滇中城市群綠色空間格局動態變化多尺度研究

支林蛟 王 錦 劉 敏 王柱蓮

（1. 西南林業大學園林園藝學院，云南 昆明 650233；2. 昆明理工大學建筑與城市規劃學院，云南 昆明 650550；3. 云南師范大學旅游與地理科學學院，云南 昆明 650500）

綠色空間泛指區域內所有生長植被的地域，包括了人工植被與自然植被覆蓋的水體、山地、丘陵等空間[1]。綠色空間因其具有消除空氣污染、吸收CO2、保持水土、維護生物多樣性以及提供精神娛樂和身體休閑等眾多生態、經濟和社會服務功能[2-4]，被認為是區域可持續發展的重要標志[5]。綠色空間作為城市整體的基礎性構成內容之一[1]，其動態變化不僅反映了區域歷史時期人類活動與自然的相互作用，同時其動態變化規律和趨勢對于將來區域綠色發展也具有重要的指導作用。目前，已有眾多學者對綠色空間格局的動態變化進行了較多研究，但多集中于單一尺度[6-8]或單一類型[9-10]上的探討，鮮有學者從多尺度對綠色空間動態變化進行系統研究。然而，城市發展過程在不同尺度上具有時空異質性，已有研究證實，多尺度開展空間異質性的定量化研究大大增強了對城市復雜景觀格局的解釋能力[11]。鄔建國等曾指出景觀格局分析中尺度變化對指數的影響顯著[12]，趙玉濤等[13]也提出一個景觀單元在小尺度觀察是異質的，而在大尺度上則可能是均質的觀點，可見開展綠色空間格局動態變化的多尺度研究對人們了解綠色空間格局形成過程、動態規律和驅動機制具有重要理論和現實意義。

自1978年改革開放以來，中國一直處于城鎮化快速發展階段，目前城鎮化率已突破60%，預計至2050年中國城鎮化率將達到71.2%，而城市群已被作為推進中國新型城鎮化的主體形態。滇中城市群處于城鎮化快速發展階段，近幾年來城鎮化率年均提高1.54%，形成1個大城市、1個中等城市、8個小城市、27個縣城組成的城鎮體系，成為全省新型城鎮化的主體形態和現代化建設的重要載體。隨著城鎮化的推進，人口膨脹、環境污染、水土流失、生物多樣性喪失等問題給區域發展帶來了巨大的困境[14]。2000年以來，云南省開始實施退耕還林還草工程，并取得明顯成效。綠色空間是滇中城市群生態本底優勢的最好體現，也是滇中城市群作為高原生態宜居城市群的名片，但目前對滇中城市群的研究多集中于土地利用[15]、三生空間[16]和國土空間[17]上的探討，針對綠色空間的研究較為缺乏。因此，本研究從城市群、州市和區縣多尺度，對滇中近20年綠色空間動態變化特征進行探討，以期為滇中的可持續發展和生態環境保護提供參考。

1 研究區概況

滇中城市群是國家重點培育的19個城市群之一，是全國“兩橫三縱”城鎮化戰略格局的重要組成部分，是云南生產力布局和生產發展的核心區域，也是云南省生態文明建設的排頭兵。滇中城市群地處云南省中部，位于東經100°43′～104°49′，北緯24°58′～25°09′，屬湖盆巖溶高原地貌，地形以山地和山間盆地為主，地勢起伏和緩，海拔116～4 282 m，氣候溫和濕潤，降水多，霜雪少，光照條件好，屬低緯度高原山地季風氣候，植被類型以常綠闊葉林為主，植物種類多樣，生態環境總體水平保持良好，森林覆蓋率超過50%。2020年8月26日，云南省人民政府正式印發了《滇中城市群發展規劃（2020—2035）》[18]，規定滇中城市群范圍包括昆明市、曲靖市、玉溪市、楚雄州全境及紅河州北部7個縣、市，共49個縣、市、區，國土面積11.14 km2，2018年末常住人口2 127萬人，城鎮化率達60%，地區生產總值1.02萬億元，第一、二、三產業分別占全省的28.3%、44.1%、61.6%。

