快速城市化地区景观格局梯度动态及其城乡融合区特征

应用生态学报 2011年1月 第22卷 第1期

Ch i nese Journa l of A pp lied E co logy,Jan.2011,22(1):171-180

快速城市化地区景观格局梯度动态及其

城乡融合区特征 以广州市番禺区为例*

俞龙生1,2 符以福2 喻怀义1 李志琴1**

(1广州市环境保护科学研究院,广州510620;2中山大学生态与进化研究所,广州510275)

摘 要 以快速城市化的广州市番禺区为研究样区,通过解译1990 2008年4期Landsat T M

影像得到研究区土地利用/覆被数据.选取景观类型水平和景观水平上的景观指数,采用景观

格局与梯度分析相结合的方法,研究快速城市化地区景观格局的梯度变化及其城乡融合区特

征.结果表明:研究区景观格局动态变化显著,在城市化缓冲带上具有典型的城乡融合区特

征,城市景观逐年增加且向外围扩展,而农业景观破碎化严重.斑块密度、蔓延度、景观多样性

等指数在城市化梯度上表现出明显的规律性,景观指数峰值出现在距离城市中心4~6k m的

梯度带上.时间序列上的景观格局数据体现了不同梯度带上景观动态的差异,城乡融合区景

观格局具有斑块形状复杂、景观多样性和破碎化程度高、景观动态变化剧烈的特点.景观指数

的峰值逐年向外推移,城乡融合区有逐渐向外发展的趋势.探讨了城乡融合区景观格局时空

演化的一般特征及其驱动因素,对区域土地利用政策和可持续发展规划具有指导意义.

关键词 城市化 景观格局 梯度分析 城乡融合区 缓冲区 广州市番禺区

文章编号 1001-9332(2011)01-0171-10 中图分类号 Q149 文献标识码 A

Landscape pattern gradient dynam ics and desakota features in rapid urbanization area:A

case st udy in Panyu of Guangzhou.YU Long sheng1,2,F U Y i f u2,YU H ua i y i1,LI Zh i q i n1

(1Guangzhou R esearch Instit u te of E nviron m ental P rotection,Guangzhou510620,China;2Institute

o f E cology and Evolution,Sun Yat sen University,Guangzhou510275,China). Chin.J.App l.

E col.,2011,22(1):171-180.

A bstract:I n or der to understand the landscape pattern grad ient dyna m ics and desako ta features i n

rap i d ur ban izati o n area,this paper took t h e rapidly urban izi n g Panyu D istrict o fGuangzhou C ity as

a case,and analyzed its land use and land cover data,based on four LandsatTM i m ages fro m1990

to2008.W ith t h e co m binati o n o f grad ient analysis and landscape pattern analysis,and by usi n g the

landscape i n d ices in both class and l a ndscape sca les,the spatial dyna m ics and desako ta feature o f

this rapi d ly ur ban izing d istr ict w ere quantified.In the study distric,t there w as a si g nificant change

in the landscape pattern,and a typ ical desako ta feat u re presented along buffer grad i e n t zones.U r

ban landscape increased and expanded annually,acco m panied w ith serious frag m entati o n o f ag ricul

tural landscape.The i n d ices patch density,con tag i o n,and landscape d i v ersity,etc.,changed reg

ularly i n the urban ization grad ien,t and the peak o f landscape indices appeared i n the grad ient zone

o f4-6km a w ay fro m the urban center.The landscape patter ns at ti m e series a lso reflected the

d ifferences a m ong th

e dyna m ics in different gradient zones.The landscape pattern i n desakota

reg ion w as characterized by co m p l e x pa tch shape,h i g h landscape diversity and frag m en tation,and

re m ar kab l e landscape dyna m ics.The peaks of landscape i n d ices spread fro m the urban center to

bo r der areas,and desakota reg i o n w as expand i n g gradually.The genera l trend o f spatiote m pora l

dyna m ics in desakota reg ion and its driv i n g forces were d iscussed,wh ich could be benefit to the

reg ional land use po licy m ak i n g and susta i n ab le deve l o p m ent plann i n g.

