全 文 ：深圳市生态用地景观连通性动态评价*
吴健生摇 刘洪萌**摇 黄秀兰摇 冯摇 喆
(北京大学深圳研究生院 /城市人居环境科学与技术重点实验室, 广东深圳 518055)
摘摇 要摇 生态用地是快速城市化地区敏感的土地利用类型,景观连通性是研究景观结构和景
观功能互馈关系的重要途径.利用 1996—2008 年深圳市土地利用数据和基于图论的整体连
通性指数、可能连通性指数和斑块重要值,对深圳市生态用地的景观连通性进行动态评价,试
图从空间上识别出维持整体景观连通性的重要斑块,并结合深圳市基本生态控制线,评价生
态控制线内外生态用地景观连通性的变化. 结果表明: 1996—2008 年,深圳市生态用地全局
连通性基本呈下降趋势,维持连通性的重要斑块的重要程度及其分布均发生变化;基本生态
控制线对维持线内生态用地的景观连通性发挥了一定作用.
关键词摇 景观连通性摇 生态用地摇 深圳
文章编号摇 1001-9332(2012)09-2543-07摇 中图分类号摇 P901; Q149摇 文献标识码摇 A
Dynamic evaluation on landscape connectivity of ecological land: A case study of Shenzhen,
Guangdong Province of South China. WU Jian鄄sheng, LIU Hong鄄meng, HUANG Xiu鄄lan, FENG
Zhe (Key Laboratory for Environmental and Urban Sciences, Shenzhen Graduate School, Peking Uni鄄
versity, Shenzhen 518055, Guangdong, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(9): 2543-2549.
Abstract: Ecological land is the most crucial and sensitive land use type in rapidly urbanizing are鄄
as. Landscape connectivity can help us to better understand the interactions between landscape
structure and landscape function. By using the land use data of Shenzhen from 1996 to 2008 and
the graph theory鄄 based integral index of connectivity ( IIC), probability index of connectivity
(PC), and importance value of patches (dPC), a dynamic evaluation on the landscape connectivi鄄
ty of ecological land in the City was conducted, and a spatial assessment was made to identify the
most important patches for maintaining overall landscape connectivity. In combining with the basic
ecological controlling line in Shenzhen, the variations of the landscape connectivity of the ecological
land inside and outside the basic ecological controlling line were evaluated. From 1996 to 2008, the
overall landscape connectivity of the ecological land in Shenzhen displayed a downward trend, the
importance and the spatial distribution of the important patches for maintaining the overall landscape
connectivity changed, and the basic ecological controlling line played definite roles in maintaining
the landscape connectivity of ecological land inside the line.
Key words: landscape connectivity; ecological land; Shenzhen.
*国家自然科学基金项目(41130534,41001112,40801066)资助.
**通讯作者. E鄄mail:hongmeng1987@ 126. com
2011鄄10鄄28 收稿,2012鄄06鄄26 接受.
摇 摇 景观连通性指景观促进或阻碍生物或某种生态
过程在源斑块间运动的程度[1],可反映景观要素对
于某种水平运动过程的抑制程度. 根据度量方法的
不同,景观连通性可分为结构连通性和功能连通性,
前者仅从景观要素的空间连续性出发,后者考虑到
了特定的生态过程[2] . 近年来,景观连通性成为景
观生态学领域的研究热点. 该理论主要应用于生物
多样性保护[3-4]、森林资源管理[5]、保护区规划和城
市景观规划[6] .景观连通性的研究多以具体的生物
物种为研究对象[7-10],同时,景观连通性的测度也是
重要的研究内容[11-12],测度方法主要包括实际试验
跟踪研究法,景观动态、复合种群、迁移扩散等模型
法,基于最小耗费距离模型和图论的景观指数
法[13-16],其中,基于图论的指数方法不但能够很好
地反映景观破碎化、识别重要的中间斑块,而且综合
考虑了景观中各要素对生态过程的影响,弥补了其
他度量方法在针对性不强、评价识别过程复杂、参数
设置主观化等方面的缺点,也能较好地与规划管理
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 9 月摇 第 23 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2012,23(9): 2543-2549
实践相结合[17] .
