近年来，快速城市化已成为全球共同关注的热门话题之一。全球经济复苏和生产力水平提高，使得全球城市化进程在21世纪加快了步伐^[1]。近期统计数据显示，目前，全球五大洲70%的森林主要分布于1 km范围内的林地边缘^[2]，森林和绿地景观破碎化已非常严重。在中国，随着经济的迅速发展，农村城市化进程的快速推进，城市建设用地需求急剧增长，城市的大规模扩张已造成绿地景观结构的剧烈变化^[3]，人为干扰让城市绿地景观的不稳定性和脆弱性不断增强^[4]。原来的绿地、农田等自然半自然景观被改造为工矿、住宅和道路等人工景观，由此而引发城市热岛效应、环境污染、土地退化等一系列的生态环境问题，从而导致区域生态安全隐患日益彰显^[5]。已有研究表明, 城市快速扩张中所出现的各种生态问题，实质上与人为干扰造成的城市景观破碎化密切相关^[6-7]。

城市绿地景观格局是各种力量作用于绿地生态系统的信息积累，景观破碎化的演变可有效揭示景观生态系统安全状况的变化趋势^[8]。近年来，国内外学者对城市景观破碎化开展了一系列的研究，如在景观格局变化与模拟^[9-10]、大尺度范围景观破碎化程度的评估^[11-12]、大城市边缘区景观破碎化和空间异质性^[13]、城市建设用地景观破碎化^[14]、城市土地景观变化机制及其驱动力^[15-16]、森林城市景观格局^[17]、景观破碎化的社会经济驱动力分析^[18]、建筑物密度对城市森林景观逆破碎化的影响^[19]、景观生态规划^[20]等方面取得了卓有成效的研究成果，为全方位理解城市化对森林景观格局的影响提供了丰富的研究素材。

惠州市是珠三角城市化发展最快的地级市之一，随着城市化水平的不断提高，大规模的土地利用变化和频繁的人为干扰造成该地区森林景观剧烈变化。本文以惠州市1990、2000和2010年的Landsat TM/ETM+影像为研究对象，综合分析城市森林景观破碎化的动态演变趋势，可为快速城市化地区的城市总体规划、绿地系统规划、森林城市建设、城市可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

惠州市地处广东省珠江三角洲东端(N 22°24′~23°57′，E 113°51′~115°28′)，现辖惠城区、惠阳区2区和博罗县、惠东县、龙门县3县，设有大亚湾经济技术开发区(简称“大亚湾区”)和仲恺高新技术产业开发区(简称“仲恺区”)。全市陆地面积1.12万km²，占珠江三角洲地区面积的1/4。惠州市属南亚热带海洋性气候，年均气温21.7 ℃，年均降雨量1 700~2 000 mm，主要集中在4—9月^[21]。该市地势地貌复杂，地貌类型以中等山地、丘陵和山间小盆地为主，地势南北高中间低，地形大致是北部和东北部高，逐步向南和西南倾斜。森林土壤主要为赤红壤和红壤，现已形成以近郊森林、远郊森林、城市公园、植物园、绿化带等为主脉的城市森林体系，地带性植被为南亚热带常绿阔叶林，乔木层建群种主要为樟科的中华楠Machilus chinensis、壳斗科的米锥Castanopsis carlesii、红锥C. hystris、罗浮锥C. faberi、狗牙锥C. lamontii等，人工植被主要树种有马尾松Pinus massoniana、湿地松P. elliottii、大叶相思Acacia auriculaeformis和尾叶桉Eucalyptus urophylla等。20世纪80年代初到90年代中期，是惠州市城市化起步阶段，1988年惠州市的城市化率是30.1%；20世纪90年代中期到2l世纪初是惠州市城市化快速发展时期，2000—2007年的7年内，惠州城市化率由35.4%迅速提高至55.8%。

1.2 研究方法 1.2.1 数据来源与处理

选用3期惠州市Landsat TM/ETM+影像遥感数据(1990年10月13日、2000年10月12日和2010年10月19日)，影像数据成像质量较好，研究区内晴朗无云，大气可见度高。对遥感数据进行去云、去噪、直方图匹配和图像拼接等前期处理后，将影像坐标系转换为西安80坐标系。用ENVI 4.5计算1990、2000和2010年植被指数(NDVI指数)分布图(图 1)。根据植被盖度(λ)-NDVI模型来反演惠州市域植被盖度，即λ=(NDVI－NDVI_min)/(NDVI_max－NDVI_min)。按照等距梯度划分法，将植被盖度(λ)划分为5个植被覆盖等级，即0≤λ＜0.2为低植被覆盖，0.2≤λ＜0.4为较低植被覆盖，0.4≤λ＜0.6为中植被覆盖，0.6≤λ＜0.8为较高植被覆盖，0.8≤λ＜1.0为高植被覆盖(图 2)。