K ey w ords:urban izati o n;landscape patter n;gradient analysis;desakota;buffer zone;Panyu D is

trict o fGuangzhou C ity.

*国家自然科学基金重点项目(U0633002)、广州市环境保护局项目和广州市科研条件建设项目资助.

**通讯作者.E m ai:l h iliz h iqi n@https://www.360docs.net/doc/757703088.html,

2010 05 20收稿,2010 10 10接受.

城市化进程是当前研究热点问题之一,城市化现象对区域景观格局造成了重大影响,深刻地影响着城市生态环境、生物多样性[1]和人类的生活.地理学者们对城市形态的研究历史由来已久,如伯吉斯1923年提出的同心圆学说、霍伊特1939年的扇形学说、哈里斯和乌尔曼1945年的多核心学说等[2].研究城市化空间格局与生态过程的相互关系是城市生态学一个重要目标[3].许多学者从土地利用的时空变化特征、土地利用变化机制及驱动力等方面对城市化进程进行了深入的探讨和研究[4-6].

快速城市化地区普遍出现与传统城乡发展格局不同的空间发展模式 城乡融合区(desako ta)[7].城市空间的扩散效应及城市与周边区域间的交流,加快了城市向外围空间的拓展,促进了城乡间的快速融合.快速城市化进程中景观格局的城乡融合区特征研究越来越受到关注,也是对将城市化过程同乡村割裂开来的传统理念的挑战[8-10].生态交错带(ecotone)一直是人们研究和关心的热点问题,生态交错带,如荒漠 绿洲、高山树线、水陆生态交错带等具有敏感的时空动态性及结构的异质性和脆弱性,其景观格局动态特征研究越来越受到重视[11-12].城乡交错带具有城市与乡村在时空上相互作用所形成的典型生态边缘效应[13-14],快速城市化地区景观格局则具有明显的城乡融合区特征,在城市化过程中比单纯城市或乡村景观的变化更剧烈,因而在规划建设过程中要充分考虑对其脆弱的生态环境加以保护[10].

景观格局指数和梯度分析相结合是检测城市化和城市形态的有力工具,国内外许多学者将景观生态学与梯度分析方法结合起来,研究样带景观的梯度变化规律[2,15-18].本研究以珠江三角洲快速城市化地区广州市番禺区为研究样区,采用景观格局与梯度分析结合的方法,研究快速城市化地区景观格局的梯度变化及其城乡融合区特征,以期探讨城乡融合区景观格局时空演化的一般特征,为区域土地利用政策和可持续发展规划提供参考.

1 研究地区与研究方法

1 1 研究区域概况

广州市番禺区(2245! 2305!N,11314! 11334!E)位于广东省中南部、珠江三角洲中部河网地带,总面积786 15km2.境内地势平坦,由北、西北向东南倾斜,北部主要是海拔50m以下的台地,南部是冲积平原.属亚热带典型季风海洋气候,年均积温在7900?~8100?.年均降雨量1650mm,降雨集中在4 9月,占全年的80%以上.地带性植被为常绿阔叶林,现存人工植被主要为针阔混交林、相思林、桉树林等.2000年撤销番禺市设立广州市番禺区,近年来番禺区国民经济保持较快增长,是广州#南拓?重点区域,城市化进程不断加快(表1).2005年广州市区划调整在番禺区南部设立南沙区,本研究以区划调整后番禺区行政区域为研究范围.

1 2 研究数据获取

选取卫星轨道号为122/044的1990年10月、2000年9月、2005年11月、2008年3月共4期LandsatTM影像作为研究数据,影像质量较好,研究区域范围内无云.采用FLAASH大气校正模型对影像进行大气校正.以1%5万地形图为基准,采用二次多项式及最邻域插值法对影像进行几何精校正,控制误差在0 5个像元以内.

