公园城市建设初期景观格局变化及保护对策研究

唐明坤, 何志强, 段应波, 刘币, 吕帅, 彭丽蓉, 王新, 王疆评, 周大松, 许戈

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

2. 四川天府新区成都管委会生态环境和城市管理局，四川 成都 610213

景观空间格局指大小和形状各异的景观要素在空间上的组成和排列形式，是景观异质性的具体表现，也是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。景观空间格局研究是进行景观功能和动态研究的基础，它影响着生物动态和物质交换等多方面的生态过程[1-2]。随着GIS技术和景观结构分析软件Fragstats的应用，以此为手段开展的景观空间结构及其动态变化研究为城市规划建设提供了重要参考[3-4]。在经济社会发展的不同阶段，研究者先后提出了田园城市、花园城市、园林城市、森林城市、山水城市等城市规划建设理念[5]，公园城市是未来城市建设的全新要求，是兼具普惠性和系统性的复杂工程，一经提出就引起了广泛讨论[6,7]，李敏和刘洋等人对公园城市概念内涵及演变、国内外城市案例分析及公园城市研究中存在的问题进行了综述和展望[5,8]。位于成都平原的天府新区是“一带一路”和长江经济带建设的重要节点，作为国家级新区正在全力开展公园城市建设实践，着力增强成都“五中心一枢纽”的国家中心城市功能，助力成都特大城市转型发展，因此天府新区的公园城市探索与建设尤其具有现实和示范意义。

目前关于公园城市建设过程中景观格局变化的研究报道较少，如何让城市各组成要素有机结合、充分发挥各自功能，使城市发展与生态文明建设达到平衡需要从顶层规划、理论研究、体制建设全方位展开研究，而景观格局变化研究是其中的一个重要领域。本文以天府新区成都直管区为例，以公园城市规划建设初期的景观格局变化为研究对象，利用Arc GIS和Fragstats软件对研究区2012年和2019年两个时段的景观格局进行比较分析，揭示公园城市建设初期的景观格局变化并提出保护对策，对指导公园城市规划建设实践和生态保护具有重要意义，以期为公园城市规划建设决策提供参考。

1 研究区概况

天府新区成都直管区位于四川省成都市主城区南部，为岷江、沱江两大流域冲积、洪积的菱形冲积扇平原区域，地理坐标103°59′—104°16′E，30°13′—30°34′N，总面积约562 km2。区内地势西北城市区最低海拔450 m，东南龙泉山区最高海拔950 m。研究区属亚热带湿润季风气候，四季分明、无霜期长、雨量充沛、日照较少；多年平均气温16.2 ℃，年极端最高气温37.3 ℃，年极端最低气温–5.9 ℃，最热月出现在7—8月，月平均气温为25.4和25.0 ℃，最冷月出现在1月，月平均气温5.6 ℃；年均降雨量918 mm，降水集中在7—8月，降雨最少月份为12月和1月。主要灾害性天气是暴雨、洪涝，有时还出现大风、冰雹等。区内农业垦殖历史悠久，自然植被因长期人类活动而萎缩消失，以次生和人工植被如桉树林、马尾松林、慈竹林、柏木林、栎类林等为代表，随着生态文明建设和公园城市建设的推进，区内新建兴隆湖等大型人工湖泊，湿地面积有所增加，次生人工植被和湿地是维持区内生态稳定的重要景观类型。

2 研究方法

2.1 景观制图及建立分类体系

图1 研究区2012年和2019年景观类型分布图Fig.1Landscape type distribution map of the study area in 2012 and 2019

利用地理信息系统软件ArcGIS 10.5平台，以研究区2018年林地变更数据为基准，结合外业调查的植被资料和研究区2012年、2019年的Google卫星影像目视判读解译结果对林地变更数据进行更新。按照《土地利用现状分类》（GB/T21010-2017）的分类体系，结合研究区土地利用现状、植被分布及公园城市景观类型的生态功能，将研究区景观划分为林草地、农耕地、湿地、城镇用地、交通用地共计5种生态类型，形成研究区2012年、2019年研究时段的景观格局分布图（见图1）。其中林草地包括研究区的乔木林地、竹林地、灌木林地、荒草地等类型，在研究区发挥防风固沙、水源涵养、调节气候等重要生态功能；农耕地包括耕地、园地、经济林及农村居民点等为农业生产服务的景观斑块；湿地为研究区的河流、湖泊、库塘、沟溪及水工建筑等类型，发挥水源调配、水质净化等重要生态功能；城镇用地包括城镇住宅、商服、工矿、城镇园林绿化用地，具有城镇生活服务、园林绿化、工业生产、贸易等社会经济活动服务功能；交通用地是研究区各级公路组成的纵横交错的线状廊道斑块类型，反映区域交通能力。本文景观格局分布图抽样精度达85%以上，满足研究要求。

