唐明坤, 何志強, 段應(yīng)波, 劉幣, 呂帥, 彭麗蓉, 王新, 王疆評, 周大松, 許戈

1. 四川省林業(yè)科學研究院，森林和濕地生態(tài)恢復與保育四川重點實驗室，四川 成都 610081；

2. 四川天府新區(qū)成都管委會生態(tài)環(huán)境和城市管理局，四川 成都 610213

景觀空間格局指大小和形狀各異的景觀要素在空間上的組成和排列形式，是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)，也是各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果。景觀空間格局研究是進行景觀功能和動態(tài)研究的基礎(chǔ)，它影響著生物動態(tài)和物質(zhì)交換等多方面的生態(tài)過程[1-2]。隨著GIS技術(shù)和景觀結(jié)構(gòu)分析軟件Fragstats的應(yīng)用，以此為手段開展的景觀空間結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化研究為城市規(guī)劃建設(shè)提供了重要參考[3-4]。在經(jīng)濟社會發(fā)展的不同階段，研究者先后提出了田園城市、花園城市、園林城市、森林城市、山水城市等城市規(guī)劃建設(shè)理念[5]，公園城市是未來城市建設(shè)的全新要求，是兼具普惠性和系統(tǒng)性的復雜工程，一經(jīng)提出就引起了廣泛討論[6,7]，李敏和劉洋等人對公園城市概念內(nèi)涵及演變、國內(nèi)外城市案例分析及公園城市研究中存在的問題進行了綜述和展望[5,8]。位于成都平原的天府新區(qū)是“一帶一路”和長江經(jīng)濟帶建設(shè)的重要節(jié)點，作為國家級新區(qū)正在全力開展公園城市建設(shè)實踐，著力增強成都“五中心一樞紐”的國家中心城市功能，助力成都特大城市轉(zhuǎn)型發(fā)展，因此天府新區(qū)的公園城市探索與建設(shè)尤其具有現(xiàn)實和示范意義。

目前關(guān)于公園城市建設(shè)過程中景觀格局變化的研究報道較少，如何讓城市各組成要素有機結(jié)合、充分發(fā)揮各自功能，使城市發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)達到平衡需要從頂層規(guī)劃、理論研究、體制建設(shè)全方位展開研究，而景觀格局變化研究是其中的一個重要領(lǐng)域。本文以天府新區(qū)成都直管區(qū)為例，以公園城市規(guī)劃建設(shè)初期的景觀格局變化為研究對象，利用Arc GIS和Fragstats軟件對研究區(qū)2012年和2019年兩個時段的景觀格局進行比較分析，揭示公園城市建設(shè)初期的景觀格局變化并提出保護對策，對指導公園城市規(guī)劃建設(shè)實踐和生態(tài)保護具有重要意義，以期為公園城市規(guī)劃建設(shè)決策提供參考。

1 研究區(qū)概況

天府新區(qū)成都直管區(qū)位于四川省成都市主城區(qū)南部，為岷江、沱江兩大流域沖積、洪積的菱形沖積扇平原區(qū)域，地理坐標103°59′—104°16′E，30°13′—30°34′N，總面積約562 km2。區(qū)內(nèi)地勢西北城市區(qū)最低海拔450 m，東南龍泉山區(qū)最高海拔950 m。研究區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明、無霜期長、雨量充沛、日照較少；多年平均氣溫16.2 ℃，年極端最高氣溫37.3 ℃，年極端最低氣溫–5.9 ℃，最熱月出現(xiàn)在7—8月，月平均氣溫為25.4和25.0 ℃，最冷月出現(xiàn)在1月，月平均氣溫5.6 ℃；年均降雨量918 mm，降水集中在7—8月，降雨最少月份為12月和1月。主要災害性天氣是暴雨、洪澇，有時還出現(xiàn)大風、冰雹等。區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)墾殖歷史悠久，自然植被因長期人類活動而萎縮消失，以次生和人工植被如桉樹林、馬尾松林、慈竹林、柏木林、櫟類林等為代表，隨著生態(tài)文明建設(shè)和公園城市建設(shè)的推進，區(qū)內(nèi)新建興隆湖等大型人工湖泊，濕地面積有所增加，次生人工植被和濕地是維持區(qū)內(nèi)生態(tài)穩(wěn)定的重要景觀類型。

