喀斯特山地城市绿地景观格局研究

2018-09-10任梅包玉何立影

山地农业生物学报 2018年6期

任梅包玉何立影

摘要：城市绿地作为城市生态系统的重要组成部分，对改善环境、调节生态平衡上具有重要作用，合理构建城市绿地景观格局，对城市绿地健康发展及保护城市生物多样性具有重要意义。基于景观生态学原理，以安顺市为例，在3S技术支持下，结合野外调查情况，选取类型和景观两个水平上的景观格局指数对安顺市绿地景观格局进行定量分析，研究结果表明：（1）安顺市现建成区绿地为总面积的38.15%，规划区现状绿地占总面积60.10%。规划后建成区绿地占总面积39.36%;（2）各类型绿地斑块边缘较为复杂，斑块比例差异较大，分布不均匀;（3）附属绿地、防护绿地、其他绿地等斑块分离度及破碎化程度较大，未能充分发挥其生态作用;（4）绿地之间连通性差，容易形成生态孤岛，迫使生物多样性降低;（5）规划后建成区防护绿地、生产绿地面积大幅度下降，公园绿地面积增多。对安顺市绿地景观格局指数进行分析，并针对绿地系统规划提出进一步完善建议。研究结果可为安顺市绿地生态系统合理规划提供科学依据与参考信息。

关键词：3S技术;喀斯特山地城市;安顺市;景观格局指数;城市绿地

中图分类号：TU986

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2018）06-0054-09 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2018.06.010

城市绿地是城市生态系统的重要组成部分，与城市环境及人类健康密切关系，对城市肌理有着显著的生态效益和生态功能，是城市生态环境可持续发展的重要基础，如今，城市绿地景观格局成为景观生态学的研究热点之一[1-3]。城市绿地景观格局指的是绿地景观类型单元数量、空间分布、组合及其相互作用关系[4]。目前，应用景观格局指数对城市绿地景观进行分析评价已有诸多报道，付晓等[5]运用景观生态学指数对北京市公园绿地景观格局进行统计分析，王越等[6]采用景观格局指数和城市中心辐射缓冲区的梯度分析方法对北京市海淀区绿地景观格局破碎度进行分析;王海峰等[7]对传统工业城市株洲市进行景观格局研究。但对具有特殊的地形地貌的典型喀斯特山地城市绿地景观格局研究较少，以典型的喀斯特山体城市（安顺市）为研究对象，基于生态学原理、GIS与RS技术，结合实地调查数据对安顺市绿地景观格局进行分析，对比规划区现状以及2030年建成区绿地情况，预测安顺市绿地景观格局变化形式，以期对安顺市绿地系统规划提供科学依据，为景观生态规划提供明确方向。

1 资料与研究方法

1.1 研究区概况

安顺市位于贵州省中部地区，2014 年被贵州省人民政府命名为 “贵州省园林城市”，地势北高南低，海拔在1200～1400 m之间，属典型的高原型湿润亚热带季风气候，雨量充沛。有着“城在绿中，山在城中，人在景中”的特色。研究区（E105°55′～106°06′，N26°14′～ 26°35′）位于安顺市中心，安顺市建成区位于规划区西南侧，建成区面积为56.2 km2，规划区面积为242.45 km2。安顺市境内是以岩溶丘陵为主的山原地貌，山体连续性差，脉络极不明显。近年来，随着人类干扰加强，安顺市绿地景观格局发生明显变化。

1.2 数据来源与处理

研究选用2016年Pleiades高分辨率卫星影像图（0.5 m空间分辨率），安顺市中心城区规划区土地利用现状图（2015），安顺市城市总体规划（2013～2030）作為信息源。运用ArcGIS10.2对影像进行矢量化处理，并利用 FRAGSTATS软件计算研究区景观格局指数。