2.2 景观结构指数选取及计算

在ArcGIS 10.5中将shape格式景观图层转化成GeoTIFF Grid（.tif）格式数据（为保证景观中较窄的乡村道路得以保留，转化的栅格大小为3 m×3 m）并导入景观结构定量分析软件Fragstats（v4.2.1），在景观类型(Class level)和景观(Landscape level)两个尺度水平计算景观结构指数（部分指数计算的搜索阈值为2 000 m）。本研究选择的景观格局指数有斑块类型面积CA、斑块类型面积比PLAND、斑块数量NP、斑块密度PD、边缘密度ED、最大斑块指数LPI、平均斑块面积AREA-MN、平均形状指数SHAPEMN、平均斑块分维数FRAC-MN、平均邻近度指数PROX-MN、周长面积分维数PAFRAC、聚集度指数AI、散布与并列指数IJI、连接度指数CONNECT、分离度指数SPLIT、蔓延度指数CONTAG、Shannon多样性指数SHDI、Shannon均匀度指数SHEI，各指标计算公式、单位及意义参见相关文献[2,4]及Fragstats软件手册[9]。

3 结果与分析

3.1 景观要素组成变化

利用天府新区成都直管区成立时（2012年）和公园城市规划建设初期（2019年）的景观格局分布图计算两个时段的景观格局指数进行比较分析，景观基本组成结果见表1。

表1 研究区2012—2019年景观组成变化分析Tab.1Anlysis of landscape composition changes in the study area from 2012 to 2019

7年间研究区各类景观组成主要变化有：（1）林草地CA增加，PLAND值由14.57%升至15.11%，NP值减少，PD由12.07块·km−2下降至11.92块·km−2，AREA_MN略有增加，LPI由0.70%增加至1.52%，而ED没有明显变化，在84.53～84.94 m·hm−2之间波动。（2）湿地CA增加，PLAND由3.57%升至4.71%，这与兴隆湖等大型湖泊的建成有关；NP略有增加，PD基 本 不 变，AREA_MN由0.97 hm2·块−1增 至1.28 hm2·块−1，LPI由0.09%增 加 至0.51%，ED由23.55 m·hm−2增至24.85 m·hm−2。（3）农业用地CA受城市化建设影响由39 767.25 hm2减至34 066.43 hm2，PLAND由70.74%下降至60.60%，下降幅度很大；同时NP由1 328块增至1 520块，导致PD上升，AREA_MN由29.95 hm2·块−1降 至22.41 hm2·块−1，LPI由3.72%降 至2.57%；ED由149.11 m·hm−2降至145.20 m·hm−2，说明湿地斑块边缘趋于简化。（4）城镇用地受天府新区城市化建设影响CA大幅增加，PLAND由8.30%升至15.00%，增长近一倍，可见研究区近年城市建设速度较快；其NP（由710增至830块）和PD（由1.26增至1.49块·km−2）相 应 增 加，AREA_MN由6.57 hm2·块−1增 至10.05 hm2·块−1，LPI略有下降，由1.03%降至0.71%，而ED明显增加，由17.56 m·hm−2增至27.77 m·hm−2，说明城镇用地边缘趋于复杂。（5）交通用地受区域基础设施建设的影响CA显著增加，PLAND由2.82%升至4.58%，面积增长幅度达60%，可见公园城市建设初期的公路基础设施建设速度较快；NP由597块降至583块，PD由1.06块·km−2降至1.04块·km−2，AREA_MN由2.65 hm2·块−1增 至4.42 hm2·块−1，LPI由2.71%增至4.49%，ED由68.56 m·hm−2增至73.49 m·hm−2，说明交通用地的边缘长度有所增加、边缘结构趋于复杂。可见研究区公园城市建设初期，城镇用地、交通用地面积明显增加，农业用地面积显著减少，林草地和湿地面积增幅较小。

3.2 类型水平的景观格局变化

各景观类型的格局指数计算结果见表2，2012—2019年各景观类型的SHAPE-MN、FRAC-MN、PAFRAC仅在小范围波动，表明各景观类型的斑块形状、斑块边缘褶皱程度及镶嵌结构没有发生明显改变。

表2 研究区2012-2019年景观类型水平的格局指数变化Tab.2Changes of landscape pattern index at the landscape type level in the study area from 2012 to 2019

7年间林草地、湿地、农业用地CONNECT无明显变化，城镇用地和交通用地CONNECT有所增加，由于这两类景观面积增加，导致它们的功能性连接水平提升。林草地、湿地、农业用地、城镇用地AI无明显变化，交通用地AI由81.70增至87.95，表明由于道路网的持续建设完善，交通用地的聚集度增加。

值得关注的是：（1）SPLIT结果表明，公园城市建设初期林草地、湿地、城镇用地和交通用地的分离度均不同程度缩小，受其他景观扩张、侵占和分割影响，农业用地的分离度大幅增加；（2）PROXMN结果反映出林草地、湿地、城镇用地的斑块邻近程度有所增加，交通用地斑块邻近程度大幅增加、破碎度降低，农业用地的邻近程度大幅降低、破碎度升高；（3）IJI结果表明林草地、湿地、城镇用地、交通用地斑块在景观中的混合程度增加，而农业用地7年间斑块混合程度没有明显变化。

