全 文 ：城市化对北京市景观格局的影响 3
孙亚杰　王清旭　陆兆华 3 3
(中国矿业大学恢复生态学研究所 ,北京 100083)
【摘要】　利用 1997 年与 2002 年北京地区遥感资料 ,对北京六环以内的景观进行分类. 用 Fragstats3. 3 计
算的景观水平上的各种指数对 5 年来北京市区的景观格局变化进行分析. 结果表明 ,1997～2002 年间北
京市区斑块数量增加 106. 6 % ,斑块平均大小下降 51. 6 % ,分离度指数增加 94. 3 % ,景观多样性指数增加
17. 8 %. 景观呈破碎化趋势并且景观类型变得多样化. 北京市区景观格局变化的驱动力为人口的快速增加
和生活水平的提高所带来的房地产用地和城市基础设施用地的快速建设. 本文进一步讨论了北京市区景
观格局变化对城市生态系统物质流和能量流变化的影响 ,并结合北京城市规划 ,为北京市城市发展规划提
供一些景观尺度建议.
关键词 　景观格局 　城市化 　北京市 　遥感
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 07 - 1366 - 04 　中图分类号 　Q149 　文献标识码 　A
Effects of urbanization on landscape pattern of Beijing. SUN Yajie ,WAN G Qingxu ,LU Zhaohua ( Institute of
Restoration Ecology , Depart ment of Chemist ry and Envi ronmental Engineering , China U niversity of Mining
and Technology , Beijing 100083 , China) . . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (7) :1366～1369.
Landscape pattern of Beijing urban areas within the six2ringed road was classified based on 1997 and 2002 remote
sensing data. The indices from landscape level were computed using Fragstats3. 3 to study the landscape pattern
change of Beijing urban areas from 1997 to 2002. The results showed that the number of patches increased by
106. 6 % ,the mean patch area decreased by 51. 6 % ,the splitting index increased by 94. 3 % , and the landscape
diversity index increased by 17. 8 %. The landscape pattern tended to be fragmentized and diversified in those five
years. The reason of this change was the increased need for construction land due to the growing population and
the improvement of living standard. Landscape pattern change of Beijing might influence the changes of substance
flow and energy flow. It also provided some fundamental landscape scale data and some suggestions for develop2
ment and planning of Beijing city.
Key words 　Landscape pattern , Urbanization , Beijing , Remote sensing.3 中国科学院知识创新工程重要方向资助项目 ( KZCX32SW2424) .3 3 通讯联系人.
2004 - 12 - 14 收稿 ,2005 - 04 - 11 接受.
1 　引 　　言
景观格局指景观的空间格局 ,是指大小和形状
不一的景观斑块在景观空间上的排列. 景观格局分
析不但是景观生态学发展初期关注的焦点 ,也成为
目前景观生态学研究最为成熟的方面. 近十几年来 ,
景观分类和格局分析被广泛地应用于景观生态学的
研究中[10 ,12 ] ,同时各种景观生态学指数已用于量化
分析空间格局和与之相关的生态学过程[1 ] . 景观格
局分析主要是定量研究斑块在景观中的分布规律 ,
在表观上无序的景观上发现潜在的有意义的规律.
通过对景观格局的分析 ,找出产生和控制景观格局
的因子和机制[14 ] ,以寻求合理的景观配置. 城市景
观生态研究注重于景观中空间异质性的产生以及这
些异质性是怎样影响城市生态系统中的能流、物流、
信息流等生态学过程的分析[4 ] . 城市化的过程导致
城市景观格局发生巨大变化[13 ,15 ] ,使整个景观破碎
化以及土地利用方式发生改变 ,会引起城市生态系
统功能发生变化[6 ,12 ] ,使其不能充分发挥人类居
住、休闲、工作与生活的功能.
北京是中国的政治、经济和文化中心. 北京地区
近几年经济发展迅速 ,城市化进程加快. 本文对北京
地区城市化背景下的北京地区景观格局的变化进行
分析 ,讨论了这种格局变化对城市生态系统结构和
功能的影响 ,为北京市城市规划及生态建设提供合
理化建议和数据支持.
