基于GIS的中小型山地城市公园绿地景观格局优化策略

邢 龙， 涂燕茹， 王志泰,2

(1.贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025;2.贵州大学 风景园林规划设计研究中心，贵州 贵阳 550025)

2015年中央城市会议强调现代化城市建设要注重提高城市品质、改善人居环境。十九大指出新时代下人民日益增长的美好生活需要对城市生活质量和人居环境水平的要求越来越高。在创新、协调、绿色、开放、共享新理念的引导下，全面开展及创建国家园林城市、森林城市现已成为城市发展的重要方向。公园绿地作为生态、社会、经济等综合效益最高的绿地类型，其建设数量、空间布局、景观格局等直接影响着城市品质和人居环境，是维持城市生态环境可持续发展的重要基础，也是衡量城市整体生态环境水平和居民生活质量的重要指标[1，2]。近年来，随着城市化建设快速推进，城市土地利用/覆盖发生剧变，生态用地大量流失，对城市生态环境造成了巨大冲击，城市发展-资源-环境之间的问题日益突显，由此引发的环境污染、暴雨洪涝、热岛效应、生物多样性减退等一系列城市问题，让人们逐渐意识到城市生态空间对于人类生存发展具有不可替代的重要作用，城市生活质量和人居环境水平直接取决于城市生态空间的质量和数量[3]。公园绿地作为城市生态空间的重要组成部分，是提供生态系统服务、维持城市生态平衡的物质基础，对于缓解各类“城市病”、维护城市生态安全、改善城市人居环境及促进城市的健康可持续发展有重大意义[4，5]。如何在有限的城市空间中，充分发挥地域优势，对公园绿地进行合理优化的布局，实现公园绿地服务效益更大化甚至最大化的提升，已成为城市管理决策和空间规划亟待解决的关键问题[6]。随着城市生态学与计算机学科的不断发展，3S 技术及Fragstats软件已广泛运用于城市公园绿地景观格局定量化研究[7-11]。多方面开展的公园绿地景观格局优化的相关研究还未深入涉及到对中小型山地城市公园绿地建设情况的考虑。山地城市自身经济发展条件有限，且有着独特的建设环境、空间布局和复杂的生态特点，因此在城市公园绿地建设中会面临着更多的问题[12，13]，补充完善中小型山地城市公园绿地景观格局分析与优化策略必不可少且迫在眉睫。

目前凯里市已提出创建国家园林城市和国家森林城市的规划目标，公园绿地作为城市绿地系统中至关重要的组成部分，急需科学、合理的规划策略，以向着更高标准进一步优化、提升。因此本文以具有研究特点的凯里市主城区为研究区域(含市区、经济开发区)，以其现有城市公园绿地为研究对象，依据最新版《城市绿地分类标准》(CJJ/T85—2017)，与时俱进更新城市公园绿地分类，并应用ArcGIS10.2和Fragstats4.2软件对公园绿地斑块的空间分布和景观格局作定量分析，探讨目前凯里市公园绿地景观格局存在的主要问题，确定其公园绿地的景观格局优化策略及方案，为凯里市绿地景观后续相关规划及优化方向提供决策参考与理论依据，以助其实现创建国家园林城市和森林城市的规划目标，促进城市可持续发展。

1 研究地区与研究方法

1.1 研究区概况

贵州省凯里市简称“凯”，县级市，位于中国贵州东部，黔东南苗族侗族自治州西部，中心地理坐标为东经 107°55′33″，北纬 26°36′27″。地处云贵高原向中部丘陵过渡地带的苗岭山麓，清水江畔，属亚热带湿润季风气候，年平均气温15.7℃，日照 1289小时，无霜期288天，降水量1240毫米，气候环境适宜，拥有丰富多样的自然资源，素有“宜林山国”之称，是国家 28 个重点林区之一，也是全国41个“绿都”之一,是黔东南苗族侗族自治州首府,是中国贵州省主要中心城市之一。研究区(红线范围内)为凯里市主城区，用地面积为8263.81hm2，主城区人口46.22万，城市形态呈狭长型，作为典型的中小型山地城市，大量自然山林、水域资源遗存于建成区内，是开展本研究的一个理想区域。其中现有行政区划范围与交通路网分布见图1，自然山水资源现状分布情况见图2。

