全 文 ：张 君. 西安市典型区域城市生态单元空间格局研究[J]. 生态科学, 2011. 30(1)：65-69.
ZHANG Jun. Study on the spatial pattern ofurban biotopes in typical area of Xian City of China [J]. Ecological Science, 2011. 30(1)：
65-69.

西安市典型区域城市生态单元空间格局研究
张 君
西安财经学院，西安，710100

【摘要】综合利用遥感（RS）与地理信息系统（GIS）技术手段，选取西安市南郊城乡结合部为研究区，采用室内遥感影像判
读、野外考察验证与室内机助制图相结合的方式，根据城市生态单元分类体系，在 GIS 的支持下建立了研究区城市生态单元数
据库，并在此基础上，通过计算研究区城市生态单元的平均面积、形状指数、分形分维数、稳定性指数、Moran I 指数这五项指
数，对城市生态单元空间格局进行定量化研究。结果表明，城市生态单元主类斑块数量和斑块总面积基本保持正比例关系，形
状指数和分形分维数之间、稳定性指数和 Moran I 指数之间均存在着正相关关系。
关键词：城市生态单元；GIS；空间格局；分形；空间自相关
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2011.01.012 中图分类号：Q14 S522 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2011)01-065-05

Study on the spatial pattern of urban biotopes in typical area of Xian City of China
ZHANG Jun
Xi’an University of Finance and Economics, Xi’an 710100, China
Abstract: By use of the GIS and RS technologies, selecting the Urban Ministry of suburb in Xi’an city as research area, and adopting the
integrations of RS images indoor interpretation and outdoor investigation and indoor computer aided cartography, this paper built the
spatial database of urban biotopes in research area based on GIS according to the classification system of urban biotopes. On the basis of
this database, the paper carried out the research on the spatial pattern of urban biotopes, by calculating the below-mentioned five indexes
of urban biotopes: average areas, shape index, fractal dimension, stability index, Moran I index. The results indicate that the quantities of
main types blocks is in direct proportion to the total areas of them according to urban biotopes, both shape index and fractal dimension
are provided with positive correlativity, so do both stability index and Moran I index.
Key words: urban biotopes, GIS, spatial pattern, fractal, spatial self-correlation






收稿日期：2010-11-09 收稿，2010-01-20 接受
基金项目：西安财经学院科研基金项目（09JD08）资助
作者简介：张君（1980—），女，讲师，硕士，主要从事统计管理与 GIS 应用研究，E-mail: zhangjun@xaufe.edu.cn
第 30 卷 第 1 期 生 态 科 学 30(1): 65-69
2011 年 2 月 Ecological Science Feb. 2011

