基于GIS 的天津市主城區(qū)公園綠地景觀格局

蔡春雨 馮 瀟

北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院 北京 100083

公園綠地作為城市綠地系統(tǒng)的核心組成部分,是城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施中社會(huì)、 生態(tài)、 經(jīng)濟(jì)等綜合服務(wù)功能最全面的綠地類型[1]。 在對公園綠地評價(jià)的過程中, 常選取綠化覆蓋率、 綠地率、 城市人均公園綠地面積等靜態(tài)指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn), 而忽略了公園綠地的空間分布及其功能特征。 對于城市公園格局的研究, 以及如何科學(xué)合理地布局, 發(fā)揮城市公園最大限度的生態(tài)意義, 推動(dòng)城市發(fā)展建設(shè), 為居民提供更好的服務(wù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 目前, 國內(nèi)應(yīng)用景觀格局指數(shù)研究綠地景觀格局的方法主要是通過ArcGIS 對綠地信息進(jìn)行分析處理, 建立矢量信息數(shù)據(jù)庫, 再利用Fragstats等軟件計(jì)算相應(yīng)的評價(jià)指標(biāo), 進(jìn)而分析景觀格局[2-4]。

目前, 針對天津市主城區(qū)公園綠地景觀格局方面的研究較為缺乏。 為了更加準(zhǔn)確地對天津主城區(qū)公園綠地進(jìn)行研究, 本文基于景觀生態(tài)學(xué)原理及方法, 利用ArcGIS10.6 等軟件, 按照斑塊大小對主城區(qū)公園綠地進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì), 從單元特征以及景觀異質(zhì)性兩個(gè)方面對天津市主城區(qū)城市公園綠地進(jìn)行計(jì)算和分析, 并針對分析結(jié)果提出天津市公園布局優(yōu)化的建議, 以期為未來天津市公園綠地規(guī)劃建設(shè)提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

天津市地處華北平原北部, 面積11 916.85 km2,屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)性氣候, 年均降水量360 ～970 mm。 本研究區(qū)域?yàn)樘旖蚴兄鞒菂^(qū), 即河北區(qū)、 紅橋區(qū)、 南開區(qū)、 和平區(qū)、 河?xùn)|區(qū)、 河西區(qū),總 面 積 約 4 334.72 km2。 綠 地 面 積 約66 033.47 hm2, 綠地率21.29%, 綠化覆蓋率29.67%, 人均公園綠地3.83 m2。

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本文以2017 年高分一號衛(wèi)星影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源(空間分辨率為8 m)。 運(yùn)用ArcGIS10.6 對天津市主城區(qū)公園綠地斑塊進(jìn)行目視解譯及矢量化處理, 并根據(jù)《天津市城市總體規(guī)劃 (2005—2020 年) 》 《天津市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020 年) 》、 天津市公園景區(qū)等資料, 結(jié)合實(shí)地調(diào)研, 針對天津市公園綠地特點(diǎn), 以公園為單位進(jìn)行公園信息提取, 建立天津市主城區(qū)公園綠地?cái)?shù)據(jù)庫。

1.2 公園綠地分類

在現(xiàn)實(shí)景觀中, 各種大小的斑塊往往同時(shí)存在, 具有不同的生態(tài)學(xué)功能[5]。 可以將公園綠地視為不同類型的斑塊, 依據(jù)面積大小對公園綠地進(jìn)行分類[2]。 根據(jù)天津市公園綠地斑塊的面積大小及特點(diǎn), 將天津市公園綠地劃分為5 種類型:面積為1 hm2以下的劃為小型斑塊, 1 ～5 hm2的為中小型斑塊, 5 ～10 hm2以上的為中型斑塊,10～20 hm2以上的為大中型斑塊, 20 hm2以上的為大型斑塊。

1.3 公園綠地景觀格局指數(shù)

利用GIS 進(jìn)行圖像處理與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì), 將斑塊的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù), 利用FRAGSTATS和ArcView GIS 的拓展模塊Patch Analyst 對選取的景觀格局指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 選取斑塊類型的總面積(CA) 、 斑塊數(shù)量(NP) 、 景觀類型比例(PLAND)、 平均斑塊面積(AREA-MN) 等指標(biāo)從斑塊類型水平方面對公園綠地進(jìn)行景觀單元特征分析, 選取多樣性、 破碎化、 聚集度等指數(shù)從景觀水平方面對景觀異質(zhì)性進(jìn)行分析[6-7]。 最后在以上基礎(chǔ)分析天津主城區(qū)公園綠地的景觀格局。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀單元特征分析