2 研究方法

2.1 景觀制圖及建立分類體系

圖1 研究區(qū)2012年和2019年景觀類型分布圖Fig.1Landscape type distribution map of the study area in 2012 and 2019

利用地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS 10.5平臺，以研究區(qū)2018年林地變更數(shù)據(jù)為基準，結(jié)合外業(yè)調(diào)查的植被資料和研究區(qū)2012年、2019年的Google衛(wèi)星影像目視判讀解譯結(jié)果對林地變更數(shù)據(jù)進行更新。按照《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T21010-2017）的分類體系，結(jié)合研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀、植被分布及公園城市景觀類型的生態(tài)功能，將研究區(qū)景觀劃分為林草地、農(nóng)耕地、濕地、城鎮(zhèn)用地、交通用地共計5種生態(tài)類型，形成研究區(qū)2012年、2019年研究時段的景觀格局分布圖（見圖1）。其中林草地包括研究區(qū)的喬木林地、竹林地、灌木林地、荒草地等類型，在研究區(qū)發(fā)揮防風固沙、水源涵養(yǎng)、調(diào)節(jié)氣候等重要生態(tài)功能；農(nóng)耕地包括耕地、園地、經(jīng)濟林及農(nóng)村居民點等為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的景觀斑塊；濕地為研究區(qū)的河流、湖泊、庫塘、溝溪及水工建筑等類型，發(fā)揮水源調(diào)配、水質(zhì)凈化等重要生態(tài)功能；城鎮(zhèn)用地包括城鎮(zhèn)住宅、商服、工礦、城鎮(zhèn)園林綠化用地，具有城鎮(zhèn)生活服務(wù)、園林綠化、工業(yè)生產(chǎn)、貿(mào)易等社會經(jīng)濟活動服務(wù)功能；交通用地是研究區(qū)各級公路組成的縱橫交錯的線狀廊道斑塊類型，反映區(qū)域交通能力。本文景觀格局分布圖抽樣精度達85%以上，滿足研究要求。

2.2 景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)選取及計算

在ArcGIS 10.5中將shape格式景觀圖層轉(zhuǎn)化成GeoTIFF Grid（.tif）格式數(shù)據(jù)（為保證景觀中較窄的鄉(xiāng)村道路得以保留，轉(zhuǎn)化的柵格大小為3 m×3 m）并導入景觀結(jié)構(gòu)定量分析軟件Fragstats（v4.2.1），在景觀類型(Class level)和景觀(Landscape level)兩個尺度水平計算景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)（部分指數(shù)計算的搜索閾值為2 000 m）。本研究選擇的景觀格局指數(shù)有斑塊類型面積CA、斑塊類型面積比PLAND、斑塊數(shù)量NP、斑塊密度PD、邊緣密度ED、最大斑塊指數(shù)LPI、平均斑塊面積AREA-MN、平均形狀指數(shù)SHAPEMN、平均斑塊分維數(shù)FRAC-MN、平均鄰近度指數(shù)PROX-MN、周長面積分維數(shù)PAFRAC、聚集度指數(shù)AI、散布與并列指數(shù)IJI、連接度指數(shù)CONNECT、分離度指數(shù)SPLIT、蔓延度指數(shù)CONTAG、Shannon多樣性指數(shù)SHDI、Shannon均勻度指數(shù)SHEI，各指標計算公式、單位及意義參見相關(guān)文獻[2,4]及Fragstats軟件手冊[9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀要素組成變化