万方数据
1 引言 (Introduction)
随着人类生态意识的增强，城市生态保护日益受
到重视，改善城市生态环境，提高城市环境质量，旨
在建设一个“绿色城市”、“生态城市”。城市是以人
为主体的人工生态系统，由城市建筑物、构筑物、植
被、人类活动等因素共同作用形成，可划分为不同的
城市生态单元，有动植物生存其间，其构成包括 5
个要素：土地利用、建筑物、植被、道路及水体[1]。
因此，研究城市生态单元空间格局，对于了解城市生
态环境现状，发现其中存在的问题以及提出有针对性
的城市生态环境保护建议，具有重要的价值意义。
目前，国内外关于城市生态单元的研究工作尚处
于初级阶段，主要涉及城市生态单元的分类及制图，
国外主要以德国、英国的研究工作较为突出，如 1984
年在大伦敦议会（GLC）领导下开展了大伦敦地区野
生生物生境的综合调查，制定了相应的城市自然保护
政策，强调城市野生生物保护和自然对居民提高生活
质量的意义，用于指导专业人员和普通市民来参与城
市自然保护活动。而国内这方面的工作仅在东南沿海
的个别大城市，如上海，有所涉及，西部地区，乃至
全国范围的工作尚未开展，关于城市生态单元的深入
研究则更少，如基于分形理论的空间格局研究[1~10]。
本研究选取西安市南郊城乡结合部作为研究区，
在 GIS 和 RS 技术的支持下，综合运用本研究建立的
城市生态单元分类体系[10]，对研究区内的生态单元
空间格局进行研究。
2 研究区概述(Summary of research area)
本研究选定西安市南郊雁塔区和长安区的过渡
地带作为研究区，该区域正是处在一个城乡结合部，
大致界线为：南界至绕城高速，北界至纬一街——环
塔西路——小寨东路一线，东抵东仪路，西达雁引路，
包括大雁塔、长安芙蓉园、植物园、西安外国语学院、
陕西师范大学、西北政法学院、烈士陵园以及南窑村、
庙坡头村、东姜村等，总面积约 13.77km2。
研究区主体位于西安市雁塔区，西安市雁塔区位
于西安市南郊，因境内有建于唐代的大雁塔而得名。
雁塔区是西安市所辖 13 个县区之一，下辖大雁塔、
小寨路、等驾坡、长延堡、鱼化寨、电子城 6 个街道
办事处和曲江、丈八沟 2 个乡 120 个村民委员，168
个居民委员会。雁塔区大部分地处渭河二级阶地，本
区地形开阔平坦，起伏微缓，海拔适宜。雁塔区位于
东南沿海湿润气候向西北内陆干旱气候的过渡地带，
兼有两种气候的特征。受局部地形主导因素影响，属
于暖温带半湿润季风气候，具有四季冷暖干湿分明的
气候特点。雁塔区植被属于温带落叶阔叶林，主要是
人工种植植物，有大片农作物蔬菜果园和城市绿化
带。其中比较突出的有占地面积达 20hm2,植物种类
达 2000 多种的西安植物园。在曲江新城南建设万亩
生态林已基本完成，这里是西北最大的城市森林，是
西安城区的“绿肺”。
3 算法(Algorithms)
本研究采用室内遥感影像判读、野外考察验证与
室内机助制图相结合的方式，运用本研究建立的城市
生态单元分类体系（详见表 1），在 GIS 的支持下建
立了研究区城市生态单元数据库，并在此数据基础
上，结合分形理论，通过对研究区城市生态单元以下
五项指数的计算定量化分析了其空间格局[10,11]。
1）斑块平均面积（P）：P=A/N。式中：A 为某
类生态单元的总面积；N 为该类生态单元的个数。面
积是最基本的空间特征，是计算其它空间特征指标的
基础，就生态单元尺度而言，可以反映区域各种生态
单元类型面积的基本特征。
2）形状指数（G）：G=p/ (2* A* )。式中：A
为生态单元面积；p 为生态单元周边长度。G 值越大，
说明生态单元周边越发达越复杂。
3）分形分维数（D）：D =2 *ln(p) / ln(A)。式中：
p 为生态单元周长；A 为生态单元面积。分数维用来
测定生态单元形状的复杂程度。值的理论范围为 1.0
到 2.0 之间，1.0 代表形状最简单的正方形生态单元，
2.0 表示等面积下周边最复杂的生态单元[10]。
4）稳定性指数（SK）：SK=|1.5 – D|。式中：D
为分形分维数。当 D=1.50 时，表示该生态单元处于
一种类似布朗运动的随机状态，即最不稳定状态，D
值越接近 1.50，就表示该生态单元越不稳定[10]。
5）Moran I 指数（I）：是空间自相关分析所常用
的指数，I=N/Wij*(∑∑(xi - x )(xj - x )) / (xi - x )。
式中：N 为生态单元数目，xi为生态单元的属性值，
x 是 xi的平均值，Wij=1 表示生态单元 i 与 j 相邻，
66 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
居住区生态单元
工业用地生态单元
园地
校园
商贸设施
公用市政设施用地
农业生产区域
交通用地
市内开敞空间
闲置地
人工湖泊
建设工地
垃圾堆放地
挖掘地段
图 例
0 0.5 1 KilometersKm