图1 行政区划与交通路网

图2 山水资源现状分布

Figure 2 Distribution of landscape resources

1.2 数据来源与研究方法

本研究以凯里市主城区 2018 年9月 Pleiades 高分辨率遥感影像图(0.5米空间分辨率)为基本数据源，结合DWG格式土地用地现状图及现场实地调查，在ArcMap10.2平台中对卫星图像研究区进行裁剪，依据住建部最新发布实施的《城市绿地分类标准》(CJJ/T85—2017),通过目视解译法，提取凯里市主城区公园绿地信息并把研究区现有公园绿地分为综合公园、社区公园、专类公园和游园4类，建立研究区公园绿地空间地理数据库。而后进行图件处理与数据统计,获取公园绿地斑块数据信息;再将矢量数据转化为栅格数据，利用空间格局分析软件Fragstats4.2计算得到聚集度指数、景观形状指数、破碎度指数、分维度指数、景观多样性指数、均匀度指数和优势度指数等相应景观格局特征指数。相关景观格局指数的计算公式及含义参见软件Fragstats4.2及文献《景观生态学—格局、过程、尺度与等级》[14]。

1.3 景观格局分析

本研究依据《城市绿地分类标准》(CJJ/T85—2017)，将凯里市公园绿地分为4个景观类型：综合公园、社区公园、专类公园、游园。而后针对现有公园绿地斑块及各类型公园绿地斑块的建设数量、空间分布等各方面存在的不足之处，以因城施策为基本原则，通过定性与定量相结合的方式，提出了比较科学、合理且具有切实可行性的优化方案，并运用景观生态学原理对其进行定量化研究，通过优化前后公园绿地斑块相应的特征值及景观指数变化，对优化前后公园绿地斑块的尺度等级、空间分布、景观格局及各类型公园绿地斑块的建设数量、空间分布等多方面进行对比分析，为凯里市绿地景观的后续相关规划及优化方向提供决策参考与理论依据。

2 结果与分析

2.1 公园绿地斑块空间分布与特征

凯里市主城区由市区和经济开发区两部分组成，研究区范围内现有公园绿地斑块总数为88块，斑块总面积为256.73hm2，平均斑块面积为2.9174hm2(表1～2)其中，市区范围内现有综合公园、社区公园、专类公园和游园4类公园绿地，绿地斑块数量共计77块，面积共计211.97hm2；经济开发区范围内现有专类公园、游园两类公园绿地，绿地斑块共计11块，面积共计44.76hm2。此外，结合图3～4可知，市区范围内现有公园绿地太过集中、分布不均衡，布局不合理，中心区域部分重要居民点难以被公园服务覆盖，较边缘区域更是缺少公园绿地建设，周边居民难以实现就近便捷的享受公园绿地服务，存在公园服务享有性不公平的问题。经济开发区范围内现有公园绿地数量、面积不足、服务覆盖范围十分有限，而且公园类型单一，缺少综合公园、社区公园两类公园绿地，这种局部性缺失、类型不全的现有公园绿地体系，其服务功效不仅明显不能满足城市发展、人们生活需求，还易导致生态功能失调、影响生态功能稳定性。由此可见，凯里市主城区现状公园绿地明显存在中小型山地城市快速化发展过程中，相关市政单位未能全面顾及、重视度不足，支持力度有限这一普遍性问题，公园绿地建设未能按实际需求与城市发展保持均衡、同步，量、位、效等各方面均存有许多不足之处，急需大力改善、优化提升。

由表1～2可知，凯里市主城区现有公园绿地斑块中，游园斑块数最多，面积占比12.72%，最大斑块指数为1.5697；其次为专类公园，斑块数占比23.86%，面积最大，且拥有最大公园绿地斑块罗汉山森林公园；社区公园斑块数占比15.91%，面积占比最小，最大斑块指数为1.7762；综合公园斑块数最少，但面积占比仅次于专类公园，最大斑块指数为7.6267。四类公园绿地中，以综合公园平均斑块面积最大,其次为专类公园，两类公园绿地的聚集度指数较高，但斑块密度和分维度指数均相对较低，说明综合公园和专类公园绿地景观斑块较为紧密、完整、连续，但其景观多样性和均匀度需待优化提高。相反游园斑块数量最多，面积标准差最小，斑块密度最高，景观形状指数最大，分维度指数也是最高，说明游园绿地斑块面积与平均斑块面积相差不大，离散程度最小，且景观破碎化最高、景观异质性最好。社区公园斑块面积平均值、标准差均较高于游园，但其斑块数量及斑块密度明显偏小。此外，综合公园、社区公园及专类公园绿地景观形状指数(3.61～6.08)、分维度指数(1.12～1.25)均偏低，受人工干扰严重，十分不利于城市生物多样性的保护和景观多样性的营造。

依据《凯里市总体规划(修编)》(2016—2030)、《凯里市城市绿地系统规划》(2018—2030)，结合凯里市主城区范围内现有交通路网(图1)、现有山水资源分布(图2)与公园绿地斑块空间分布(图3)，针对其现有城市公园绿地不足之处，因城施策[15]。提出以最优方式、最少代价、最小干预取得最大成效优化策略[16]，对凯里市各类公园绿地作以下优化处理，以构建较为科学、合理、完善的公园绿地体系(图3)。