2 材料與方法

2.1 數據來源及預處理

研究影像數據來源于地理空間數據云平臺（http://www.gscloud.cn/），2000年和2010年為Landsat 5 TM遙感影像，2019年為Landsat 8 OLI遙感影像，空間分辨率30 m，云量均小于5%。使用ENVI 5.3遙感處理軟件對 Landsat 影像進行預處理，包括輻射定標、大氣校正、地形校正、圖像鑲嵌等，最后得到滇中3個時期的遙感影像圖。

2.2 綠色空間分類及解譯

分類體系的構建是遙感影像信息提取的前提條件。研究基于《土地利用現狀分類》（GB/T 21010—2017）標準[19]，結合遙感影像特征和綠色空間格局分析的要求，同時參考以往研究中的分類體系[20-24]，將滇中空間劃分為綠色空間和非綠色空間2個一級類，其中綠色空間劃分為林地空間、耕地空間、灌草空間和水體空間4個二級類，非綠色空間劃分為建設空間和其他空間2個二級類（表1）。

表1 滇中空間劃分Table 1 Space division of central Yunnan

影像解譯是進行綠色空間格局分析的基礎，在以往研究中，大部分學者都是使用ENVI基于像素的分類方法進行影像信息提取，但普遍存在“同物異譜、異物同譜”的問題，分類精度較低[25]。因此，研究采用eCognition 9.0提供的面向對象分類技術[26]，使用多尺度分割和最鄰近分類法對影像進行信息提取，多尺度分割中scale parameter設為80，shape和compact均設為0.5，并在Google影像上隨機選取測試樣本進行精度評價，3期分類結果精度均大于90%。最后將分類結果導入ArcGIS 10.2 對3期分類圖進行可視化表達。

2.3 轉移矩陣分析

轉移矩陣可以定量表明不同景觀類型之間的轉化情況，并對景觀類型結構的變化特征及各景觀類型的流向進行深入分析[27]。研究基于IDRISI 17提供的Markov模型[28]，對滇中城市群尺度2000—2010年和2010—2019年2個時段的綠色空間轉移情況進行了Markov模型構建，得到了城市群尺度2個時段內綠色空間面積轉移矩陣。

2.4 景觀格局指數分析

使用景觀指數定量描述景觀格局空間特征及變化是當前景觀格局定量分析的常用方法，景觀格局指數能夠高度濃縮景觀空間格局信息，反映其結構組成和空間配置等方面的特征[29]。景觀格局指數計算軟件Fragstats提供了斑塊、類型和景觀3個水平尺度的度量指標，但本研究主要側重于從不同區域尺度來分析滇中城市群綠色空間的整體水平，所以本研究從景觀水平尺度選取能夠衡量綠色空間整體優勢度、復雜度、連接性、破碎度和多樣性的相關指標，分析綠色空間的整體結構特征，選取的指標包括最大斑塊指數（LPI）、景觀形狀指數（LSI）、蔓延度指數（CONTAG）、聚合度指數（AI）、Shannon均勻度指數（SHEI）和Shannon多樣性指數（SHDI）共6個指數。

3 結果與分析

3.1 城市群尺度綠色空間格局動態特征分析

3.1.1總體動態特征

由圖1可知，在城市群尺度上，滇中城市群空間類型在近20年間發生了顯著的變化，總體上呈現綠色空間縮減，非綠色空間擴張的趨勢；同時綠色空間內部也發生明顯轉換，表現為林地空間增加，耕地空間和灌草空間減少，水體空間保持穩定。

圖1 滇中城市群綠色空間動態圖Fig. 1 Dynamic diagram of green space of urban agglomeration in central Yunnan

由表2可知，近20年滇中城市群綠色空間動態變化顯著，綠色空間占比不斷縮減，2000年、2010年、2019年分別為99.44%、98.56%、96.93%。從單一綠色空間類型來看，3個時期綠色空間優勢類型依次均為林地空間、耕地空間、灌草空間和水體空間。其中，林地空間面積穩定上升，2000年、2010年、2019年分別為47 154.71、56 943.83、71 235.55 km2；耕地空間縮減最為突出，2000年、2010年、2019年 分 別 為36 077.61、28 233.00、19 090.97 km2；灌草空間縮減也較為明顯，2000年、2010年、2019年分別為26 748.91、23 799.02、16 792.53 km2；水體空間占比雖小，但也保持了一定增長，2000年、2010年、2019年分別為814.92、834.79、874.43 km2。同時，非綠色空間中建設空間2000—2010年增加了942.45 km2，2010—2019年增加了1 782.30 km2，建設空間擴張速度明顯加快。

