株洲市主城區(qū)綠地景觀格局分區(qū)比較研究

胡芳文，肖志鵬，廖坤富，劉破浪，王雪琛，厲 澤

(1.吉首大學(xué)張家界學(xué)院 湖南 張家界 427000；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 風(fēng)景園林學(xué)院， 湖南省自然保護(hù)地風(fēng)景資源大數(shù)據(jù)工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004；3.中國水利 水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 引言

綠地是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有改善小氣候，緩解熱島效應(yīng)，為生物提供棲息地等重要功能[1，2]。景觀生態(tài)學(xué)從景觀層面研究景觀單元的類型組成、空間分布對生態(tài)學(xué)過程的響應(yīng)[3,4]。應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)原理研究城市綠地景觀格局，有助于認(rèn)識綠地建設(shè)中的不足[5～7]。目前，國內(nèi)對綠地景觀格局的研究主要通過Arc GIS與ENVI軟件對綠地信息進(jìn)行識別提取，并建立矢量數(shù)據(jù)庫，采用Fragstats軟件計算景觀格局指數(shù)，進(jìn)而分析綠地景觀格局[8,9]。

目前對株洲市主城區(qū)景觀格局已有初步研究[10～12]，對株洲市主城區(qū)綠地景觀格局最新報道基于2010年衛(wèi)星影像，但2010年后株洲市主城區(qū)綠地景觀格局未見報道，對株洲市主城區(qū)下轄不同行政區(qū)之間的綠地景觀格局比較尚未見報道。同時，近年來城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃逐漸向城鄉(xiāng)綠地系統(tǒng)規(guī)劃轉(zhuǎn)變乃至國土空間規(guī)劃，新版《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)(CJJ/T85-2017)》將其他綠地的提法轉(zhuǎn)為區(qū)域綠地，區(qū)域綠地重要性凸顯[13,14]，包含區(qū)域綠地的城市綠地景觀格局研究較為缺乏。株洲市是我國首批重點建設(shè)的工業(yè)城市之一，同時還擁有國家綠化城市和國家園林城市榮譽(yù)稱號，對其城市綠地景觀格局研究具有一定的典范性。可為株洲市主城區(qū)綠地建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，為新版的城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃提供理論參考。

2 研究區(qū)概況

株洲為我國首批重點建設(shè)的8個工業(yè)城市之一，是重要的工業(yè)基地。因京廣、浙贛和湘黔鐵路交匯于此，株洲成為我國南部重要的鐵路樞紐。同時株洲也是長株潭城市群3大核心之一。研究區(qū)為湖南省株洲市主城區(qū)，研究范圍包含市下轄天元區(qū)、蘆淞區(qū)、荷塘區(qū)、石峰區(qū)4區(qū)的主城區(qū)部分。

3 數(shù)據(jù)源及研究方法

3.1 數(shù)據(jù)源

株洲市多光譜遙感影像：為歐洲太空局(European Space Agency, ESA)提供的Sentinel-2衛(wèi)星影像，數(shù)據(jù)采集時間為2019年9月22日，天氣良好，云量低，利用歐空局提供的軟件對影像進(jìn)行大氣校正。Sentinel-2衛(wèi)星于2015年6月份發(fā)射升空，高度為786 km，幅寬290 km。攜帶的多光譜成像儀覆蓋13個光譜波段，可提供10 m，20 m，60 m地面分辨率的多光譜影像。此外收集了株洲市綠地系統(tǒng)規(guī)劃圖，行政區(qū)劃圖及其他相關(guān)資料。

3.2 研究方法

綠地景觀格局研究需要完成對現(xiàn)狀綠地進(jìn)行提取與分類。景觀格局指數(shù)根據(jù)提取分類后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。

3.2.1 綠地信息提取方法

按研究區(qū)范圍，對獲取的Sentinel-2衛(wèi)星影像進(jìn)行切割。并進(jìn)行光譜增強(qiáng)，輻射增強(qiáng)等數(shù)據(jù)預(yù)處理。使用監(jiān)督分類法，并以目視解譯法進(jìn)行輔助進(jìn)行綠地信息提取，Kappa系數(shù)為89%，分類精度滿足要求。上述處理提取均在Envi 5.5中完成。

3.2.2 綠地類型分類方法

參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市綠地分類標(biāo)準(zhǔn)(CJJ/T85-2017)》，并考慮株洲市主城區(qū)綠地的實際分布情況進(jìn)行調(diào)整，分類類型及內(nèi)容見表1。綠地分類賦值在ARCGIS 10.5中完成。分類完成的株洲市綠地分布見圖1。

圖1 研究區(qū)綠地分布

3.2.3 景觀格局指數(shù)的選取與計算

結(jié)合株洲城市綠地建設(shè)實際情況，參考相關(guān)研究[15～17]，選取景觀格局指數(shù)見表2。景觀格局指數(shù)在Fragstats 4.2中計算。各景觀格局指數(shù)生態(tài)學(xué)意義詳見Fragstats 4.2使用手冊。

