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        基于GIS 和Fragstats 的青神縣城區(qū)綠地景觀格局研究

        2020-07-09 09:18:36何銳石一日約趙昊天駱宗詩鄭勇謝天資蔣雨軒陳俊華
        四川林業(yè)科技 2020年3期
        關(guān)鍵詞:青神縣連通性城區(qū)

        何銳, 石一日約, 趙昊天, 駱宗詩, 鄭勇, 謝天資, 蔣雨軒, 陳俊華*

        1. 鹽亭縣自然資源局,四川 鹽亭 621600;

        2. 金陽縣林業(yè)和草原局,四川 金陽 616250;

        3. 成都理工大學(xué)城鄉(xiāng)規(guī)劃與旅游學(xué)院,四川 成都 610081;

        4. 四川省林業(yè)科學(xué)研究院,四川 成都 610081

        作為城市景觀的自然要素和生態(tài)基礎(chǔ),城市綠地的分布格局與景觀質(zhì)量衡量一個城市文明程度的高低,在城市規(guī)劃中需要明確城市綠地需求與供給的空間差異[1-2],合理分配城市綠地的空間布局。公園綠地作為城市綠地景觀中主要組分,既承載著景觀游憩、生態(tài)服務(wù)、科普教育等核心功能[3-4],同時在城市的避災(zāi)功能中也起著十分重要的作用[5]。隨著城市化進程的不斷加快,城市用地越來越緊張,如何在有限的空間中合理支配城市用地,合理規(guī)劃城市的綠地空間,優(yōu)化城市綠地景觀格局,顯得尤為重要。

        本文借助于青神縣創(chuàng)建國家森林城市契機,以該縣中心城區(qū)作為研究區(qū),據(jù)衛(wèi)星遙感、綠地系統(tǒng)規(guī)劃等相關(guān)資料,利用ArcGIS10.3 軟件和Fragstats4.2景觀軟件,提取綠地信息,再進行綠地類型劃分,對城區(qū)綠地系統(tǒng)景觀格局結(jié)構(gòu)進行分析,為青神縣建設(shè)國家森林城市城區(qū)綠色福利空間質(zhì)量提升提供數(shù)據(jù)參考與理論依據(jù)

        1 研究區(qū)概況

        青神縣位于四川省眉山市南部,地處川西平原西南邊緣,屬川西平原與川西丘陵的接壤過渡帶。北以鴻化山口為前門,南以平羌三峽作后戶,東依龍泉山脈,西抵金牛河岸,東經(jīng)103°41′~103°59′、北緯29°42′30″—29°55′33″??h域東西長約29.5 km,南北寬約23.5 km,面積387 km2。境內(nèi)地勢東南高,西南次之,中端低平,最高處海拔為691 m,最低處為377 m,極限高差314 m。屬亞熱帶濕潤氣候區(qū),年平均氣溫17.0 ℃,年平均降水量1 069.5 mm,常年氣候溫和、雨量充沛、四季分明[6-7]。

        2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

        2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

        影像數(shù)據(jù)選取2018 年的Landsat 8 OLI 影像,包含8 個波段的多光譜,空間分辨率為30 m,1 個全色波段,15 m 空間分辨率,以及熱紅外數(shù)據(jù)。圖像融合在ENVI SP3 的Image Sharpening 模塊進行。選取6、5、4 波段以突出植被信息,并與波段8 進行圖像融合,分辨率達到15 m,以提高精確度。野外實地調(diào)查采集解譯標志,再利用ArcGIS 10.2 對融合后的圖像進行目視解譯,結(jié)合青神縣綠地系統(tǒng)矢量圖(DWG),建立青神縣城區(qū)綠地空間地理數(shù)據(jù)庫。

        2.2 矢量數(shù)據(jù)分析與處理

        利用ArcGIS 10.2 進行矢量數(shù)據(jù)的處理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計,提到各類綠地斑塊數(shù)據(jù)。然后將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù),利用景觀格局分析軟件Fragstats4.2計算各景觀格局指數(shù)。綠地類型按照《城市綠地分類》(CJJ/T85-2017)[8],結(jié)合青神縣的實際情況,將青神縣城區(qū)綠地分為4 大類,分別為:公園綠地、防護綠地、附屬綠地、區(qū)域綠地(其他綠地)。其中附屬綠地又細分為道路綠地、居住區(qū)綠地、單位附屬綠地。綠地系統(tǒng)分布圖如圖1 所示。