生态用地指对保持良好生态环境质量、维持区
域生态平衡直接有益或具有潜在价值的所有土地利
用方式,其具有维护生物多样性以及区域或全球生
态系统平衡的作用[18-19] . 过去的二三十年中,我国
经历了快速的城市化过程,该过程不可避免地导致
大量耕地、林地、草地、水域等生态用地类型转化为
城市建设用地[20],导致城市生态用地出现萎缩、破
碎化、孤岛化等现象.本文以我国典型的快速城市化
城市———深圳为例,利用基于图论的景观连通性评
价指数对研究区生态用地的景观连通性进行动态分
析,并试图识别出对于维持景观连通性具有重要作
用的生境斑块,结合深圳市生态用地相关管理政策,
对研究区生态用地保护现状进行评价,为合理开展
区域生态环境管理和建设提供科学建议和依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
深圳陆域(22毅27忆—22毅52忆 N,113毅46忆—114毅37忆
E)总面积 1952. 84 km2,全境地势东南高、西北低,
低山、平缓台地和阶地丘陵为主要地貌形态.在过去
30 年的快速城市化发展过程中,深圳经历了剧烈的
土地利用覆被变化,表现最明显的是大量生态用地
类型(如林地、耕地等)转变为了硬质化的城市建设
用地.深圳市生态用地在空间上受到蚕食和割裂,逐
步退缩到以羊台山、梧桐山、排牙山和七娘山等为核
心的低山岛状区域内[21] . 1989—2003 年,深圳市城
镇建设用地占土地总面积比例由 6. 7% 增加到
35郾 6% ,生态用地比例从 88. 5%锐减到 61郾 4% [20],
2008 年深圳市生态用地比例为 52. 9% .深圳市的城
市发展目标是成为经济文化繁荣、生态宜居的国际
化城市[22],为实现该目标,维持和提供良好的生态
环境质量、及时保护城市中起关键生态功能的生态
用地是深圳市城市建设的重要命题.
1郾 2摇 数据准备
本文利用 1996、2000、2004 和 2008 年深圳市土
地利用数据(来源于深圳市国土资源局的土地利用
详查与土地利用变更调查),结合生态用地的内涵,
基于 ArcGIS 9. 3 软件,提取 1996、2000、2004 和
2008 年生态用地(图 1). 生态用地类型包括耕地、
园地、林地、草地、水域和未利用地(包括荒草地和
沼泽地).
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 全局景观连通性评价摇 本文采用整体连通性
指数( integral index of connectivity,IIC)和可能连通
性指数( probability of connectivity,PC)对景观全局
的连通性进行评价.其计算公式如下:
IIC = (移
n
i = 1
移
n
j = 1
aia j
1 + nlij
) / AL2 (1)
式中:n为景观中斑块总数;ai 和 a j 分别为斑块 i和
斑块 j的面积;nlij为斑块 i 与斑块 j 之间的连接数;
AL 为背景景观的面积. 0臆IIC臆l. IIC 为 0 表示各生
境斑块之间没有连接,IIC为 1 表示整个景观都为生
境斑块[23-24 ] .
PC = (移
n
i = 1
移
n
j = 1,i屹j
pij*aia j) / AL2 (2)
式中: pij*为物种在斑块 i和 j直接扩散的最大可能
性. 0图 1摇 1996—2008 年深圳市生态用地
Fig. 1摇 Situation of ecological land of Shenzhen from 1996-2008.
玉:非生态用地 Non鄄ecological land; 域:生态用地 Ecological land.
