上杭县城区公园绿地景观格局动态分析

胡芳文, 胡希军, 罗紫薇, 肖志鹏, 胡芳, 韦宝婧

上杭县城区公园绿地景观格局动态分析

胡芳文, 胡希军*, 罗紫薇, 肖志鹏, 胡芳, 韦宝婧

中南林业科技大学风景园林学院, 湖南 长沙 410004

以上杭县为例, 对县城城区公园绿地景观格局演变进行研究。在ArcGIS和Fragstats景观指数分析软件的支持下, 选取了破碎度、连接度、均匀度、聚集度、景观多样性和分维数等指数对上杭县城城区2009、2013和2018年公园绿地景观格局的动态变化进行了分析。结果表明: (1)2009—2018年, 上杭县城区公园绿地总面积从99 hm²增加至185 hm², 斑块数量从24个增加到35个。(2)综合公园和社区公园是上杭县城区公园绿地景观中的优势景观元素；游园数量最多, 斑块所占景观面积的比例最少; 整体公园绿地斑块分维数较低, 研究区整体景观形状较为规则。(3)聚集度指数下降, 公园绿地景观的破碎度程度增加; 景观多样性指数和均匀度指数呈递增趋势, 公园绿地呈均匀化发展; 龙翔片区和城南产业片区公园绿地分布偏少。(4)政策是公园绿地景观格局变化的主导因素。基于公园绿地景观格局动态分析结果, 提出了相应的对策和建议, 以期为上杭县及其他县域级小城市的公园绿地规划、城市生态建设提供参考。

公园绿地; 景观格局; 空间布局; 动态分析; 上杭县

0 前言

近年来, 应用景观生态学的原理和方法来进行城市景观格局研究较热, 并取得了大量的研究成果。对绿地景观格局的研究常作为城市景观格局研究的组成部分, 主流研究将城市作为景观研究的对象, 以土地利用为出发点作研究, 而非仅以绿地为对象[1], 如广州、重庆、南京、沈阳、贵阳等[2–6], 同时, 城市绿地景观格局的研究集中于特大城市或大城市如北京、广州、合肥、沈阳、乌鲁木齐等[7–11], 中小城市研究则相对较少[12], 针对县域级别的城市绿地景观格局时空动态分析鲜有报道[13]。与大城市或者中小城市相比, 县域级别有其特殊性, 同时县和县域是我国对社会发展和经济生产进行组织与管理的最基本的行政单元[14], 在较大尺度上开展的绿地景观格局与优化配置研究, 对县域绿地系统规划提供的参考价值较小。因而, 对县域级别的城市绿地景观格局的研究, 有一定的代表意义。

上杭县2013年11月成功申报福建省园林县城, “国家园林县城”、“国家卫生城市”、“国家文明城市”正在申报, 研究拟通过对上杭县城区2009、2013和2018年公园绿地景观格局动态变化进行分析, 探究出上杭县城区公园绿地景观格局演变的规律, 并发现城市绿地系统建设与规划的不足之处, 提出针对性的对策与建议, 以期为上杭县公园绿地系统的中长期规划及近期景观质量的提升提供数据参考和理论依据。

1 研究区概况

上杭县位于福建省龙岩市西部, 汀江中游, 位于116°15′50″—116°56′47′′E , 24°46′02″—25°27′47″N之间, 土地总面积2879 km², 地处武夷山脉南麓和博平岭山脉之间, 属“冬无严寒, 夏无酷热”的中亚热带季风气候区。境内四季分明, 气候温和, 雨量充沛, 水系密布, 水系主体为汀江, 流程112 km。2017年上杭县建成区人口总数约12.52万人, 绿地面积545.85 hm², 绿地率38.39%, 绿化覆盖率约为41.62%, 公园绿地面积约为185.56 hm², 人均公园绿地面积约为14.82 m²/人, 公园绿地服务半径覆盖率约为85.00%。

