国家级城市湿地公园景观格局分析
——以成都市白鹭湾生态湿地公园为例

高丽楠

(成都大学 旅游与经济管理学院,成都 610106)

国家级城市湿地公园景观格局分析
——以成都市白鹭湾生态湿地公园为例

高丽楠

(成都大学 旅游与经济管理学院,成都 610106)

根据收集的白鹭湾生态湿地公园的相关图片资料,运用景观生态学及其高德图片和ArcGIS软件,结合实地调查,采用景观多样性指数和斑块特征指数等指标,对其景观格局进行了分析。研究结果表明:白鹭湾生态湿地公园总面积为200.04hm2,草地和湖泊是湿地公园的主要景观类型,其面积为123.52hm2和26.31hm2,斑块所占景观面积比例分别为61.75%和13.15%；斑块数量(NP)和斑块密度(PD)所反映的湿地景观类型破碎化程度基本一致,其中道路(NP=85个、PD=42.49个/100hm2)和草地(NP=48个、PD=24.00个/100hm2)破碎化程度较高；湿地公园的平均斑块形状指数(MSI)和平均斑块分维数(MPFD)的结果显示,河流(MPFD=1.43,MSI=12.21)的斑块形状较为复杂,灌丛(MPFD=1.07,MSI=1.50)的斑块形状最规则；湿地香农多样性指数(SHDI)为1.31,香农均匀度指数(SHEI)值为0.63,说明研究区域景观水平多样性相对较高,但斑块空间分布不均匀,优势斑块较明显。

景观生态学；景观格局分析；白鹭湾生态湿地公园

0 引言

景观生态学是一门与人类密切相关的学科,将景观用于生态学的研究引起越来越多的学者的重视[1-4]。随着景观生态学的不断发展,人们逐渐把研究转向人类活动的城市[5]。目前,景观空间格局分析方法广泛应用于自然保护、区域规划、土地利用、国土整治等方面,但是针对我国城市湿地公园的研究,特别是小尺度与小规模的园林规划,还处于起步发展阶段[6]。

作为一个独立的生态系统的城市人工湿地,存在于人类生活生产的城市中,完全不可能脱离人为的干预。人工湿地系统不仅具有净化水质、降解污染、调节局部小气候、减缓洪涝灾害等功能,而且还具有能直接或间接为人们带来经济效益的相关功能,如旅游观光、生态农业等。城市人工湿地景观设计的好坏,将直接影响到能否具有生态、社会和经济效益,以及是否兼顾生态性和协调人的参与行为,对其景观设计的研究也就显的非常重要。

为了提升城市的环境质量,成都市的自然环境生态建设正从基本满足城市绿化面积逐渐过渡到如何构建城市生态系统,特别是具有强大生态功效的城市湿地生态系统,使城市环境健康发展。白鹭湾生态湿地公园不仅是成都市最大的人工生态湿地公园,而且也是第一个国家级城市湿地公园的项目,在园林景观、自然生态、经济建设和教育示范等方面都有很大的综合效益。2017年,成都市政府将持续推进白鹭湾湿地水体治理和生态修复,以更好地发挥白鹭湾作为城市湿地在保护生态、优化环境方面的作用,给建设城市环城生态区起到带头示范作用。本文运用景观生态学的景观格局指数分析方法,以地理信息系统(GIS)为技术支撑,对成都市白鹭湾生态湿地公园空间格局进行分析,以期为城市湿地公园景观规划与设计及其优化发展提供一定理论依据和参考,也为景观生态学原理和方法在小尺度范围土地利用和规划中的应用做一尝试。

1 研究区概况

白鹭湾生态湿地公园位于四川省成都市区东南部锦江环城生态区(30°56′～30°57′N,104°12′～104°14′E),公园东与三圣乡荷塘月色接壤,北面紧挨绕城高速。植物种数200余种,乔木10万余株。白鹭湾生态湿地公园属亚热带温湿气候区,大陆性季风气候特点显著,气候温和、四季分明、降水充沛、无霜期长。年均气温15.6℃,年总降水量为1 030.8mm,年均相对湿度为81%,年均蒸发量达1 100.6mm,全年太阳辐射值平均为334.09KJ/cm2。白鹭湾生态湿地公园是由三大功能区组成,分别为白鹭湾水生作物区、花卉产业园区和创意产业园区。