1.3 景观分类

境内镶嵌大量山体，分布于研究区各处，对城市景观格局影响较大;研究区山体丘陵为主，平地面积较少，多数公园修筑山体之上，山体公园绿地较为普遍，此类绿地为人们提供观赏游憩，同时含有公园绿地及山体绿地的功能;建成区周边农业用地居多，成为安顺市绿地的主要组成部分，部分农业用地含有生产用地功能，参考《城市绿地分类标准》结合实地调查情况及研究区绿地空间结构特点将安顺市研究区分为公园绿地、生产绿地、防护绿地、附属绿地、其他绿地、山体绿地、山体公园、农业绿地（农田、耕地及半自然绿地）8类。

1.4 景观格局分析

绿地景观构成是衡量城市绿化水平的重要指标，包括绿地类型，各类型斑块数目，各类型绿地景观面积、比例等。将安顺市建成区与规划区各类景观格局指数进行计算对比，预测安顺市绿地景观格局发展趋势。为安顺市绿地系统规划提供科学依据。根据研究区特点，参照前人研究[8-10]，从面积、形状、分布状态、多样性等方面选取景观与类型两个水平上较全面反映绿地景观格局特征的12种景观指数进行研究分析。包括斑块类型面积（CA）、斑块数量（NP）、景观类型比例（PLAND）、平均斑块面积（AREA-MN）、周长面积分维数（PAFRAC）、平均邻近指数分布（CONTIG-MN）、集聚度指数（AI）、斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）、分离度指数（SPLIT）、Simpson多样性指数（SIDI）、Simpson均匀度指数（SIEI）。从绿地景观斑块构成、基本特征、绿地景观破碎度、集聚度及多样性几个方面进行分析。

2 结果与分析

2.1 建成区与规划区现状对比

2.1.1 绿地斑块分布

综合前人研究方法[11-12]，运用GIS软件分析安顺市现状城市绿景观空间结果可知：由于安顺市建成区位于规划区西南部，现阶段的开发建设集中在建成区，因此建成区以建设用地为主，绿地类型主要以人工绿地为主;中心区绿地平均斑块面积较小，呈均匀状态，边缘绿地平均斑块面积较大，以山体绿地与农田绿地为主;山体公园集中在中部地区，分布较为均匀;附属绿地较碎且镶嵌于建设用地内，平均斑块面积较小;防护绿地极少，主要分布在中心城区南侧。规划区包含建成区。且面积也远大于建成区，由于现阶段建设集中在建成区，规划区边缘地区生态环境良好，以山体林地与农田为主，地形地貌更加复杂。规划区现状绿地分布面积广，外围绿地量明显多于中心区，研究区以农田绿地与山体绿地为主体，建设用地位于规划区中部，农业绿地分布于规划区边缘，山体绿地镶嵌于各类绿地及建设用地中间。附属绿地主要以学校、居住区、事业单位的附属绿地为主，多以小型斑块呈镶嵌状态分布;公园绿地主要在规划区中心地段分布;生产绿地分布在建设用地与农业用地的周围;其他绿地主要集中在研究区东南面。

2.1.2 绿地斑块类型构成

城市的绿地建设不能只强调绿地覆盖率，更需要使得绿地景观结构合理，才能在改善城市生态环境中取得良好的效果[13]。大型斑块不仅含多种生态功能，对提高城市景观效果起举足轻重的作用，小型斑块改善绿地景观的同时提高城市景观异质性，只有各类斑块所占比例恰当，才有利于城市绿地系统发展。参照前人研究[14]，将面积500 m2以下的划分为小型斑块，将面积在500 m2～3000 m2划分为中型斑块，将面积为3000 m2～10000 m2划分为中大型斑块，面积大于10000 m2为大型斑块。

安顺市建成区绿地斑块（表1）统计结果表明：建成区内斑块数量为19289个，绿地总面积约为21.43 hm2，约占总面积38.13%，其中，山体公园及山体绿地不含中小型斑块，以大型斑块形式存在。建成区内果林、苗圃等未成型，果树以少数或是独棵镶种植于农田中，将此类绿地划分为农田绿地。附属绿地则以小、中心斑块为主，零星分布于建成区各处，小型斑块为15005个，占建成区斑块个数的78%，呈现绝对优势。