TM影像的分类采用光谱角制图法和决策树分类方法相结合.光谱角制图法(spectra l ang le m ap per,SAM)是在N维空间中比较光谱向量与参考光谱向量间的夹角,评价两者的相似程度,并将相似的光谱向量合并成特定的类别.在分类过程中,采集了30多种参照光谱,对每类地物设置相应的光谱角阀值进行初步分类和分类合并,然后结合NDV I、坡度、坡向和高程数据采用决策树分类方法对SAM分类结果进行再分类.将研究区土地覆被分为城镇景观(包括城镇建设用地和乡镇建设用地)、水体景观(包括河流和库塘、湿地等)、农业景观(包括农田和旱地)、高密度植被(长势良好、高郁闭度的林地)、低密度植被(灌木、疏林地、草地、城市绿地等)等5种类型.将分类结果转为矢量格式,在A rcI nfo中对解译结果进行处理,剔除1个像元以下的细小斑块,并结合

表1 广州市番禺区城市化进程

T ab le1 Urban iza ti on p rocess of Panyu D istrict of G uang zhou C ity

指标I nd ex1990200020052008*

总人口(万人)

Popu l ation(Ten thou s and)

75 092 6107 398 9

非农业人口(万人)

N on agri cu ltural popu lati on

(T en thousand)

18 337 156 053 7

城市化率

U rban iz ati on rat e(%)

24 440 052 254 3

地区国民生产总值(亿元)

Regional GDP(H undred m il

lion yuan)

29 7294 0596 3727 6

*2008年为广州市区划调整后数据,不含南沙区Th e data of2008 w as got after adm i n i strati ve d i visi on ad j ust m ent of Guangz h ou C ity,i n wh ich N ansha D istri ct&s w as not i n cluded.

172应 用 生 态 学 报 22卷

遥感影像和土地利用数据对解译结果进行纠正,获得粒度为30m的研究区4个时期的景观类型图.

分类精度问题对景观格局分析结果有重要影响,选用合适的分类方法和影像尺度可以提高景观格局分析的有效性[19].本研究采用光谱角制图法和决策树相结合的分类方法有效地解决了分类过程中的同物异谱和异物同谱问题,提高了分类精度.结合原始T M影像和SPOT影像对分类结果进行验证,总体分类精度达到90%以上(表2).

1 3 研究方法

1 3 1建立缓冲区梯度带 景观格局分析近年来被广泛用于城市形态的研究,运用景观格局指数对城市景观进行定量化研究,可以为城市景观结构、城市生态过程研究及对城市的认识提供依据.许多研究以沿城市化中心[20-21]、河流[22]、高速公路[23]等设置缓冲带以探讨城乡景观格局演化与城市化产生的生态后果.本研究采用对城市中心设置辐射缓冲带的方法,探讨城市化梯度带上的景观格局时空演化特征.景观格局指数分析具有明显幅度效应[24],景观格局缓冲带宽度的设置对景观格局分析结果有一定影响.许多研究设置了3~5km的缓冲带研究城市化梯度的景观格局变化,如郭泺等[25]对广州市全境设置了5km的缓冲带进行分析,表明城市化具有明显的多中心现象,而番禺区是广州城市化梯度剧烈变化的中心之一.综合考虑研究区地理位置和区

表2 T M影像分类结果精度

Table2 Accu racy of classificati on based on TM i m age

时期Peri od

总体分类精度

O verall accu racy(%)

Kappa系数

Kappa coeffi cient

199095 30 93 200090 70 87 200591 10 88 200890 30

86图1 研究区缓冲区设置示意图

Fig.1 Sketch of buffer zones i n the st udy a rea.

图中数字表示距城市中心距离Num ber i n t he fi gu re rep res en ted d is tance fro m the urb an cen ter(km).

域范围以及土地利用变化剧烈等特征,为反映中小尺度区域的城市化景观梯度上的总体变化规律,本研究以番禺区中心为中心建立2km间距的缓冲区梯度带,共建立距离中心2~14km的7个缓冲区梯度带(图1).并将缓冲带与4期景观类型图叠加,获得各缓冲区梯度带内景观类型图(图2).