4452 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
1郾 3郾 2 景观重要斑块识别摇 在计算全局连通性指数
的基础上,计算出每个斑块的重要值,即每个斑块对
于维持景观连通性的重要程度.由于 PC比 IIC 的优
势更多,更具有合理性,因此本文采用斑块重要值
(dPC)来衡量斑块的重要性.
dPC = (PC - PCremove) / PC 伊 100% (3)
式中:PCremove为去除单个斑块后剩余斑块的整体指
数值[24];dPC指利用某斑块被移除后 PC 的变化来
衡量该斑块对于维持景观连通性的重要程度.
IIC和 PC 均是基于图论的景观连通性评价指
数,可以综合测度整个景观尺度上生境斑块的连通
性程度. IIC基于二元连通性模型,即景观中斑块只
有连通和不连通两种情况;PC 基于可能性模型,斑
块之间连通性的可能性与斑块间距离有关. IIC 和
PC的计算均需要设置扩散阈值距离,为了使研究结
果具有可比性,本文对距离阈值进行统一设定.生态
用地作为生境斑块,研究区整体景观作为背景景观.
以上指数计算均基于 Conefor Sensinode 2. 2 软件和
ArcGIS 9. 3 软件.
1郾 3郾 3 生态用地连通性保护评价摇 在全局景观连通
性动态评价以及重要斑块识别的基础上,结合研究
区生态用地保护规划政策———深圳市基本生态控制
线,对深圳市生态用地保护现状及合理性进行评价,
为生态用地的科学保护和管理提供可行性依据.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 深圳市生态用地全局连通性动态评价
由表 1 可以看出,1996—2008 年,深圳市生态
用地总量总体呈下降趋势,仅 1996—2000 年有小幅
增长,2000 年后的下降趋势尤为明显,2000—2004
年间的降幅达 7. 9% ;除园地外,其余 5 类生态用地
的面积比例均呈减少趋势,其中,未利用地和林地的
降幅最大,耕地虽然减幅不大,但由于其本身所占比
表 1摇 1996—2008 年深圳市各生态用地类型的面积比例
Table 1摇 Area percentage of ecological land types in Shen鄄
zhen City from 1996-2008 (%)
生态用地类型
Ecological land type
1996 2000 2004 2008
耕地 Cultivated land 3. 5 3. 9 2. 4 2. 0
园地 Garden plot 10. 7 14. 1 14. 2 12. 8
林地 Forest land 32. 3 33. 2 30. 3 29. 3
草地 Grass land 0. 2 0. 02 0. 02 0. 1
水域 Water area 10. 8 11. 6 9. 5 8. 3
未利用地 Unutilized land 3. 4 2. 3 0. 6 0. 4
总计 Total 60. 9 65. 0 57. 1 52. 9
例较小,导致其相对损失幅度较大. 2008 年的园地
面积比例较 1996 年增长近 2% ,主要由于园地具有
一定的经济效应,较容易形成规模化经营,自然条件
限制少,在城市化进程中,与其他生态用地类型相
比,更具竞争力. 与整体比例减少趋势不同,1996—
2000 年间,研究区耕地、林地和水域面积比例有小
幅增长.
摇 摇 整体来看,研究期间的 IIC 值都较小,且呈逐年
降低趋势,说明研究区生境斑块之间的连通性很低;
与 IIC相比,PC 值稍有增加,原因在于可能性连通
指数考虑了斑块之间的连通可能性,一些中间斑块
增加了整个景观的连通性程度. 1996—2000 年,PC
值稍有增加,2000—2008 年,PC 值呈下降趋势,且
降幅较大(表 2).总体而言,研究期间深圳市 IIC 和
PC值均不高,表明深圳市生态用地景观整体连通性
程度较低.
2郾 2摇 深圳市生态用地的重要斑块识别
2郾 2郾 1 景观斑块连通性重要值数量特征变化摇 利用
极差标准化方法对斑块重要值(dPC)进行无量纲处
理,进而对重要斑块进行分等定级,1 ~ 5 表征斑块
重要程度,数值越大表征斑块重要程度越高.
