基于Fragstats的南充市主城区城市绿地景观格局分析

李羽洁, 刘怡, 陈俊华, 刘一丁, 谢川, 谢天资, 何政伟, 慕长龙*

1. 成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610051；

2. 四川省林业科学研究院 森林与湿地生态恢复与保育四川重点实验室，四川 成都 610081

近年来，伴随着我国城市化进程加快，城市人口急速增长，城镇用地紧张、大气污染、热岛效应等一系列问题日益突出[1]。城市绿地作为城市景观的自然要素和生态基础，在改善城市环境质量、减轻城市热岛效应、调节城市生态平衡等方面有着显著的生态功能，其分布格局与景观质量衡量着一个城市的文明程度[2-3]。随着人们对城市生活环境质量的不断提高，如何在城镇土地资源紧张的背景下，实现城市绿地的合理布局成为亟待解决的重大科学问题[2-5]。随着地理信息技术的高速发展，“3S技术”在城市绿地系统中获得了普遍运用，推动了国内外城市绿地格局及其生态效益相关研究的发展[5-10]。

为改善居住环境，满足人民日益增长的对生态福祉的需求，近几年，南充市大力推动生态文明建设，目前正在创建国家森林城市。针对南充市森林城市研究，刘一丁等[11]利用MSPA与MCR模型，通过选取重要生态源地、提取重要生态廊道，构建并优化了南充市的生态网络。熊新红等[12]提出了西山前山绿道景观工程中植物与绿道的融合设计。但对于城市绿地景观格局未见报道。本文选取高分二号影像数据（2020年5月），运用景观生态学原理，以“3S”技术为支撑，利用Fragstats 4.2计算景观格局指数，从斑块水平、类型水平和景观水平上对南充市主城三区（顺庆、高坪、嘉陵）的绿地景观生态格局进行定量分析，通过分析结果提出相应优化对策建议，为南充市城市总体规划、国家森林城市规划等提供依据和参考。

1 研究区概况

南充市位于四川盆地东北部、嘉陵江中游，地理范围介于东经105°27′—106°58′、北纬 30°35′—31°51′之间，面积12 485.73 km2。本研究区包括南充市主城三区，面积为141.31 km2。属中亚热带湿润季风气候区，四季分明，平均气温为 17.5℃。年均降水量为1 012 mm，月季降水量分布不均，地貌类型以丘陵为主[13-14]。原生自然植被为亚热带常绿阔叶林，现有植被以柏木（Cupressus funebris）、马尾松（Pinus massoniana）、杉木（Cunninghamia lanceolata）等人工林为主，城区内多见樟树（Cinnamomum camphora）、黄葛树（Ficus virensAit. var.sublanceolata（Miq.） Corner）、小 叶 榕（Ficus microcarpa L.f.）、银杏（Ginkgo biloba）、桂花（Osmanthus fragrans）、天竺桂（Cinnamomum japonicum）、朴树（Celtis sinensisPers.）等。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与处理

本文选取云覆盖率低于5%的1m空间分辨率的高分二号影像数据（2020年5月）为城区绿地系统分类的主要数据源。在ENVI5.1、Arcgis10.2等软件的支持下对遥感影像进行图像校正、配准、波段融合、影像裁剪等预处理，运用人机交互式解译的方法，结合野外调查数据及其他辅助资料对南充市主城区城市绿地类型进行信息的提取，建立南充市城市绿地数据库。

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。绿地类型依据《城市绿地分类标准》（CJJ/T85-2017）[16]，并考虑到公园绿地和广场用地的游憩功能，将公园绿地和广场用地合并为公园绿地；同时考虑到居住绿地和道路与交通附属绿地与人类活动相关性较大，具有一定的研究价值，最终将南充市主城区研究区城市绿地分为了六大类：公园绿地、居住绿地、单位附属绿地、道路与交通附属绿地、防护绿地和区域绿地。绿地系统分布图如图1所示。