4 結(jié)果與分析

表3為株洲市主城區(qū)及主城區(qū)各行政分區(qū)景觀水平特征。由表3可知，在4個行政分區(qū)中，天元區(qū)TA僅次于蘆淞區(qū)，NP，PD，SPLIT，SHDI的值均最大，CONTAG值較小，表明天元區(qū)在4個分區(qū)中，斑塊數(shù)量多，土地利用豐富，破碎化程度最大，綠地斑塊連通性低；荷塘區(qū)TA值最小，表明荷塘區(qū)綠地總面積最小，荷塘區(qū)NP值最小而AI值最大，表明荷塘區(qū)斑塊數(shù)量少而聚集，PD值較小，SPLIT值較小，側(cè)面說明其斑塊凝聚破碎化程度不高；蘆淞區(qū)TA值最大，PAFRAC值最大，SHDI最小，SHEI最小，表明蘆淞區(qū)景觀形狀更趨于繞卷，景觀斑塊分布不均勻，異質(zhì)性低；石峰區(qū)SPLIT值最小，SHDI值較大，SHEI值最大，表明景觀異質(zhì)性較大，斑塊類型在景觀中分布更均勻。

表1 綠地分類類型

表2 株洲市主城區(qū)綠地景觀格局指數(shù)

表3 主城區(qū)及各行政分區(qū)景觀水平特征

表4為公園綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)。由表4知，在公園綠地斑塊類型面積(CA)及斑塊類型所占景觀面積的比例(PLAND)方面，荷塘區(qū)(74.88 hm2，1.98%)遠(yuǎn)低于天元區(qū)(371.85 hm2，7.35%)石峰區(qū)(364.71 hm2，7.65%)及蘆淞區(qū)(331.54 hm2，5.58%)，表明在荷塘區(qū)公園綠地面積占比偏低且總面積偏少。在最大斑塊指數(shù)(LPI)及斑塊平均大小(AREA_MN)方面，石峰區(qū)(5.29%，182.36 hm2)明顯高于其他行政區(qū)(2.32%，47.36 hm2；2.59%，24.79 hm2；1.01%，18.72 hm2)，結(jié)合聚散性指標(biāo)知石峰區(qū)NP值僅為2，可知石峰區(qū)公園綠地面積大但存在數(shù)量極少，優(yōu)勢度顯著且連通性高。

表4 公園綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)

表5為防護(hù)綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)。由表5知，在防護(hù)綠地斑塊類型面積(CA)及斑塊類型所占景觀面積的比例(PLAND)方面，石峰區(qū)(111.92 hm2，2.35%)及天元區(qū)(90.42 hm2，1.79%)遠(yuǎn)高于荷塘區(qū)(13.28 hm2，0.35%)及蘆淞區(qū)(11.15 hm2，0.19%)，相比其他行政分區(qū)，防護(hù)綠地在石峰區(qū)和天元區(qū)的貢獻(xiàn)率更高，4個行政區(qū)中石峰區(qū)的最大斑塊指數(shù)(LPI)最大，斑塊平均大小(AREA_MN)荷塘區(qū)>天元區(qū)>石峰區(qū)>蘆淞區(qū)，表明石峰區(qū)最大斑塊面積比重大，但斑塊大小差異較大。參考聚散性指標(biāo)，4區(qū)中，石峰區(qū)NP值最大，為69，PD值最大，為1.45個/km2，可知相比其他行政區(qū)，石峰區(qū)防護(hù)綠地斑塊破碎化程度最為突出。

表5 防護(hù)綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)

表6為其他附屬綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)。由表6知，在其他附屬綠地斑塊類型面積(CA)及斑塊類型所占景觀面積的比例(PLAND)方面，蘆淞區(qū)(30.83 hm2，0.52%)明顯小于其他行政區(qū)(95.63 hm2，2.53%；168.71 hm2，3.34%；192.72 hm2，4.04%)，表明蘆淞區(qū)其他附屬綠地總面積小，占綠地總面積比例小，相較其他各類型綠地來說，蘆淞區(qū)其他附屬綠地的建設(shè)需要得到重視。同時，在最大斑塊指數(shù)(LPI)及斑塊平均大小(AREA_MN)方面，蘆淞區(qū)顯著小于其他行政區(qū)，且斑塊密度PD與聚集度指數(shù)均最小，表明蘆淞區(qū)其他附屬綠地斑塊面積普遍較小且分布零散，無明顯優(yōu)勢斑塊。綜合聚散性指標(biāo)與形狀指標(biāo)來看，四區(qū)中，蘆淞區(qū)NP最小(49)，LSI最小(11.88)，COHESION最小(91.45%)，AI最小(79.88%)，說明蘆淞區(qū)其他附屬綠地形狀規(guī)則簡單，物理連接度低，不同斑塊類型相鄰出現(xiàn)的概率小。

表6 其他附屬綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)