1 3 2景观格局指数计算 采用Fragstats3 3计算各缓冲区内斑块类型和景观水平上的景观格局指数.景观格局指数的选用应该反映景观格局与生态过程的关系,并具有明确的生态学意义[26].为反映城市化过程中景观格局在缓冲区梯度带上的变化规律,选取具有简单、明确生态意义,对城市化梯度较敏感且变化规律明显的常用景观格局指数.本研究选取下列景观格局指数:景观类型面积比、斑块密度、最大斑块指数、景观形状指数、蔓延度指数、

连接

图2 1990 2008年研究区景观类型

F i g.2 L andscape types of t he study area fro m1990to2008.

173 1期 俞龙生等:快速城市化地区景观格局梯度动态及其城乡融合区特征 以广州市番禺区为例

度指数、香农多样性指数、香农均匀度指数等7个指标分别从景观类型水平和景观水平上比较不同缓冲区梯度带上的景观格局动态特征.

2 结果与分析

2 1 景观格局总体特征

研究区景观格局各景观类型中以农业景观所占比例最高,其次是城镇景观和水体景观,植被景观所占比例最小(图3).随着城市的扩张,城镇景观逐年增加,从1990年占研究区面积的11 1%增加到2008年的31 4%,增加了1 83倍.农业景观随着城市化进程的加速呈逐年递减,从占研究区面积的53 1%下降到29 6%.据统计番禺区城市化水平由1990年24 4%上升到54 3%,人口的大量增加和城市建设导致大量农田被占用,城市建设用地的不断扩张改变了城市土地利用和景观格局.高密度植被逐年减少,低密度植被则有所增加.在城市化进程初期,大量原生植被由于城市开发而遭到破坏,由于城市绿化的加强,低密度植被逐渐增多.研究区水体景观逐年增多,特别是2000年以后增幅较大,这是由于水产养殖业的经济利益驱使导致了鱼塘等水域面积的增加.

研究区各时期景观水平上的景观指数如表3.从1990年到2005年,斑块密度呈逐年上升趋势, 2005年以后降低;最大斑块指数逐年增大,斑块形状指数升高,蔓延度指数逐渐降低;香农多样性指数和均匀度指数从1990年到2008年逐年增加.斑块密度在2005年最高,2005年前后研究区城市开发开始大规模进行,这一时期的斑块形状指数最高,斑块形状较复杂,破碎化程度较高.2000年以后最大斑块指数开始上升,表明大型城市斑块开始形成,研究区大型建设用地斑块开始增多;多样性指数和均匀度指数的升高表明随着城市化的加快斑块类型越来越丰富,斑块形状指数升高则表明斑块趋于复杂;蔓延度指数的逐年降低表明斑块的团聚程度或延展趋势增加,大型建设用地斑块大量增加

.图3 1990 2008年研究区各景观类型面积比

Fig.3 A rea percentage o f d ifferent landscape types from1990 to2008.

I:城镇景观U rban landscap e;II:水体景观W ater body l andscape; III:农业景观Agri cu lt u re l andscape;I V:高密度植被H i gh den sity veget ati on;V:低密度植被Lo w dens i ty vegetation.

2 2 景观类型水平指数梯度变化

研究区主体景观为农业和城镇景观,这两种景观也是城市化过程中反应较为显著的景观类型,所以本文重点讨论这两类景观类型的梯度动态变化.

2 2 1城镇景观格局梯度动态 城镇景观格局指数在城市化缓冲区梯度带上的变化趋势如图4a.城镇景观面积比随距城市中心距离的增加而不断降低.从时间序列上来看,随着城市化进程各梯度带上城镇景观面积比均呈增加趋势.在距城市中心4~8 km的3个缓冲带上城镇景观面积比变化幅度高于其他缓冲带,研究期内分别增加45 1%、28 1%和29 1%.1990 2000年间变化幅度较大的是前3个缓冲带,年均增加幅度为1 6%、2 1%和1 5%;而2000 2005年间变化幅度较大的是4~10km的缓冲带,年均增加幅度为2 7%、2 1%、2 1%和2 3%;2005 2008年间年均增加幅度有所降低,各缓冲带增加幅度较接近.