2.3 景观格局指数

本文研究基于遥感影像，根据景观格局指数对南充市主城区城市绿地景观格局的时空变化特征进行分析。运用Fragstas4.2软件从斑块、类型和景观3个水平上进行分析。根据研究区特点，该研究主要选取：斑块数量（NP）、斑块面积（AREA）、斑块类型面积（CA/TA）、斑块类型面积百分比（PLAND）、斑块密度（PD）、平均斑块面积（AREA_MN）、最大斑块指数（LPI）、斑块形状指数（LSI）、分离度（SPLIT）、聚集度指数（AI）、Shannon多样性指数（SHDI）、Shannon均匀度指数（SHEI）等12个景观指数从面积、形状、分布趋势和多样性等方面选取斑块、类型和景观3个水平上进行研究分析，其生态学意义与计算公式参见文献2～6。

3 结果与分析

3.1 南充市主城区城市绿地总体景观格局

3.1.1 斑块特征分析

通过Fragstas4.2计算结果，南充市主城区研究区总面积14 131.22 hm2，绿地斑块总数为12 822个，总面积为5 707.53 hm2，绿化覆盖率为40.39 %。参考其他城市的城市绿地景观格局的相关研究[19-20]，结合南充市主城区特点按照面积将斑块绿地划分为4个等级，即500 m2以下的为小型斑块，500～3 000 m2的为中型斑块、3 000～10 000 m2的为中大型斑块，大于10 000 m2的为大型斑块。

根据表1可以看出大型绿地斑块在南充市主城区绿地系统中面积最大，占绿地总面积的84.8%，在整个绿地系统中起控制作用，是南充市主城区建立起的生态屏障；中型和中大型斑块的面积各占绿地总面积的6.2%，在整个城市绿地中具有重要辅助作用；小型斑块面积约占绿地总面积的2.8%，斑块数量最多，约占总量的65.9%，可以作为生物迁徙交流的小型栖息地，也可以改善城市结构与形象，美化城市环境。大型斑块虽在面积占比远高于其他斑块，但斑块数量是最少的，小型斑块的情况就刚好相反，面积占比小，但数量极大。

表1 南充市主城区绿地斑块分类Tab. 1 Classification of green space patches in the main urban area of Nanchong City

城市绿地是由各类不同面积大小的斑块组成，大型斑块容易形成优势景观类型，而小型斑块容易导致景观呈破碎化趋势[2]。研究区内各斑块类型的数量分布不均，小型斑块与中型斑块的数量居多，分别占斑块总数的65.9%和37.8%，而面积仅占2.8%和6.2%，景观破碎化趋势明显。

3.1.2 景观构成分析

城市绿地景观构成是指各类绿地的组成情况，是绿地生境最直观的表现特征[2]。从南充市主城区各类绿地类型斑块数量与面积大小上看（见表2），区域绿地的斑块数量占比（2.6%）和面积占比（37.43%）都略大于公园绿地（2.2%、30.5%），但公园绿地的最大斑块指数（6.914 2）大于区域绿地（5.468 2），远大于其他绿地类型。可以看出，公园绿地和区域绿地是所有绿地类型中的优势类型，在斑块面积方面具有绝对优势，对绿地总体的控制作用较大。居住绿地斑块数量占比为18.5%，面积所占百分比为11.32%，单位附属绿地斑块数量占比为17 %，面积占比为11.96%，同居住绿地相差不大，仅次于公园绿地和区域绿地，居第三位。该类绿地在一些大型医院、学校、机关单位的水平较好。尤其是学校，分布较为集中，如川北医学院、西华师范大学、西南石油大学等。但部分因性质不同，其整体的绿化水平参差不齐。道路与交通附属绿地斑块数量占比58%，为所有绿地类型中最高的，面积百分比为5.02%，这与当前道路绿地的特征相吻合，南充市道路的绿化整体分布较为均衡，基本每条道路都存在绿化，故其斑块数量上存在较大优势。而防护绿地在板块数量和斑块面积两方面均为相对较少，说明南充市主城区在防护绿地的开发与利用上有较大发展空间。综上，南充市主城区整体绿地率较好，虽人为干扰、破坏的情况普遍存在，但都不太严重，各类绿地仍存在分布不均衡的问题，尤其是防护绿地没有得到合理的利用，部分单位及居住区应加强绿化程度。