2 　研究方法
　　本研究采用遥感图像分析软件 ERDAS IMA GIN E 815
对获得的 1997 年、2002 年北京地区卫星遥感影像进行处
理 ,影像合成方式 (RGB)为 TM234 三波段假彩色合成 ,分辨
率为 30 m. 利用 1∶100000 北京地形图对合成影像分别进行
应 用 生 态 学 报 　2005 年 7 月 　第 16 卷 　第 7 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J ul. 2005 ,16 (7)∶1366～1369
几何校准 ,坐标配准. 然后切割六环以内的影像 ,分析北京
市区内的景观格局状况. 分类采用监督分类中的最大似然
法.将研究区分为城市建成区、裸地和城市建设用地、公路、
城市市区内绿地、农田防护林、水体 (包括湖泊与河流) 、鱼
塘、农田 (小麦类) 、农田 (其他类) 、菜地、草地等 11 类. 对分
类后的图像进行分类精度评估 ,总的分类精确度为 7518 %.
处理后的图像用 Fragstats313 计算斑块、斑块类型和景观 3
个水平上的不同参数与景观格局指数. 对景观水平上的指
数进行分析 ,能够得到 1997～2002 年北京市区的景观格局
变化情况.
景观多样性指数、景观优势度指数、景观均匀度指数等
是分析景观格局变化重要指数. 对景观破碎程度的分析也是
景观格局变化分析较为重要的一个方面. 斑块数量、斑块平
均大小以及蔓延度都和破碎度有关 ,有人提出这些指标对大
范围的破碎过程表现不敏感并且不一致. Jaeger (2000) 讨论
了这些指数用于评价生境破碎的局限性 ,引入了一套从斑块
大小累积分布发展而来的指数 ,为度量破碎性提供了更明晰
的方法. 在分析过程中 ,采用了 Fragstats313 计算由 Jaeger 提
出的 两 个 指 数 ———分 离 度 ( SPIL IT ) 、有 效 网 格 大 小
(MESH) ,以及斑块数量、斑块平均大小、蔓延度来分析景观
的破碎程度.
1) 分离度 (Splitting index)
S PL I T = A
2
∑
m
i = 1
∑
n
j = 1
a
2
ij
式中 , aij 为斑块 ij 的面积 ; A 为总的景观面积.
SPL IT是基于累积斑块面积分布的有效的网格数量
( Effective mesh number) ,也就是使整个景观分成具有固定
斑块大小的斑块 ,并且用这种方法得到的景观分割度与用累
积面积分布观察到的景观分割度相同时整个景观中斑块的
数量. 1 ≤SPIL T ≤所围的景观面积中像元的数量. 当景观包
含一个单一斑块时 SPL IT 值为 1. 当景观迅速的被分割成小
的斑块时 ,SPL IT 的值增加. SPL IT 的上限受景观面积与像
元大小比值的影响并且当整个景观最大程度的破碎化 ,即每
一个像素都是单独的斑块时 ,SPL IT 达到这个值.
2) 有效网格大小 MESH( Effective mesh size)
M ES H =
∑
m
i = 1
∑
n
j = 1
a
2
ij
A
式中 , aij 为斑块 ij 的面积 ; A 为总的景观面积.
MESH 是基于累积斑块面积分布的 ,它表示当相应的斑
块类型被分成 S(S是指 SPL IT 指数的值) 块时斑块的大小.
像元大小与景观面积的比率 ≤MESH ≤景观总面积. 当景观
最大程度的破碎化 ,即每一个像素都是单独的一个斑块时 ,
MESH达到最小值 ;而当景观只由一个斑块组成时 ,MESH
达到最大值. MESH 提供了斑块结构的相对度量.
3) 蔓延度指数 (Contagion index)
CON TA G =
1 + ∑
m
i =1
∑
m
k =1
Pi
gik
∑
m
k =1
gik
ln Pi
gik
∑
m
k =1
gik
/ 2 ln m ×100
式中 , Pi 为嵌块类型 i 所占景观面积的比例 ; gik 为嵌块类型 i
和 k 之间相邻的格网单元数.
蔓延度指数反映了景观不同嵌块类型的聚集和延展程
度 ,高蔓延度值表明景观中存在连通性较好的某种优势嵌块
类型 ,反之则表明景观由连结性较差的多种嵌块类型所组
成 ,景观破碎化.
3 　结果与分析
311 　景观破碎化
从表 1 可以看出 ,斑块数量从 1997 年的 24051
块增加到 2002 年的 49695 块 ,增加了 106162 % ;斑
块平均大小由原来的 910322 减小到 413713 ,减小
了 51160 %1 斑块间最小距离 ENN 也减小 ,使得不
同景观类型呈相间团聚分布 ,说明 1997～2002 年
间 ,北京市区整个景观逐渐趋于破碎化 1SPL IT 值
从 1997 的 2717343 扩大到 2002 年的 5318823 ,增
加了 94128 % MESH 值从 1030415175 hm2 减小到
530019553 hm2 ,表明景观在这 5 年中迅速被分为小
的斑块.