随着城市化进程的加快,城镇景观斑块密度从1990 2005年不断上升,斑块密度在城市化缓冲区梯度带表现为先升高后降低的趋势.2008年斑块密度比前一时期有所降低,在城市化缓冲区梯度带则

表3 1990 2008年研究区景观水平景观指数

Table3 Land scape i nd ices at landscap e leve l fro m1990to2008

时期Period

斑块密度

Patch dens it y

(patch s?100h m-2)

最大斑块指数

Largest p atch

i ndex(%)

景观形状指数

Landscape shape

i ndex

蔓延度指数

Con tagion

i ndex(%)

香农多样性指数

Shannon

divers i ty i ndex

香农均匀度指数

Shannon

evenn ess i nd ex

199023 211 9467 5742 31 330 83 200033 48 1793 3835 21 400 87 200551 415 24112 3331 01 430 89 200837 821 0897 6332 61 440 90

174应 用 生 态 学 报 22卷

图4 缓冲区梯度带景观类型水平指数变化

F i g.4 V ariati ons i n landscape i nd ices a l ong the bu ffer zones at class l eve.l a)城镇景观U rban l andscape;b)农业景观A gricu lt u re l and s cape.

表现为逐渐升高的趋势.城镇景观斑块密度的峰值逐年向外推移,1990年在距离城市中心4~6km处出现峰值,2000年和2005年在距离城市中心8~10 k m处出现峰值,2008年在距离城市中心10~14km 处出现峰值.最大斑块指数在城市化缓冲区梯度带上表现为降低的趋势,前两个时期在距离城市中心2~4km处急剧下降,4km以后趋于平缓;后两个时期在距离城市中心2~8km处急剧下降,在距离城

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1期 俞龙生等:快速城市化地区景观格局梯度动态及其城乡融合区特征 以广州市番禺区为例

市中心8km以后趋于平缓.斑块形状指数在城市化缓冲区梯度带表现为先升高后降低的趋势,前两个时期在距离城市中心8~10km出现高峰,后两个时期逐渐向外推移.城镇景观连接度在城市化缓冲区梯度带上表现为逐渐降低的趋势,随着城市化的进行,景观连接度逐年升高,特别是1990 2005年景观连接度增加幅度最大,2005年以后大的城市斑块逐渐成型,景观连接度变化幅度不大.

总体来看,研究区城镇景观格局指数沿城市化梯度变化特征表现为城镇景观面积比逐渐降低,斑块密度先升高后降低,1990 2000年在距离城市中心4~6k m处出现高峰,2000年以后向后推移.最大斑块指数沿城市化梯度逐渐降低,斑块形状指数沿城市化梯度逐渐升高,斑块连接度逐渐降低.沿城市化梯度带斑块逐渐趋于破碎化,小的城市斑块逐渐增多.随着城市化进程的加快,城镇斑块逐渐向外蔓延,最大斑块指数逐年升高,斑块连接度逐年增加,大的城市斑块逐渐增加并向城市外围扩张.

2 2 2农业景观格局梯度动态 农业景观格局指数在城市化缓冲区梯度带上的变化趋势如图4b.农业景观面积比随距城市中心距离的增加而不断增加.时间序列上来看,随着城市化进程各梯度带上农业景观面积比呈降低趋势.在距城市中心4~6km的两个缓冲带上农业景观面积比变化幅度高于其他缓冲带,研究期内分别减少3

3 6%、22 1%.1990 2000年间变化幅度较大的是前2个缓冲带,年均减少幅度为1 4%和1 9%;而2000 2005年间变化幅度较大的是6~14km的缓冲带,年均减少幅度为1 8%、1 5%、1 9%、1 8%和2 5%;2005 2008年间年均变化幅度有所升高,各缓冲带减少幅度都在2 0%左右.