上杭县中心城区总面积96 km², 由北部城区新城区、北部城区老城区、南岗片区、龙翔片区和南部产业区五个片区构成。2013年上杭县城成功申报省级园林县城, 2018年积极创建国家园林县城。研究以《上杭县城总体规划(2015—2030)》中的规划外环路与北部G305复线界定研究区范围(图1), 研究区总面积为33.63 km², 其中现有城市干道和水系分布见图2, 各片区划分图见图3, 该区域是上杭县中心城区城市化水平最高的区域, 区内城市绿地景观格局对中心城区城市化的可持续发展具有重要影响。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源及预处理

研究数据包括上杭县分辨率为0.54 m的2009、2013和2018年Google Earth卫星影像图、分辨率为0.2 m的2018年航空摄影数字正射影像图(图4)、2018年城区修测地形图(1:1000)、《上杭县城总体规划(2015—2030)》、《上杭县城绿地系统规划(2018—2030)》、上杭县统计年鉴及近年来上杭县园林绿化统计资料。

影像校正使用2018年上杭县城区修测地形图采集控制点进行校正, 将2018年上杭县城区修测地形图DWG文件、2018年上杭县航空摄影数字影像图(图4)以及Google Earth卫星影像图(2009、2013、2018年)导入ArcGIS 10.5, 对Google Earth卫星影像图进行地理配准及裁剪等预处理, 通过人机交互目视解译方法完成公园绿地斑块的绘制, 并按照《城市绿地分类标准》(CJJ/T85—2017)中的绿地分类方法对相应的公园绿地类型进行赋值, 制作成公园绿地专题图。

图1 2020年上杭县城区道路规划

Figure 1 Urban road planning map of Shanghang county in 2020

图2 上杭县现有城区道路与水系分布

Figure 2 Distribution of urban roads and water systems in Shanghang county

图3 上杭县片区划分图

Figure 3 District division map in Shanghang county

图4 2018年5月上杭县城区航空影像

Figure 4 Aerial image of Shanghang county (2018.05)

2.2 研究方法

以2009年、2013年、2018年上杭县中心城区0.54 m精度Google Earth卫星影像图为信息源, 以2018年上杭县城区修测地形图、数字正射影像图(图4)和DWG格式的公园绿地现状图为辅助数据, 结合GPS定位外业调查数据在ARCGIS环境下进行配准、校正、矢量化, 以人工目视解译的方法进行公园绿地信息的提取, 建立上杭县公园绿地地理空间数据库; 再将矢量数据转化为1 m栅格图, 利用空间格局分析软件Fragstats 4.2结合Excel计算景观格局指数。将城区的公园按照不同分区和公园绿地景观类型进行分类, 对数量、面积和景观格局指数进行统计分析, 据此分析上杭县公园绿地的类型和分布格局是否合理, 并提出相应的优化对策。

2.2.1 公园绿地分类体系的确定

依据《城市绿地分类标准》(CJJ/T85—2017)及上杭县公园实际情况, 将上杭县公园绿地分为综合公园、社区公园、专类公园、游园四类。上杭县公园绿地类型划分及其内容如表1所示。

2.2.2 公园绿地景观格局指数的选择

景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息, 反映其结构组成和空间配置方面的简单定量指标[15]。针对上杭县绿地景观的特点, 在景观格局分析软件Fragstats 4.2中, 斑块类型尺度水平上选用了3类指标[11,16]: 面积—边缘指标、形状指标和聚散性指标; 景观尺度水平上选用了4类指标: 面积—边缘指标、形状指标、聚散性指标和多样性指标(表2), 各景观格局指数的表达式及生态学意义参见Fragstasts 4.2使用手册, 通过对上杭县2009年、2013年和2018年景观格局指数代表的生态意义的描述, 对上杭县公园绿地景观格局动态变化进行分析。