利用天府新區(qū)成都直管區(qū)成立時（2012年）和公園城市規(guī)劃建設(shè)初期（2019年）的景觀格局分布圖計算兩個時段的景觀格局指數(shù)進行比較分析，景觀基本組成結(jié)果見表1。

表1 研究區(qū)2012—2019年景觀組成變化分析Tab.1Anlysis of landscape composition changes in the study area from 2012 to 2019

7年間研究區(qū)各類景觀組成主要變化有：（1）林草地CA增加，PLAND值由14.57%升至15.11%，NP值減少，PD由12.07塊·km?2下降至11.92塊·km?2，AREA_MN略有增加，LPI由0.70%增加至1.52%，而ED沒有明顯變化，在84.53～84.94 m·hm?2之間波動。（2）濕地CA增加，PLAND由3.57%升至4.71%，這與興隆湖等大型湖泊的建成有關(guān)；NP略有增加，PD基 本 不 變，AREA_MN由0.97 hm2·塊?1增 至1.28 hm2·塊?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）農(nóng)業(yè)用地CA受城市化建設(shè)影響由39 767.25 hm2減至34 066.43 hm2，PLAND由70.74%下降至60.60%，下降幅度很大；同時NP由1 328塊增至1 520塊，導致PD上升，AREA_MN由29.95 hm2·塊?1降 至22.41 hm2·塊?1，LPI由3.72%降 至2.57%；ED由149.11 m·hm?2降至145.20 m·hm?2，說明濕地斑塊邊緣趨于簡化。（4）城鎮(zhèn)用地受天府新區(qū)城市化建設(shè)影響CA大幅增加，PLAND由8.30%升至15.00%，增長近一倍，可見研究區(qū)近年城市建設(shè)速度較快；其NP（由710增至830塊）和PD（由1.26增至1.49塊·km?2）相 應(yīng) 增 加，AREA_MN由6.57 hm2·塊?1增 至10.05 hm2·塊?1，LPI略有下降，由1.03%降至0.71%，而ED明顯增加，由17.56 m·hm?2增至27.77 m·hm?2，說明城鎮(zhèn)用地邊緣趨于復雜。（5）交通用地受區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的影響CA顯著增加，PLAND由2.82%升至4.58%，面積增長幅度達60%，可見公園城市建設(shè)初期的公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度較快；NP由597塊降至583塊，PD由1.06塊·km?2降至1.04塊·km?2，AREA_MN由2.65 hm2·塊?1增 至4.42 hm2·塊?1，LPI由2.71%增至4.49%，ED由68.56 m·hm?2增至73.49 m·hm?2，說明交通用地的邊緣長度有所增加、邊緣結(jié)構(gòu)趨于復雜?？梢娧芯繀^(qū)公園城市建設(shè)初期，城鎮(zhèn)用地、交通用地面積明顯增加，農(nóng)業(yè)用地面積顯著減少，林草地和濕地面積增幅較小。

3.2 類型水平的景觀格局變化

各景觀類型的格局指數(shù)計算結(jié)果見表2，2012—2019年各景觀類型的SHAPE-MN、FRAC-MN、PAFRAC僅在小范圍波動，表明各景觀類型的斑塊形狀、斑塊邊緣褶皺程度及鑲嵌結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生明顯改變。

表2 研究區(qū)2012-2019年景觀類型水平的格局指數(shù)變化Tab.2Changes of landscape pattern index at the landscape type level in the study area from 2012 to 2019

7年間林草地、濕地、農(nóng)業(yè)用地CONNECT無明顯變化，城鎮(zhèn)用地和交通用地CONNECT有所增加，由于這兩類景觀面積增加，導致它們的功能性連接水平提升。林草地、濕地、農(nóng)業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地AI無明顯變化，交通用地AI由81.70增至87.95，表明由于道路網(wǎng)的持續(xù)建設(shè)完善，交通用地的聚集度增加。