图 1 研究区城市生态单元分布图
Fig 1. the distributing map of Urban biotopes in research area

Wij=0 表示空间实体 i 与 j 不相邻。取值范围介于-1
与 1 之间。空间自相关分析是指同一个变量在不同空
间位置上的相关性，用来检验空间变量的取值是否与
相邻空间上该变量取值大小有关。它是认识空间分布
特征、选择适宜的空间尺度来完成空间分析的最常用
的方法之一。当 0＜I≤1 时，表示空间正相关，越接
近 1，正相关性越强，空间实体呈聚合分布；当－1
≤I＜0 时，表示表示空间负相关，越接近－1，负相
关性越强，空间实体呈离散分布；当 I=0 时，表示空
间实体呈随机分布[11]。
4 基于 GIS 的城市生态单元制图及指数计算
(Cartography and indexes calculation of urban
biotopes based on GIS)
4.1 基于 GIS 的城市生态单元制图
进行了室内遥感影像的初步判读，对研究区
已经有了大致的认识，再结合野外实地调查数据，
判断研究区内的城市生态单元类型，利用 ArcGIS
软件，进行城市生态单元制图，其结果如图 1 所
示。
4.2 生态单元指数计算
在地理信息系统软件 ArcGIS 的支持下，对城市
生态单元 14 个主类进行斑块数量和面积的统计，并
按照计算方法，计算出各城市生态单元主类的平均面
积、形状指数、分形分维数、稳定性指数、Moran I
指数，结果如表 1 所示。
5 结果分析 (Analysis of results)
从以下七个方面对结果进行了分析：
1）面积比例：最大的是居住区生态单元，占总
面积的 26.10%，其次是闲置地，占总面积的 18.09%，
占地面积最小的是垃圾堆放地，比例为 0.25%，次之
是挖掘地段，比例为 0.32%。这说明随着城市化进程
的加剧，人们居住范围已扩展城乡结合部，来适应和
缓解城市人口增加带来的住房需求和压力，并且居住
范围仍在不断扩大，因为也出现了不少闲置地，包括
农田闲置地和建筑拆迁地。
2）斑块数量：各地类的斑块数量有 138个，其中
居住区生态单元为 35个，闲置地为 20个，垃圾堆放地
为 1个。 这说明，居住用地明显较多，究其原因有二，
一是研究区包括大型企、事业单位多个，如陕西师范大
1 期 张 君. 西安市典型区域城市生态单元空间格局研究 67

万方数据
表 1 城市生态单元主类各指数统计表
Tab 1. the indexes statistics table of urban biotopes’ main types
城市生态单元主类
Urban biotopes’ main types
数量（个）
quantity
总面积
（m2）
Total area
面积比例（%）
Area
proportion
平均面积
（m2）
Average area
形状指数
Shape index
分形分维数
Fractal
dimension
稳定性指数
Stability
index
Moran I 指数
Moran I
index
居住区生态单元(Urban
biotope of residence)
35 3594547 26.10 102701 1.682 1.288 0.212 0.9960
工业用地生态单元 (Urban
biotope of industrial
landuse)
9 974064 7.07 108229 2.024 1.294 0.206 0.9947
园地(Garden plot) 7 1212279 8.80 173182 2.560 1.272 0.228 0.9966
校园(Schoolyard) 16 985938 7.16 61621 1.800 1.291 0.209 0.9951
商贸设施(Establishment of
commerce)
6 276213 2.01 46035 1.188 1.271 0.229 0.9943
公用市政设施用地(Land of
for public use)
7 617450 4.48 882071 1.126 1.263 0.237 0.9962
农业生产区域(Agricultural
zone)
6 992701 7.21 165450 2.262 1.267 0.233 0.9965
交通用地(Traffic landuse) 8 1209295 8.78 151161 14.594 1.398 0.102 0.9886
市内开敞空间 (Open space) 11 267969 1.95 24360 1.182 1.291 0.209 0.9936
闲置地 (Idle land) 20 2490654 18.09 124532 2.309 1.301 0.199 0.9945
人工湖泊(Artificial lake) 1 167866 1.22 167866 1.482 1.276 0.224 0.9965
建设工地(Building site) 10 902624 6.55 90262 1.319 1.270 0.230 0.9962
垃圾堆放地(Refuse dump) 1 34303 0.25 34303 1.664 1.340 0.160 0.9960
挖掘地段(Digging zone) 1 44552 0.32 44552 1.813 1.348 0.152 0.9936