1.2.2 城市梯度的划分

利用景观指数对比不同城乡梯度上景观变化特征是分析城市化对森林景观影响的有效方法。城市梯度的划分参照任引等^[22]所使用的方法，依照惠州市不同区域的城市化程度，划分城市中心区、近郊区和远郊区的城市梯度。城市中心区包括惠城区内江南、桥西和桥东街道等(人口密度≥51人·hm^-2)；近郊区包括惠城区内河南、龙丰街道和惠阳区淡水街道以及大亚湾区、仲恺区(8人·hm^-2 ≤人口密度 < 50人·hm^-2)；远郊区包括龙门、博罗和惠东等县(人口密度≤ 8人·hm^-2)。

1.2.3 总体景观变化的表征

在ArcGIS 10.1中统计不同景观类型的面积，计算不同景观类型的面积比例。为进一步了解城市化进程中不同景观类型的转移情况，利用ArcGIS空间分析模块的Tabulate Area工具计算1990—2000年和2000—2010年不同景观类型的转移矩阵。

1.2.4 景观指数选取

从面积、形状、边界、连通性和空间分布方面度量城市森林破碎化动态和景观格局变化，用斑块密度、平均斑块面积、景观形状指数、邻近距离指数来描述斑块水平上景观组成和构成变化，用景观多样性指数、蔓延度指数来确定景观水平上的森林景观破碎化程度和异质性^[22-23]。采用基于栅格数据的FRAGSTATS 3.3从斑块水平和景观水平分别计算，相关指数的计算方式和意义参阅软件说明。

2 结果与分析 2.1 总体景观变化

惠州市中心区、近郊区和远郊区的景观类型面积比例变化情况如图 3所示。1990—2010年，中心区植被低覆盖区域的面积呈现先增大后减少的趋势(1990年为51.57%，2000年为74.66%，2010年为57.30%)。在1990— 2000年，中心区植被中覆盖区域的面积比例急剧减少，到2010年比例又恢复到1990年相近水平(1990年为21.88%，2000年为3.22%，2010年为19.7%)，由中心区景观类型的转移矩阵可知，1900—2010年间，植被低覆盖区、较低覆盖区和中覆盖区之间的转移剧烈。1990—2000年，由于中心区城市化进程加快，大量林地转变为建设用地，使这一时期林地面积减少，非林地面积增加；2000—2010年，惠州进入城市化后期，中心城区新建了大量城市公园，人工补充了许多绿地，使原先的植被低覆盖区转变为中覆盖区。然而，植被高覆盖区的面积比例显著下降，在1990年存在的高覆盖区，到2000年之后几乎完全消失(图 3)。

近郊区植被低覆盖区域面积也呈现先增加后减少的趋势(1990年为20.97%，2000年为45.84%，2010年为29.1%)；较高覆盖区域面积比例由1990年23.38%下降到2000年的2.44%，2010年又增加到10.77%。近郊区景观类型的转移矩阵表明，1990—2000年89.5%的植被较高覆盖区面积发生转移，这主要是城郊附近的林地发生改变造成的，林地转变为建设用地的比例迅速扩大，使这一时期林地面积减少，特别是龙门县龙城街道、博罗县石湾镇，城市建成区扩张最为明显，林地变化剧烈。2000—2010年36.5%的植被低覆盖区面积发生转移，说明近郊区城市森林建设取得初步成效。

1990—2010年，远郊区植被低覆盖区和较低覆盖区面积比例先增加后减少，植被中覆盖区基本维持稳定，较高覆盖区面积比例则呈现先降低后增加的趋势(1990、2000和2010年分别为28.65%、8.01%和40.41%)，说明2000年以后，通过林分改造和封山育林等营林措施远郊区植被覆盖状况明显改善。

2.2 不同城市梯度的斑块类型破碎化动态特征 2.2.1 中心区

1990—2010年期间，惠州市城市中心区的植被低覆盖区的斑块数量成倍减少，斑块数量由1990年的158个变为2010年的73个，斑块密度由1990年的0.035个·hm^-2降低为2010年的0.016个·hm^-2，平均斑块面积却从1990年的14.81个·hm^-2增加到2010年的35.60个·hm^-2，景观形状指数也逐步下降，仅有邻近距离指数先明显增大，然后明显减小，说明在1990—2000年期间，斑块空间分布呈现出快速离散和分化的状态，而在2000—2010年期间，斑块空间分布又逐步整合，离散状态减弱。植被较低覆盖区和低覆盖区的斑块数量和斑块密度变化趋势一致，仅在平均斑块面积方面，远远小于植被低覆盖区的平均斑块面积；较低覆盖区的邻近距离指数在2000年之后变化较小(表 1)，反映出植被低覆盖区和较低覆盖区的斑块面积不断增大，斑块越来越整合，景观破碎化程度在逐步降低，并且低覆盖区的斑块整合力度比植被较低覆盖区更强。

