基于GIS 和Fragstats 的青神县城区绿地景观格局研究

何锐, 石一日约, 赵昊天, 骆宗诗, 郑勇, 谢天资, 蒋雨轩, 陈俊华*

1. 盐亭县自然资源局，四川 盐亭 621600；

2. 金阳县林业和草原局，四川 金阳 616250；

3. 成都理工大学城乡规划与旅游学院，四川 成都 610081；

4. 四川省林业科学研究院，四川 成都 610081

作为城市景观的自然要素和生态基础，城市绿地的分布格局与景观质量衡量一个城市文明程度的高低，在城市规划中需要明确城市绿地需求与供给的空间差异[1-2]，合理分配城市绿地的空间布局。公园绿地作为城市绿地景观中主要组分，既承载着景观游憩、生态服务、科普教育等核心功能[3-4]，同时在城市的避灾功能中也起着十分重要的作用[5]。随着城市化进程的不断加快，城市用地越来越紧张，如何在有限的空间中合理支配城市用地，合理规划城市的绿地空间，优化城市绿地景观格局，显得尤为重要。

本文借助于青神县创建国家森林城市契机，以该县中心城区作为研究区，据卫星遥感、绿地系统规划等相关资料，利用ArcGIS10.3 软件和Fragstats4.2景观软件，提取绿地信息，再进行绿地类型划分，对城区绿地系统景观格局结构进行分析，为青神县建设国家森林城市城区绿色福利空间质量提升提供数据参考与理论依据

1 研究区概况

青神县位于四川省眉山市南部，地处川西平原西南边缘，属川西平原与川西丘陵的接壤过渡带。北以鸿化山口为前门，南以平羌三峡作后户，东依龙泉山脉，西抵金牛河岸，东经103°41′～103°59′、北纬29°42′30″—29°55′33″。县域东西长约29.5 km，南北宽约23.5 km，面积387 km2。境内地势东南高，西南次之，中端低平，最高处海拔为691 m，最低处为377 m，极限高差314 m。属亚热带湿润气候区，年平均气温17.0 ℃，年平均降水量1 069.5 mm，常年气候温和、雨量充沛、四季分明[6-7]。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源及处理

影像数据选取2018 年的Landsat 8 OLI 影像，包含8 个波段的多光谱，空间分辨率为30 m，1 个全色波段，15 m 空间分辨率，以及热红外数据。图像融合在ENVI SP3 的Image Sharpening 模块进行。选取6、5、4 波段以突出植被信息，并与波段8 进行图像融合，分辨率达到15 m，以提高精确度。野外实地调查采集解译标志，再利用ArcGIS 10.2 对融合后的图像进行目视解译，结合青神县绿地系统矢量图（DWG），建立青神县城区绿地空间地理数据库。

2.2 矢量数据分析与处理

利用ArcGIS 10.2 进行矢量数据的处理与数据统计，提到各类绿地斑块数据。然后将矢量数据转换成栅格数据，利用景观格局分析软件Fragstats4.2计算各景观格局指数。绿地类型按照《城市绿地分类》（CJJ/T85-2017）[8]，结合青神县的实际情况，将青神县城区绿地分为4 大类，分别为：公园绿地、防护绿地、附属绿地、区域绿地（其他绿地）。其中附属绿地又细分为道路绿地、居住区绿地、单位附属绿地。绿地系统分布图如图1 所示。

2.3 景观格局指数

运用Fragstats4.2 软件平台，从类型水平和景观水平2 个尺度上进行城市景观结构研究。其中类型水平上的指数有10 个，分别为斑块类型面积(CA)、斑块所占景观面积比例（PLAND）、斑块数（NP）、斑块密度（PD）、最大斑块面积（LPI）、斑块平均面积（AREA_MN）、斑块平均分维指数（FRAC_MN）、蔓延度指数（CONTIG_MN）、周长面积分维度（PAFRAC）、斑块结合度指数（COHESION）。景观水平上的指数有9 个，分别为景观面积（TA）、斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、景观周长面积分维数（PAFRAC）、分离度指数（SPLIT）、景观丰富度（PR）、香农多样性指数（SHDI）、香农均匀度指数（SHEI）、聚集度指数（AI）[9-12]。

图1 青神县城区绿地系统分类图Fig. 1 Classification map of green space system in Qingshen county

3 结果与分析

3.1 绿地景观构成分析

青神县绿地系统组成见表1。其中面积最大的是区域绿地（其他绿地），主要有生态保育绿地、区域设施防护绿地和生产绿地。面积为80.43 hm2，占全部绿地的35.08%。其次是防护绿地，面积为57.80 hm2，占25.21%。全部附属绿地的面积为47.25 hm2，占20.61%。公园绿地面积为43.78 hm2，占19.10%。由此可知，青神县的公园绿地面积较小，所占绿地系统的比例不大。