2 研究数据和方法

2.1数据来源

借助成都市白鹭湾生态湿地公园2015年Amap地球图像进行几何校正、图像配置,再同时结合详细的野外实地考察,在Arcgis10.1中完成数据解译和更新,最终得到白鹭湾生态湿地公园景观类型分类图(图1)。依据《湿地公约》中湿地分类与景观生态分类原则[7],建立白鹭湾生态湿地公园二级分类体系,共分为8类,即:河流,湖泊,沼泽化草甸,池塘,草地,道路,建筑,灌丛。

图1 白鹭湾生态湿地公园的景观格局分布图

2.2斑块信息的提取

首先在Arcgis10.1中利用白鹭湾生态湿地公园的影像图将研究区域进行矢量化,通过实地调研确定斑块边界,运用Fragstats 4.2景观指数计算软件将矢量化数据转化为数字来表示,提取斑块面积、斑块密度、边缘长度等基本斑块信息。

2.3景观格局分析指标的选择

通过景观格局特征的分析,在看似无序的景观斑块中能够发现有意义的规律性[8]。景观格局指数反映其结构组成和空间配置某些方面特征的定量指标,可以高度浓缩景观格局信息[9]。借鉴前人研究成果[10],本研究:选取景观斑块特征指数为斑块类型面积(CA/hm2)、斑块数量指数(NP/个)、斑块所占景观面积比例(PLAND/%)、最大斑块所占景观面积比例(LPI/%)、斑块平均面积指数(MPS/hm2)、斑块密度[PD/(个/100hm2)]、边缘密度[ED/(m/hm2)]、平均斑块形状指数(MSI)、平均斑块分维数(MPFD)、景观形状指数(LSI)、聚集度指数(AI)；整体景观水平上,选取特征指数为景观面积(TA/hm2)、总边缘长度(TE/m)、香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)。这些景观格局指数的表达式及其意义参见文献[10]。

3 结果与分析

3.1斑块类型水平上的白鹭湾生态湿地公园景观格局分析

3.1.1湿地景观的镶嵌体特征

不同景观类型的CA大小,对斑块之间以及斑块内部的物质和能量交换、斑块的生物多样性、周转率和稳定性都有非常重要的影响[11]。由表1可知:草地是白鹭湾生态湿地公园的基质景观类型,其面积约123.52hm2,占研究区总面积的61.75%,这将有利于生态湿地公园草地多种生态功能的发挥和生物多样性的保护,有利于景区的发展,说明草地的变化影响着整个湿地公园生态功能的发挥；湖泊、河流和沼泽化草甸是研究区的主要景观类型,其面积分别为26.31,10.26,9.13hm2,分别约占研究区总面积的13.15%,5.13%,4.56%,说明湿地景观也是主要景观要素之一,其面积和质量的好坏也直接影响到研究区生态环境的发展,但仍需进一步加强；其他景观类型,如池塘和建筑所占比例较小,分别占研究区总面积的1.36%和0.98%。由表1可见,草地的LPI最高(42.01%),其次是湖泊(8.84%),建筑最低(0.33%)。说明草地有着明显的生态物种优势,内部物种的丰富度也要强于其它景观类型。

由此可以认为研究区的主要景观类型为草地和湖泊,而池塘和建筑景观类型是区域景观的主要镶嵌体。另外,NP是研究区域内各类景观斑块的数量状况,反映空间异质性与破碎度的大小。NP值大,则破碎度高且异质性越强；NP值小,则破碎度低且异质性越低。道路是NP最大的景观类型,NP为85个,MPS仅0.1hm2；草地NP居第二位,NP为48个,MPS仅2.57hm2。这在一定程度上表明道路和草地具有较高的破碎化程度,人类活动对其影响较大。另外,通过各景观类型斑块平均面积(表1)可以看出,整体上各景观类型的MPS大小排列为河流>湖泊>沼泽化草甸>草地>灌丛>建筑>池塘>道路,而且不同景观类型之间的斑块平均面积大小相差很大,其中斑块平均面积最大的“河流”是斑块平均面积最小的“道路”的近102.6倍,表明区域内景观类型分布差异显著。