学、西北政法学院、东仪厂等，这些单位附带有居住区；
二是由于新开发的居住小区，如明德门小区等。
3）平均面积：由大而小依次为园地、人工湖泊、
农业生产区域、交通用地等，但差异不大，结合研究
区实际情况，区域内有一个植物园（西安植物园）和
一个人工湖泊（大唐芙蓉园内），受人为影响较大，
另外，由于是城乡结合部，故而农业生产区域和交通
用地被分割多个部分，交错存在。
4）形状指数：最大的是交通用地（14.594），其
它均较小，并且差异不大，由小而大依次为公用市政
设施用地、市内开敞用地、商贸设施等，这说明在城
市生态单元中，只有交通用地受道路规划等因素的影
响，使得形状较为复杂，其它生态单元均表现出较为
简单的形状，在其中以公用市政设施用地为最规整，
分为带有绿地的大型市政设施和带有绿地的大型服
务设施。
5）分形分维数：从总体来看，各类城市生态单
元的分形分维数差异均较小，值域为 1.263~1.398，
从小到大依次为公用市政设施用地、农业生产区域、
建设工地、商贸设施、园地、人工湖泊、居住区生态
单元、市内开敞用地、校园、工业用地生态单元、垃
圾堆放地、挖掘地段、交通用地。D 值最小的是公用
市政设施用地，说明该生态单元的形状最为简单，同
样也和形状指数表现出来的结果一致，最大的是交通
用地，说明交通用地生态单元的形状最为复杂，这和
形状指数表现出来的结果一致。
6）稳定性指数：从总体来看，各类城市生态单
元的稳定性指数差异均较小，值域为 0.102~0.237，
从大到小依次为公用市政设施用地、建设用地、商贸
设施、园地、居住区生态单元、市内开敞空间、校园、
工业用地生态单元、闲置地、垃圾堆放地、挖掘地段、
交通用地。SK 值最大的是公用市政设施用地，最小
的是交通用地，这说明公用市政设施用地是最稳定的
城市生态单元，而交通用地是最不稳定的城市生态单
68 生 态 科 学 Ecological Science 30 卷

万方数据
元。
7）Moran I 指数：从总体来看，各类城市生态
单元的 Moran I 指数差异均较小，值域为
0.9886~0.9966，这反映了研究区内生态单元均为正相
关，并且空间分布非常集中。相对于其它生态单元，
交通用地的值为最小，这说明在所有的生态单元类型
中，交通用地生态单元的空间正相关性较弱，聚合分
布不太明显，相反，园地的值为最大，这说明其正相
关性很强，呈聚合分布。
6 讨论 (Discussion)
在城市中，各类城市生态单元交错分布，并有机
结合形成以人为主体的城市生态景观。城市生态单元
主类斑块数量和斑块总面积基本保持正比例关系，这
一研究结果符合生态学基本理论。但需要说明的是以
下两种特例，一种是校园、商贸设施和市内开敞空间
这 3 个主类，它们各自斑块数量虽少，但面积较大，
都是个体单位占地面积较大的类型；另一种恰恰与之
相反，这种情况也主要包括 3 个主类，分别是园地、
农业生产区域和交通用地，它们数量虽多，但总面积
不大。究其原因，城乡结合部的地域特殊性使其在土
地利用方式上兼有城市和乡村两种特点，城市用地
中，绿化零散分布，难见专门的大面积园地，数量虽
多但总面积较少；农村中必然有农业生产区域，但由
于城市化的推进，使园地和农业生产区域这两种用地
类型犬牙交错，造成大面积的农业生产区域景观破碎
化，因而也出现斑块数量多，面积小的情况；交通用
地的这种情况则是不言而喻的，城市中多种道路纵横
交错，且由于道路为条带状，自然形成斑块数量多，
面积小的情况。
对城市生态单元各项指数间的关系分析可得，形
状指数和分形分维数之间存在着正相关关系，稳定性
指数和 Moran I 指数之间存在着正相关关系，而其它
之间却存在着负相关关系。从研究结果来看，研究区
内各生态单元的分形分维数和稳定性指数大小顺序
基本相反，即形状越复杂，稳定性越强。形状越简单，
稳定性越差，这与自然景观的分形特征是一致的。
总之，研究城市生态单元格局，有助于了解城市
生态环境，对于生态环境保护有着重要意义。

参考文献 (References)

