基于fragsas的紅格鎮(zhèn)景觀格局分析與設(shè)計(jì)

基于fragsas的紅格鎮(zhèn)景觀格局分析與設(shè)計(jì)

城市綠色廊道隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市景觀破碎化程度的不斷深化，城市自然生態(tài)環(huán)境的惡化和生物多樣性的下降，國(guó)內(nèi)外許多科學(xué)家越來(lái)越重視城市走廊的研究[1.4]。國(guó)外關(guān)于綠色廊道的研究主要從生物保護(hù)的目的出發(fā),探討適合保護(hù)生物多樣性所需要的廊道寬度。部分學(xué)者致力于研究廊道寬度與環(huán)境保護(hù)功能之間的關(guān)系。同時(shí),廊道理論也應(yīng)用于城市規(guī)劃設(shè)計(jì)。近幾年,對(duì)廊道的研究出現(xiàn)了三大趨勢(shì)。第一,著重于廊道基本理論的研究;第二,將廊道作為整個(gè)城市景觀的一部分進(jìn)行分析研究,王浩把斑塊—廊道—基質(zhì)的景觀模式運(yùn)用于城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃,并提出了城市綠地景觀體系規(guī)劃的設(shè)想;第三,對(duì)城市綠色廊道進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。肖篤寧提出在城市發(fā)展規(guī)劃中引入自然廊道體系,并在城市景觀生態(tài)建設(shè)中應(yīng)增加綠色嵌塊體及綠色廊道的數(shù)量,尤其是增加帶狀廊道。關(guān)于綠色廊道的研究,國(guó)內(nèi)外大多是針對(duì)綠色廊道寬度,以及寬度對(duì)生物多樣性和環(huán)境保護(hù)功能的影響進(jìn)行研究探討,得出了豐富的理論成果。另外也有部分研究是針對(duì)綠色廊道結(jié)構(gòu)、分類和功能等方面,并理論結(jié)合實(shí)踐,應(yīng)用廊道理論指導(dǎo)城市綠色廊道系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)。但是,現(xiàn)有的研究多為應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)理論對(duì)綠色廊道進(jìn)行定性的分析,缺乏定量的,以及對(duì)城市綠色廊道及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面的研究,尤其對(duì)中小城鎮(zhèn)尺度的綠色廊道景觀格局的研究更為缺乏。因此,本研究集中于城鎮(zhèn)土地利用景觀格局分析,包括景觀格局指數(shù)計(jì)算、不同土地利用類型的景觀格局特征分析、綠色廊道建立以及城市綠心提取等方面,其研究結(jié)果以期為形成合理的綠色網(wǎng)絡(luò),提升城鎮(zhèn)的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán),為城鎮(zhèn)綠色廊道建設(shè)相關(guān)政策制訂提供決策依據(jù)。1研究領(lǐng)域的總結(jié)和研究方法1.1紅格鎮(zhèn)氣候條件的特點(diǎn)攀枝花市作為西部能源城市的重點(diǎn),已成為川西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)點(diǎn)之一。紅格鎮(zhèn)地理區(qū)位優(yōu)越,成為攀枝花市重點(diǎn)培育對(duì)象之一。紅格鎮(zhèn)耕地總面積10km2,農(nóng)民人均耕地面積773.72m2,林地面積31.87km2。紅格鎮(zhèn)位于攀枝花市東部近郊,隸屬鹽邊縣(圖1)。鎮(zhèn)域面積159.6km2。紅格鎮(zhèn)區(qū)距攀枝花市中心21km,鹽邊縣城約19km。紅格鎮(zhèn)屬于南亞熱帶金沙江干熱河谷氣候,具有夏季長(zhǎng),四季不分明的特點(diǎn),因此冬季氣候條件十分優(yōu)越。干、雨季分明,年氣溫變化小,日氣溫變化大,氣候干燥,日照多,太陽(yáng)輻射強(qiáng),蒸發(fā)量大等特點(diǎn)。