值得關(guān)注的是：（1）SPLIT結(jié)果表明，公園城市建設(shè)初期林草地、濕地、城鎮(zhèn)用地和交通用地的分離度均不同程度縮小，受其他景觀擴張、侵占和分割影響，農(nóng)業(yè)用地的分離度大幅增加；（2）PROXMN結(jié)果反映出林草地、濕地、城鎮(zhèn)用地的斑塊鄰近程度有所增加，交通用地斑塊鄰近程度大幅增加、破碎度降低，農(nóng)業(yè)用地的鄰近程度大幅降低、破碎度升高；（3）IJI結(jié)果表明林草地、濕地、城鎮(zhèn)用地、交通用地斑塊在景觀中的混合程度增加，而農(nóng)業(yè)用地7年間斑塊混合程度沒有明顯變化。

3.3 景觀水平的景觀格局變化

2012—2019年研究區(qū)景觀水平的格局變化見表3。公園城市建設(shè)初期，研究區(qū)景觀斑塊邊緣的平均褶皺程度（FRAC-MN）均為1.14，表明景觀斑塊的褶皺程度未發(fā)生明顯改變；IJI指數(shù)升高表明隨著公園城市的建設(shè)，區(qū)域各景觀類型之間的相鄰程度增加，景觀類型混合程度隨之加劇；與2012年相比，2019年研究區(qū)的AREA_MN和CONTAG降低，表明公園城市建設(shè)初期景觀破碎化程度升高，各景觀類型整體的聚集度降低，景觀中連通度極高的優(yōu)勢拼塊數(shù)量減少；SPLIT指數(shù)由99.59升至128.26，同樣表明景觀中同類型斑塊變得更加分散，分離度越高則景觀越破碎，與CONTAG指數(shù)結(jié)果一致。

表3 研究區(qū)2012-2019年景觀水平的格局指數(shù)變化分析Tab.3Analysis on the landscape pattern index changes in the study area from 2012 to 2019

2012—2019年間研究區(qū)CONNECT指數(shù)由2.79增至2.82，表明景觀水平上斑塊的功能性連接能力略有增加，由于公路等線型景觀類型的持續(xù)延伸，景觀整體的連接能力略有增加。7年間研究區(qū)SHDI和SHEI均升高，兩個時段的景觀類型均為5類沒有增減，但城鎮(zhèn)用地、交通用地、濕地、林草地面積增加，原來在景觀中占據(jù)優(yōu)勢的農(nóng)業(yè)用地面積減少，景觀破碎化程度上升，導致SHDI升高；SHEI值由0.59上升至0.72，由于景觀中的優(yōu)勢景觀類型農(nóng)業(yè)用地面積減少，其在景觀中的優(yōu)勢度和控制力降低，故研究區(qū)景觀均勻度上升。

4 討論與小結(jié)

對研究區(qū)公園城市建設(shè)初期的景觀格局變化特征進行定量分析，結(jié)果顯示：（1）目前研究區(qū)景觀組成以農(nóng)業(yè)用地為主，林草地和城鎮(zhèn)用地與農(nóng)業(yè)用地密切聯(lián)系，是景觀中具有重要生態(tài)功能的斑塊類型，其中城鎮(zhèn)用地的斑塊聚集度最高而林草地聚集度最低；交通用地斑塊形狀和邊緣最復雜，連通性和穩(wěn)定性最好；林草地和濕地斑塊鄰近度低、連通性差、破碎度高，其中濕地斑塊的穩(wěn)定性最低。（2）公園城市建設(shè)實踐的7年間，城鎮(zhèn)用地和交通用地面積顯著增加，同時具有重要生態(tài)功能的林草地和濕地面積緩慢增加，僅有農(nóng)業(yè)用地面積減少，可見公園城市建設(shè)初期將城市、交通及生態(tài)類景觀類型作為重點；7年間各景觀類型的斑塊形狀及邊緣無明顯變化，城鎮(zhèn)和交通用地功能性連接增強，交通用地聚集度明顯升高；農(nóng)業(yè)用地的分離度增加、鄰近度降低、破碎度升高，其余景觀類型的分離度均縮小。（3）景觀水平的指數(shù)結(jié)果表明景觀斑塊的形狀、邊緣及功能性連接無明顯變化，景觀分離度增加、景觀組分的相鄰程度增加、破碎化加劇，景觀多樣性和均勻度均升高。與植被覆蓋度高、類型豐富區(qū)域景觀格局分析時的景觀類型劃分方法相比[2,10]，本文在景觀類型劃分時更注重景觀類型的生態(tài)服務(wù)功能，景觀類型包含了發(fā)揮相應(yīng)生態(tài)功能的所有斑塊，使分析結(jié)果有明確的生態(tài)指向性。由于部分景觀指數(shù)之間存在關(guān)聯(lián)[11]，景觀指數(shù)對景觀格局變化的反應(yīng)也有待進一步研究[12]，因此本文在選取景觀指數(shù)較多的情況下在解釋運用這些指數(shù)時盡量理解指數(shù)的景觀生態(tài)學意義，突出各指數(shù)自身特點，使對研究區(qū)景觀格局變化的認知更加客觀[2]。