1996—2008 年,5 级重要斑块所占比例呈大幅
下降,降幅约 29% ,其中,2000—2004 年的下降速率
最快;4 级重要斑块所占比例有小幅降低,但总体维
持在 15%左右;3 级重要斑块面积比例的变化轨迹
较复杂,1996—2000 年小幅降低,2000—2004 年大
幅增加,2004—2008 年又小幅降低,但总体呈增加
趋势;2 级和 1 级重要斑块面积比例均呈较稳定的
增长趋势(图 2).
2郾 2郾 2 景观连通性重要斑块空间特征变化 研究期
间,深圳市重要斑块分布呈现出东南重、西北轻的总
体趋势. 1996 年,5 级重要斑块主要分布在深圳市东
南部,包括罗湖、盐田以及龙岗的坪山、葵涌、大鹏和
南澳地区;2000 年,其分布范围减少,主要分布于龙
岗的坪山、葵涌、大鹏、南澳以及盐田的小部分地区;
表 2摇 1996—2008 年深圳市生态用地全局景观连通性
Table 2 摇 Overall connectivity of ecological land of Shen鄄
zhen City from 1996-2008
年 Year IIC PC
1996 0. 15 0. 32
2000 0. 1 0. 33
2004 0. 07 0. 24
2008 0. 05 0. 18
IIC:整体连通性指数 Integral index of connectivity; PC:可能连通性指
数 Probability index of connectivity.
54529 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴健生等: 深圳市生态用地景观连通性动态评价摇 摇 摇 摇
图 2摇 1996—2008 年研究区不同级别重要斑块所占比例
Fig. 2 摇 Proportions of different important level patches from
1996-2008 in the study area.
1 ~ 5:级别 Level. 下同 The same below.
2004 年,其分布范围继续减少,且减幅巨大,仅保留
于盐田的部分地区以及龙岗区坪山和葵涌的部分地
区;2008 年与 2004 年基本一致. 1996 年,4 级重要
斑块主要分布于西北部的宝安区;2000 年分布趋于
分散,主要在宝安区西部、南山北部与宝安交界处,
以及盐田、罗湖、龙岗三区交界处;2004 年,主要分
布于龙岗区的大鹏和南澳部分地区;2008 年与 2004
年基本一致. 3 级重要斑块总体上分布面积最少,
2004 年之后分布面积取代了之前较多的 5 级重要
斑块并趋于稳定. 2 级和 1 级重要斑块分布较广,且
逐渐替代了等级更高的斑块(图 3).
总体而言,深圳市生态用地景观连通性重要斑
块主要分布在东南部的低山地区;研究期间,重要性
斑块的分布范围缩小,逐渐退化成等级为 2 或 1 的
斑块类型.
2郾 3摇 深圳市生态用地保护现状评价
结合深圳市生态控制线,对 2004 和 2008 年基
本生态控制线内外的生态用地斑块进行分析. 结果
表明,2004—2008 年,生态控制线内部 5 级重要斑
块基本保持不变,仅有很少部分退化为 1 级斑块;大
部分的 4 级和 2 级重要斑块保持不变,仅少数斑块
退化为重要等级较低的斑块;3 级重要斑块的变化
最大,很大一部分斑块退化为 2 级斑块,极少部分的
斑块重要性程度有所提高;部分 1 级斑块的重要程
度提高,其中,多数升级为 2 级斑块,仅很少部分升
级为 5 级斑块(表 3).基本生态控制线内部重要斑
块的属性没有发生很大变化,尤其是 5 级重要斑块.
斑块重要性程度变化的总体突出趋势是重要程度降
低,等级最低的 1 级斑块除外,但 1 级斑块也只有很
少比例(0. 1% )转变为重要程度更高的斑块.
摇 摇 2004—2008 年,生态控制线外部各个不同等级
的重要斑块的保留程度除 1 级斑块外,均小于生态
控制线内部相应重要等级斑块的保留程度(表 4).