紅格鎮(zhèn)鎮(zhèn)域面積159.6km2,2008年紅格鎮(zhèn)總?cè)丝?4062人,平均人口密度88.1人/km2,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值為21516萬(wàn)元,其中,第一產(chǎn)業(yè)增加值3776萬(wàn)元,第二產(chǎn)業(yè)增加值11741萬(wàn)元,第三產(chǎn)業(yè)增加值5892萬(wàn)元,三產(chǎn)比例18∶55∶27。紅格鎮(zhèn)境內(nèi)森林植被以山地灌木林居多,可食性灌木不多,牧草利用率不高,植物區(qū)系屬于過(guò)渡性亞熱帶性質(zhì),為云南高原植物區(qū)系,總體景觀觀賞性較弱。生態(tài)植被以果林等農(nóng)作物形態(tài)為主,天然植被不足,四周的山地景觀形態(tài)較差,尤其是陽(yáng)坡地帶,幾乎沒(méi)有植被種植,景觀背景單一。雖然具備良好的自然環(huán)境條件,但需要通過(guò)林相配置、綠化調(diào)整等手段進(jìn)行景觀打造,進(jìn)一步完善研究區(qū)域的生態(tài)景觀環(huán)境。1.2鹽邊縣紅格鎮(zhèn)景觀類型格局指數(shù)的計(jì)算本項(xiàng)研究的空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來(lái)自中國(guó)資源與環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù),使用了2000年的LandsatTM數(shù)據(jù)。土地利用分類采用中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)中的全國(guó)1∶10萬(wàn)土地利用分類系統(tǒng)共劃分出6個(gè)一級(jí)類型(生態(tài)林地、生態(tài)牧草地、生態(tài)園地、耕地、建設(shè)用地、水域),21個(gè)二級(jí)類型,5個(gè)三級(jí)類型。數(shù)據(jù)處理采用ArcGIS10.0,用Excel軟件對(duì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)算了鹽邊縣紅格鎮(zhèn)17個(gè)地塊的各景觀類型的格局指數(shù),包括斑塊密度、優(yōu)勢(shì)度、聚集度和分維數(shù)、多樣性指數(shù)等10個(gè)重要的景觀指數(shù),以期對(duì)該研究區(qū)域景觀的特征進(jìn)行度量。景觀指數(shù)計(jì)算應(yīng)用FRAGSTATS3.3軟件完成。1.3景觀類型覆合景觀指數(shù)共有兩類:格局指數(shù)和變化指數(shù)。格局指數(shù)描述了一個(gè)地區(qū)或一個(gè)時(shí)期景觀的鑲嵌狀況,也就是狀態(tài)參數(shù)。其中有些可提供鑲嵌的形狀特征,如斑塊大小和形狀。變化指數(shù)則描述景觀鑲嵌性的時(shí)間變化,也就是變化參數(shù)。變化參數(shù)的計(jì)算依賴于不同時(shí)間格局指數(shù)值(即變化速率)。(1)斑塊數(shù)(N)即整個(gè)景觀的斑塊數(shù)量,單一類型的斑塊數(shù)量:式中,ni為景觀中i類斑塊的數(shù)目,NP則是相應(yīng)景觀類型的總數(shù),NP≥1,無(wú)上限。NP=1則表明景觀由一種斑塊類型組成。(2)斑塊面積(A)即整個(gè)景觀的斑塊平均面積=斑塊總面積/斑塊總數(shù):式中,aij為斑塊ij的面積(m2);A是斑塊面積(m2)除以10000而得(換算為公頃hectares)。A>0,無(wú)上限。(3)斑塊密度(PD)即單位面積上的斑塊數(shù),它能表明景觀的破碎化:式中,ni為景觀中i類斑塊的數(shù)目;A為景觀斑塊的總面積(m2);PD>0,其大小由單元大小限制,單位為每100hm2的斑塊數(shù)。(4)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D),優(yōu)勢(shì)度指數(shù)計(jì)算公式為:式中,Hmax=log2(m),pk是k種景觀類型所占總面積的比,m是研究區(qū)中景觀類型的總數(shù)。Hmax為研究區(qū)各類型景觀所占比例相等時(shí),景觀擁有的最大的多樣性指數(shù)。