⑴依据城市狭长型发展形态，以建成区内部城市重要组团旁遗存自然山体翁米冲、白蜡冲及水域摆仰湖为基础，对受到城市发展影响、人为破坏的区域进行修复性绿化建设，分别建成呈线状均匀分布于建成区内的翁米综合公园、白腊综合公园、摆仰综合公园。优化结果不仅提高综合公园斑块数量、面积及服务覆盖范围，改善综合公园服务均好性，丰富经济开发区公园类型,也提高了其聚集度指数、景观形状指数和分维度指数，降低斑块密度；⑵针对目前市区外围组团及经济开发区缺少社区公园绿地类型，特地选取在其居住区组团附近、易受人类活动影响的元宝山、大塘坡、大营坪、必保坡等山林地，通过修复性公园绿化建设，增建9个社区公园。优化结果既提高了社区公园斑块数量、面积，使得建成区内居民享有更多、更便捷的社区公园服务，完善经济开发区公园绿地类型，增强与居民日常生活的有机联系，也提高了其聚集度指数、景观形状指数和分维度指数，降低其斑块密度；⑶以建成区内丰富的自然山水资源为基础，利用沁油坡、茶子山、养干立、大别弄、丁扒山等山林地增建地质、森林、郊野等专类公园，同时在清水江畔、鸭塘河边增建湿地、滨水等专类公园，实现山水园林城市的建设目标。优化结果不仅提高了专类公园斑块数量、面积，塑造出显山、露水、透绿的山水林城景观风貌，也提高其聚集度指数、景观形状指数和分维度指数，降低斑块密度；⑷通过在金井河、洗马河、巴拉河、翁牙河等内城河岸边增建滨水游园以及在道路两旁破损山林地增建街旁游园，以此来查遗补缺，完善凯里市公园绿地服务体系。优化结果既提高游园斑块数量、面积、聚集度指数、景观形状指数和分维度指数，也降低了斑块密度。

由上述可知，优化后凯里市公园绿地建设数量、空间布局、景观格局整体上都明显有所改善。其中，公园绿地斑块数量增至137块，面积增至482.21hm2。四类公园绿地斑块数量、面积、聚集度指数、景观形状指数和分维度指数均得以显著提高，且斑块密度均不同程度地有所降低，说明优化后各类公园绿地景观破碎化程度有所减小，景观异质性有所提高，优化了公园绿地布局，也取得“精明增长”的效果，对维持城市经济与环境同步发展有着重要意义。此外，公园绿地平均斑块面积整体上明显提高，四类公园绿地中除综合公园略有降低外，其他各类公园和整体均明显提高(尤其是社区公园)，有利于实现公园服务质量的提高。依据住建部提出城市居民出行“300米见绿，500米见园”及国家园林城市提出公园绿地服务半径覆盖率的要求来看，以500米为服务半径，公园绿地服务覆盖范围明显增加，基本实现了对建成区内居住用地的全域覆盖，远高过了公园绿地服务半径覆盖率不小于80%的指标要求，改善了部分城市居民点无法便捷享受公园绿地服务及享有性公平的问题(图4)。这些优化表现都大大增加了公园绿地的有效应急避难场所及城市柔性空间，有助于城市公园绿地更好的发挥其生态功能、社会功能及经济功能，提高公园绿地综合效益，对提高城市品质、改善人居环境有着重要作用。

表1 公园绿地斑块特征值对比(数量)

表2 公园绿地斑块特征值对比(面积)

2.2 公园绿地景观斑块尺度等级分析

公园绿地斑块面积的大小直接决定了其生态系统服务能力的高低，斑块面积较大的公园绿地对于构建城市生态网络与维持城市生态系统稳定具有至关重要的作用[3，4]，因此公园绿地规划标准中对综合公园提出不小于5hm2的指标要求。参照国内关于城市绿地景观格局的相关研究及其划分标准[10，11]，结合凯里市主城区公园绿地的实际规模大小，将凯里市公园绿地斑块按面积大小划分为四个等级：≤1hm2为小型斑块；1～5hm2为中型斑块；5～15hm2为大中型斑块；≥15hm2为大型斑块。从斑块尺度等级上来看,凯里市现有城市公园绿地系统中明显存在不同尺度斑块的数量与面积分配极不均衡的问题。由从表3～4可见，斑块数量上占比最大的小型斑块面积却占比最小；数量占比近1/3的中型斑块面积占比不足1/4；数量占比最小的大中型斑块面积占比近1/5；大型斑块数量占比仅为6.82%，面积占比却最大且超过50%。现有公园绿地中，中型、小型斑块多为游园，斑块数量优势明显，但面积占比偏小，斑块分布较为破碎化；大型、大中型斑块(仅有综合公园、专类公园)的面积虽然占比较大，但数量却明显偏少(表3～4)，而且呈现出分布不均的状态(图5)。这与其城市公园绿地建设未能正确认识山地城市特点、充分发挥自身优势、有效利用现有自然山水资源营造公园绿地等因素密切相关。