312 　景观类型
景观多样性指数由原来的 117290 增加到
210372 ,增加了 1718 % ,说明研究区内景观类型趋
于多样化 1 景观均匀度指数由原来的 016656 增加
到 018557 ,景观优势度指数由原来的 016955 减小
到 0134601 景观变得更均匀 ,一些占主要地位的农
田斑块为城市建设用地所代替.
313 　斑块的连接程度
蔓延度指数由 4315880 增加到 4717048 ,变化
不大 ,并且蔓延度指数接近 50 ,说明景观中各种嵌
块类型的连接性变化不是很大 1 不存在连通性特别
好的某种优势嵌块类型 ,景观由连接性较差的多种
斑块类型组成.
表 1 　1997～2002 北京六环内景观格局指数变化
Table 1 Landscape indices change of Beijing from 1997 to 2002
年份
Year
斑块数量
PN
斑块平均大小
MPS
分离度指数
SPLIT
有效网格大小
MESH
景观多样性指数
SHDI
景观均匀度指数
SHEI
景观优势度指数
LDI
蔓延度指数
CI
欧氏最小距离
ENN
2002 49695 413713 5318823 530019553 210372 018557 013460 4717048 12518367
1997 24051 910322 2717343 1030415175 117290 016656 016955 4315880 16415466
PN :Patch number ;MPS :Mean patch size ; SPL IT : Splitting index ; MESH : Effective mesh size ; SHDI : Shannon’s diversity index ; SHEI : Shannon’s
evenness index ;LDI :Landscape dominance index ;CI :Contagion index ; ENN : Euclidean nearest2neighbor distance.
76317 期 　　　　　　　　　　　　　　　孙亚杰等 :城市化对北京市景观格局的影响 　　　　　　　　　　　
314 　北京市区人工廊道的建设
城市道路是景观中主要人工廊道. 北京从 20 世
纪 90 年代末开始 ,加强了城市道路的建设. 1998 年
11 月 ,八达岭高速建成通车 ;2000 年京沈高速公路
通车 ;2001 年 6 月京开高速公路通车 ;2002 年底京
承高速路通车. 同时北京还加强了市区内的公路建
设. 北京四环于 2000 年 11 月建成通车 ,北京五环路
2003 年 10 月全线建成通车. 六环正在建设中 ,2004
年 11 月南六环竣工 ,北六环也将于 2005 年年底竣
工通车. 城市人工廊道的建设极大地影响了北京市
区的景观格局变化.
315 　景观格局变化驱动力分析
近些年 ,随着经济的发展 ,北京城市化进程加快
(表 1、2) . 快速城市化进程下 ,人口增加以及人们生
活水平的提高深刻地影响着土地利用方式[13 ] ,进而
改变了整个景观格局. 从 1997～2002 年 ,北京市城
市人口由 1617 万人增加到 1 42310 万人 ,人均住房
使用面积也从 1414 m2 增加到 1812 m2 . 到 2008 年 ,
这种趋势将更加明显. 这就表明这几年人们对住宅
的需求量越来越大 1 近几年房地产业一直是北京经
济增长的热点. 由表 3 可见 ,1997 年以来北京住宅
竣工面积逐年增加 ,并且近郊区住宅建设的比例最
大 ,近几年这种趋势更加明显. 近郊区住宅的建设 ,
占用了郊区农田和自然植被 ,城市呈现出不断向郊
区扩展的趋势.