(5)香農(nóng)多樣性指數(shù)計(jì)算公式為其中,S表示總的物種數(shù),pi表示第i個(gè)種占總數(shù)的比例。當(dāng)群落中只有一個(gè)居群存在時(shí),香農(nóng)指數(shù)達(dá)最小值0;當(dāng)群落中有兩個(gè)以上的居群存在,且每個(gè)居群僅有一個(gè)成員時(shí),香農(nóng)指數(shù)達(dá)到最大值lnk。利用Fragstats3.3對(duì)紅格鎮(zhèn)景觀格局指數(shù)進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)ArcGIS對(duì)紅格鎮(zhèn)地理空間數(shù)據(jù)與景觀格局情況綜合進(jìn)行分析,進(jìn)而得到紅格鎮(zhèn)景觀格局與廊道空間分布的主要特點(diǎn)(表1)。1.4城市綠色廊道的分布方法綠色廊道的提取和分析主要借助GIS與RS技術(shù)結(jié)合完成。首先,生成綠地系統(tǒng)現(xiàn)狀圖,利用高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)提取區(qū)域內(nèi)植被覆蓋情況,根據(jù)實(shí)際情況,完成城市綠地系統(tǒng)現(xiàn)狀圖,并將綠地系統(tǒng)現(xiàn)狀柵格格式地圖矢量化。利用ArcGIS的緩沖區(qū)分析功能,對(duì)區(qū)域內(nèi)河流和道路設(shè)置合理的緩沖半徑,以50m范圍作為綠色廊道過(guò)渡區(qū),提取緩沖區(qū)范圍內(nèi)綠地系統(tǒng),生成城市綠色廊道系統(tǒng)分布圖。綠心一般是指城市景觀中面積較大的綠色植被斑塊,研究嘗試根據(jù)城市景觀指數(shù)空間分布情況選擇城市綠心,以典型指標(biāo)景觀多樣性指數(shù)(SHDI)和景觀破碎度(FN)分布值作為選取依據(jù),通過(guò)GIS技術(shù)獲取這兩個(gè)指數(shù)的空間分布情況,將區(qū)域中景觀多樣性高和破碎度低的區(qū)域疊加作為城市綠心。2結(jié)果分析2.1景觀格局特征紅格鎮(zhèn)區(qū)用地四周為山地,山勢(shì)總體坡度較緩,局部較為陡峭;用地內(nèi)地形呈西高東低、南高北低的走勢(shì),西部山地陡峭,以南坡、東南坡和東坡為主導(dǎo)坡向,西南部生態(tài)環(huán)境良好,周邊山體植被較好。巖羊河從鎮(zhèn)區(qū)中部穿過(guò),鎮(zhèn)區(qū)西部形成的水系與中部的水系匯合后,再經(jīng)鎮(zhèn)區(qū)地勢(shì)較低的北部流出。紅格鎮(zhèn)土地利用類型情況:生態(tài)居住區(qū)分布在地勢(shì)較為平坦的北部、中部地區(qū),且河流水系較為豐富;西南部山地陡峭,為生態(tài)保育區(qū),為生態(tài)保護(hù)的核心地帶。東北角根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡V產(chǎn)資源優(yōu)勢(shì),建立小型新型工業(yè)區(qū)。東南地區(qū)有紅格鎮(zhèn)獨(dú)特的溫泉資源,形成旅游度假區(qū)。中部地區(qū)作為連接生態(tài)居住區(qū)和旅游休閑度假的區(qū)域,為公共服務(wù)區(qū)(圖2)。不同的用地類型其景觀指數(shù)特征具有較大差異。通過(guò)土地破碎化特征要素分析(表1),紅格鎮(zhèn)平均斑塊面積為3.99ha,新興工業(yè)區(qū)、公共服務(wù)區(qū)和生態(tài)居住區(qū)的斑塊面積較小,分別為1.66ha,2.21ha和4.03ha,說(shuō)明土地的破碎化程度較高,土地利用開發(fā)活動(dòng)逐漸改變和影響當(dāng)?shù)氐木坝^格局特征。但土地破碎化是當(dāng)前中小城鎮(zhèn)發(fā)展現(xiàn)狀,具有高路網(wǎng)密度、小街區(qū)、土地集約利用的特征,應(yīng)用城市生態(tài)建設(shè)的微循環(huán)理論中的微綠化措施,提升破碎地塊的生態(tài)特征。相比之下運(yùn)動(dòng)休閑區(qū)、農(nóng)業(yè)示范區(qū)和旅游度假區(qū)的平均斑塊面積較大,土地破碎化程度不高。