基于fragsas的红格镇景观格局分析与设计

基于fragsas的红格镇景观格局分析与设计

城市绿色廊道随着我国城市化进程的加快，城市景观破碎化程度的不断深化，城市自然生态环境的恶化和生物多样性的下降，国内外许多科学家越来越重视城市走廊的研究[1.4]。国外关于绿色廊道的研究主要从生物保护的目的出发,探讨适合保护生物多样性所需要的廊道宽度。部分学者致力于研究廊道宽度与环境保护功能之间的关系。同时,廊道理论也应用于城市规划设计。近几年,对廊道的研究出现了三大趋势。第一,着重于廊道基本理论的研究;第二,将廊道作为整个城市景观的一部分进行分析研究,王浩把斑块—廊道—基质的景观模式运用于城市绿地系统规划,并提出了城市绿地景观体系规划的设想;第三,对城市绿色廊道进行系统深入的研究。肖笃宁提出在城市发展规划中引入自然廊道体系,并在城市景观生态建设中应增加绿色嵌块体及绿色廊道的数量,尤其是增加带状廊道。关于绿色廊道的研究,国内外大多是针对绿色廊道宽度,以及宽度对生物多样性和环境保护功能的影响进行研究探讨,得出了丰富的理论成果。另外也有部分研究是针对绿色廊道结构、分类和功能等方面,并理论结合实践,应用廊道理论指导城市绿色廊道系统的规划与建设。但是,现有的研究多为应用景观生态学理论对绿色廊道进行定性的分析,缺乏定量的,以及对城市绿色廊道及网络进行全面的研究,尤其对中小城镇尺度的绿色廊道景观格局的研究更为缺乏。因此,本研究集中于城镇土地利用景观格局分析,包括景观格局指数计算、不同土地利用类型的景观格局特征分析、绿色廊道建立以及城市绿心提取等方面,其研究结果以期为形成合理的绿色网络,提升城镇的区域生态系统良性循环,为城镇绿色廊道建设相关政策制订提供决策依据。1研究领域的总结和研究方法1.1红格镇气候条件的特点攀枝花市作为西部能源城市的重点,已成为川西南地区经济的增长点之一。红格镇地理区位优越,成为攀枝花市重点培育对象之一。红格镇耕地总面积10km2,农民人均耕地面积773.72m2,林地面积31.87km2。红格镇位于攀枝花市东部近郊,隶属盐边县(图1)。镇域面积159.6km2。红格镇区距攀枝花市中心21km,盐边县城约19km。红格镇属于南亚热带金沙江干热河谷气候,具有夏季长,四季不分明的特点,因此冬季气候条件十分优越。干、雨季分明,年气温变化小,日气温变化大,气候干燥,日照多,太阳辐射强,蒸发量大等特点。红格镇镇域面积159.6km2,2008年红格镇总人口14062人,平均人口密度88.1人/km2,国内生产总值为21516万元,其中,第一产业增加值3776万元,第二产业增加值11741万元,第三产业增加值5892万元,三产比例18∶55∶27。红格镇境内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,植物区系属于过渡性亚热带性质,为云南高原植物区系,总体景观观赏性较弱。生态植被以果林等农作物形态为主,天然植被不足,四周的山地景观形态较差,尤其是阳坡地带,几乎没有植被种植,景观背景单一。虽然具备良好的自然环境条件,但需要通过林相配置、绿化调整等手段进行景观打造,进一步完善研究区域的生态景观环境。1.2盐边县红格镇景观类型格局指数的计算本项研究的空间数据基础来自中国资源与环境数据库,使用了2000年的LandsatTM数据。土地利用分类采用中国科学院资源环境数据库中的全国1∶10万土地利用分类系统共划分出6个一级类型(生态林地、生态牧草地、生态园地、耕地、建设用地、水域),21个二级类型,5个三级类型。