表1 白鹭湾生态湿地公园景观要素特征指数

3.1.2湿地景观斑块特征

PD是以100hm2为单位面积,指在整体景观范围内,单位面积内(100hm2)拥有的斑块个数,其反映的是景观破碎程度和空间异质性。白鹭湾生态湿地公园PD由大到小顺序为道路>草地>灌丛>池塘>建筑>湖泊>沼泽化草甸>河流。可见,破碎化程度最高的景观类型是道路(PD=42.49个/100hm2),其次是草地(PD=24.00个/100hm2),这与斑块数量特征所反映的情况相一致,表明草地景观空间分布零散,受到人类的干扰程度较强。而破碎化程度最低的景观类型是河流(PD=0.50个/100hm2),说明河流斑块被分割的程度最低,对整个景观的物质和能量分布的影响最大。可见,研究范围内的各种景观类型分布较不均衡,存在较大的差异。本研究区的草地在湿地公园中占有绝对的主导地位,在景观中的控制作用非常明显。

干扰是景观中重要的生态过程,干扰改变景观格局,在一定程度上反映出景观受干扰情况的景观斑块特征指数是MPFD和MSI[12]。非规则几何形状斑块的非整数维数等于MPFD,其可以在斑块级别和景观水平上应用。MPFD值接近1时,表示该类型斑块或总斑块的几何形状趋近简单规则,自相似性强,受人为干扰就强；若MPFD越接近2,则表示形状趋近自然,受到外界的干扰小。MPFD是判断人为影响程度的关键指数。MSI是斑块周长与等面积的圆周长之比,可度量各景观类型中斑块形状的复杂程度,它代表斑块形状与圆形相差的程度。MSI越接近1(最小值为1),则表示斑块形状近似圆形；其值越大,则斑块形状越不规则,与圆形差异越大。白鹭湾生态湿地公园的各景观类型MPFD结果显示,由大到小的斑块复杂程度依次为河流>湖泊>道路>沼泽化草甸>池塘>建筑>草地>灌丛；MSI结果显示,其斑块复杂程度顺序依次为河流>湖泊>沼泽化草甸>道路>草地>池塘>灌丛>建筑。其中:河流(MPFD=1.43,MSI=12.21)的斑块形状较为复杂,其斑块边界复杂多变；斑块形状规则的景观类型是灌丛(MPFD=1.07,MSI=1.50)、建筑(MPFD=1.09,MSI=1.48)和草地(MPFD=1.08,MSI=1.70),均具有最为明显的人为雕琢痕迹,其边界形状最为规则。草地NP较多,PD也较大,形状指数较低,同类斑块相邻程度较高,这表明草地景观类型分布破碎,形状较简单,且同一湿地类型分布的区域较集中。

LSI反映不同范围内的生态情况,且能够体现总体景观或不同类型斑块的边缘情况。LSI最大的是道路(26.69),其次为草地斑块,建筑为最小值:反映了道路和草地的边缘效应较强,建筑边缘效应较弱,也说明建筑受到较为严重的人为干扰,且具有较少的生态效益,草地生态效益较高且生态现状较好。AI能够反映不同类型斑块的聚集程度,值越大表示聚集度越高,值越小表示不同类型斑块越分散。其聚集度指数大小依次为灌丛>湖泊>沼泽化草甸>草地>建筑>池塘>河流>道路。可见,道路AI最小,而PD最大,湿地公园内道路四通八达,形成了错综复杂的道路网,使景观内各斑块可达性较高；湿地的廊道景观是河流,其PD和AI较小,但MPFD和MSI最大,表明河流形状不规则,但具有很好的连通性。另外,ED是代表斑块自身稳定性和斑块间交流程度的指数。由表2可知,草地的ED最大,其次为道路、河流、湖泊、灌丛、沼泽化草甸、池塘和建筑。草地的ED最大,表明这一景观类型受人为干扰最严重,被分割化程度深。