1997～2002 年恩格尔系数由 4317 %下降到
3317 % ,表明人们的生活水平在不断提高. 人们拥有
表 2 　1997 年、2002 年与 2008 年北京市城市化进程比较
Table 2 Comparison of urbanization course of Beijing in 1997 , 2002
and 2008
城市化指标
Urbanization index
1997 2002 2008
总人口 Total population (104) 121617 142312 160010
恩格尔系数 Engel coefficient ( %) 4317 3317 3010
人均住房使用面积
Per2capita housing area (m2) 1414 1812 2115
机动车总量 Total vehicles( ×104) 10119 17615 -
汽车总量 Total cars( ×104) 7716 13319 -
表 3 　北京近几年新建住宅竣工面积比较
Table 3 Comparison of building areas of new houses in Beijing( ×104
m2)
年份
Year
城区
City zone
近郊
Outskirsts
远郊
Exurbs
总计
Total
1997 13611 66611 19416 99618
1998 14118 70315 24718 109311
1999 20811 88419 42619 151919
2000 21415 86412 42110 149917
2001 11711 108315 60413 180419
2002 18012 173814 27218 219114
2003 32714 167915 31514 232213
更多的闲置资金 ,很多人会考虑购买汽车. 近几年 ,
北京汽车保有量呈增加趋势 ,机动车保有量由 1997
年的 10119 万辆增加到 2002 年的 17615 万辆 ,而汽
车总量从 7716 万辆增加到 13319 万辆. 同 1997 年
相比 ,2002 年机动车总量上升了 7312 % ,汽车总量
上升了 7216 %. 目前北京拥有各类机动车 230 万
辆 ,并呈进一步增加态势 ,由于大多数居民生活和工
作都集中在城区和近郊区 ,交通运输的巨大压力会
促使政府进一步加强基础设施的建设.
　　北京市迫于交通的压力 ,先后建设了四环路、五
环路和六环路 ,并且修建很多高速公路. 但这并没有
从根本上解决交通等问题 ,却使得城市进一步向“摊
大饼”的趋势发展 ,并且人工廊道中道路网对人工程
度最高的景观 ———城市景观的土地利用具有深刻的
影响 ,进而改变整个城市景观格局[2 ,5 ,15 ] . 城市交通
干道对土地利用具有很明显的廊道效应[6 ] ,使得城
市道路周围的土地逐渐向城市用地转化. 在城市化
过程中 ,自然廊道不断受到人工廊道排挤而发生变
形、破损、断裂甚至完全消失[16 ] . 同时 ,道路深入斑
块内部 ,分割景观斑块 ,使得景观逐渐破碎化. 北京
城市人工廊道效应已经显著改变了城市土地利用分
布.廊道效应使得城市道路网附近耕地迅速转化成
城市用地. 北京四环周边地区大片农田和菜地 ,已经
变成城市用地 ,大部分农业用地已退出四环路以外.
城市景观的出现是以包括农田、菜地和水体在内的
大量半人工和自然景观消失为代价的.
4 　讨 　　论
　　房地产开发和道路等基础设施建设会占用一部
分耕地资源和城市的绿地资源 ,改变景观格局现状 ,
引起景观破碎化 ,导致城市生态系统的自然性进一
步下降 1 耕地资源减少 ,城市半自然性绿地资源消
失 ,会影响整个城市的环境 ,减少城市生态系统赖以
维持的物质流和能量流的供应 ,加大了整个城市生
态系统对外部的依赖性 ,影响北京市经济的可持续
发展.
一个城市发展的物理结构 ,如建筑物的空间结
构和发展过程 ,会影响植被可利用的空间和植被的
分布[7 ,15 ] . 北京市是以市区为中心 ,呈辐射状向郊
区发展的 ,城市规模不断扩大. 受这种结构的影响 ,
城市绿地也大部分分布在市中心的公园和沿着公路
沿线. 而且整个景观中城市绿地的破碎程度比较大.
城市市区内绿地之间、城市市区绿地与城郊的绿地、
城郊农田以及自然植被的连接性非常差 ,这样的景
8631　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
观结构极不合理. 北京市区内的人工廊道尤其是城
市道路显著影响了城市的自然性 ,虽然土地利用的
变化会产生巨大的经济效益 ,但是也应该考虑环境
效益. 城市自然廊道和人工廊道只有互相协调才能
产生最大的经济效益和环境效益. 因此 ,在城市建设
过程中 ,要合理规划城市自然廊道和人工廊道 ,使之
互相协调 ,提高城市整体的环境质量.
近几年北京中心区的城市功能与人口密度越来
越高 ,超负荷运转 ,人口迅速向望京、亚北、回龙观等
城区外溢. 城市迅速扩张 ,在郊区形成一个个大规模
的住宅小区 ,很多人每日往返于城郊之间 ,不仅使得
城市的交通状况恶化 ,而且加大了人们的生活压力.
北京工业大学的调查显示 ,目前在北京 ,仅中央机关
用地加起来就有近 4 km2 之多 ,相当于 5 个半故宫
的占地面积 ,城区三环内加密的刚性建筑体 ,又进一
步加剧城区绿地的减少和景观的破碎化 ,势必给北
京城带来更大的压力.