[1] 赵振斌，包浩生. 国外城市自然保护与生态重建及其对
我国的启示[J]. 自然资源学报, 2001, 16(4):390-395.
[2] 孟伟庆，李洪远，祝玉敏. 生态单元制图及其在西部生
态环境保护中的应用[J]. 世界科技研究与发展, 2006,
28(2):86-89.
[3] 王让会，于谦龙，李凤英. 干旱区景观生态研究的方法
与案例分析[J]. 干旱区资源与环境, 2006, 20(3):16-20.
[4] 程维明. 景观生态分类与制图浅议[J]. 地球信息科学，
2002, 2:62-65.
[5] 李振鹏，刘黎明，张虹波. 景观生态分类的研究现状及
其发展趋势[J]. 生态学杂志, 2004, 23(4), 150-156.
[6] Katarina Lofvenhaft, Cristina Bjorn, Margareta Ihse.
Biotope patterns in urban area: a conceptual model
integrating biodiversity issues in spatial planning[J].
Landscape and Urban Planning, 2002, 58:223-240.
[7] Wolfgang Schulte, Herbert Sukopp, 李建新. 德国人文聚
落区生态单元制图国家项目 [J]. 生态学报 , 2003,
23(3):588-597.
[8] 高峻，宋永昌. 基于遥感和 GIS 的城乡交错带景观演变
研究——以上海西南地区为例 [J]. 生态学报 , 2003,
23(4):805-813.
[9] 赵振斌，薛亮，张君，卫海燕. 西安市典型区域城市生
境制图与自然保护规划研究 [J]. 地理科学 , 2007,
23(4):561-566.
[10] 徐建华. 现代地理学中的数学方法（第二版）[M]. 北京，
高等教育出版社：2004.
[11] 陈述彭，鲁学军，周成虎. 地理信息系统导论[M]. 北京，
科学出版社：2000.
1 期 张 君. 西安市典型区域城市生态单元空间格局研究 69

万方数据
西安市典型区域城市生态单元空间格局研究
作者： 张君， ZHANG Jun
作者单位： 西安财经学院,西安,710100
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2011,30(1)

参考文献(11条)
1.Katarina Lofvenhaft;Cristina Bjorn;Margareta Ihse Biotope patterns in urban area:a conceptual model integrating
biodiversity issues in spatial planning 2002
2.李振鹏;刘黎明;张虹波 景观生态分类的研究现状及其发展趋势[期刊论文]-生态学杂志 2004(04)
3.程维明 景观生态分类与制图浅议[期刊论文]-地球信息科学 2002(2)
4.赵振斌;薛亮;张君;卫海燕 西安市典型区域城市生境制图与自然保护规划研究[期刊论文]-地理科学 2007(04)
5.高峻;宋永昌 基于遥感和GIS的城乡交错带景观演变研究--以上海西南地区为例[期刊论文]-生态学报 2003(04)
6.Wolfgang Schulte;Herbert Sukopp;李建新 德国人文聚落区生态单元制图国家项目[期刊论文]-生态学报 2003(03)
7.王让会;于谦龙;李凤英 干旱区景观生态研究的方法与案例分析[期刊论文]-干旱区资源与环境 2006(03)
8.孟伟庆;李洪远;祝玉敏 生态单元制图及其在西部生态环境保护中的应用[期刊论文]-世界科技研究与发展 2006(02)
9.陈述彭;鲁学军;周成虎 地理信息系统导论 2000
10.徐建华 现代地理学中的数学方法 2004
11.赵振斌;包浩生 国外城市自然保护与生态重建及其对我国的启示[期刊论文]-自然资源学报 2001(04)

本文读者也读过(8条)
1. 赵振斌.薛亮.张君.卫海燕.ZHAO Zhen-Bin.XUE Liang.ZHANG Jun.WEI Hai-Yan 西安市典型区域城市生境制图与自然保护规划研究
[期刊论文]-地理科学2007,27(4)
2. 黎治华.高志强.高炜.施润和.刘朝顺.LI Zhi-hua.GAO Zhi-qiang.GAO Wei.SHI Run-he.LIU Chao-shun 上海近十年来城市化及其生
态环境变化的评估研究[期刊论文]-国土资源遥感2011(2)
3. 杨帆.颜晖.Yang Fan.Yan Hui 基于RS和GIS的城市生态研究——以上海市热岛效应空间特征分析为例[期刊论文]-城市观察
2011,12(2)
4. 李志忠.李建国.夏鹏.周伟.丁波 中国城市生态共享信息平台建设框架[会议论文]-2005
5. 陈清硕.Chen Qingshuo 城市森林:生态市建设从理想到现实的载体[期刊论文]-中国名城2011(6)
6. 陈晓刚.周欣.林想.CHEN Xiao-gang.ZHOU Xin.LIN Xiang 基于城市生态空间的城市生态环境优化——以鄱阳湖生态经济区城市为例
[期刊论文]-科技情报开发与经济2011,21(31)
7. 苏化龙.马强.肖文发.聂必红 三峡库区巫山五里坡自然保护区鸟类区系及生境特征[会议论文]-2007
8. 敖惠修.夏汉平.周国逸.任海.郭庆荣 广东连平建设国家级生态县的生态林业发展构想[期刊论文]-生态科学2002,21(2)


本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_stkx201101012.aspx