补后野生动物迁徙模拟研究

野生动物迁徙的难易程度可以反映斑块连接度高低。本次研究运用ArcGIS的Spatial analyst工具中的成本距离分析，对比绿道网叠加前后的野生鸟类飞行的费用距离值作为评估标准。没有叠加绿道网络的成本费用距离公式为 C1＋2＝ aC1＋bC2，C1＋2表示所需的总费用，C1表示野生鸟类飞行需克服不同用地类型的费用；C2表示野生鸟类飞行需要克服人类干扰的费用，这里用距离建设用地缓冲区的长度来表示 (表3)；a，b是阻力系数，表示物种个体穿过特殊景观单元的意愿或对景观单元的适宜度，分别取0.4、0.6[20]。叠加绿道网络成本费用距离公式也为 C1＋2＝aC1＋bC2(表 4)， C1＋2表示克服不同因子所需的总成本，C1表示克服不同用地类型所需要的成本；C2表示通过不同长度的绿道及缓冲区所产生的成本，a，b分别取值0.35、0.65[20]。

表3 未叠加绿道克服不同因子所需成本取值

表4 叠加绿道网络后克服不同因子所需成本取值

绿道缝补后，随着连接度增加，虽然费用面较低的区域仍然集中在森林和疏林草地，但在中心城区的区域出现了网络状的低费用面 (图4)，并且野生鸟类飞行需克服不同因子的最大成本值降低了42.71%，平均值降低了21.94%，可见绿道网络能明显改善景观格局的连通度。

图4 是否叠加绿道所需成本对比图

5 结论与讨论

研究期内类型水平上建设用地、森林类型斑块面积和斑块核心面积增加，斑块的分散程度降低，聚集程度和形状不规则程度增加，离散程度整体降低；农田、水域、疏林草地、裸地类型斑块面积及占比减少，核心面积减少，斑块破碎化，且离散分布程度增加，斑块密度下降，景观形状不规则程度降低。主要是因为城乡建设用地等的增加，侵蚀分割了其他用地类型，导致用地斑块更加分散，连接廊道的距离增加，可见城镇化对景观格局演变影响巨大。

通过从景观规划设计角度对武汉市进行绿道网缝补的景观格局优化策略探讨，并基于ArcGIS以野生动物迁徙的费用距离值对优化后的景观格局进行定量化的验证，希望可以为规划设计角度的景观格局演变研究及城镇化空间布局研究提供一些参考价值。

随着科技的进步，高精度的遥感影像的获取将更便捷，分析软件将更智能、合理，3S技术在景观格局演变研究中的应用将更加广泛，未来对景观格局的长期时空演变的研究将更加深入、全面，同时结合多维度、跨学科 (更准确来讲应该是跟学科)，构建较优景观格局也是热点研究方向。

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A Study of Landscape Pattern Evolution and Greenway Optimization Strategy in Wuhan City

Dai Fei1Yue Feng1Jia Xingfei Guo Xiaohua1，2
(1.College of Architecture and Urban Planning， Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430074， China；2.College of Horticulture and Gardening， Yangtze University， Jingzhou 434025， Hubei， China)

China is now in the rapid process of urbanization and unavoidably faces the huge pressure on environmental protection.With Wuhan City as the study object， the paper obtains the remote sensing image data from 1990 to 2015，and interpret remote sensing images every five years using Erda.Then，it made a study of the landscape pattern metrics of type-level based on Fragstats，and discussed the landscape pattern optimization strategy for greenway network integration from the perspective of landscape planning and design.And the optimized landscape pattern was quantitatively verified using ArcGIS based on the distance value of the wildlife migration.This paper provides a reference for the study of landscape pattern evolution from the perspective of planning and design as well as for the research on spatial layout of urbanization.

landscape pattern， optimization strategy， greenway， landscape metric

10.3969/j.issn.1672－4925.2017.06.004

2017－07－02

国家自然科学基金面上项目 “消减颗粒物空气污染的城市绿色基础设施多尺度模拟与实测研究”(51778254)；国家自然科学基金重点项目 “城市形态与城市微气候耦合机理与控制”(50908092)；国家社会科学基金艺术学项目 “城镇化进程中的新疆绿洲型历史文化村镇景观风貌保护与发展研究”(14CG126)

戴菲 (1974－)，女，教授、博士、副系主任，研究方向为城市绿地系统规划、规划设计学研究方法，E－mail:58801365＠qq.com

岳峰 (1988－)，男，博士，研究方向为风景园林规划理论与技术应用，E－mail:yuefengcn＠163.com