数据处理采用ArcGIS10.0,用Excel软件对属性数据进行统计分析。计算了盐边县红格镇17个地块的各景观类型的格局指数,包括斑块密度、优势度、聚集度和分维数、多样性指数等10个重要的景观指数,以期对该研究区域景观的特征进行度量。景观指数计算应用FRAGSTATS3.3软件完成。1.3景观类型覆合景观指数共有两类:格局指数和变化指数。格局指数描述了一个地区或一个时期景观的镶嵌状况,也就是状态参数。其中有些可提供镶嵌的形状特征,如斑块大小和形状。变化指数则描述景观镶嵌性的时间变化,也就是变化参数。变化参数的计算依赖于不同时间格局指数值(即变化速率)。(1)斑块数(N)即整个景观的斑块数量,单一类型的斑块数量:式中,ni为景观中i类斑块的数目,NP则是相应景观类型的总数,NP≥1,无上限。NP=1则表明景观由一种斑块类型组成。(2)斑块面积(A)即整个景观的斑块平均面积=斑块总面积/斑块总数:式中,aij为斑块ij的面积(m2);A是斑块面积(m2)除以10000而得(换算为公顷hectares)。A>0,无上限。(3)斑块密度(PD)即单位面积上的斑块数,它能表明景观的破碎化:式中,ni为景观中i类斑块的数目;A为景观斑块的总面积(m2);PD>0,其大小由单元大小限制,单位为每100hm2的斑块数。(4)优势度指数(D),优势度指数计算公式为:式中,Hmax=log2(m),pk是k种景观类型所占总面积的比,m是研究区中景观类型的总数。Hmax为研究区各类型景观所占比例相等时,景观拥有的最大的多样性指数。(5)香农多样性指数计算公式为其中,S表示总的物种数,pi表示第i个种占总数的比例。当群落中只有一个居群存在时,香农指数达最小值0;当群落中有两个以上的居群存在,且每个居群仅有一个成员时,香农指数达到最大值lnk。利用Fragstats3.3对红格镇景观格局指数进行计算,通过ArcGIS对红格镇地理空间数据与景观格局情况综合进行分析,进而得到红格镇景观格局与廊道空间分布的主要特点(表1)。1.4城市绿色廊道的分布方法绿色廊道的提取和分析主要借助GIS与RS技术结合完成。首先,生成绿地系统现状图,利用高分辨率遥感影像数据提取区域内植被覆盖情况,根据实际情况,完成城市绿地系统现状图,并将绿地系统现状栅格格式地图矢量化。利用ArcGIS的缓冲区分析功能,对区域内河流和道路设置合理的缓冲半径,以50m范围作为绿色廊道过渡区,提取缓冲区范围内绿地系统,生成城市绿色廊道系统分布图。绿心一般是指城市景观中面积较大的绿色植被斑块,研究尝试根据城市景观指数空间分布情况选择城市绿心,以典型指标景观多样性指数(SHDI)和景观破碎度(FN)分布值作为选取依据,通过GIS技术获取这两个指数的空间分布情况,将区域中景观多样性高和破碎度低的区域叠加作为城市绿心。2结果分析2.1景观格局特征红格镇区用地四周为山地,山势总体坡度较缓,局部较为陡峭;用地内地形呈西高东低、南高北低的走势,西部山地陡峭,以南坡、东南坡和东坡为主导坡向,西南部生态环境良好,周边山体植被较好。岩羊河从镇区中部穿过,镇区西部形成的水系与中部的水系汇合后,再经镇区地势较低的北部流出。红格镇土地利用类型情况:生态居住区分布在地势较为平坦的北部、中部地区,且河流水系较为丰富;西南部山地陡峭,为生态保育区,为生态保护的核心地带。东北角根据当地的矿产资源优势,建立小型新型工业区。东南地区有红格镇独特的温泉资源,形成旅游度假区。中部地区作为连接生态居住区和旅游休闲度假的区域,为公共服务区(图2)。