表7為居住用地附屬綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)。由表7知，在居住用地附屬綠地斑塊類型面積(CA)及斑塊類型所占景觀面積的比例(PLAND)方面，天元區(qū)與荷塘區(qū)顯著高于其他兩分區(qū)；在斑塊平均大小(AREA_MN)方面，蘆淞區(qū)>石峰區(qū)>荷塘區(qū)及天元區(qū)，參考斑塊數(shù)量(NP)及斑塊密度(PD)，蘆淞區(qū)<石峰區(qū)<天元區(qū)及荷塘區(qū)，可知荷塘區(qū)及天元區(qū)斑塊平均大小偏小且斑塊密度最大，故天元區(qū)及荷塘區(qū)居住用地附屬綠地總面積較大，但綠地斑塊破碎化程度較高的問題也同樣需得到關(guān)注。

表7 居住用地附屬綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)

表8為區(qū)域綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)。由表8知，區(qū)域綠地在所有綠地類型中占比例最高，面積最大。此外，區(qū)域綠地中，蘆淞區(qū)CA最大，為5434.49 hm2，NP最大，為914個，LSI最大，為67.74，表明蘆淞區(qū)區(qū)域綠地面積大，斑塊數(shù)量多，破碎化程度高，形狀復(fù)雜。荷塘區(qū)CA最小，為3413.58 hm2，AREA_MN最大，為8.51 hm2，NP最小，為401，LSI最小，為40.59，AI最大，為93.21%，表明荷塘區(qū)區(qū)域綠地總面積小，數(shù)量少，平均面積大，形狀簡單，斑塊聚集呈團(tuán)狀。

表9為道路附屬及廣場綠地斑塊類型水平指標(biāo)。廣場綠地僅天元區(qū)一處。對于道路與交通設(shè)施用地附屬綠地，在斑塊類型面積(CA)及斑塊類型所占景觀面積的比例(PLAND)方面，天元區(qū)(68.71 hm2，1.36%)明顯高于其它行政區(qū)，蘆淞區(qū)(7.09 hm2，0.12%)明顯低于其他區(qū)。檢查后認(rèn)為，天元區(qū)指標(biāo)明顯高出其它行政區(qū)，一方面因天元區(qū)道路系統(tǒng)復(fù)雜，路網(wǎng)密集，另一方面為衛(wèi)星影像空間分辨率不高而道路綠地狹長，道路與交通設(shè)施用地附屬綠地識別系統(tǒng)誤差較大所致。

表8 區(qū)域綠地斑塊類型水平特征指標(biāo)

表9 道路附屬及廣場綠地斑塊類型水平指標(biāo)

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

總體來看，株洲市主城區(qū)綠地存在以下問題：①荷塘區(qū)公園綠地比例占比偏低且總面積偏少；②石峰區(qū)公園綠地面積大但存在數(shù)量極少，優(yōu)勢度顯著且連通性高；相比其他行政區(qū)，石峰區(qū)防護(hù)綠地斑塊破碎化程度最為突出；③蘆淞區(qū)其他附屬綠地總面積小，占綠地總面積比例小，相較其他各類型綠地來說，蘆淞區(qū)其他附屬綠地的建設(shè)需要得到重視，其綠地斑塊面積普遍較小且分布零散，無明顯優(yōu)勢斑塊，形狀簡單，物理連接度低；④天元區(qū)及荷塘區(qū)居住用地附屬綠地總面積較大，但綠地斑塊破碎化程度較高的問題也較嚴(yán)重；⑤區(qū)域綠地在所有綠地類型中占比例最高，面積最大。其中，蘆淞區(qū)區(qū)域綠地面積大，斑塊數(shù)量多，破碎化程度高。荷塘區(qū)區(qū)域綠地總面積小，數(shù)量少，平均面積大，斑塊聚集呈團(tuán)狀。

5.2 建議

(1)針對荷塘區(qū)公園綠地比例偏低，總面積偏少，建議結(jié)合有利條件適當(dāng)進(jìn)行增建，或?qū)ΜF(xiàn)有公園適當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)建，以增加荷塘區(qū)公園綠地總面積，提高荷塘區(qū)公園綠地服務(wù)半徑覆蓋度。

(2)對于石峰區(qū)公園綠地較少的問題，建議對石峰區(qū)公園綠地進(jìn)行適當(dāng)增建或擴(kuò)建；針對石峰區(qū)防護(hù)綠地破碎的問題，建議在石峰區(qū)防護(hù)綠地連通性較低處重點進(jìn)行綠地建設(shè)改造，提高防護(hù)綠地的連通性，形成完整連續(xù)的生態(tài)廊道，給動物提供遷徙的綠色通道，有助于生物多樣性的保護(hù)。

(3)對于蘆淞區(qū)其他附屬綠地，建議在附屬綠地的更新改造及新建過程中應(yīng)注重提高斑塊邊界的復(fù)雜程度以及斑塊間的連通性，更好地發(fā)揮邊緣效應(yīng)，以保護(hù)城市生物多樣性。

(4)針對蘆淞區(qū)及荷塘區(qū)區(qū)域綠地存在的問題，建議構(gòu)筑連續(xù)的生態(tài)綠地網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)綠地斑塊之間的連通性，以降低景觀破碎度，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。