规划区现状绿地斑块（表2）统计结果表明：安顺市规划区现状共含斑块24078个，规划区面积比现建成区面积约大77%，但斑块仅比现建成区增加约5000个斑块，说明周边斑块平均面积较大，增加绿地景观成片存在。规划区现绿地面积约为91.18 hm2，约占总面积37.6%，其中以农田绿地与山体绿地为主导。生产绿地及附属绿地较多，附属绿地、防护绿地、非绿地以小、中型斑块为主，山体公园绿地不存在小、中型斑块，以大型斑块为主，农田绿地以大型斑块为主。

2.1.3 面积边缘指标

面积边缘指标反映绿地景观构成情况，是衡量城市绿化水平的重要指标，统计分析安顺市各类绿地景观的面积与斑块数目等基本特征（表3），建成区内主要以非绿地为主，面积占总面积49%，建成区绿地景观表现出山体绿地>农田绿地>附属绿地>山体公园>防护绿地>其他绿地>公园绿地的特征，建成区内山体绿地及农田绿地占主导地位，其中山体绿地约占总面积18.1%，农田绿地约占总面积11.1%，公园绿地仅占总面积1.1%。斑块数量则以附属绿地最多，其次为防护绿地与农田绿地，由于AREA-MN=CA/NP，山体绿地面积较大，且斑块数量较少，导致其AREA-MN值最大，附属绿地斑块数量较多，导致其AREA-MN值最小。规划区各类绿地景观面积表现出农田绿地>山体绿地>生产绿地>附属绿地>山体公园>防护绿地>其他绿地>公园绿地的特点，其中农田绿地面积占总绿地面积的31.7%，其次为山地绿地，占总绿地面积23%，最少的为公园绿地，仅占总绿地面积0.6%。斑块数量比例则以附属绿地最多，其次为农田绿地，山体公园绿地斑块数量最少。当研究范围从建成区扩到规划区时，防护绿地、其他绿地及山体公园面积增长幅度较少，其他类型绿地面积则大幅度增加，说明山体公园及其他绿地主要分布在研究区域中心，扩建后防护绿地多以山体绿地存在，生产绿地、农田绿地及山体绿地主要集中在边缘地区。由于农田多呈大片分布形态，所占绿地面积最大，斑块数量居中，导致规划区的农田绿地的AREA-MN值最大。建成区山体绿地AREA-MN值最大。

2.1.4 绿地景观类型水平形状指标

PAFRAC与CONTIG-MN是反映景观形状的指标，PAFRAC主要表示具有不规则形状对象的复杂性，用于测定景观斑块形状的复杂程度[15]，PAFRAC值在1～2之间，越趋近于1，表明斑块之间相似性越强，PAFRAC值越大，表明斑块边界形状越复杂，有利于斑块内部与外围环境的相互作用。CONTIG-MN表示类型斑块位置及同类相邻斑块的分布情况。由于人为因素影响，规划区各类绿地的PAFRAC值较建成区更趋近于1，相互间斑块形状较为相似，各类绿地景观更趋于规则。绿地中山体绿地斑块形状最为相似，附属绿地形状最为复杂。建成区内山体公园景观的斑块形状更趋于复杂，山体绿地斑块形状最为相似。

建成区内附属绿地斑块数量最多，镶嵌于建设用地各处，分布较为散乱，防护绿地主要集中在建成区南面，农田绿地集中在东西面，山体公园多集中在建成区内，各类绿地景观CONTIG-MN值呈现山体绿地>山体公园>生产绿地>农田绿地>其他绿地>公园绿地>附属绿地的特点。规划区内山体绿地镶嵌于各处，农田绿地分布于城市外围，附属绿地集中于城市中心且较为破碎，CONTIG-MN值呈現生产绿地>山体绿地>山体公园> 农田绿地>防护绿地>公园绿地>其他绿地>附属绿地的特点。且规划区各类绿地的CONTIG-MN值均大于建成区。