景觀單元特征分析指數(shù)主要包含斑塊面積(AREA)、 斑塊數(shù)量 ( NP ) 和斑塊周長(PERIM)、 核心面積(core area) 等指標(biāo)[8]。 本研究在斑塊類型水平上選取斑塊類型總面積、 斑塊數(shù)、 景觀類型比例、 平均斑塊面積等指標(biāo), 通過對衛(wèi)星影像進(jìn)行目視解譯, 并結(jié)合天津市主城區(qū)公園綠地統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行計(jì)算, 最后得到研究區(qū)內(nèi)公園綠地斑塊數(shù)量78 個(gè), 總面積634.41 hm2。

各類型公園綠地斑塊數(shù)量、 面積等信息如表1所示。 從綠地斑塊類型角度分析, 研究區(qū)綠地斑塊數(shù)量依次為: 中小型斑塊＞小型斑塊＞大型斑塊＞大中型斑塊＞中型斑塊： 研究區(qū)綠地斑塊面積依次為: 大型斑塊＞大中型斑塊＞中小型斑塊＞中型斑塊＞小型斑塊： 研究區(qū)綠地平均斑塊面積依次為: 大型斑塊＞大中型斑塊＞中型斑塊＞中小型斑塊＞小型斑塊。 可以看出, 小型和中小型斑塊的數(shù)量占研究區(qū)內(nèi)綠地斑塊總數(shù)的75.64%, 但面積只占綠地斑塊總面積的16.25%。 大型斑塊數(shù)量占研究區(qū)內(nèi)綠地斑塊總數(shù)的10.26%, 面積卻占63.77%, 兩極分化現(xiàn)象較為嚴(yán)重, 綠地斑塊的數(shù)量沒有隨著斑塊面積的增加而增加, 說明小型和中小型斑塊較為破碎： 研究區(qū)是以大型綠地斑塊為主, 大中型為輔, 中型、 中小型、 小型斑塊為補(bǔ)充的綠地景觀格局。 大型綠地斑塊具有較高的生態(tài)效應(yīng), 在城市生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮主要作用：小型斑塊在城市中多為社區(qū)公園、 街旁綠地等與居民生活密切相關(guān)的公園類型, 能夠提高城市景觀的異質(zhì)性, 在綠地系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)應(yīng)注重公園合理布局, 發(fā)揮最大的生態(tài)效益。

從各行政區(qū)的綠地斑塊角度分析, 研究區(qū)綠地斑塊數(shù)量依次為: 河西區(qū)＞河北區(qū)＞南開區(qū)＞河?xùn)|區(qū)＞和平區(qū)＞紅橋區(qū)： 研究區(qū)斑塊面積依次為:南開區(qū)＞河西區(qū)＞河北區(qū)＞河?xùn)|區(qū)＞紅橋區(qū)＞和平區(qū)：研究區(qū)綠地平均斑塊面積依次為: 南開區(qū)＞紅橋區(qū)＞河西區(qū)＞河?xùn)|區(qū)＞河北區(qū)＞和平區(qū)。 可以看出,在公園規(guī)模上, 南開區(qū)公園綠地面積最大, 和平區(qū)最小, 這是由于水上公園、 天津市動(dòng)物園等大型公園位于南開區(qū), 因此該區(qū)公園綠地斑塊面積較大。 從公園平均斑塊面積看, 南開區(qū)最大, 和平區(qū)最小, 由于和平區(qū)相比其他行政區(qū), 其面積較小, 城鎮(zhèn)化水平更高, 人口、 建筑相對集中,公園綠地面積最小。 因此, 應(yīng)適當(dāng)增加該區(qū)的公園建設(shè), 以滿足當(dāng)?shù)鼐用袢粘Ｐ蓓瑠蕵返男枨蟆?/p>

2.2 景觀異質(zhì)性分析

2.2.1 景觀多樣性指數(shù)

景觀多樣性是指由不同類型景觀要素或生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)、 功能機(jī)制和時(shí)間動(dòng)態(tài)方面的多樣化或變異性[9]。 本文選取斑塊豐富度密度指數(shù) (PRD)、 Shannon 多樣性指數(shù) (SHDI)、Shannon 均勻度指數(shù)(SHEI) 3 個(gè)常用的景觀格局指數(shù)進(jìn)行計(jì)算, 結(jié)果如表2 所示。