        2.3 景觀格局指數(shù)

        運用Fragstats4.2 軟件平臺,從類型水平和景觀水平2 個尺度上進行城市景觀結(jié)構(gòu)研究。其中類型水平上的指數(shù)有10 個,分別為斑塊類型面積(CA)、斑塊所占景觀面積比例(PLAND)、斑塊數(shù)(NP)、斑塊密度(PD)、最大斑塊面積(LPI)、斑塊平均面積(AREA_MN)、斑塊平均分維指數(shù)(FRAC_MN)、蔓延度指數(shù)(CONTIG_MN)、周長面積分維度(PAFRAC)、斑塊結(jié)合度指數(shù)(COHESION)。景觀水平上的指數(shù)有9 個,分別為景觀面積(TA)、斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)、景觀周長面積分維數(shù)(PAFRAC)、分離度指數(shù)(SPLIT)、景觀豐富度(PR)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)、聚集度指數(shù)(AI)[9-12]。

        圖1 青神縣城區(qū)綠地系統(tǒng)分類圖Fig. 1 Classification map of green space system in Qingshen county

        3 結(jié)果與分析

        3.1 綠地景觀構(gòu)成分析

        青神縣綠地系統(tǒng)組成見表1。其中面積最大的是區(qū)域綠地(其他綠地),主要有生態(tài)保育綠地、區(qū)域設(shè)施防護綠地和生產(chǎn)綠地。面積為80.43 hm2,占全部綠地的35.08%。其次是防護綠地,面積為57.80 hm2,占25.21%。全部附屬綠地的面積為47.25 hm2,占20.61%。公園綠地面積為43.78 hm2,占19.10%。由此可知,青神縣的公園綠地面積較小,所占綠地系統(tǒng)的比例不大。

        3.2 綠地景觀格局分析

        3.2.1 類型(Class)水平上的斑塊景觀指數(shù)

        景觀類型級別上的斑塊特征指數(shù)詳見表2。

        表1 青神縣城區(qū)綠地構(gòu)成Tab. 1 Green space composition in Qingshen county

        表2 景觀類型級別上的斑塊特征指數(shù)Tab. 2 Patch characteristic index at landscape type level

        (1)面積_邊緣指標

        斑塊類型面積及所占景觀面積的比例是計算其他模塊化的基礎(chǔ),是表征某類斑塊的豐度、數(shù)量的決定性因子[13]。如前述所述,區(qū)域綠地(其他綠地)在整個綠地系統(tǒng)中面積最大,是整個綠地系統(tǒng)的基質(zhì)。結(jié)合LPI(最大斑塊面積)來分析,區(qū)域綠地(其他綠地)是青神縣城區(qū)綠地系統(tǒng)的優(yōu)勢景觀元素,對綠地的貢獻率最高。盡管公園綠地所占比例不高,但LPI 值較高,因此,青神縣的公園綠地也對綠地景觀的貢獻起著較大的作用。從平均斑塊大?。ˋREA_MN)來看,6 類綠地按大小排列為其他綠地(區(qū)域綠地)>防護綠地>公園綠地>單位附屬綠地>居住區(qū)綠地(道路綠地)。因此,其他綠地(區(qū)域綠地)的聚集度較大,破碎化程度較小,連通性較好。其次是防護綠地,最小的是居住區(qū)綠地和道路綠地。說明它們多零散分布,破碎化程度高。