因城施策，优化方案中依据城市现有区划、交通路网及山水资源概况，考虑城市实际需求，采用最优方式、最小代价、最少干预取得最大成效的优化策略，通过选取适宜区域，选择与之相宜的公园类型进行建设，对自然山水资源进行整合、保护及选择性公园化利用，实现城市公园绿地“量、位、效”的全面提升(图4，表3～4)。其中选择性建设的综合公园、专类公园、社区公园、游园使得城市公园绿地大中型、中型斑块数量、面积及占比都有着显著提升，同时小型斑块数量占比大幅度下降，面积占比虽略有降低，但总面积却提升了将近30%；数量偏少的大型斑块面积占比也得以大幅度降低，使公园绿地景观斑块整体上呈现“中小型斑块为主、大中型斑块为辅、大型斑块”为补充的不同尺度等级斑块数量与面积分配相对均衡、分布相对均匀的景观格局。

表3 公园绿地景观斑块的尺度等级(数量)

Table 3 Scale grade of landscape patches in park green space

斑块等级对比数量(个)综合公园社区公园专类公园游园合计数量占比(%)小型斑块现状075375056.82优化085425540.15中型斑块现状0710112730.68优化0918285540.15大中型斑块现状203055.68优化561002115.32大型斑块现状303066.82优化303064.38总计现状514214888100优化8233670137100

表4 公园绿地景观斑块的尺度等级(面积)

图5 公园绿地景观斑块的尺度等级空间分布

2.3 公园绿地景观异质性分析

景观格局分析中常用聚集度指数、景观形状指数、分维度指数、景观破碎度指数、多样性指数、均匀度指数、优势度指数等重要指标体现景观异质性特征[17,18]。与现状相比，优化后凯里市公园绿地斑块数量、面积、总用地面积占比提升，以500米为服务半径，公园服务覆盖范围占用地面积比例也提升至84.16%(表5)。斑块数量、面积、面积占比、服务范围占比均显著提高，这些提升不仅可以有效增强公园生态功能、社会功能、经济功能，提高公园绿地综合效益，而且可以增加许多应急避险场所，对完善城市应急避险体系有着重要作用。此外，优化后城市公园绿地景观破碎度指数降低、Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数提升、优势度指数降低(表5)。综上所述，聚集度指数、景观形状指数、分维度指数、多样性指数、均匀度指数、优势度指数均显著有所提高，且景观破碎度指数、优势度指数显著下降，这些景观指数的变化都十分有利于城市生态系统的持续稳定和生物多样性的保护。因此，优化后公园绿地斑块变得更为紧密、完整、景观形状更为复杂、景观多样性更为丰富、均匀程度更佳、分布格局更为均衡，景观稳定性更好，景观格局更为合理。

表5 公园绿地景观指数优化前后对比

3 结论

《城市绿地分类标准》(CJJ/T85—2017)从我国的具体情况出发，分析研究各地区绿地的现状和规划特点后，按各种公园绿地的主要功能，将原标准公共绿地调整为公园绿地，细分为“综合公园、社区公园、专类公园、游园”。本研究以此为契机，以典型的中小型山地城市凯里市为研究区，协调更新现有公园绿地类型，有助于城市绿地在新、老绿地分类标准交替过程中的顺利调整，实现成功过渡。

充分发挥山地城市自身特点，以城区内遗存的、丰富的自然山水资源为基础，对其受损区域进行绿化修复建设，选择性进行公园化利用，以实现公园绿地的精明增长，改善现有公园绿地“量、位、效”等方面的不足之处。因地制宜、因势利导，变山地城市发展阻力为发展助力的发展策略，对自然资源进行最有效的整合、保护、利用，实现全面提升公园绿地“量、位、效”的发展目标。

对比分析优化前后公园绿地斑块相应特征值及景观指数的变化，确定优化后公园绿地斑块变得更为紧密、完整、景观形状更为复杂、景观多样性更为丰富、均匀程度更佳、分布格局更为均衡，景观稳定性更好，景观格局更为合理，营造自然化城市公园绿地景观。研究结果可以为亟待发展的中小型山地城市绿地景观规划及优化方向提供与时俱进、科学可行的决策参考与理论依据，进一步完善了山地城市公园绿地景观格局研究内容。