3.1.3 景观破碎化分析

景观破碎度可以表示城市绿地对城市生物多样性维持和保护贡献的大小，也可以城市绿地功能的高低。对研究区的景观破碎度进行分析可知（见表3）：各类绿地的密度，从小到大依次是：防护绿地（3.995个·km-2）<公园绿地（4.923个·km-2）<区域绿地（5.852个·km-2）<单位附属绿地（38.108个·km-2）<居住绿地（41.559个·km-2）<道路与交通附属绿地（130.214个·km-2）。道路与交通附属绿地的斑块密度是最为显著的一个特征指数，其数值远高于其他类型的绿地，绿地呈点状化分布的特征最为明显。单位附属绿地（38.108个·km-2）和居住绿地（41.559个·km-2）的斑块密度相差不大，二者密度同样较大，破碎化程度较高。而其他类型绿地的斑块密度较低，景观较为完整。

表3 南充市主城区绿地景观破碎指数Tab. 3 Landscape fragmentation index of green space in the main urban area of Nanchong City

分离度指数是指景观类型中不同元素或斑块个体分布的分离程度，其结果与斑块密度的结果基本相符，其中道路与交通附属绿地的分离度最高，是由于道路与交通附属绿地依附道路系统建设，易受到人为干扰，破碎化程度高。公园绿地和区域绿地多数呈片状分布，斑块较为完整，分离度较低。而平均斑块面积的结果与上述两指数的结果基本相符。

3.1.4 景观分维数分析

南充市主城区各类绿地斑块分维数整体不高（见表4），除去道路与交通附属绿地和居住绿地外，各类景观类型的分维数均小于1.50，在一定程度上说明研究区内斑块形状较为规则、简单。道路与交通绿地与居住绿地的分维数较高，分别为1.651 3和1.555 9，说明这两类绿地的边界相对复杂，而公园绿地和区域绿地分维数较低，分别仅有1.312 8和1.282 4。这些绿地斑块受到道路系统及建筑、建设规划等条件的制约，致使其形状较为规则。

表4 南充市主城区景观分维数分析Tab. 4 Landscape fractal dimension analysis of the main urban area in Nanchong City

从斑块周长与面积比的平均值来看，其结果同分维数指数所反映的状况基本一致。道路与交通附属绿地斑块周长与面积比的差值最大，说明这类绿地的斑块不仅边界复杂程度具有较大差距，而且斑块形状差异也很大。

从斑块形状指数来看，公园绿地的斑块形状指数是19.549 7，相对于其他绿地较小。同前两项指数反映的情况基本一致，这表明南充市的公园绿地在建设初期，受规划影响，边界相对模式化，斑块形状较为简单。道路与交通附属绿地因多依附于城市道路布置，形状普遍细长曲折，故所得斑块形状指数为所有绿地中最大值。

3.1.5 景观多样性及聚集度指数分析

景观多样性反映了在一定时间序列上,景观元素和生态系统在结构和功能上的丰富度[2]。南充市主城区绿地景观香农多样性指数、均匀度指数分别为1.540 3、0.839 6，说明各类绿地景观类型丰富度较好，各类景观类型面积分布较为均匀，差异性较小。

从图2来看，南充市主城区各绿地类型之间的聚集度指数存在明显差异，公园绿地聚集度最高，其次为区域绿地，表明二者分布呈团聚状。区域绿地主要为一些分布在主城区山体上的自然植被，虽然数量不多，但连续集中，聚集程度高于其他绿地类型。公园绿地主要集中在顺庆区，如西山风景区自然公园、北湖公园、气象公园、城北公园、清泉坝湿地公园、青龙山公园等，绿地成片分布且面积占比较大。聚集度指数最小的是道路与交通附属绿地，主要为一些道路绿地，斑块聚集度最小，呈离散状分布。

图2 南充市主城区聚集度指数Fig. 2 Agglomeration index of the main urban area in Nanchong City

3.2 南充市主城区不同区域景观格局分析

城市绿地的布局受到城市水平高低的影响，会呈现出一定的梯度特征[3]。同样，在同一座城市中，各区（县）的城市绿地的布局也会有一定的不同。将南充市主城区研究区按顺庆区、高坪区、嘉陵区三区行政边界划分为三个区块，将三区的城市绿地格局进行对比，进而定量分析南充市主城区分区的城市绿地景观格局的特点。