3 结果与分析

3.1 公园绿地景观构成变化

从表3可见上杭县城区公园绿地景观构成发生了较大的变化, 公园绿地总面积由2009年的99 hm²增加到2018年的185 hm², 公园绿地的斑块数量由2009年的30个增加到2018年的46个, 这表明2009—2018年间上杭县城区公园的个数和公园绿地面积在不断增加, 这和上杭县城严格执行城市园林绿地系统规划, 积极创建省级园林县城和国家园林县城密切相关。

表1 上杭县公园绿地类型划分及其内容

表2 上杭县公园绿地景观格局指数

表3 上杭县城区三期公园绿地景观格局特征指标动态变化

表4 上杭县不同片区公园绿地景观格局特征指标动态变化

由表4知: 在公园绿地斑块数量方面, 龙翔片区和城南产业片区在2009—2018年间变化不大, 均从0个增加到1个, 北部城区新城区斑块数量增加量最大, 由2009年的16个增长到2018年的24个, 北部城区老城区次之, 增长量为4个; 公园绿地面积方面, 2009、2013、2018年公园绿地面积均以南岗片区最大, 城南产业片区最小, 北部城区新城区增长最快, 增长量为42.15 hm², 南岗片区次之, 增长量为24 hm², 2009—2018年各区公园绿地斑块密度由大到小的顺序表现为北部城区老城区>北部城区新城区>南岗片区>城南产业片区>龙翔片区, 即上杭县城区公园绿地建设重点放在北部城区新城区、北部城区老城区和南岗片区。参照《上杭县城总体规划(2015—2030)》知, 龙翔片区和城南产业片区变化较小是由于居住区分布及新建均较少, 其中龙翔片区2018年已建设用地主要是学校、医院、污水处理厂等公共管理与公共服务设施用地以及部分村庄建设用地, 未建设用地主要是林地、耕地和园地, 城南产业片区2018年已建设用地主要是工业用地以及少部分居住用地。

3.2 斑块类型水平上的景观格局变化

3.2.1 面积—边缘指标

斑块类型面积(CA)及斑块类型所占景观面积的比例(PLAND)是度量景观组分的指标, 也是确定优势景观元素的重要依据[17], 其值的大小制约着此类型斑块的丰度、数量, 结合最大斑块指数(LPI)可帮助我们确定景观中的基质或优势景观元素。从表5可知2009、2013和2018年上杭县城区不同类型公园绿地CA、PLAND和LPI大小顺序一致表现为: 综合公园>社区公园>专类公园>游园, 这表明综合公园和社区公园是上杭县城区公园绿地景观中的优势景观元素, 对整个景观的贡献率较高。

平均斑块大小(AREA_MN)代表一种平均状况, 可以结合斑块密度用来对比斑块类型间的差异及斑块类型的聚集度和破碎程度, 相对而言, AREA_MN越小, 其破碎化程度就越大。若斑块密度大而平均面积小, 表明绿地被分割破碎的程度高; 若斑块密度大而平均面积也大, 说明绿地分布较均匀; 若斑块密度小而平均面积大, 说明绿地集中呈团状[18]。由表5知: 2009—2018年不同公园类型斑块密度大小顺序均为游园>社区公园>专类公园>综合公园, AREA_MN大小顺序一致表现为: 综合公园>社区公园>专类公园>游园; 游园斑块密度最大而平均面积最小, 说明游园面积普遍较小, 多零散分布, 破碎化程度高; 综合公园斑块密度最小而平均面积最大, 说明综合公园绿地面积大且表现出集聚呈团状的特征。

表5 上杭县城区不同类型公园绿地景观格局特征指标动态变化

3.2.2 形状指标

平均斑块分维数(FRAC_MN)反映景观斑块外部形状的复杂程度, 取值范围为: 1

3.2.3 聚散性指标

斑块个数(NP)及斑块密度(PD)反映的是景观内部空间结构的基本特征, 是对景观空间构型异质性的度量, 其值的大小与景观的破碎度也有很好的正相关性, 综合表4、表5可知, 研究区域内斑块总数从2009年的30个增长到2018年的46个, 四类公园绿地在2009—2018年间NP和PD由大到小表现为: 游园>社区公园>专类公园>综合公园, 其中游园在2009—2018年间NP和PD均为最大, NP从2009年的19个增长到25个, PD从2009年的0.565个·km-2增长到0.743个·km-2, 社区公园次之, NP从2009年的7个增长到10个, PD从从2009年的0.208个·km-2增长到0.297个·km-2, 结合各年公园绿地分布图(图6、图7、图8)可知: 游园和社区公园分布较为分散, 破碎化程度高, 其中游园面积普遍较小且分布零散, 社区公园被城市道路分割破碎的程度高。