植被中覆盖区的斑块数量和斑块密度也呈逐渐降低的趋势，但平均斑块面积和邻近距离指数均呈现出先明显减小、后明显增大的大幅度变化状态，而景观形状指数在前10年快速减少，后10年逐步趋于稳定状态；植被较高覆盖区的斑块数量和斑块密度先减小后增大，平均斑块面积相应表现为先减小后增加(表 1)，说明植被较高覆盖区在前期破碎化程度加剧，后期破碎化减缓。景观形状指数和邻近距离指数先减小后增大，说明总体上植被较高覆盖区面积不断增加，且逐渐集聚为较大斑块连片分布。

2.2.2 近郊区

近郊区植被低、较低和中覆盖区的斑块数量和斑块密度变化与城市中心区相似，呈现出先增加、后减少的趋势，但近郊区的斑块数量比中心区多50倍左右，斑块面积却总体小于中心区。1900—2000年期间，近郊区植被低、较低的平均斑块面积呈增加趋势，但多为细小分散的零散斑块，中覆盖区的平均斑块面积有所减少，在2000—2010年期间，植被低、较低和中覆盖区的平均斑块面积迅速扩大，景观形状指数在逐步减小(表 2)，说明后10年期间，斑块整合的速度加快。

植被较高覆盖区的斑块数量呈快速减少的趋势，平均斑块面积先迅速减小，后又迅速增大，景观形状指数总体上逐渐减小，邻近距离指数先减小、后增大，说明近郊区植被较高覆盖区在1990—2000年期间，城市森林景观受人为干扰较大，斑块消失速度快，主要体现在近郊区的森林斑块被建设用地取代，土地利用变化剧烈，城市森林景观破碎化程度不断加剧。植被高覆盖区的斑块数量远远小于其他覆盖区，斑块密度非常低，平均斑块面积也较小，1990—2010年期间，斑块数量和平均斑块面积呈现出先减小、后增大的趋势，景观形状指数和邻近距离指数均远远小于其他植被覆盖区，也呈现出先迅速减小、后略有增长的趋势(表 2)。说明近郊区植被高覆盖区也受到一定程度的人为干扰，但干扰强度远远低于其他植被覆盖区。

2.2.3 远郊区

远郊区植被低和较低覆盖区的斑块数量与中心区和近郊区相似，先明显增加，后明显减少，但斑块数量远远多于中心区和近郊区，平均斑块面积也持续增加，景观形状指数呈逐渐增加的趋势(表 3)。植被中、较高和高覆盖区斑块数量逐渐减少，植被中覆盖区的平均斑块面积持续增加，植被较高和高覆盖区的平均斑块面积在前10年期间存在明显减小，后10年明显增大，但这3个覆盖区的景观形状指数逐渐下降，仅植被高覆盖区的邻近距离指数在后10年略有增加(表 3)。植被中覆盖区虽然斑块数量显著减少，但是平均斑块面积却明显增加，破碎化程度减少，这主要是由于人为活动在远郊区可达性高的区域开展植树造林活动所导致；植被较高覆盖区的斑块数量和斑块密度在后期显著减少，平均斑块面积增大，表明植被较高覆盖区在后期破碎化程度减弱，这主要是由于分散的植被中覆盖区在后期进阶为较高覆盖区。

远郊区是荒山绿化造林的重点区域，通过实施四江流域水源涵养林、中央投资防护林建设、绿色通道建设等，城市森林绿地斑块在1990—2000年期间，数量明显增多，面积也逐步增大，而在2000—2010年期间，斑块数量减少，平均斑块面积成倍增大，充分说明了城市森林重点生态工程对远郊区的绿地覆盖率有明显的促进作用。

2.3 城市梯度上景观类型水平动态 2.3.1 中心区

1990—2010年中心区斑块密度逐渐增大，平均斑块面积却减小(表 4)，说明城市森林景观破碎化程度提高。但是2000—2010年的变化量小于1990—2000年的变化量(表 4)，说明破碎化程度减缓。1990—2010年，中心区蔓延度指数由47.20下降到45.70，多样性指数由1.09增加到1.21(表 4)，反映出景观中不同植被覆盖区域之间的转移加剧，有更多的景观类型均匀分布。中心区破碎化程度方面，虽然从数量、面积变化来看，在城市化快速发展的后期并没有急剧变化，但是斑块空间分布上却表现为更强的异质性，破碎化增强。说明城市化过程中，人为活动对中心区的植被覆盖干扰不断增强。结合前面不同林地面积的比例和转化可知，人类活动的干扰主要表现在植被低覆盖区和中覆盖区之间的相互转换，植被高覆盖区略有减少。

