全 文 ：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 摇 符以福2 摇 喻怀义1 摇 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)
摘摇 要摇 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 TM
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 ~ 6 km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.
关键词摇 城市化摇 景观格局摇 梯度分析摇 城乡融合区摇 缓冲区摇 广州市番禺区
文章编号摇 1001-9332(2011)01-0171-10摇 中图分类号摇 Q149摇 文献标识码摇 A
Landscape pattern gradient dynamics and desakota features in rapid urbanization area: A
case study in Panyu of Guangzhou. YU Long鄄sheng1,2, FU Yi鄄fu2, YU Huai鄄yi1, LI Zhi鄄qin1
( 1Guangzhou Research Institute of Environmental Protection, Guangzhou 510620, China; 2 Institute
of Ecology and Evolution, Sun Yat鄄sen University, Guangzhou 510275, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. ,2011,22(1): 171-180.
Abstract: In order to understand the landscape pattern gradient dynamics and desakota features in
rapid urbanization area, this paper took the rapidly urbanizing Panyu District of Guangzhou City as
a case, and analyzed its land use and land cover data, based on four Landsat TM images from 1990
to 2008. With the combination of gradient analysis and landscape pattern analysis, and by using the
landscape indices in both class and landscape scales, the spatial dynamics and desakota feature of
this rapidly urbanizing district were quantified. In the study district, there was a significant change
in the landscape pattern, and a typical desakota feature presented along buffer gradient zones. Ur鄄
ban landscape increased and expanded annually, accompanied with serious fragmentation of agricul鄄
tural landscape. The indices patch density, contagion, and landscape diversity, etc. , changed reg鄄
ularly in the urbanization gradient, and the peak of landscape indices appeared in the gradient zone
of 4-6 km away from the urban center. The landscape patterns at time series also reflected the
differences among the dynamics in different gradient zones. The landscape pattern in desakota
region was characterized by complex patch shape, high landscape diversity and fragmentation, and
remarkable landscape dynamics. The peaks of landscape indices spread from the urban center to
border areas, and desakota region was expanding gradually. The general trend of spatiotemporal
dynamics in desakota region and its driving forces were discussed, which could be benefit to the
regional land use policy鄄making and sustainable development planning.
Key words: urbanization; landscape pattern; gradient analysis; desakota; buffer zone; Panyu Dis鄄
trict of Guangzhou City.
*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鄄mail: hilizhiqin@ 163. net
2010鄄05鄄20 收稿,2010鄄10鄄10 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 1 月摇 第 22 卷摇 第 1 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, Jan. 2011,22(1): 171-180
摇 摇 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鄄
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,如荒漠鄄绿洲、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摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区域概况
广州市番禺区 (22毅45忆—23毅05忆 N,113毅14忆—
113毅34忆 E)位于广东省中南部、珠江三角洲中部河
网地带,总面积 786郾 15 km2 . 境内地势平坦,由北、
西北向东南倾斜,北部主要是海拔 50 m 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 益 ~8100 益.年均降雨量 1650 mm,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“南拓冶
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郾 2摇 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
Landsat TM 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 颐 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郾 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( spectral angle map鄄
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 NDVI、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 ArcInfo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摇 广州市番禺区城市化进程
Table 1摇 Urbanization process of Panyu District of Guang鄄
zhou City
指标 Index 1990 2000 2005 2008*
总人口 (万人)
Population (Ten thousand)
75郾 0 92郾 6 107郾 3 98郾 9
非农业人口 (万人)
Non鄄agricultural population
(Ten thousand)
18郾 3 37郾 1 56郾 0 53郾 7
城市化率
Urbanization rate (% )
24郾 4 40郾 0 52郾 2 54郾 3
地区国民生产总值 (亿元)
Regional GDP ( Hundred mil鄄
lion yuan)
29郾 7 294郾 0 596郾 3 727郾 6
*2008 年为广州市区划调整后数据,不含南沙区 The data of 2008
was got after administrative division adjustment of Guangzhou City, in
which Nansha District爷s was not included.
271 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 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 30 m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 TM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郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 建立缓冲区梯度带摇 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 ~ 5 km 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 5 km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域
表 2摇 TM影像分类结果精度
Table 2摇 Accuracy of classification based on TM image
时期
Period
总体分类精度
Overall accuracy (% )
Kappa系数
Kappa coefficient
1990 95郾 3 0郾 93
2000 90郾 7 0郾 87
2005 91郾 1 0郾 88
2008 90郾 3 0郾 86
图 1摇 研究区缓冲区设置示意图
Fig. 1摇 Sketch of buffer zones in the study area.
图中数字表示距城市中心距离 Number in the figure represented dis鄄
tance from the urban center (km).