1990 2005年农业景观斑块密度在城市化缓冲区梯度带上均表现为逐渐降低的趋势.2005年农业景观斑块密度最大,表明这一时期农业景观破碎化最严重;2008年斑块密度在城市化缓冲区梯度带则表现为缓慢升高的趋势.表明随着城市化进程的加快,城市中心附近的农业景观受到较大干扰,表现出斑块数量增加、破碎化程度逐渐升高的趋势,而随着城市化的推进,城市周边的农业景观逐渐被城市化景观所代替.最大斑块指数在城市化缓冲区梯度带上逐渐升高,不同时间序列上的最大斑块指数逐年降低,2005年以前减少幅度较大,2005年以后变化不明显.斑块形状指数在城市化缓冲区梯度带上的表现为先升高后缓慢降低的趋势,特别是2005年斑块形状指数在距离城市中心4~8km处达到最大值,表明受到的干扰最大,斑块形状趋于不规则;而2008年斑块形状指数峰值向外推移,表明城市外围的农业景观逐渐受到干扰.景观连接度在城市化梯度缓冲带上表现为逐渐升高的趋势,在距离城市中心2~8km缓冲带内,景观连接度逐年降低,特别是2005年景观连接度最低;而8~14km缓冲带内农业景观连接度变化不明显,表明离城市中心越远,农业景观连接度越高,受到的干扰越小,斑块越完整.

总体来看,农业用地景观指数沿城市化梯度变化特征表现为农业景观面积比逐渐升高,斑块密度先升后降,最大斑块指数沿城市化梯度逐渐升高,斑块形状指数沿城市化梯度先升高后降低,斑块连接度逐渐升高.随着城市化进程的加快,城市周边的农业斑块受到强烈干扰,趋于破碎化,并逐渐被城市化景观所代替.

2 3 景观水平指数梯度变化

不同时期景观水平的景观格局指数在城市化缓冲区梯度带上的变化趋势如图5.斑块密度在缓冲区梯度带上总体表现为先升高随后降低的趋势,在距离城市中心4~6km处斑块密度出现高峰.不同时间序列上来看,从1990年到2005年,斑块密度不断增加,2005年斑块密度达到最大值,在缓冲区梯度带上均表现为先升高随后降低的趋势,高峰均出现在距离城市中心4k m处,表明随着城市化进程的加快,景观破碎化程度逐年升高.2008年斑块密度在缓冲区梯度带上变化趋势与其他年份不同,在8~ 10km处出现高峰,表明景观破碎化逐渐向外围扩展.

最大斑块指数在缓冲区梯度带上表现为逐渐降低的趋势,在距离城市中心2~6km急剧下降,在8~14km处较平缓.1990年到2008年在距离城市中心8km以内,最大斑块指数逐年升高,表明随着城市化的进行,大的城市斑块逐渐增多.1990年到2000年最大斑块指数在6~8km处最低,而2005 2008年在10~14km处最低,表明随着城市化的进行,城市开发造成的破碎化程度高的地区逐渐向外扩展.

景观形状指数在缓冲区梯度带上总体表现为先升高后降低的趋势.前两个时期斑块形状指数均在距离城市中心8k m处出现高峰,而后两个时期斑块形状指数在缓冲区梯度带上表现为逐渐升高,在距离城市中心10~14km处出现高峰,表明随着城市化的进行,城市外围的斑块逐渐趋向于不规则.

176应 用 生 态 学 报 22卷

图5 缓冲区梯度带景观水平指数变化

F i g.5 V ariati ons i n landscape i nd ices a l ong the bu ffer zones at landscape leve.l

蔓延度指数在缓冲区梯度带上表现为先降低后升高的趋势.前两个时期蔓延度在4~6km处出现低谷,后两个时期则在6~8k m处出现低谷.在距离城市中心8km以内斑块蔓延度逐年升高,表明随着城市化的进行,城市中心地区附近逐渐出现大的城市斑块,斑块团聚程度或延展趋势增加.而在距离城市中心8~14km处蔓延度逐年降低,表明城市开发向外围扩展,造成城市外围斑块破碎化,团聚程度降低.