表2 2000—2019年滇中城市群綠色空間動態變化Table 2 Dynamic change of green space of urban agglomeration in central Yunnan from 2000 to 2019

3.1.2 空間轉移特征

由表3可知，從轉出角度來看，2000—2010年滇中城市群綠色空間中林地空間主要轉向灌草空間和耕地空間，耕地空間主要轉向灌草空間和林地空間，灌草空間主要轉向林地空間和耕地空間，水體空間主要轉向耕地空間；從轉入貢獻來看，對林地空間貢獻最大的是灌草空間和耕地空間，對耕地空間貢獻最大的是灌草空間和林地空間，對灌草空間貢獻最大的是耕地空間和林地空間，對水體空間貢獻最大的是耕地空間，對建設空間和其他空間貢獻最大的均是耕地空間。

表3 2000—2010年滇中城市群綠色空間轉移矩陣Table 3 Transfer matrix of green space of urban agglomeration in central Yunnan from 2000 to 2010 km2

由表4可知，從轉出角度來看，2010—2019年滇中城市群綠色空間中林地空間主要轉向灌草空間和耕地空間，耕地空間主要轉向林地空間和灌草空間，灌草空間主要轉向林地空間和耕地空間，水體空間主要轉向林地空間；從轉入貢獻來看，對林地空間貢獻最大的是灌草空間和耕地空間，對耕地空間貢獻最大的是灌草空間和林地空間，對灌草空間貢獻最大的是耕地空間和林地空間，對水體空間貢獻最大的是耕地空間，對建設空間和其他空間貢獻最大的也是耕地空間。

表4 2010—2019年滇中城市群綠色空間轉移矩陣Table 4 Transfer matrix of green space of urban agglomeration in central Yunnan from 2010 to 2019 km2

3.1.3 景觀格局指數

由表5可知，2000—2019年滇中城市群綠色空間景觀格局變化明顯。2000—2019年最大斑塊指數從5.15%上升至59.52%，景觀形狀指數從298.04下降至220.77，蔓延度指數從61.4%上升至66.11%，聚合度指數從94.68%上升至96.07%，說明綠色空間中某種優勢斑塊形成了良好的連接性，景觀的破碎化程度降低；Shannon多樣性指數從1.14下降至1.02，Shannon均勻度指數從0.64下降至0.57，說明景觀受優勢類型所支配，景觀多樣性下降，分布變得不協調。

表5 2000—2019年滇中城市群綠色空間景觀指數變化Table 5 Changes in landscape index of green space of urban agglomeration in central Yunnan from 2000 to 2019

3.2 州市尺度綠色空間格局動態特征分析

3.2.1總體動態特征

由圖2可知，2000—2019年滇中5個州市綠色空間動態變化特征總體上與城市群尺度趨于一致，綠色空間減少，非綠色空間快速增長，其中綠色空間內部林地空間增加，耕地空間和灌草空間縮減，水體空間略有增長。從林地空間來看，2000—2010年楚雄州和曲靖市增量最大，分別為3 767.91、2 415.69 km2，2010—2019年曲靖則以4 796.05 km2的增量遠高于其他州市，但總體來看，其他州市增量也遠高于2000—2010年，尤其紅河州7縣市以2 810.50 km2的增量躍居第2位；從耕地空間來看，2000—2010年楚雄州和昆明市減量最大，分別減少2 759.65 km2和2 280.68 km2，2010—2019年曲靖市則以4 058.66 km2的減量成為耕地縮減最為嚴重的州市，其次是紅河州7縣市和昆明市縮減較為嚴重，分別縮減2 355.80 km2和1 331.48 km2；從灌草空間來看，2000—2010年曲靖市、楚雄州和昆明市都存在不同程度的縮減，而紅河州7縣市和玉溪市則有所增加，2010—2019年則各州市都有所縮減，其中昆明市和楚雄州縮減最大，分別為1 920.73 km2和1 879.79 km2；從水體空間來看，2000—2010年昆明市、紅河州7縣市和楚雄州都有所增加，曲靖市和玉溪市有所縮減，2010—2019年則5個州市均有不同程度的增加；從非綠色空間來看，2000—2010年昆明市以551.92 km2的增量遠高其他州市，其次則是曲靖市和紅河州7縣市，2010—2019年昆明市繼續以713.88 km2的增量遠高于其他州市，其他州市除楚雄州僅增加99.54 km2外，增量均在300 km2以上。