        (2)形狀指標

        斑塊外部形態(tài)的復(fù)雜發(fā)兵用形狀指標來描述。常用PAFRAC(周長面積分維度)和平均分維數(shù)(FRAC_MN)來表示。其中,PAFRAC 反映景觀類型形態(tài)的復(fù)雜程度和穩(wěn)定性。其值越趨近于1(正方形斑塊),表示越簡單,形態(tài)也越穩(wěn)定。6 類綠地的PAFRAC 值最大的是道路綠地,最小的(跟1 相近)的是防護綠地,說明道路綠地比較復(fù)雜,形態(tài)不太穩(wěn)定,防護綠地相對簡單,形態(tài)也最穩(wěn)定。平均分形維數(shù)(FRAC_MN)是反映人類活動對景觀類型的干擾程度的指標。6 類綠地的FRAC_MN 值相差不大,且均小于1.10,說明形狀較有規(guī)律,受人類活動的影響較大,其中最大的是道路綠地和居住區(qū)綠地。

        CONTIG_MN(斑塊連通度指標均值)反映景觀組分關(guān)系的異質(zhì)性指數(shù),能夠度量同類型斑塊間的鄰近程度以及景觀的破碎度。從CONTIG_MN 的值來看,青神縣各景觀組分關(guān)系之間鄰近關(guān)系均不高。僅其他綠地(區(qū)域綠地)和防護綠地的CONTIG_MN 值在0.5 以上,其余均在0.3 以下。

        (3)聚散性指標

        COHESION(斑塊凝聚度指數(shù))反映區(qū)域的斑塊聚集程度,表達景觀中各類型斑塊之間物理連通性的指數(shù)[12]。COHESION 值最大的是其他綠地(區(qū)域綠地),其次是防護綠地和公園綠地,說明這三類綠地與其他綠地之間的連通性較好;而各附屬綠地的COHESION 值均較小,尤其居住區(qū)附屬綠地的COHESION 值最小,僅50 多一點,說明附屬綠地斑塊的離散度高于其他景觀類型。

        3.2.2 景觀(Land)水平上的斑塊景觀指數(shù)

        景觀水平上的斑塊景觀指標詳見表3。

        表3 青神縣城市景觀級別指數(shù)Tab. 3 City landscape level index in Qingshen county

        PAFRAC(景觀周長面積分維數(shù))是反映景觀格局總體特征的指標[14]。青神縣城區(qū)的PAFRAC 值為1.32(<1.5),說明區(qū)域內(nèi)景觀的總體形狀較為規(guī)則,這種情況有利于管理部門的規(guī)劃和經(jīng)營[11]。景觀分離度指標(SPLIT)值為30.48%,說明區(qū)域內(nèi)景觀整體連通性較好,人為干擾或自然破壞較小。從PD(景觀斑塊密度)和AI(聚集度指數(shù))來看,這兩個指標的值均不大,說明區(qū)域內(nèi)的景觀斑塊破碎化程度不高,且各景觀類型之間的連通性和空間上的聚集度均不強。從景觀多樣性來看(香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI),青神縣城區(qū)的景觀類型豐富度不高,香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)為0.88,較接近于1,說明區(qū)域內(nèi)景觀優(yōu)勢度較低。從側(cè)面上反映了青神縣城市建設(shè)中,注重了空間布局和發(fā)展目的[15]。

        4 結(jié)論

        青神縣總體景觀形狀較為規(guī)則和簡單,有利于青神縣城市景觀的規(guī)劃利用和管理。區(qū)域內(nèi)景觀整體連通性較好,人為干擾或自然破壞較小,但各景觀類型之間的連通性和空間上的聚集度均不強。綜合分析可知,由于青神縣城區(qū)人工景觀(城市建筑)較為集中,導(dǎo)致了綠地景觀之間的連通性和聚集度不強,沒有網(wǎng)絡(luò)化的綠色通道,對重要動物的遷徙不利,影響生物多樣性的保護及自然生態(tài)過程。因此,青神縣在創(chuàng)建國家森林城市過程中,應(yīng)控制人工景觀占比,增加城市綠地,尤其要增加公園綠地的面積并合理均勻布局,并增加通道綠化,將城市中逐漸島嶼狀化的大型生物棲息地有機聯(lián)系起來,構(gòu)筑連續(xù)的生態(tài)綠地網(wǎng)絡(luò),保護動物在城市內(nèi)部的遷徙通道,增加景觀的連續(xù)性。

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