3.2.1 景观水平分析

通过Fragstas4.2计算结果，南充市主城区顺庆区、高坪区、嘉陵区三区绿地覆盖情况如表7 所示。三区相比，由于高坪区所含工业园区和农业园区较其他两区更多，从而导致高坪区的绿化覆盖率较低。

表5 南充市主城区各区绿地情况Tab. 5 Green space in each district of Nanchong main urban area

从绿地斑块密度情况（见图3）来看，高坪区的斑块密度高达268.27个/km2，证明其斑块的破碎化程度较其他两个区来说是最高的，这也跟高坪区工业化程度有着一定的关系。嘉陵区的斑块密度则是三个区中最小的，其值为191.55个·km-2，说明嘉陵区整体的斑块破碎化程度较低。从嘉陵区的各类绿地占比来看，嘉陵区的公园绿地和区域绿地占比较多，分别为34.47%、41.96%，也说明了嘉陵区的多数区域仍处于一个待开发阶段，成片的绿地分布更多，所以其整体的斑块密度较小，斑块破碎化程度也较小。

图3 南充市主城区各区斑块密度（个·km-2）Fig. 3 Patch density of each district in the main urban area of Nanchong City （PCS·km-2）

从景观形状指数（见图4）来看，三区之中顺庆区的绿地斑块更加的复杂多样，其不规则程度更高。这可能是因为顺庆区作为老城区，多数的机关单位和公园都集中在该区，且顺庆区里有西华师范大学、川北医学院等几所大学的存在，这使得单位附属绿地的形状更为多样化，故其形状指数会比其他两个区高一些。

图4 南充市主城区各区形状指数和聚集度指数Fig. 4 Shape index and aggregation index of each district in the main urban area of Nanchong City

从聚集度指数上来看，三个区的聚集度指数相差不大，嘉陵区略高，值为87.52%，表明嘉陵区的绿地之间的联系相较其他两个区要好，在城市建设中应更注重高坪区和嘉陵区绿地之间的连通性。

从多样性指数和均匀度指数的情况（见图5）来看，高坪区的多样性指数和均匀度指数数值较低。说明相较于其他两个区，高坪区的绿地景观类型丰富度较差，各类景观类型面积分布不太均匀，差异性较大。

图5 南充市主城区各区多样性指数和均匀度指数Fig. 5 SHDI and SHEI of each district in the main urban area of Nanchong City

3.2.2 类型水平分析

从类型水平上来看，三个区各类型城市绿地的面积和斑块数量情况见表6，其中，顺庆区的公园绿地较其他两区面积最大、数量最多，且从各类绿地的斑块百分比来看，高坪区的公园绿地面积占比远小于其他两区，而区域绿地则是三区中最高，而顺庆区则刚好相反。这一结果说明，南充市的建成区现有公园绿地分布不均。顺庆区的公园数量较多，类型也较丰富。高坪区、嘉陵区的公园数量较少，但区域绿地面积较高，公园绿地面积提高潜力很大。顺庆区的居住绿地从面积、数量到面积占比均高于其他两区，这也从侧面说明顺庆区的居住小区更为集中，居住绿地的占比大，反映出顺庆区作为老城区，城市化水平较其他两个区来说较高，居住区的绿地的比重，也反映了在城市化过程中，人类对营造绿化空间的注重。而单位附属绿地在顺庆、高坪两区的占比略高于嘉陵区，这是因为南充市大多的市政机关单位以及大学都集中于顺庆区，而高坪区则是与其工业化程度有着一定的关系。

表6 各类型绿地面积和斑块数量统计Tab. 6 Statistics of green space area and patch number of each type

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从表7来看，各区的各类绿地斑块的密度大小和空间变化大体相同，但因各区的城市化水平差异，其绿地的破碎化程度也存在部分差异。嘉陵区的单位附属绿地斑块密度较其他两区较小，主要是因为嘉陵区本身的以农业园区居多，市政机关单位、工业园区也比较少。而高坪区因其本身工业园区居多，其单位附属绿地和道路与交通附属绿地较其他两区破碎化程度更高。且各区的各类绿地的聚集度指数相差不大。顺庆区的道路与交通附属绿地聚集度较其他两区较高，这是因为顺庆区的城市化水平更高，城市建筑较其他两区更为紧凑，故聚集度相较其他两区略高。结合三区的景观指数的结果可以看出，城市化程度越高的区（如顺庆区），绿地受到城市道路、建筑等的约束和限制越大，形状越规则完整；城市化程度较低的区（如嘉陵区），绿地受到的限制小，存在形式变得复杂多样。