圖2 2000—2019年滇中州市綠色空間動態變化量Fig. 2 Dynamic change in green space of prefectures and cities in central Yunnan from 2000 to 2019

3.2.2 景觀格局指數

由圖3可知，2000—2019年滇中5個州市綠色空間景觀格局指數存在不同變化趨勢。從最大斑塊指數來看，楚雄州和玉溪市持續上升，且高于其他3州市，其他3州市則先下降后大幅上升，說明綠色空間優勢類型越來越明顯；從景觀形狀指數來看，5個州市均持續下降，其中楚雄州下降最顯著，說明綠色空間斑塊形狀越來越規則；從蔓延度指數和聚合度指數來看，5個州市均呈上升趨勢，說明各州市綠色空間景觀連通性越來越好，景觀破碎化程度降低；從Shannon多樣性指數和Shannon均勻度指數來看，昆明市和紅河州7縣市先上升后下降，其他3州市持續下降，且楚雄州下降最顯著，說明綠色空間優勢類型越來越顯著，景觀多樣性下降。

圖3 2000—2019年滇中州市綠色空間景觀指數變化Fig. 3 Changes in landscape index of prefectures and cities in central Yunnan from 2000 to 2019

3.3 區縣尺度綠色空間格局動態特征分析

3.3.1 總體動態特征

通過對滇中城市群49個縣市區2000—2019年綠色空間類型面積動態變化進行分析。由圖4可知，2000—2019年林地空間增加幅度較大的區縣集中在滇中外圍，其中宣威市、會澤縣、祿勸縣和楚雄市增加面積在1 000 km2以上，增加幅度最小的集中于滇中中部，尤其昆明主城區；從耕地空間和灌草空間來看，下降幅度最大的區縣也集中于滇中外圍；從水體空間來看，49個區縣面積變化有上升、不變和下降3種情況，但面積變動幅度較小，其中面積增加的區縣集中在滇中北部、中部和東南部；從非綠色空間來看，增加幅度最大的區縣集中于滇中中部和南部，其中官渡區、呈貢區、陸良縣非綠色空間擴張最為嚴重。

圖4 2000—2019年滇中區縣綠色空間動態變化Fig. 4 Dynamic change in green space of prefectures and cities in central Yunnan from 2000 to 2019

3.3.2景觀格局指數

由圖5可知，2000—2019年滇中49個區縣景觀格局指數變化的差異較大。從最大斑塊指數來看，滇中西部和東北部區縣上升幅度最大，說明有優勢斑塊類型形成，中部和東南部區縣則有所下降；從景觀形狀指數來看，除滇中中部少數區縣有所上升，其他區縣均不同程度下降，尤其滇中外圍區縣下降最多，說明綠色空間斑塊形狀越來越規則；從蔓延度指數和聚合度指數來看，除少數區縣有所下降外其他區縣均有不同程度的上升，說明綠色空間優勢斑塊類型越來越突出，景觀破碎化程度降低；從Shannon多樣性指數和Shannon均勻度指數來看，除滇中中部和東南部部分區縣有所上升外，其他區縣均不同程度下降，尤其滇中西部區縣下降最為明顯，說明綠色空間優勢斑塊形成，景觀多樣性降低。

圖5 2000—2019年滇中區縣綠色空間景觀指數變化Fig. 5 Changes in landscape index of prefectures and cities in central Yunnan from 2000 to 2019