图5 2009年公园绿地分布图

Figure 5 Park green space distribution map in 2009

图6 2013年公园绿地分布图

Figure 6 Park green space distribution map in 2013

图7 2018年公园绿地分布图

Figure 7 Park green space distribution map in 2018

斑块凝聚度指数(COHESION)度量的是斑块类型水平上的相应斑块类型的物理连接度; 分离性指数(SPLIT)反映的是景观类型中斑块个体分布的分离程度, 分离程度越大, 表明景观斑块在研究区域内分布越分散。由表5知: 2009—2018年间COHE­SION由大到小顺序一致表现为: 综合公园>社区公园>专类公园>游园, SPLIT由大到小表现为游园>专类公园>社区公园>综合公园, 由此可知: 在斑块类型水平上, COHESION与SPLIT显示出一定的负相关性, 游园和专类公园的COHESION值低于综合公园和社区公园, SPLIT值高于综合公园和社区公园, 说明游园和专类公园离散度要高于综合公园和社区公园; 游园的COHESION值最小而SPLIT最大, 故游园离散度最高, 连通度最低。

3.3 景观水平上的景观格局变化

景观水平上的景观形状指数(LSI)和平均斑块分维数(FRAC_MN)在2009—2018年间略微有所增加, 由2009年的6.12、1.113增加到2018年的9.91、1.125(表3), 说明上杭县公园绿地斑块在人为活动影响下, 其形状有趋于复杂的趋势。

综合表5可知: 2009—2018年各公园绿地类型FRAC_MN均集中于1.04—1.22, 均小于1.5, 说明研究区域景观的整体景观形状较为规则, 这不利于城市生物多样性的保护和建设; 由表3知: 最大斑块指数(LPI)呈显著减少的趋势, 从2009年的76.08%减少到2018年的52.83%, 虽然综合公园和社区公园仍是优势景观类型, 但随着人为活动的干扰, 这两者的优势度已大大降低, 公园绿地的面积虽然一直在增加, 由于绿地分布较离散, 所以优势度还不明显; 均匀度和优势度呈负相关关系, 各绿地类型分布越均匀, 均匀度越高, 优势度越低, 2009—2018年, 均匀度(SHEI)呈递增的趋势, 从2009年的0.54增加到2018年的0.73, 逐渐接近于1, 说明研究区景观中优势类型的优势度不断降低, 各公园绿地类型趋向于均匀分布, 但局部片区也存在分布不均衡的情况, 龙翔片区和城南产业片区由于已建居住用地较少, 故公园绿地分布少, 2018年龙翔片区和城南产业片区的公园绿地数量均为1。斑块密度(PD)和景观分割性指数(DIVISION)呈不断递增的趋势, PD由0.89个·km-2增加到1.37个·km-2, DIVISION从2009年的0.41增加到2018年的0.69, 聚合度(AI)呈递减趋势, 由2009年的99.55%减少到2018年的99.40%, 说明景观破碎化程度增强, 景观空间分散程度增加, 景观异质性增强。香农多样性呈递增趋势, 由2009年的1.70递增到2018年的3.25, 说明人为活动对景观的干扰程度增强, 由于公园绿地类型没有发生改变, 所以各公园绿地类型所占比例愈趋均匀, SHEI呈现递增的趋势也验证了这一结论。