表2 白鹭湾生态湿地公园斑块景观格局指数

3.2景观类型水平上的白鹭湾生态湿地公园景观格局分析

从表3可以得出:景观面积(TA)为200.04hm2,总斑块个数为159个,总边缘长度82 360.08m,斑块平均面积为1.26hm2,斑块密度(PD)79.48个/100hm2。景观形状指数(LSI)为14.55,草地的景观形状指数为17.10,说明区域内景观优势斑块为草地,人为干扰较强频率较高,而河流人为干扰较弱。景观异质性分析指标有香农多样性指数(SHDI)和香农均匀度指数(SHEI),其中依据概率统计的景观指数是SHDI,其反应景观异质性,尤其是针对非均匀分布的各类型景观斑块的状况,能迅速做出反应,即放大对稀有斑块类型的作用,这是优于其它多样性指数的地方,所以在生态学中广泛应用。SHEI和SHDI一样,能分析比较不同景观或同一景观不同时期多样性及异质性的变化能力,能够反映景观中各斑块面积分布的均匀程度。白鹭湾生态湿地公园景观格局的SHDI为1.31,SHEI值为0.63,说明研究区域景观水平多样性相对较高,但优势斑块较明显,斑块空间分布不均衡。这主要是因为白鹭湾生态湿地公园的人为干扰大,各类景观要素所占比例不均匀和异质性趋于同质化所致,而且由于草地和湖泊这两类景观要素所占的比例较大,景观斑块分布不均匀。

表3 白鹭湾生态湿地公园景观类型水平上的景观指数

4 讨论

斑块面积指数是研究区域内不同景观斑块类型占整体研究面积的比例。草地是白鹭湾生态湿地公园的最大斑块,所占的面积比例最大(61.75%),是景观的主要组分,也是基质；湿地景观,如湖泊、河流、池塘、沼泽化草甸所占比例为24.2%,说明湿地景观也是主要景观要素之一,但仍需进一步加强扩大湿地景观面积的比例。扩大湿地景观面积比列有利于涵养水源、调蓄水量和保护物种的多样性,从而维持人工湿地生态系统的可持续性发展。破碎度最低的景观类型是河流,其生态异质性较差；而草地破碎度较大,其具有较高的生态异质性,生态修复较为困难。由此可见,草地景观总体面积最大,但呈现破碎化的趋势。总体面积的增长有利于维护整个区域生态系统的健康状况,但景观的破碎化使得斑块之间的物质流、能量流、信息流受阻,抗压能力减弱,使其向不健康状况发展。因此,需要对草地零散的斑块进行调整,相近的斑块适当整合。

PD表示景观基质被斑块分割的程度,在生物保护、物质和能量分布方面具有重要影响[13],PD反映景观破碎程度和空间异质性。白鹭湾生态湿地公园8种类型湿地的PD值为0.50～42.49个/100hm2,河流的PD最小,这与NP反映的情况相同,该湿地类型破碎化程度最低,空间异质性低；草地的PD较大,这反映出草地的破碎化程度强,具有较高的空间异质性,说明人为干扰较为严重,为生态修复重点区域。从MPFD分析,8种类型湿地MPFD为1.07～1.43,MPFD的取值范围是1～2,可见白鹭湾湿地斑块形状大体规则,均有受到人为的干扰,其中河流的边界较为自然。具体斑块的平均形状却趋于规则,这主要是由于不断增强人为因素的影响,趋于集约的土地利用方式。

景观异质性是指景观或系统属性的变异程度,是景观尺度上景观类型组成和空间结构上的异质性和复杂性,可指导和帮助人们理解生态学的复杂过程及其反馈机制,是最普遍的自然界特征之一,在许多生态学理论中起核心作用[14]。景观异质性分析指标有SHDI和SHEI。有研究发现湿地景观的SHDI在1.26～2.37之间为最优[15],白鹭湾生态湿地公园SHDI为1.31,在此范围内,表明景观水平多样性相对较高,受人为影响颇多的白鹭湾生态湿地公园景观资源保护相对较好。为了进一步阐明白鹭湾生态湿地公园景观格局的总体特征,将其与森林景观研究结果进行比较。有研究[16]表明,武夷山风景名胜区SHDI和SHEI,分别为0.57和0.41,显著低于白鹭湾生态湿地公园(SHDI=1.31,SHEI=0.63),这可能由于白鹭湾生态湿地公园是城市湿地景观,受到较为显著的人为和自然干扰,而城市多样化的土地利用类型包括各类池塘、道路建设和建筑等,从侧面支持了这一论断,即随着人类干扰强度的增大,景观多样性越高。武夷山风景名胜区的SHDI较低,是因其属于森林景观类型,受人为影响的程度较低,在整个森林中,易使个别景观类型占主要优势,且成为基质景观类型。SHEI范围是0～1,值越接近1,表示斑块类型分布越均匀；接近0,则说明景观受到优势类型斑块支配。从SHEI上看,与森林景观类型相比,城市湿地景观SHEI一般较高。白鹭湾生态湿地公园的斑块较森林景观均匀分布,但白鹭湾生态湿地公园以草地为主要优势景观类型,其面积所占比例为61.75%,优势斑块较明显。另外,有研究[17]发现惠州西湖风景区SHEI为1.852,白鹭湾生态湿地公园SHEI为1.31,可见与其它人工湿地公园相比，白鹭湾生态湿地公园还有较大的差距,其各种景观类型所占比例相差较大,其景观多样性相对不丰富。