2.1.5 绿地景观类型水平聚散性指标

AI表明斑块的集聚程度，值越高，斑块越集聚，PD为斑块密度情况，值越大，平均斑块面积则越小，破碎化程度也就越高，异质性增强[16]。LSI则表明景观的复杂程度及其规则化程度，值越高，说明斑块形状越复杂。SPLIT则表现斑块的分离程度，值越大，斑块越分散。聚散性指标计算如表4所示，各类绿地景观中山体绿地的AI、PD、LSI值均相对较高，规划区现状各类景观的AI值均比建成区大，除附属绿地及公园绿地外，其余LSI值均大于建成区，规划区现状各类景观的PD值均小于建成区，绿地景观主要集中在研究区域的边缘地区，建成区与规划区中山体绿地最为集中，斑块边缘形状变化多样，密度较大;农田绿地面积较大，且成片分布，人为干扰较强，集聚度较高，边缘形状多变;其他绿地主要集聚在研究区的东南面，类型面积小，斑块数量较少，集聚度较高;生产绿地与防护绿地主要分布在规划区周边，集聚度指数较高，防护绿地斑块密度最小，破碎化程度较大，未形成相应的规模与面积，在研究区内分布最为分散，且景观形状趋于单一，生物多样性弱;附属绿地主要分布在研究区中心，受人干扰严重，集聚度较高，斑块密度极大，景观斑块的破碎程度较大，斑块形状趋于复杂。规划区内各类绿地景观的SPLIT呈现防护绿地>公园绿地>其他绿地>山体公园>附属绿地>生产绿地>山体绿地>农田绿地的特征，除公园绿地、其他绿地及防护绿地外，建成区其他绿地景观的SPLIT值均大于规划区现状，由于公园绿地、附属绿地及山体公园主要集中在建成区，农田绿地，山体绿地平均面积较大，位于研究区边缘部分所导致。在规划区范围内防护绿地斑块最为分散，农田绿地斑块之间相互连接较为紧密，绿地完整性较强。

2.1.6 绿地景观水平指标

由表5可知，规划区面积约为建成区面积4.3倍，绿地面积为建成区面积8.1倍。建成区AREA-MN值为0.35，明显小于规划区，规划区斑块数量比建成区约多5000个，规划区AREA-MN、PAFRAC 、CONTIG-MN、AI值均大于建成，建成区内斑块数量较多，面积偏小，致使PD值比规划区大，人们活动主要位于建成区，导致规划区的LSI及SPLIT值大于建成区，说明规划区内景观斑块更为分散，且复杂程度大于建成区。

景观多样性指的是景观在结构、功能等方面的多样性，揭示景观的复杂程度[17]。当各类斑块所占比例相同时，SIDI值最大，各绿地景观的斑块比例差异越大，SIDI值越小，SIEI表现不同景观类型分配的均匀程度。建成区的SIDI值为0.71，规划区SIDI值为0.75，SIDI值均偏小，说明各类绿地景观类型所占比例差异较大，绿地景观多样性整体程度不高，防护绿地、公园绿地、其他绿地较为缺乏，致使绿地景观多样性指数偏低。建成区与规划区的SIEI值差异不大，分别为0.78及0.83，表明研究区内绿地景观分配较不均匀，主要由农田绿地及山体绿地主导整个研究区绿地景观所造成。

2.2 规划区现状及（3013-2030）建成区（规划）对比

安顺市计划在2030年前实现城市绿化与城市文化、生态环境建设高度协调，城乡生态与城乡绿化和谐一体，实现经济、社会、生态的协调发展，人与自然、城市与自然的和谐共存。2030年前创建并实现国家生态园林城市目标。截至2017年底，研究规划区总人口约为65万，至2030年底，规划区总人口约为100万。2017年建成区、规划区及2030年规划（预测）绿地量对比如表6所示，现建成区绿地率约为38.15%，人均公园面积为7.59 m2/人，均已达到贵州省园林城市要求。由于规划区周边还未进行开发，因此绿地多保留原有姿态，修建公园较少，以山体绿地及农田绿地为主，因此绿地率高达60.1%，人均公园绿地面积约为8.76 m2/人，相对建成区增加较少，预测2030年建成区绿地率为39.36%，达到规划园林城市水平，人均公园绿地面积可达16.55 m2/人。