3.4 公园绿地演变的驱动因素分析

公园绿地景观格局的演变受到多种因素的制约, 既有自然因素, 如气候变化, 水文条件变化及突发的自然灾变等, 也受人口增长、经济发展及政策等社会因素的影响[19]。一般而言, 自然因素对景观格局的影响通常是在大的时间尺度上, 而经济发展及政策的改变常在较小时间尺度上作为景观格局变化的主导因素[20]。

根据2009—2018年上杭县统计年鉴及上杭县政府公布的相关材料知, 上杭县在此期间未出现显著改变绿地格局的自然灾变, 自然条件同样未出现影响绿地景观格局的重大变化。因此, 自然因素不是上杭县绿地景观格局演变的主导因素。

人口、经济、政策等人为因素通常是城市绿地格局变化的主要驱动因素[11,21]。通过对上杭县发展情况的考察, 包括GDP、城区人口、以及上杭县绿地建设的政策等其他因素(表6), 认为政策变化是上杭县公园绿地景观格局演变的主导因素。上杭县政府的政策变化对公园绿地景观格局的改变起到了主导作用。2002年上杭县制定了《上杭县城总体规划》, 虽然确定了上杭县的城市性质为“县域中心, 矿业及加工工业的江滨园林城市”, 但未对绿地系统建设予以足够重视。而在上杭县决定参评园林城市后, 出台了一系列政策与措施, 集中体现在2012年上杭县完成了《上杭县城绿地系统规划(2013—2030)》的制定与实施, 2013年11月上杭县通过省级园林县城的考评验收, 并决定继续参评国家园林县城, 并于2016年制定了《上杭县城市绿地景观空间导向规划(2016—2030)》。上述政策的出台极大地促进了绿地系统的建设, 改变了2009—2018年间上杭县的公园绿地景观格局。

4 结论与建议

4.1 结论

(1)2009—2018年, 上杭县城区公园绿地的数量和面积增幅较大, 这和上杭县城严格执行城市绿地系统规划, 积极创建省级园林县城和国家园林县城密切相关; 综合公园和社区公园是上杭县城区公园绿地景观中的优势景观类型, 游园数量最多, 离散程度最高, 面积占比最小, 游园面积占景观的比例波动在2.5%—2.76%之间, 反映了上杭县公园绿地以“大斑块为主, 小斑块为辅”的景观结构; 各区公园绿地数量以北部城区新城区最多, 上杭县城区公园绿地建设重点在北部城区新城区、北部城区老城区和南岗片区。

景观格局指数变化: 上杭县城区公园绿地景观多样性指数和均匀度指数呈增长趋势, 优势度和聚集度呈减少趋势, 说明公园绿地空间分布趋于均匀化, 各公园绿地类型比例趋于均匀; 由于人类对公园绿地的干扰活动, 导致公园绿地破碎化程度增加, 尤以游园破碎化程度增幅最大, 破碎化程度最高, 连通性最低, 但由于景观水平上公园绿地是趋向于均匀分布的趋势, 随着公园绿地斑块数量的增加, 公园绿地服务半径的覆盖度也在不断增加; 上杭县城区公园绿地景观分维数有略微增加的趋势, 但整体公园绿地景观分维数偏低, 各公园绿地类型FRAC_MN均集中在1.04—1.22, 斑块边界形状较规则简单, 尤以游园和综合公园这两类公园绿地分维数最低, 这是由于其规划设计模式化, 同时受周围城市干道分割, 景观分隔严重, 斑块数量多, 形状较为简单, 这不利于城市生物多样性的建立和维护。

表6 2009—2018年上杭县城发展概况

上杭县公园绿地发展历程中, 政策是公园绿地格局变化的主导因素, GDP的稳定增长、城区人口规模增加以及市民对于公园绿地日益增长的需求也具有一定的促进作用。

4.2 建议

(1)在城市公园绿地系统规划设计中, 考虑增加公园边界形状的复杂程度, 以提高绿地景观单元的分维数, 加强公园绿地斑块边界与周围环境的联系, 营造自然化的绿地景观, 更好的发挥边缘效应, 以提高和保护城市生物多样性。