香农多样性指数和均匀度指数在缓冲区梯度带上均表现为先升高后降低的趋势,在距离城市中心4~6km和6~8k m处出现高峰,表明此区域内景观多样性最高,斑块类型最复杂,斑块破碎化程度最高.在距离城市中心6k m以内,景观多样性和均匀度逐年下降,城市景观逐渐代替其他景观,随着城市化的进行,城市中心地区附近景观多样性逐渐下降.在距离城市中心6~14km的景观多样性和均匀度逐年升高,城市外围景观类型趋于多样化,景观多样性和均匀度逐渐升高.

总体来看,从1990年到2005年城市化进程逐年加快,斑块数量逐渐增加,城市斑块逐渐向外围扩展,在距离城市中心6km以内,城市斑块逐渐融合,景观多样性和斑块破碎化程度逐年降低,6~8km 及外围景观多样性和斑块破碎化程度逐年升高.从2005年到2008年,斑块密度有所降低,城市开发重心逐渐向城市外围扩展,在距离城市中心10~14 km处景观多样性和斑块破碎化程度增加.

2 4 景观格局梯度变化的城乡融合区特征

景观指数在城市化梯度带上均表现出明显的规律性变化,斑块密度、蔓延度指数、景观形状指数和多样性指数等都体现了景观破碎化与城市化梯度带之间的依赖性.研究区景观格局在城市化梯度上具有典型的城乡融合区特征,处于城市化快速发展的阶段.在距离城市中心4~6km的梯度带上斑块破碎化程度出现峰值,斑块形状趋于复杂,景观多样性最高.这一区域城市景观所占比例高,新的城市斑块逐渐出现,并融合成大的城市斑块,逐渐取代农业景观成为优势景观,是城市化扩张的重点地区.其他景

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1期 俞龙生等:快速城市化地区景观格局梯度动态及其城乡融合区特征 以广州市番禺区为例

观类型则受到强烈干扰,景观多样性随之升高,农业景观在距离城市中心4~8km处受到干扰最严重,而在外围地区由于城市化程度较低,斑块连接度较高,农业景观仍是优势景观.不同时间序列的景观格局动态表明各梯度带城市景观快速增加,而距离城市中心4~6k m的梯度带城市景观的增加速率最高,农业景观则逐年减少并趋于破碎化,城市化进程后期距离城市中心10~14k m的梯度带上农业景观也受到干扰,表明城乡融合区有不断向远离城市中心方向扩展的趋势.斑块类型水平和景观水平的景观指数都很好地体现了城市化梯度带上城乡融合区的发展[8].

3 讨 论

景观格局指数与城市化梯度之间具有明显的相关性[2,15],本研究采用城市化中心辐射缓冲区的方法反映了城市化梯度带上的景观格局时空演化特征.研究结果表明,景观类型水平指数和景观水平指数在城市化梯度上表现出明显的规律性,斑块密度、蔓延度指数和多样性指数都呈现明显的#(?形特征,很好地支持了景观破碎化程度与城市化梯度的关联性.而最大斑块指数则在城市化梯度上呈现降低的趋势,城市化地区的最大斑块指数较高,这与城市斑块的聚合有很大关系,同时也与缓冲区形状有一定关系.景观指数峰值出现在距城市中心4~6 k m的梯度带上,这一地区的城市化速率最快,城市景观逐渐占据优势地位,其他景观类型受到干扰最严重,景观破碎化程度高[21,27].时间序列上的景观格局变化数据体现了不同城市化梯度带上景观格局动态的差异,城乡融合区的景观格局具有斑块形状复杂、景观多样性和破碎化程度高、景观动态变化剧烈的特点.城乡融合区城市景观的增加速率极高,新的城市斑块不断出现,并融合成大的城市斑块,逐渐取代农业景观成为优势景观,这与半城市化地区有所不同[28].以城市化中心建立辐射缓冲带的分析方法很好地指示了快速城市化地区景观梯度动态和城乡融合区特征,也为快速城市化过程和城乡融合区的判定提供了量化依据.