表2 天津市主城區(qū)公園綠地多樣性

1) 多樣性指數(shù)。 景觀多樣性指數(shù)的大小反映景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化,當(dāng)景觀由單一要素構(gòu)成, 景觀是均質(zhì)的, 其多樣性指數(shù)為0[10]。 從表2 中可以看出多樣性指數(shù)依次為: 和平區(qū)＞紅橋區(qū)＞河?xùn)|區(qū)＞河北區(qū)＞河西區(qū)＞南開區(qū), 說明和平區(qū)的公園綠地景觀面積分布較為均勻, 因此, 多樣性指數(shù)最高。 南開區(qū)公園數(shù)量較少, 面積差別較大, 因此多樣性指數(shù)很低。在公園綠地規(guī)劃建設(shè)中, 應(yīng)盡量提高景觀多樣性,避免各類型公園綠地斑塊的面積差異過大。

2) 豐富度密度指數(shù)。 斑塊豐富度密度指數(shù)反映了景觀中單位面積所包含的不同斑塊類型的總數(shù)[11]。 景觀豐富度指數(shù)依次為: 河西區(qū)＞南開區(qū)＞河北區(qū)＞河?xùn)|區(qū)＞和平區(qū)＞紅橋區(qū),。 說明河西區(qū)與南開區(qū)的單位面積中景觀斑塊數(shù)量比較多, 與這兩個(gè)行政區(qū)內(nèi)公園綠地?cái)?shù)量多有關(guān)。

3) 均勻度指數(shù)。 均勻度是描述景觀中不同景觀類型的分配均勻程度[12], 景觀均勻度指數(shù)最高是和平區(qū)為0.927, 這是由于和平區(qū)的公園綠地?cái)?shù)量較少, 缺少大型綠地, 且分布較為均勻。 均勻度指數(shù)最低的是河北區(qū)為0.637, 因?yàn)楹颖眳^(qū)的各個(gè)類型的公園綠地面積差別較大。

2.2.2 景觀破碎化指數(shù)

公園綠地景觀破碎度的研究不僅有利于城市自然生態(tài)的保護(hù), 還可為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)和公園改造提供一定的理論依據(jù)。 本文選取斑塊密度(PD) 來反映景觀的破碎程度。 如表3 所示, 從綠地斑塊類型的角度看, 小型斑塊的破碎度均≥144.861 個(gè)/km2, 說明小型斑塊的破碎化程度最嚴(yán)重： 大型斑塊的破碎度均≤4.556 個(gè)/km2, 說明大型斑塊的破碎化程度最低。 斑塊破碎度指數(shù)大小是隨著斑塊面積的增長而降低的。 從各行政區(qū)的綠地斑塊看, 和平區(qū)和紅橋區(qū)的破碎化程度較高, 分別為286.224 個(gè)/km2和267.056 個(gè)/km2,說明平均斑塊面積較小, 這與和平區(qū)只有小型和小中型公園綠地有關(guān), 也與紅橋區(qū)有較多小面積帶狀公園綠地相關(guān)。 南開區(qū)的破碎度最低, 說明斑塊平均面積較大, 分布較為集中, 與水上公園、天津市動(dòng)物園、 南翠屏公園、 長虹公園等大型公園綠地位于該區(qū)有關(guān)。 可以考慮在和平區(qū)和紅橋區(qū)適當(dāng)修建規(guī)模較大的綜合性公園, 滿足市民多種需求。

表3 天津市主城區(qū)公園綠地斑塊破碎度 個(gè)/km2

2.2.3 景觀分離度指數(shù)

本文選取聚合指數(shù)(AI) 反映天津市主城區(qū)公園綠地的聚集程度。 聚集度值為0 時(shí), 斑塊破碎度達(dá)到最大, 一定程度上反映復(fù)雜度的同時(shí)可揭示人類對景觀的干擾程度[13]。 當(dāng)景觀中的某類型斑塊被聚合成一個(gè)單獨(dú)的斑塊時(shí), 聚集度為100。 如表4 所示, 從綠地斑塊類型的角度看, 大型斑塊的聚集度最高為99.861, 說明斑塊的結(jié)構(gòu)最為緊湊： 小型斑塊的聚集度最低為89.654, 其離散程度較高, 多為面積較小的社區(qū)公園。 從各行政區(qū)的綠地斑塊角度看, 南開區(qū)、 紅橋區(qū)聚集度較高, 反應(yīng)了這兩個(gè)區(qū)的公園綠地斑塊分布較為集中： 河西區(qū)區(qū)域面積較大, 公園分布較為分散, 因此聚集度最低為88.675。