(2)在城市绿地系统规划中, 考虑人口分布密度、公园绿地服务半径、城市环境状况等需求, 因地制宜地进行空间布局, 在热岛效应、防灾避险功能不足和人口密度较高的区域, 结合有利条件升级改造城区的小斑块绿地, 适当扩建或增建游园, 发挥其规模效应, 降低人为干扰强度, 提高公园绿地服务半径覆盖度。

(3)结合上杭县各级城市干道和汀江水系脉络, 分级建设城市绿色廊道或者带状公园, 有机联系游园、社区公园、专类公园和综合公园绿地等斑块, 构筑点、线、面相结合的连续的生态绿地网络, 增加绿地斑块之间的连通性, 降低景观破碎度, 有助于动物在城市内部的迁徙, 有利于生物多样性的保护和生态系统的持续稳定[22]; 龙翔片区和城南产业片区汀江沿岸绿地植被生长茂盛, 可考虑规划滨水公园, 建设滨水绿道, 增强与其他片区公园绿地的连通性, 改变公园绿地分布不均的现状; 增建或扩建游园和专类公园, 提高这两类公园绿地占景观面积比, 从而提高上杭县城区公园绿地景观多样性指数。

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Dynamic analysis of landscape pattern of park green space in Shanghang county

HU Fangwen, HU Xijun*, LUO Ziwei, XIAO Zhipeng, HU fang, WEI Baojing

College of Landscape Architecture, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, China

This paper aims to realize the landscape pattern evolution of park green spaces of the county. Shanghang county has taken as a study case.By using the ArcGIS and Fragstats landscape index analysis software, and choosing landscape indices that include patch density, cohesion index, evenness index, aggregation index, landscape diversity and fractal dimension, we analyzed the dynamic changes of landscape pattern of park system in Shanghang county during the period of 2009, 2013 and 2018.The results showed that: (1) From 2009 to 2018, the total area of parks in Shanghang county increased from 99 hm² to 185 hm², and the number of patches increased from 24 to 35. (2) Comprehensive parks and community parks were the dominant landscape elements in the landscape pattern ofpark system in Shanghang county. The number of gardens was large and the area accounted for a small proportion of the landscape. The fractal dimension of the whole park green patch was low, and the overall landscape shape in the study area was relatively regular. (3) The aggregation index decreased, and the degree of fragmentation of park green landscape increased continuously. The landscape diversity index and evenness index showed an increasing trend, and the park green space showed a uniform development. The distribution of park green space in Longxiang district and south of the city industrial district was less than normal. (4) Policy was the dominant factor in the change of park green space landscape pattern. Based on the results of dynamic analysis of landscape pattern of park green space, the corresponding countermeasures and suggestions were put forward in order to provide reference for park green space planning and urban ecological construction in Shanghang county and other small cities at county level.

park green space; landscape pattern; space layout; dynamic analysis; Shanghang county

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.02.017

P901

A

1008-8873(2021)02-133-09

2019-12-16;

2020-01-14

国家林业和草原局“十三五”重点学科(风景园林学)(林人发[2016]21号); 湖南省高等学校“双一流”建设项目(湘教通(2018)469号)

胡芳文(1994—), 男, 湖南邵阳人, 硕士研究生, 主要从事景观生态学方面的研究, E-mail:18508483284@163.com

胡希军(1964—), 男, 浙江东阳人, 教授, 博士生导师, 主要从事景观规划与生态修复、风景园林规划与设计研究,E-mail:120795043@qq.com

胡芳文, 胡希军, 罗紫薇, 等. 上杭县城区公园绿地景观格局动态分析[J]. 生态科学, 2021, 40(2): 133–141.

HU Fangwen, HU Xijun, LUO Ziwei, et al. Dynamic analysis of landscape pattern of park green space in Shanghang county[J]. Ecological Science, 2021, 40(2): 133–141.