安顺市（2013-2030年）规划土地利用规划及绿地分布规划图，规划居住用地主要位于研究区北部，同时向西边扩散，工业仓储用地分布在规划区边缘，规划后绿地在建成区中线形成绿带，北部山体大部分被开发，大面积绿地分布于东西两侧，公园绿地面积明显增加且分布较为均匀分散，防护绿地主要集中在黄果树机场附近。同时在规划区内留有备用地，可根据发展情况进行修改。

如表7所示，由于现规划区还未大面积进行开发，在研究区周围多以农田绿地、山体绿地及生产绿地（果林、苗圃）形式存在。因此现规划区公园绿地面积及其他绿地面积远小于规划建成区（2030年）面积，生产绿地、防护绿地及总绿面积大于规划修建后面积，现附属绿地小于规划修建后面积。

3 结论与讨论

由于研究区位或地形不同，导致绿地结构与分布不同，所得结果也存在差异。目前，对喀斯特各地区绿地景观格局研究中，金志辉等[18]对云南省普洱市绿地景观格局研究表明，未来几年普洱市可实现“500米见园，100米见绿”的目标，各项指标超过国家生态园林城市要求。王志泰等[19]对贵州省铜仁市绿地系统景观格局分析表明改城市绿地总体比较破碎，道路绿地呈离散分布等特点，出现其他绿地及农业用地占主导地位现象。本研究中则是山体绿地与农田绿地占主导。高素萍等[20]对成都中心城区绿地系统景观格局进行分析找出其存在的问题，并提出改进的方法与建议。

对安顺市建成区与规划区进行各类景观指数的统计与计算，分析和讨论研究区各绿地景观格局指数值，揭示了安顺市绿地系统景观空间格局特点：

建成区与规划区现阶段绿地斑块数量、大小、类型均不相同：建成区内绿地以山体绿地为主，斑块平均面积较小，斑块数量小于规划区;规划区斑块数量较多、平均斑块面积较大，境内农田绿地与山地绿地均占主导地位。

建成区与规划区绿地景观破碎化程度不同：建成区斑块数量小于规划区，平均斑块面积也远小于规划区，导致建成区斑块密度明显大于规划区，绿地景观破碎化程度更高。

建成区与规划区绿地景观集聚度及分离度不同：规划区内农田绿地与山体绿地集聚度较大，绿地景观成片存在，整体分离度较低;建成区山体绿地及农田绿地数量较少，分布较远，其他绿地与防护绿地分离度较大，防护绿地未能很好发挥其防护功能，附属绿地斑块密度小，人为干扰强。

建成区与规划区SIEI及SIDI值反映出各类景观斑块比例差异较大，且分布不均匀。

对比研究区规划图集发现：规划区修建后（2030年），研究区内大力修建居住区、工业仓储用地，向周边开山开地等，除公园绿地及附属绿地外，其余绿地面积均大幅度降低，随城市不断发展，附属绿地只能以点缀方式进入城区，导致其斑块数量多，面积小，难以形成成片绿地景观;公园绿地成为城区绿地补充的一种形式，使得公园绿地分离度较大;规划后建成区内非绿地面积集聚增加，山体绿地不断较少，导致易形成山体孤岛;防护绿地面积变小，使其防护功能减弱等特点，使得研究区域生态功能降低，稳定性减弱。因此，在发展过程中提高研究区生态功能及稳定性需通过道路绿地廊道及公园绿地建设，加强斑块之间联系，降低绿地斑块的破碎化程度，提高绿地含量较少的类型，如其他绿地或在城市外围增加防护绿地，使得绿地景观均匀度增加。也可将零星但距离较近的斑块结合，将道路沿线绿化建设加强，使得斑块之间可相互交流，增加绿地之间连通性，从而完善绿地景观格局。

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