3.3 景观水平的景观格局变化

2012—2019年研究区景观水平的格局变化见表3。公园城市建设初期，研究区景观斑块边缘的平均褶皱程度（FRAC-MN）均为1.14，表明景观斑块的褶皱程度未发生明显改变；IJI指数升高表明随着公园城市的建设，区域各景观类型之间的相邻程度增加，景观类型混合程度随之加剧；与2012年相比，2019年研究区的AREA_MN和CONTAG降低，表明公园城市建设初期景观破碎化程度升高，各景观类型整体的聚集度降低，景观中连通度极高的优势拼块数量减少；SPLIT指数由99.59升至128.26，同样表明景观中同类型斑块变得更加分散，分离度越高则景观越破碎，与CONTAG指数结果一致。

表3 研究区2012-2019年景观水平的格局指数变化分析Tab.3Analysis on the landscape pattern index changes in the study area from 2012 to 2019

2012—2019年间研究区CONNECT指数由2.79增至2.82，表明景观水平上斑块的功能性连接能力略有增加，由于公路等线型景观类型的持续延伸，景观整体的连接能力略有增加。7年间研究区SHDI和SHEI均升高，两个时段的景观类型均为5类没有增减，但城镇用地、交通用地、湿地、林草地面积增加，原来在景观中占据优势的农业用地面积减少，景观破碎化程度上升，导致SHDI升高；SHEI值由0.59上升至0.72，由于景观中的优势景观类型农业用地面积减少，其在景观中的优势度和控制力降低，故研究区景观均匀度上升。

4 讨论与小结

对研究区公园城市建设初期的景观格局变化特征进行定量分析，结果显示：（1）目前研究区景观组成以农业用地为主，林草地和城镇用地与农业用地密切联系，是景观中具有重要生态功能的斑块类型，其中城镇用地的斑块聚集度最高而林草地聚集度最低；交通用地斑块形状和边缘最复杂，连通性和稳定性最好；林草地和湿地斑块邻近度低、连通性差、破碎度高，其中湿地斑块的稳定性最低。（2）公园城市建设实践的7年间，城镇用地和交通用地面积显著增加，同时具有重要生态功能的林草地和湿地面积缓慢增加，仅有农业用地面积减少，可见公园城市建设初期将城市、交通及生态类景观类型作为重点；7年间各景观类型的斑块形状及边缘无明显变化，城镇和交通用地功能性连接增强，交通用地聚集度明显升高；农业用地的分离度增加、邻近度降低、破碎度升高，其余景观类型的分离度均缩小。（3）景观水平的指数结果表明景观斑块的形状、边缘及功能性连接无明显变化，景观分离度增加、景观组分的相邻程度增加、破碎化加剧，景观多样性和均匀度均升高。与植被覆盖度高、类型丰富区域景观格局分析时的景观类型划分方法相比[2,10]，本文在景观类型划分时更注重景观类型的生态服务功能，景观类型包含了发挥相应生态功能的所有斑块，使分析结果有明确的生态指向性。由于部分景观指数之间存在关联[11]，景观指数对景观格局变化的反应也有待进一步研究[12]，因此本文在选取景观指数较多的情况下在解释运用这些指数时尽量理解指数的景观生态学意义，突出各指数自身特点，使对研究区景观格局变化的认知更加客观[2]。

公园城市应具备完善公共游憩绿地体系和良好生态景观环境质量[5]，以提升城市居民生活环境为核心[8]，达到“园”与“城”的协调与平衡，因此天府新区的公园城市建设实践应继续坚守生态环境底线，进一步筑牢公园城市生态骨架，根据研究结果从景观尺度提出如下保护策略：（1）扩大绿地面积，构筑公园城市生态屏障。天府新区公园城市建设初期林草地面积增加缓慢，但破碎度升高、连通性降低；结合研究区地形可着力构建两条平行的植被景观带—即龙泉山植被带和中部浅丘植被带，整合优化群落类型及结构、提升植被覆盖率，降低破碎度、增加连通性，充分发挥其作为公园城市绿肺的生态调控功能。（2）提升湿地生态系统功能。湿地在山水林田湖草体系中地位特殊，是公园城市规划建设的重要环节，研究区近年的兴隆湖、鹿溪河、天府公园湿地系统建设成效显著，降低了湿地景观的分离度，应继续扩大水域面积、增强河流湿地在孤立库塘之间的纽带作用，形成以大型湖泊和河流为骨架、以零星分布的库塘湿地为补充的湿地网络，使湿地功能得到持续强化提升。（3）统筹城镇用地和农业用地。城市建设不可避免将侵占本区域广泛分布的农业用地，城镇规划时应协调好城镇开发边界和永久基本农田控制线的关系，确保用地平衡、保护农业用地。（4）提升公路景观的生态功能，降低公路阻隔影响。交通用地是人类活动极度依赖的景观类型，具有高连通性，须加强公路沿线植被生态带设计，增强公路生态系统的隔音、降尘、净化能力，削弱公路廊道的切割影响，降低景观破碎度。本研究时间跨度短，仅能反映公园城市建设初期的景观格局变化特征，期望将来能持续开展相关监测研究，系统掌握公园城市建设不同阶段的景观格局变化规律将更有指导意义。