4 结论

4.1 南充市绿地景观格局存在的问题

南充市主城区内的气象公园、上中坝湿地公园、白塔公园、北湖公园以及人民广场公园、香槟广场公园、西山广场公园和大大小小的游园，为城区绿色生态体系打下坚实的基础，让城市居民充分享受绿色带来的生态福祉。主城区内的绿化覆盖率达到了40.39 %，整体绿化覆盖率情况较好，但建成区绿化存在一些问题。

（1）南充市主城区绿地整体情况较好，虽人为干扰、破坏的情况普遍存在，但都不太严重，各类附属绿地仍存在分布不均衡的问题，尤其是单位附属绿地分布具有明显的集中性，在某些大型医院、学校以及机关单位等绿化水平非常好，但在某些区域存在严重不足的情况，因此总体上看来绿化水平参差不齐的现象比较明显。居民绿地受到人为干扰的影响较大，斑块破碎度大，老式住宅区绿化相对新建居民区更为完善。

（2）从南充市主城区公园绿地分布现状来看，建成区现有公园绿地分布不均。顺庆区的公园数量较多，占绿地景观总体的45.82%，类型也较丰富。高坪区的公园数量较少，公园绿地面积占比仅有10.4%，大型公园只有上中坝湿地公园和白塔公园，公园绿地面积提高潜力很大。且城市公园绿地分布不均，一定程度上造成了公园生态服务资源的浪费。

（3）从防护绿地来看，主城区防护绿地斑块数量仅占总体的1.8%，面积也仅占3.76%，不仅斑块数量少，面积也较小，相对于其他绿地类型，南充市主城区防护绿地的建设相对滞后，没有得到合理的利用。

（4）从主城区区域绿地的情况来看，区域绿地的形状都较为规则、简单，景观优势明显，破碎度相对较低。多分布于嘉陵江两侧以及周围山体。其中顺庆区、高坪区的区域绿地多为山体绿地，而嘉陵区的区域绿地多为生产绿地。除顺庆区外，其余两区的山体绿地开发利用率均不高。

4.2 南充市绿地景观格局优化对策建议

针对主城区绿地景观格局存在的问题，提出以下建议。

（1）鉴于南充市主城区内公园绿地“西多东少”的分布现状，急需针对高坪区和嘉陵区开展综合公园的建设。另外，公园建设的同时，需要充分考虑南充市的特色文化元素“红色文化、三国文化、丝绸文化、嘉陵江文化和春节文化”，并以主题文化公园的形式进行打造。在公园规划设计的过程中，尽量选择乡土物种作为生态系统的基础植被，减少外来物种的比例，降低生物入侵和外来物种污染的风险。同时，在一些老城区建筑分布较密集，公园绿地面积严重不足的地方，要利用可绿化的点状空间，采取“能绿则绿，见缝插绿”的方式增加绿地面积。

（2）南充市主城区绿地景观呈破碎化趋势较为明显，主城区除区域绿地、公园绿地外，其余绿地分离度较高。在城市用地紧张的情况下，应当注重生态廊道的构建，连接破碎的斑块，提高城市生态的稳定性。在城市改造过程中，应适当安排一定的空间发展绿化，借鉴他地经验，因地制宜，推广屋顶绿化和垂直绿化，最终保障各绿地景观类型间能够形成绿色廊道，增强城市生物多样性等生态功能。

（3）南充市虽城区周边山体资源丰富，却存在森林与山体、森林与城市融合度低，功能发挥不充分的问题。首先是城区与其周边森林体系连接不够，城市与森林的功能脱节，造成城市归城市，森林归森林，使城市森林的多功能作用难以发挥。南充市目前有西山风景公园、舞凤山公园、朱凤寺公园等山体公园。为了更好的解决城市绿化用地紧张的状况，应合理的开发与利用区域绿地。