生态控制线外部的 5 级斑块,大部分保留,少部分退
表 3摇 2004—2008年生态控制线内部重要斑块类型转移矩阵
Table 3摇 Transfer matrix of types of important patches in鄄
side of ecological control line (%)
2004 年重要斑块
类型级别
Level of important
patches in 2004
2008 年重要斑块类型级别
Level of important patches in 2008
1 2 3 4 5
1 87. 0 10. 2 1. 8 1. 0 0. 1
2 4. 0 96. 0 0 0 0
3 1. 0 39. 5 59. 6 0. 0 0
4 0. 8 2. 7 0. 2 96. 3 0
5 0. 04 0 0 0 99. 9
图 3摇 1996—2008 年深圳市景观连通性重要斑块分布
Fig. 3摇 Distribution of connectivity important patches from 1996-2008 in Shenzhen City.
6452 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 4摇 2004—2008年生态控制线外部重要斑块类型转移矩阵
Table 4摇 Transfer matrix of types of important patches out鄄
side of ecological control line (%)
2004 年重要斑块
类型级别
Level of important
patches in 2004
2008 年重要斑块类型级别
Level of important patches in 2008
1 2 3 4 5
1 96. 0 1. 5 0. 2 2. 2 0. 03
2 39. 0 61. 0 0 0 0
3 27. 3 27. 7 45. 0 0 0
4 2. 8 2. 9 5. 1 89. 2 0
5 11. 1 0 0 0 88. 9
化为 1 级斑块;4 级、3 级和 2 级斑块均有不同程度
的保留和不同程度的退化,且均无斑块重要等级升
级的情况发生;1 级斑块保留程度较大,也有很少部
分的斑块升级为较高等级的斑块.整体上,基本生态
控制线外部的斑块的属性变化较内部剧烈(图 4),
多数斑块的变化趋势是降低为较低等级的斑块,仅
有部分原有的 1 级斑块升级为较高等级的斑块.
生态控制线外部的重要斑块主要分布于东南部,
且大部分等级较高的斑块位于基本生态控制线以内.
图 4摇 2004 和 2008 年基本生态控制线内外生态用地重要斑块分布的对比
Fig. 4摇 Contrast of distribution of important patches inside and outside of ecological line in 2004 and 2008.
a)生态控制线内 Inside of ecological line; b)生态控制线外 Outside of ecological line.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 全局景观连通性动态变化
1996—2008 年,深圳市生态用地所占比例大幅
降低,这是快速城市化发展过程带来的必然结果.城
市化过程中城市的实体扩张和货币增长都对建设用
地有硬性要求,这是生态用地转变为建设用地的根
本驱动力.本文采用基于图论的景观连通性指数对
深圳市全局景观连通性进行评价. 该种评价方法是
目前的研究趋势,国内学者应用该方法开展了一些
案例研究[25-26] .通过将本研究结果与其他城市在相
同扩散阈值下的生态连通性进行横向比较,结果表
明,深圳市生态用地景观连通性程度较低,并有继续
降低的趋势. 1996—2000 年,整体连通性指数的降
幅很大,而可能连通性指数却相对稳定.这并不代表
二者存在矛盾,而是可以体现出生态用地景观自身
内部的变化趋势.由于全局连通性指数是基于二元
连接模型的指数,即超出某阈值范围的斑块则被判
断为不连通,而可能连通性指数在测度过程中考虑
了斑块的垫脚石效应. 1996—2000 年,深圳市生态
用地斑块之间的距离增大,产生了一定程度的斑块
破碎化,但在破碎化过程中,保存或产生了一些重要
的小型斑块作为中间斑块,维持着景观的连通性.