4 結論與討論

滇中城市群作為西部大開發戰略的重點地帶，城鎮化水平由2000年的30.60%提升至2019年的60%。研究基于GIS空間分析技術，利用轉移矩陣模型和景觀格局指數，對2000—2019年滇中城市群綠色空間格局動態變化從城市群、州市和區縣多尺度進行研究發現，滇中城市群綠色空間動態變化與該地區城鎮化的推進和生態文明建設密不可分，主要包括以下方面：

1）城市群尺度上，總體上呈現綠色空間縮減，非綠色空間擴張的趨勢，且綠色空間流失主要體現在耕地空間轉為建設空間，說明滇中城市群快速的城鎮化給該地區綠色空間帶來了極大威脅，尤其滇中地區城鎮分布主要集中于壩區，因此對壩區耕地的保護應引起足夠重視；綠色空間內部林地空間增加，耕地空間和灌草空間減少，說明滇中地區“退耕還林還草”工程取得了良好的效果；綠色空間格局上則顯示某種優勢斑塊形成了良好的連接性，景觀的破碎化程度降低，但也造成了綠色空間景觀多樣性下降，分布變得不協調，因此合理控制各種綠色空間類型的規模和布局尤為重要。

2）州市尺度上，滇中5個州市綠色空間動態變化特征總體上與城市群尺度趨于一致，綠色空間減少，非綠色空間增長，其中綠色空間縮減強度依次為昆明市、曲靖市、紅河州7縣市、玉溪市和楚雄州，說明綠色空間的縮減與各個州的城鎮化水平密切相關，昆明市和曲靖市一直以來都是云南省高速發展的區域，而紅河州7縣市近幾年以來發展勢頭迅猛，對其綠色空間的保護應引起重視；林地空間優勢最大為楚雄州和曲靖市，耕地優勢最大為曲靖市，灌草空間優勢最大為曲靖市和楚雄州，說明各州市中楚雄市和曲靖市綠色空間總量上占有極大優勢，水體空間上優勢最大則為昆明市和玉溪市，主要在于滇池、撫仙湖、星云湖、杞麓湖等主要滇中高原湖泊分布在這2個州市；同時5個州市綠色空間景觀格局指數也存在不同變化趨勢和差異，因此各個州市應根據各自綠色空間格局特點合理制定相關保護和發展政策。

3）區縣尺度上，滇中49個區縣綠色空間動態變化存在顯著差異，林地空間增加幅度較大的區縣和耕地空間、灌草空間下降幅度最大的區縣均集中在滇中外圍，說明滇中城市群“退耕還林還草”工程對外圍區縣影響最大，水體空間面積增加的區縣集中在滇中北部、中部和東南部；非綠色空間增加幅度最大的區縣集中于滇中中部和南部，說明滇中中部和南部區縣應尤其注意經濟發展與生態保護的關系；同時綠色空間景觀格局指數上滇中西部和東北部區縣優勢斑塊類型逐漸突出，滇中外圍區縣綠色空間斑塊形狀越來越規則，滇中西部區縣景觀多樣性降低。

研究從城市群、州市和區縣多尺度出發對滇中城市群綠色空間格局動態變化進行分析，同時對不同尺度綠色空間特征進行了討論，發現不同尺度上的地區在綠色空間總體變化特征上均呈現綠色空間減少，非綠色空間增加的趨勢，但是不同地區之間，因城鎮化水平和生態保護措施的差距，其綠色空間內部類型轉換和格局存在較大差異；其次，從不同尺度來看，城市群尺度研究有助于對滇中城市群綠色空間總體動態變化的整體把握，而州市尺度研究則使得綠色空間動態變化與各個州市發展水平建立了聯系，區縣尺度研究則有助于深入了解滇中各個地區綠色空間特征，更有利于決策者根據該地區綠色空間特征制定相應的保護措施。因此，多尺度研究不僅有助于直觀了解到不同尺度上各個地區綠色空間的總體水平和動態特征，還可以有助于各級政府從不同尺度上制定相應的綠色空間保護和經濟發展措施，對促進建設滇中高原生態宜居城市群具有重要意義。