從景觀多樣性指數(shù)特征分析,各用地類型的景觀多樣性指數(shù)不高,平均值為0.958,說(shuō)明由于土地利用開發(fā)的多元化的影響造成景觀類型趨于單一。在景觀多樣性指數(shù)相對(duì)較高的區(qū)域?yàn)檫\(yùn)動(dòng)休閑區(qū)和生態(tài)居住區(qū),說(shuō)明由于人類開發(fā)活動(dòng)影響導(dǎo)致新類型的引入,多樣性指數(shù)隨之增加,生物多樣性水平較高,生態(tài)過(guò)程較為活躍(圖3)。2.2景觀破碎化指數(shù)與多樣性指數(shù)的關(guān)系借助GIS與RS技術(shù),提取紅格鎮(zhèn)的綠色廊道特征(1),從綠色帶狀廊道分布圖可以看出,紅格鎮(zhèn)綠色帶狀廊道主要由綠色河流廊道構(gòu)成,綠色帶狀廊道具有長(zhǎng)度短、間斷多、連接度低等特點(diǎn)。構(gòu)成綠帶的綠色河流廊道主要由西部的巖羊河以及中部的水系匯聚而成。景觀多樣性指數(shù)反映區(qū)域景觀類型和規(guī)模。景觀多樣性指數(shù)高的區(qū)域往往是生態(tài)系統(tǒng)交錯(cuò)的區(qū)域,生物多樣性水平高,同時(shí)往往存在較為活躍的生態(tài)過(guò)程;景觀破碎化指數(shù)反映了區(qū)域景觀斑塊的規(guī)模和分離程度,土地開發(fā)利用會(huì)使原有的景觀斑塊分裂,景觀的功能也會(huì)相應(yīng)受到影響。通常情況下,許多物種需要完整的棲息地景觀斑塊才能夠正常生存。同時(shí),區(qū)域景觀類型多樣、生態(tài)系統(tǒng)交錯(cuò)的地區(qū)斑塊規(guī)模也相對(duì)較小,破碎化程度也可能較高,但生態(tài)系統(tǒng)的功能卻較為完整。因此,將破碎化指數(shù)與多樣性指數(shù)相結(jié)合,根據(jù)空間分布取值疊加,選取表征景觀生態(tài)特征的城市綠心。將紅格鎮(zhèn)的不同土地利用類型的景觀破碎度和景觀多樣性指數(shù)分析結(jié)果相疊加,尋求城鎮(zhèn)綠心的合理空間分布。從結(jié)果分析圖中可以得出(圖4),紅格鎮(zhèn)的大面積的綠心建議選取在南部的運(yùn)動(dòng)休閑區(qū)、東南部的旅游度假區(qū)以及偏北部的生態(tài)居住區(qū)。小面積的零星綠心分布在中部的公共服務(wù)區(qū)和生態(tài)服務(wù)區(qū)。針對(duì)研究區(qū)土地破碎化、原有的綠色廊道建設(shè)連接不暢等問(wèn)題,通過(guò)選取綠心、綠色廊道建設(shè)分布,加強(qiáng)紅格鎮(zhèn)各景觀類型之間以及周邊環(huán)境之間生態(tài)連通性(圖5)。其具體的措施有:①在社區(qū)居民的住宅采用屋頂綠化、立體綠化的措施;②調(diào)整喬灌木的配比,提升林木郁閉度;③建立街區(qū)公園,公共開放空間遮蔭,下沉道路、道路低沖擊設(shè)計(jì)措施等;④斑塊之間的廊道連接與網(wǎng)絡(luò)化,建立生物通道,引入生物多樣性,水系貫通等。通過(guò)以上措施,應(yīng)用于城市規(guī)劃、景觀設(shè)計(jì)階段,形成城鎮(zhèn)社區(qū)舒適化空間,改善其周圍生態(tài)效應(yīng)。3景觀多樣性采用GIS、RS空間技術(shù)手段,景觀指數(shù)描述城鎮(zhèn)各土地利用類型的景觀格局特征,其結(jié)論為城鎮(zhèn)的綠色廊道網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供依據(jù)。主要結(jié)論總結(jié)為以下幾點(diǎn):(1)不同的用地類型其景觀指數(shù)特征具有較大差異。從景觀破碎度指數(shù)均值可以看出,紅格鎮(zhèn)土地的破碎化程度較高,土地利用開發(fā)活動(dòng)逐漸改變和影響當(dāng)?shù)氐木坝^格局特征。從景觀多樣性指數(shù)特征分析,現(xiàn)有土地利用開發(fā)的多元化的影響造成紅格鎮(zhèn)景觀類型趨于單一。(2)遙感影像及3S技術(shù)定量分析和把握城市綠色廊道的景觀格局,從綠色帶狀廊道分布圖可以看出,紅格鎮(zhèn)綠色帶狀廊道主要由綠色河流廊道構(gòu)成,綠色廊道具有長(zhǎng)度短、間斷多、連接度低等特點(diǎn)。(3)將紅格鎮(zhèn)的不同土地利用