公園城市應(yīng)具備完善公共游憩綠地體系和良好生態(tài)景觀環(huán)境質(zhì)量[5]，以提升城市居民生活環(huán)境為核心[8]，達到“園”與“城”的協(xié)調(diào)與平衡，因此天府新區(qū)的公園城市建設(shè)實踐應(yīng)繼續(xù)堅守生態(tài)環(huán)境底線，進一步筑牢公園城市生態(tài)骨架，根據(jù)研究結(jié)果從景觀尺度提出如下保護策略：（1）擴大綠地面積，構(gòu)筑公園城市生態(tài)屏障。天府新區(qū)公園城市建設(shè)初期林草地面積增加緩慢，但破碎度升高、連通性降低；結(jié)合研究區(qū)地形可著力構(gòu)建兩條平行的植被景觀帶—即龍泉山植被帶和中部淺丘植被帶，整合優(yōu)化群落類型及結(jié)構(gòu)、提升植被覆蓋率，降低破碎度、增加連通性，充分發(fā)揮其作為公園城市綠肺的生態(tài)調(diào)控功能。（2）提升濕地生態(tài)系統(tǒng)功能。濕地在山水林田湖草體系中地位特殊，是公園城市規(guī)劃建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，研究區(qū)近年的興隆湖、鹿溪河、天府公園濕地系統(tǒng)建設(shè)成效顯著，降低了濕地景觀的分離度，應(yīng)繼續(xù)擴大水域面積、增強河流濕地在孤立庫塘之間的紐帶作用，形成以大型湖泊和河流為骨架、以零星分布的庫塘濕地為補充的濕地網(wǎng)絡(luò)，使?jié)竦毓δ艿玫匠掷m(xù)強化提升。（3）統(tǒng)籌城鎮(zhèn)用地和農(nóng)業(yè)用地。城市建設(shè)不可避免將侵占本區(qū)域廣泛分布的農(nóng)業(yè)用地，城鎮(zhèn)規(guī)劃時應(yīng)協(xié)調(diào)好城鎮(zhèn)開發(fā)邊界和永久基本農(nóng)田控制線的關(guān)系，確保用地平衡、保護農(nóng)業(yè)用地。（4）提升公路景觀的生態(tài)功能，降低公路阻隔影響。交通用地是人類活動極度依賴的景觀類型，具有高連通性，須加強公路沿線植被生態(tài)帶設(shè)計，增強公路生態(tài)系統(tǒng)的隔音、降塵、凈化能力，削弱公路廊道的切割影響，降低景觀破碎度。本研究時間跨度短，僅能反映公園城市建設(shè)初期的景觀格局變化特征，期望將來能持續(xù)開展相關(guān)監(jiān)測研究，系統(tǒng)掌握公園城市建設(shè)不同階段的景觀格局變化規(guī)律將更有指導意義。