很多学者提出了北京行政办公职能的空间转
移 ,以实现北京城市空间结构的调整. 这可以缓解城
市用地的压力 ,避免城市摊大饼式扩大 ,对新旧城区
还应进行科学规划 ,增加城市绿地等软性景观的面
积和连续度 ,有效改善城市生态环境和居民生存质
量.
参考文献
1 　Chen W2B(陈文波) ,Xiao D2N (肖笃宁) ,Li X2Z(李秀珍) . 2002.
Classification ,application and creation of landscape indices. Chin J
A pp Ecol (应用生态学报) ,13 (1) :121～125 (in Chinese)
2 　Gao J (高　峻) ,Song Y2C(宋永昌) . 2001. Landscape dynamics of
two side lands along main urban roads in southwestern Shanghai.
Chin J A pp Ecol (应用生态学报) ,12 (4) :605～609 (in Chinese)
3 　He C2Y (何春阳) , Shi P2J (史培军) , Chen J (陈 　晋) , et al .
2002. Process and mechanism of urbanization in Beijing area. Acta
Geogr Sin (地理学报) ,57 (3) :363～371 (in Chinese)
4 　Kent M ,Stevens RA ,Zhang L . 1999. Urban plant ecology patterns
and processes : A case study of the flora of the city of Plymouth ,
Devon ,U K. J Biogeogr ,26 :1281～1298
5 　Li Y2H (李月辉) , Hu M2Y(胡远满) ,Li X2Z (李秀珍) , et al .
2003. A review on road ecology. Chin J A pp Ecol (应用生态学
报) ,14 (3) :447～452 (in Chinese)
6 　Mao J2X (毛蒋兴) , Yan X2P (闫小培) . 2004. Corridor effects of
the urban transport artery on land use —A case study of the
Guangzhou Avenue. Geogr Geo2Inf or Sci (地理与地理信息科学) ,
20 (5) :58～61 (in Chinese)
7 　McPherson EG , Nowak D , et al . 1997. Quantifying urban forest
structure , function , and value : The Chicago urban forest climate
project . U rban Ecosyst ,1 :49～61
8 　McDonnell MJ ,Steward T , Pickett A , et al . 1997. Ecosystem pro2
cesses along an urban2to2rural gradient U rban Ecosyst ,1 :21～36
9 　Tan M2H(谈明洪) ,Li X2B (李秀彬) ,LüC2H (吕昌河) , et al .
2003. An analysis of driving forces of urban land expansion in Chi2
na. Econ Geogr (经济地理) ,23 (5) :635～639 (in Chinese)
10 　Wang G2X(王根绪) , Guo X2Y(郭晓寅) ,Cheng G2D (程国栋) .
2002. Dynamic variations of landscape pattern and the landscape e2
cological functions in the source area of the Yellow River. Acta Ecol
S in (生态学报) ,22 (10) :1587～1598 (in Chinese)
11 　Wayne CZ ,Susan MS ,Richard VP , et al . 1997. Urban tree cover :
An ecological perspective. U rban Ecosyst ,1 :229～246
12 　Xiao D2N (肖笃宁) ,Zhong L2S (钟林生) . 1998. Ecological princi2
ples of landscape classification and assessment . Chin J A pp Ecol (应
用生态学报) ,9 (2)∶217～221 (in Chinese)
13 　Zhang J2T(张金屯) ,Pickett STA. 1999. Effects of urbanization on
forest vegetation ,soils and landscape. Acta Ecol S in (生态学报) ,
19 (5) :655～658 (in Chinese)
14 　Zhang Q2J (张秋菊) ,Fu B2J (傅伯杰) ,Chen L2D(陈利顶) . 2003.
Several problems about landscape pattern change research. Sci Ge2
ogr Sin (地理科学) ,20 (3) :264～270 (in Chinese)
15 　Zong Y2G(宗跃光) . 1998. The corridor effects and optimization of
landscape structure in a metropolitan area —A case study on Bei2
jing. Geogr Res (地理研究) ,17 (2) :119～124 (in Chinese)
16 　Zong Y2G(宗跃光) . 1999. The corridor effects in urban ecological
landscape planning —A case study on Beijing. Acta Ecol S in (生态
学报) ,19 (2) :145～150 (in Chinese)
作者简介 　孙亚杰 ,女 ,1981 年生 ,在读硕士生. 主要从事景
观生态学方面的研究. E2mail : yajie
-
sun @126. com
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