表4 天津市主城區(qū)公園綠地斑塊聚集度

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

本文基于景觀生態(tài)學(xué)原理及GIS 等軟件的支持, 通過建立公園數(shù)據(jù)庫, 以及對選取的相關(guān)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算的方法, 對天津市主城區(qū)公園綠地景觀格局進(jìn)行定量分析, 研究結(jié)果表明:

從斑塊類型水平上看, 研究區(qū)公園綠地面積與分布情況不均衡, 斑塊是以大型綠地斑塊為主, 大中型為輔, 中型、 中小型、 小型斑塊為補(bǔ)充的綠地景觀格局。 小型和小中型綠地斑塊的數(shù)量占研究區(qū)內(nèi)綠地斑塊總數(shù)的75.64%, 面積占綠地斑塊總面積的16.25%。 大型斑塊數(shù)量占研究區(qū)內(nèi)綠地斑塊總數(shù)的10.26%, 面積占63.77%。 公園規(guī)模上, 南開區(qū)公園綠地斑塊面積最大為260.11 hm2, 和平區(qū)最小為8.55 hm2。在公園平均斑塊面積上, 南開區(qū)最大為21.68 hm2,和平區(qū)最低為1.07 hm2。

從景觀水平上看, 研究區(qū)公園類型不豐富,公園綠地斑塊總體破碎度高。 各個(gè)公園綠地斑塊類型之間多樣性指數(shù)差別較大, 豐富度和均勻度指數(shù)較低。 大型公園綠地斑塊數(shù)量小, 面積大,生態(tài)隔離度比較大, 不利于斑塊之間的相互聯(lián)系[11], 小型公園綠地斑塊數(shù)量多, 面積小, 公園綠地破碎度高, 聚集度指數(shù)低。

3.2 建議

通過景觀單元特征分析, 反映出天津市公園綠地?cái)?shù)量、 規(guī)模、 分布等空間格局信息： 通過景觀異質(zhì)性分析, 揭示公園在破碎度, 多樣性指數(shù),聚集度等方面的景觀格局特征。 兩種方法結(jié)合較為細(xì)致地展現(xiàn)了天津市公園綠地景觀格局, 為天津市公園綠地的優(yōu)化和建設(shè)提供可行性思路。 根據(jù)以上研究結(jié)果, 對天津市主城區(qū)公園綠地景觀格局優(yōu)化提出4 點(diǎn)建議:

1) 針對綠地布局不均衡的問題, 進(jìn)一步對公園綠地的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化, 適當(dāng)增加小型斑塊的面積, 小型綠地斑塊是對大型綠地斑塊的有益補(bǔ)充, 能夠提高城市景觀的異質(zhì)性, 改善城市景觀的視覺效果[14]。 天津市主城區(qū)的中型斑塊比較缺乏, 應(yīng)根據(jù)各區(qū)的土地使用情況, 加強(qiáng)中型、中大型公園綠地的建設(shè), 促進(jìn)各公園綠地斑塊面積構(gòu)成比例合理分布： 加強(qiáng)中部地區(qū)公園綠地建設(shè), 改善公園綠地空間分布不合理的現(xiàn)狀： 充分提高現(xiàn)有公園的游憩承載力, 完善公園設(shè)施及服務(wù), 改善市民的休閑游憩環(huán)境。

2) 提升景觀豐富度和多樣性, 注重斑塊間的合理布局, 將各類型的綠地斑塊進(jìn)行有機(jī)串聯(lián),構(gòu)建起覆蓋全區(qū)的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系, 減弱斑塊間的破碎度, 增加景觀空間連通性。

3) 大力發(fā)展沿河帶狀公園綠地, 構(gòu)建城市濱水綠地景觀體系, 嚴(yán)格保護(hù)城市森林、 濕地等重要生態(tài)斑塊, 提高景觀生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量, 恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)自然演替。

4) 在公園的規(guī)劃設(shè)計(jì)中, 注重挖掘和融入社會(huì)文化價(jià)值, 使自然景觀整治與人文景觀保護(hù)相結(jié)合, 創(chuàng)建具有地方特色的公園景觀, 展現(xiàn)天津的獨(dú)特魅力。