2000 年后,深圳市生态用地整体的景观连通性在不
断降低,在 2005 年基本生态控制线划定之后,深圳
市景观连通性仍在降低. 基本生态控制线的效用不
能单凭此就给予结论,需要更长时序的动态研究.生
态用地景观连通性不断降低的原因与生态用地数量
减少的驱动力在一定程度上是一致的. 城市化发展
对建设用地的硬性需求,使生态用地在数量和景观
结构上发生变化.景观连通性的降低还与微观的具
体建设行为相关,即建设开发的无序和混乱是导致
景观连通性降低的主要原因.换言之,在开发建设过
程中考虑景观连通性、注意维护某些重要性斑块,可
以在较破碎化的景观中维持较高的景观连通性,从
而发挥资源斑块的生态功能.
74529 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴健生等: 深圳市生态用地景观连通性动态评价摇 摇 摇 摇
3郾 2摇 局部斑块重要性动态变化
斑块连通性的重要程度发生变化,意味着斑块
在维持景观连通性中所起到的作用发生了变化. 斑
块对于整个景观连通性的重要程度不仅取决该斑块
自身的面积大小,更多地取决于斑块与其他资源斑
块之间的距离和连结程度.斑块的重要性程度降低,
在一定程度上说明该资源斑块的面积减小,或该斑
块与其他斑块之间的联系减少,在阈值一定的情况
下,说明该景观中资源斑块的破碎化程度增加.
1996—2008 年,深圳市 5 级重要斑块的比例大幅下
降,说明重要等级程度较高的资源斑块在快速城市
化进程中面积消减,整个生态用地的景观破碎化程
度增加.大面积的重要等级较高的资源斑块的消退,
是深圳市城市化 30 年来生态用地景观连通性变化
的最突出表现.高等级重要性斑块多集中在深圳市
东南部,这与深圳市地貌特征有重要关系.东南部多
为低山地带,是深圳市海拔较高的地区,大型资源斑
块多集中在这些地区.重要斑块空间分布发生变化,
意味着斑块之间产生隔离现象,即大型斑块之间缺
乏相应的垫脚石斑块,使大型斑块之间的连结程度
降低,造成这些斑块对整体景观连通性的贡献发生
变化.这就对生态规划的相关工作提出挑战,可以通
过在大型资源斑块周边维持或重构一些小型垫脚石
斑块,以维持整个景观的连通性.
3郾 3摇 景观连通性与生态用地保护策略
基于图论的景观连通性评价指数能对景观要素
重要程度进行空间识别,可为生态管理政策的效用
评价提供途径.深圳市基本生态控制线在维持控制
线内部生态用地斑块属性的稳定性方面具有显著作
用. 2004—2008 年,大多数较高等级的重要斑块都
维持了自身的属性特征.
从整体生态用地分布范围来看,95%以上重要
的生态用地斑块均落在深圳市基本生态控制线内
部,即基本生态控制线的划定范围具备一定程度的
合理性. 2008 年,仅位于龙岗坪山、葵涌和南澳的少
量重要斑块的边缘位于生态控制线之外,建议可以
对基本生态控制线进行微调整.同时,这些斑块也是
未来生态用地保护的重点地区.
受到城市化过程中各种建设活动的影响,生态
控制线外部的生态用地斑块变化较剧烈.可见,基本
生态控制线的划定在一定程度上对于保护控制辖区
以内的生态用地起到了积极作用,但该策略也是一
把双刃剑,基本生态控制线在一定程度上反而促进
了生态控制线外部的生态用地的被开发速度. 这种
机械的二值化的发展趋势,对于深圳市生态系统安
全是不利的.
因此,建议除了对重要性程度较高的基本生态
控制线以外的生态用地进行合理保护和规划外,还
应该定期对整体生态用地进行规模和质量评估. 生
态用地景观是具有生态功能的整体单元,整体评价
有益于全面把握其变化趋势,从而采取更合理的维
护措施.
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作者简介摇 吴健生,男,1965 年生,副教授.主要从事土地利
用与景观生态学研究. E鄄mail: wujs@ szpku. edu. cn
责任编辑摇 杨摇 弘
94529 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 吴健生等: 深圳市生态用地景观连通性动态评价摇 摇 摇 摇