研究结果还体现了城乡融合区逐渐向城市外围扩展的现象,研究期内在距离城市中心6k m以内,景观多样性和斑块破碎化程度在研究期内逐年降低,而6k m以外景观多样性和斑块破碎化程度逐年升高,景观指数的峰值有逐年向后推移的趋势.城市中心地区的破碎化程度下降是由于城市景观的快速增加并逐渐成为优势景观,农业景观也基本消失,土地利用强度已经达到极限.而距城市中心6km以外的地区破碎化程度逐年升高,体现了城市化开发所带来的干扰日益严重.景观破碎化程度向外推移的趋势,表明城乡融合区逐渐向城市外围地区扩展,黄家生等[10]研究也表明,上海市与大马尼拉市景观破碎化有向城郊地区递增的趋势.本研究结果较好阐述了城乡融合区景观格局的发展过程,为深入探讨快速城市化地区城市生态过程提供了实证.

景观格局指数具有明显的尺度依赖性,不同梯度样带设置方法会对景观指数结果有影响,而且设置不同步长和不同形状的缓冲区对景观指数结果也有影响.然而无论采用何种梯度分析方法,城市化梯度带上景观总体变化规律总是一致的,不会出现显著差异[8].以城市化中心建立辐射缓冲区的方法与移动窗口梯度分析方法相比,能够较全面地反映研究区域各梯度带上的景观格局总体特征,而且具有简便易操作的特点.另外番禺区的城市化发展受广州市辐射带动作用明显,景观动态也存在南北方向上的分异[29],移动窗口梯度分析方法在解释景观梯度动态的方向分异上则更具有优势.粒度对景观格局指数结果有显著影响,本研究采用光谱角制图法结合决策树的分类方法虽然提高了分类精度,然而TM影像不同时相和季相的差异也会给研究结果带来一定程度的影响,采用分辨率更高的影像数据则能够提高景观分析的准确性.

城市景观的快速增长是由斑块的扩展、合并和新斑块不断出现共同构成的一个复杂过程,受到社会经济发展、区位、交通和土地资源禀赋等诸多因素影响[30].珠三角是城市快速扩张的典型地区之一,随着城市区域的扩张,城市周边地区出现城镇化和乡村工业化[31].番禺区是广州市发展的重点地区,由于广州#南拓?战略的实施,经济社会进入高速增长阶段,由此带来土地开发与各项建设的高潮.加上广州城市经济转型、升级过程中部分企业向番禺迁移,以及广州大学城、广州新城、广州南站、亚运村的建设,番禺区对城镇用地的需求量大增.番禺区社会经济的快速发展是其景观格局显著变化及城乡融合区特征凸现的主要驱动因素[32].

城市与乡村是社会 经济 生态复合体,城乡边缘效应是一个值得深入探讨的课题[33].城乡融合区是农业活动和非农业活动并存、兼有城乡两个方面特点的地域类型,景观格局动态演化十分显著[34-35],是生态环境脆弱的地带.而乡村城市化和

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乡村工业化以及#城中村?的出现所带来的一系列生态环境问题,以及基础设施和社会公共服务设施的不健全,为城市规划和环境管理带来诸多难题.利用景观格局分析方法监测和模拟城乡融合区的发展及其生态影响有利于制定更有效的发展政策[9].城乡融合区的生态可持续发展规划需要重视城乡边缘效应及其在城市规划中的应用,综合考虑社会经济和生态因素,制定科学合理的产业发展政策和土地利用政策.还需要采取有效的环境保护和管理措施,加强对农用地的保护和土地的集约利用,加强受损生态系统的生态修复,提高城乡融合区可持续发展水平.

致谢 感谢深圳市环境科学研究院叶有华博士和中山大学周婷博士为本文提出宝贵意见.

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作者简介 俞龙生,男,1984年生,硕士,工程师.主要从事景观生态与规划研究,发表论文5篇.E m a i:l sysu l ss@163. co m

责任编辑 肖 红

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