5 结语

本研究通过运用GIS技术和景观生态学原理对白鹭湾生态湿地公园景观格局进行定量化的研究分析,其结果表明：草地是控制性景观,为全园的基质,影响着整个景观格局及研究区生态环境的发展；但其破碎化程度较高,受人类活动的影响也较大,生态修复较为困难。草地单位斑块面积小而且分散,不利于生态效益的发挥。应通过道路绿地、带状绿地等廊道将草地联系起来,以增强湿地公园草地的生态效益。湿地景观包含有河流、湖泊、池塘、沼泽化草甸,但所占组份上较少。因此,需进一步加强扩大水体景观的比例,减少周边人造景观的建设,这有利于涵养水源、调蓄水量和保护物种的多样性,从而维持人工湿地生态系统的可持续性发展。

从整体景观水平上看,白鹭湾生态湿地公园景观水平多样性相对较高,景观类型较为丰富。但研究区各斑块类型分布不均,景观受一种或少数几种优势斑块类型所支配,结合景观类型异质性分析结果,优势景观斑块为草地。单一景观类型不利于维持生态园林的平衡和区域景观的稳定协调性,一旦受到破坏,很难恢复。在未来的规划中,要改善景观的多样性,加强对景观的管理和分类,不要随意减少和破坏景观类型。

白鹭湾生态湿地公园与人类的日常活动息息相关,人类的参与性强,应注意景观类型的均衡利用。不同类型景观破碎化程度严重和分维数大,表明其已受到人类活动的强烈干扰。在未来的规划中,应合理、适当改善景观布局,以增强景观系统的整体功能为目的,采用“重保护,轻开发,减少人为干预”的原则来保护和发展。根据不同景观区主导功能的差异,“因地制宜”发挥最佳效益。

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AnalysisofLandscapePatternsofNationalWetlandParks—AcasestudyofEgretWetlandParkinChengdu

GAO Linan

(CollegeofTourismandEconomicManagement,ChengduUniversity,Chengdu610106,China)

Based on some data of Egret Wetland Park and principles of landscape ecology,ArcGIS software and Amap photo pictures had been used,meanwhile the spots had been investigated. The characteristic index of patches,the landscape diversity index had been selected to analyze the spatial pattern of Egret Wetland Park area. The total area of Egret Wetland Park area was 200.04 hm2,the grassland and lake were the main landscapes in Egret Wetland Park,which accounted for 123.52 hm2and 26.31 hm2,PLAND were 61.75% and 13.15%. From the results of patch density(PD)and number of patches(NP),the degrees of fragmentation of different sights were similar,it showed that the degree of fragmentation of road(NP=85n,PD=42.49 n/100hm2)and grassland(NP=48 n,PD=24.00 n/100hm2)were higher. In addition,the calculation results of mean shape index(MSI)and mean patch fractal dimension(MPFD)indicated that the river(MPFD=1.43,MSI=12.21)was the most complicated in patch shape,while shrub(MPFD=1.07,MSI=1.50)was simplest. The Shannon’s diversity index was 1.31,the Shannon’s evenness index was 0.63,which indicated that the landscape diversity was high,the dominant patch was obvious,the distribution of patches was not uniform.

landscape ecology,landscape pattern analysis,Egret Wetland Park

P901;X37

A

1002-6622(2017)05-0108-06

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.05.018

2017-07-05；

2017-09-26

四川景观与游憩研究中心项目“成都市湿地公园景观格局分析”(JGYQ2015009)

高丽楠(1983-),女,内蒙古呼伦贝尔人,讲师,博士,主要从事景观生态学的研究。

Email:gaolinan20081212@163.com