3.2 绿地景观格局分析

3.2.1 类型（Class）水平上的斑块景观指数

景观类型级别上的斑块特征指数详见表2。

表1 青神县城区绿地构成Tab. 1 Green space composition in Qingshen county

表2 景观类型级别上的斑块特征指数Tab. 2 Patch characteristic index at landscape type level

（1）面积_边缘指标

斑块类型面积及所占景观面积的比例是计算其他模块化的基础，是表征某类斑块的丰度、数量的决定性因子[13]。如前述所述，区域绿地（其他绿地）在整个绿地系统中面积最大，是整个绿地系统的基质。结合LPI（最大斑块面积）来分析，区域绿地（其他绿地）是青神县城区绿地系统的优势景观元素，对绿地的贡献率最高。尽管公园绿地所占比例不高，但LPI 值较高，因此，青神县的公园绿地也对绿地景观的贡献起着较大的作用。从平均斑块大小（AREA_MN）来看，6 类绿地按大小排列为其他绿地（区域绿地）＞防护绿地＞公园绿地＞单位附属绿地＞居住区绿地(道路绿地)。因此，其他绿地（区域绿地）的聚集度较大，破碎化程度较小，连通性较好。其次是防护绿地，最小的是居住区绿地和道路绿地。说明它们多零散分布，破碎化程度高。

（2）形状指标

斑块外部形态的复杂发兵用形状指标来描述。常用PAFRAC（周长面积分维度）和平均分维数（FRAC_MN）来表示。其中，PAFRAC 反映景观类型形态的复杂程度和稳定性。其值越趋近于1（正方形斑块），表示越简单，形态也越稳定。6 类绿地的PAFRAC 值最大的是道路绿地，最小的（跟1 相近）的是防护绿地，说明道路绿地比较复杂，形态不太稳定，防护绿地相对简单，形态也最稳定。平均分形维数(FRAC_MN)是反映人类活动对景观类型的干扰程度的指标。6 类绿地的FRAC_MN 值相差不大，且均小于1.10，说明形状较有规律，受人类活动的影响较大，其中最大的是道路绿地和居住区绿地。

CONTIG_MN（斑块连通度指标均值）反映景观组分关系的异质性指数，能够度量同类型斑块间的邻近程度以及景观的破碎度。从CONTIG_MN 的值来看，青神县各景观组分关系之间邻近关系均不高。仅其他绿地（区域绿地）和防护绿地的CONTIG_MN 值在0.5 以上，其余均在0.3 以下。

（3）聚散性指标

COHESION(斑块凝聚度指数)反映区域的斑块聚集程度，表达景观中各类型斑块之间物理连通性的指数[12]。COHESION 值最大的是其他绿地（区域绿地），其次是防护绿地和公园绿地，说明这三类绿地与其他绿地之间的连通性较好；而各附属绿地的COHESION 值均较小，尤其居住区附属绿地的COHESION 值最小，仅50 多一点，说明附属绿地斑块的离散度高于其他景观类型。

3.2.2 景观（Land）水平上的斑块景观指数

景观水平上的斑块景观指标详见表3。

表3 青神县城市景观级别指数Tab. 3 City landscape level index in Qingshen county

PAFRAC（景观周长面积分维数）是反映景观格局总体特征的指标[14]。青神县城区的PAFRAC 值为1.32（＜1.5），说明区域内景观的总体形状较为规则，这种情况有利于管理部门的规划和经营[11]。景观分离度指标（SPLIT）值为30.48%，说明区域内景观整体连通性较好，人为干扰或自然破坏较小。从PD（景观斑块密度）和AI（聚集度指数）来看，这两个指标的值均不大，说明区域内的景观斑块破碎化程度不高，且各景观类型之间的连通性和空间上的聚集度均不强。从景观多样性来看（香农多样性指数SHDI），青神县城区的景观类型丰富度不高，香农均匀度指数（SHEI）为0.88，较接近于1，说明区域内景观优势度较低。从侧面上反映了青神县城市建设中，注重了空间布局和发展目的[15]。

4 结论

青神县总体景观形状较为规则和简单，有利于青神县城市景观的规划利用和管理。区域内景观整体连通性较好，人为干扰或自然破坏较小，但各景观类型之间的连通性和空间上的聚集度均不强。综合分析可知，由于青神县城区人工景观（城市建筑）较为集中，导致了绿地景观之间的连通性和聚集度不强，没有网络化的绿色通道，对重要动物的迁徙不利，影响生物多样性的保护及自然生态过程。因此，青神县在创建国家森林城市过程中，应控制人工景观占比，增加城市绿地，尤其要增加公园绿地的面积并合理均匀布局，并增加通道绿化，将城市中逐渐岛屿状化的大型生物栖息地有机联系起来，构筑连续的生态绿地网络，保护动物在城市内部的迁徙通道，增加景观的连续性。