不同的用地类型其景观指数特征具有较大差异。通过土地破碎化特征要素分析(表1),红格镇平均斑块面积为3.99ha,新兴工业区、公共服务区和生态居住区的斑块面积较小,分别为1.66ha,2.21ha和4.03ha,说明土地的破碎化程度较高,土地利用开发活动逐渐改变和影响当地的景观格局特征。但土地破碎化是当前中小城镇发展现状,具有高路网密度、小街区、土地集约利用的特征,应用城市生态建设的微循环理论中的微绿化措施,提升破碎地块的生态特征。相比之下运动休闲区、农业示范区和旅游度假区的平均斑块面积较大,土地破碎化程度不高。从景观多样性指数特征分析,各用地类型的景观多样性指数不高,平均值为0.958,说明由于土地利用开发的多元化的影响造成景观类型趋于单一。在景观多样性指数相对较高的区域为运动休闲区和生态居住区,说明由于人类开发活动影响导致新类型的引入,多样性指数随之增加,生物多样性水平较高,生态过程较为活跃(图3)。2.2景观破碎化指数与多样性指数的关系借助GIS与RS技术,提取红格镇的绿色廊道特征(1),从绿色带状廊道分布图可以看出,红格镇绿色带状廊道主要由绿色河流廊道构成,绿色带状廊道具有长度短、间断多、连接度低等特点。构成绿带的绿色河流廊道主要由西部的岩羊河以及中部的水系汇聚而成。景观多样性指数反映区域景观类型和规模。景观多样性指数高的区域往往是生态系统交错的区域,生物多样性水平高,同时往往存在较为活跃的生态过程;景观破碎化指数反映了区域景观斑块的规模和分离程度,土地开发利用会使原有的景观斑块分裂,景观的功能也会相应受到影响。通常情况下,许多物种需要完整的栖息地景观斑块才能够正常生存。同时,区域景观类型多样、生态系统交错的地区斑块规模也相对较小,破碎化程度也可能较高,但生态系统的功能却较为完整。因此,将破碎化指数与多样性指数相结合,根据空间分布取值叠加,选取表征景观生态特征的城市绿心。将红格镇的不同土地利用类型的景观破碎度和景观多样性指数分析结果相叠加,寻求城镇绿心的合理空间分布。从结果分析图中可以得出(图4),红格镇的大面积的绿心建议选取在南部的运动休闲区、东南部的旅游度假区以及偏北部的生态居住区。小面积的零星绿心分布在中部的公共服务区和生态服务区。针对研究区土地破碎化、原有的绿色廊道建设连接不畅等问题,通过选取绿心、绿色廊道建设分布,加强红格镇各景观类型之间以及周边环境之间生态连通性(图5)。其具体的措施有:①在社区居民的住宅采用屋顶绿化、立体绿化的措施;②调整乔灌木的配比,提升林木郁闭度;③建立街区公园,公共开放空间遮荫,下沉道路、道路低冲击设计措施等;④斑块之间的廊道连接与网络化,建立生物通道,引入生物多样性,水系贯通等。通过以上措施,应用于城市规划、景观设计阶段,形成城镇社区舒适化空间,改善其周围生态效应。3景观多样性采用GIS、RS空间技术手段,景观指数描述城镇各土地利用类型的景观格局特征,其结论为城镇的绿色廊道网络建设提供依据。主要结论总结为以下几点:(1)不同的用地类型其景观指数特征具有较大差异。从景观破碎度指数均值可以看出,红格镇土地的破碎化程度较高,土地利用开发活动逐渐改变和影响当地的景观格局特征。从景观多样性指数特征分析,现有土地利用开发的多元化的影响造成红格镇景观类型趋于单一。(2)遥感影像及3S技术定量分析和把握城市绿色廊道的景观格局,从绿色带状廊道分布图可以看出,红格镇绿色带状廊道主要由绿色河流廊道构成,绿色廊道具有长度短、间断多、连接度低等特点。(3)将红格镇的不同土地利用