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 2 km 间距的缓冲区梯
度带,共建立距离中心 2 ~ 14 km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郾 3郾 2 景观格局指数计算摇 采用 Fragstats 3郾 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摇 1990—2008 年研究区景观类型
Fig. 2摇 Landscape types of the study area from 1990 to 2008.
3711 期摇 摇 摇 摇 摇 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摇 摇
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摇 结果与分析
2郾 1摇 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郾 1% 增加到
2008 年的 31郾 4% ,增加了 1郾 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郾 1%下降到 29郾 6% .据统计番禺区城市化水平由
1990 年 24郾 4%上升到 54郾 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.
摇 摇 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摇 1990—2008 年研究区各景观类型面积比
Fig. 3摇 Area percentage of different landscape types from 1990
to 2008.
I: 城镇景观 Urban landscape; II: 水体景观 Water body landscape;
III: 农业景观 Agriculture landscape; IV: 高密度植被 High density
vegetation; V: 低密度植被 Low density vegetation.
2郾 2摇 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郾 2郾 1 城镇景观格局梯度动态摇 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郾 1% 、28郾 1%和
29郾 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郾 6% 、2郾 1%和 1郾 5% ;而
2000—2005 年间变化幅度较大的是 4 ~ 10 km 的缓
冲带,年均增加幅度为 2郾 7% 、 2郾 1% 、 2郾 1% 和
2郾 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摇 1990—2008 年研究区景观水平景观指数
Table 3摇 Landscape indices at landscape level from 1990 to 2008
时期
Period
斑块密度
Patch density
(patchs·100 hm-2)
最大斑块指数
Largest patch
index (% )
景观形状指数
Landscape shape
index
蔓延度指数
Contagion
index (% )
香农多样性指数
Shannon
diversity index
香农均匀度指数
Shannon
evenness index
1990 23郾 2 11郾 94 67郾 57 42郾 3 1郾 33 0郾 83
2000 33郾 4 8郾 17 93郾 38 35郾 2 1郾 40 0郾 87
2005 51郾 4 15郾 24 112郾 33 31郾 0 1郾 43 0郾 89
2008 37郾 8 21郾 08 97郾 63 32郾 6 1郾 44 0郾 90
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图 4摇 缓冲区梯度带景观类型水平指数变化
Fig. 4摇 Variations in landscape indices along the buffer zones at class level.
a)城镇景观 Urban landscape; b)农业景观 Agriculture landscape.
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 ~ 6 km 处
出现峰值,2000 年和 2005 年在距离城市中心 8 ~ 10
km处出现峰值,2008 年在距离城市中心 10 ~ 14 km
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 ~ 4 km处急剧下降,4 km以后趋于平缓;后两个时
期在距离城市中心 2 ~ 8 km 处急剧下降,在距离城
5711 期摇 摇 摇 摇 摇 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摇 摇
市中心 8 km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 ~ 10 km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 ~ 6 km 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郾 2郾 2 农业景观格局梯度动态摇 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 ~ 6 km 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 33郾 6% 、22郾 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郾 4%和 1郾 9% ;而 2000—2005 年间变化
幅度较大的是 6 ~ 14 km的缓冲带,年均减少幅度为
1郾 8% 、1郾 5% 、1郾 9% 、1郾 8%和 2郾 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郾 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 ~ 8 km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 ~ 8 km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 ~ 14 km 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郾 3摇 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 ~ 6 km 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 4 km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 ~
10 km 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 ~ 6 km 急剧下降,在
8 ~ 14 km处较平缓. 1990 年到 2008 年在距离城市
中心 8 km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 ~ 8 km处最低,而 2005—
2008 年在 10 ~ 14 km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 8 km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 ~ 14 km 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.
671 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 22 卷
图 5摇 缓冲区梯度带景观水平指数变化
Fig. 5摇 Variations in landscape indices along the buffer zones at landscape level.
摇 摇 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 ~ 6 km 处出现
低谷,后两个时期则在 6 ~ 8 km处出现低谷.在距离
城市中心 8 km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 ~ 14 km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 ~ 6 km和 6 ~ 8 km 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 6 km 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 ~ 14 km 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 6 km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 ~ 8 km
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郾 4摇 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 ~ 6 km 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
7711 期摇 摇 摇 摇 摇 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摇 摇
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 ~ 8 km 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 ~ 6 km 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 ~ 14 km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摇 讨摇 摇 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“夷冶形特
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
km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 6 km 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 6 km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 6 km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“南拓冶战略的实施,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] .
城市与乡村是社会鄄经济鄄生态复合体,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
871 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 22 卷
乡村工业化以及“城中村冶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.
致谢摇 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 摇 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鄄mail: sysulss@ 163.
com
责任编辑摇 肖摇 红
081 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 22 卷