2.3.2 近郊区

近郊区的斑块密度主要表现为先快速上升、后有所下降，景观形状指数先增大、后减小，平均斑块面积表现为先减小后增大，但指标后期变化幅度小(表 4)，说明近郊区破碎化程度前期加剧，后期减缓。蔓延度指数先减小后增大，多样性指数先增大后减小(表 4)，说明前期景观中多为不同景观类型的密集分布，而后期景观异质性减小。近郊区是城市化发展过程中易受人为活动干扰的敏感区，城市化快速发展的区域，如大亚湾区、惠阳区淡水街道等区域，原先的林地斑块(植被中覆盖区)逐渐被建设用地取代。

2.3.3 远郊区

远郊区的斑块密度也表现为先上升、后下降，景观形状指数和平均斑块面积变化整体表现为前期显著，后期差异不大(表 4)，说明远郊区的景观类型组成和构成趋于稳定。1990—2000年，斑块数量增加将近1倍(表 3)，斑块密度和景观形状指数显著增加，但蔓延度指数缓慢降低(表 4)，数据显示景观破碎化程度加剧，主要是因为经过人工造林的改造提升，使得森林斑块数量增多，但森林绿地斑块间尚未完全整合，造成遥感提取和运算的数据显示景观破碎化增强的现象。2000—2010年，景观形状指数变化不明显，蔓延度指数也逐渐降低，多样性指数变化较小，说明城市化进程中，人为活动对远郊区森林绿地的土地利用现状改变较小。

3 讨论与结论

城市绿地景观的破碎化主要是快速城市化对原有绿地的占用所造成^[3-4]，由于城市的快速扩张，原有绿地转变为工业用地、建筑用地和道路用地等^[5]，造成城市绿地斑块数量增多，面积减小。但随着人工绿地的有序重建，城市绿地面积会逐渐增加，且斑块数量减少，破碎化程度得到缓解，这种过程被称为逆破碎化^[19]。惠州市地处广东省珠三角经济发达区，紧邻深圳、东莞和广州，近年来经济发展非常迅速，城市扩张速度也非常快。在1990—2000年期间，因城市中心区和近郊区的建设用地快速增加，对城市森林的刚性保护较弱，造成城市森林景观破碎化严重。2000年以后，城市森林作为城市绿色生态基础设施受到政府层面的高度重视，大型城市森林绿地得到有效保护，营建了较大面积的城市公园、森林公园和湿地公园，2014年9月惠州市获国家林业局授予“国家森林城市”称号，城市森林景观在人为干扰下趋于正向演化，结构逐渐优化，表现出典型的逆破碎化趋势和状态。城市森林生态系统的恢复和重建，可以有效地改善城市森林绿地景观状态，提高城市森林覆盖率和绿化覆盖率，充分说明人工森林重建对森林绿地景观格局的变化具有重要作用，这在中国西部人工植被恢复和三峡库区人工造林等方面均得到较好的验证^[23-24]。

利用不同时期的遥感影像数据，通过相关软件的数据转换，可以很清晰地反映出城市森林景观破碎化的演变趋势，也可较为准确地监测城市快速扩张过程中，城市用地的动态性变化。惠州市中心区、近郊区和远郊区的城市森林破碎化动态具有差异性。中心区植被景观变化的总体特征表现为破碎化程度不断加剧，人类活动对植被类型的改造强度不断增加，植被高覆盖区逐渐被替代，后期城市公园建设和道路绿化等得到重视，城市绿地相关规划和管理的重要性不断显现。近郊区破碎化程度前期加剧，后期减缓，近郊区部分区域城市建设非常快，土地利用变化剧烈，如大亚湾经济开发区的成立和城市建设、博罗县石湾镇城市化快速发展等，这些区域需要加强森林经营管理和景观规划。远郊区是惠州市森林主要分布地区，1990年以来，植被中、高覆盖区面积占50%以上，由于地形、道路影响，可达性较差，城市化程度较低，人工荒山造林和生态修复对植被中、高覆盖区的数量和面积有较大的贡献，绿地景观整体性强，这些区域是惠州市区的天然绿色屏障，在未来城市规划和建设过程中，应按照林业生态红线要求严格控制林地转为建设用地。