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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 9 期摇 摇 2012 年 5 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
不同土地覆被格局情景下多种生态系统服务的响应与权衡———以雅砻江二滩水利枢纽为例
葛摇 菁,吴摇 楠,高吉喜,等 (2629)
…………………
……………………………………………………………………………
放牧对小嵩草草甸生物量及不同植物类群生长率和补偿效应的影响 董全民,赵新全,马玉寿,等 (2640)……
象山港日本对虾增殖放流的效果评价 姜亚洲,凌建忠,林摇 楠,等 (2651)………………………………………
城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系———以北京城区为例
仇江啸,王效科,逯摇 非,等 (2659)
………………………………
……………………………………………………………………………
江河源区高寒草甸退化序列上“秃斑冶连通效应的元胞自动机模拟 李学玲,林慧龙 (2670)…………………
铁西区城市改造过程中建筑景观的演变规律 张培峰,胡远满,熊在平,等 (2681)………………………………
商洛低山丘陵区农林复合生态系统光能竞争与生产力 彭晓邦,张硕新 (2692)…………………………………
基于生物量因子的山西省森林生态系统服务功能评估 刘摇 勇,李晋昌,杨永刚 (2699)………………………
不同沙源供给条件下柽柳灌丛与沙堆形态的互馈关系———以策勒绿洲沙漠过渡带为例
杨摇 帆,王雪芹,杨东亮,等 (2707)
………………………
……………………………………………………………………………
桂西北喀斯特区原生林与次生林凋落叶降解和养分释放 曾昭霞,王克林,曾馥平,等 (2720)…………………
江西九连山亚热带常绿阔叶林优势种空间分布格局 范摇 娟,赵秀海,汪金松,等 (2729)………………………
秦岭山地锐齿栎次生林幼苗更新特征 康摇 冰,王得祥,李摇 刚,等 (2738)………………………………………
极端干旱环境下的胡杨木质部水力特征 木巴热克·阿尤普,陈亚宁,等 (2748)………………………………
红池坝草地常见物种叶片性状沿海拔梯度的响应特征 宋璐璐,樊江文,吴绍洪,等 (2759)……………………
改变 C源输入对油松人工林土壤呼吸的影响 汪金松,赵秀海,张春雨,等 (2768)……………………………
啮齿动物捕食压力下生境类型和覆盖处理对辽东栎种子命运的影响 闫兴富,周立彪,刘建利 (2778)………
上海闵行区园林鸟类群落嵌套结构 王本耀,王小明,王天厚,等 (2788)…………………………………………
胜利河连续系统中蜉蝣优势种的生产量动态和营养基础 邓摇 山,叶才伟,王利肖,等 (2796)…………………
虾池清塘排出物沉积厚度对老鼠簕幼苗的影响 李摇 婷,叶摇 勇 (2810)…………………………………………
澳大利亚亚热带不同森林土壤微生物群落对碳源的利用 鲁顺保,郭晓敏,芮亦超,等 (2819)…………………
镜泊湖岩溶台地不同植被类型土壤微生物群落特征 黄元元,曲来叶,曲秀春,等 (2827)………………………
浮床空心菜对氮循环细菌数量与分布和氮素净化效果的影响 唐莹莹,李秀珍,周元清,等 (2837)……………
促分解菌剂对还田玉米秸秆的分解效果及土壤微生物的影响 李培培,张冬冬,王小娟,等 (2847)……………
秸秆还田与全膜双垄集雨沟播耦合对半干旱黄土高原玉米产量和土壤有机碳库的影响
吴荣美,王永鹏,李凤民,等 (2855)
………………………
……………………………………………………………………………
赣江流域底泥中有机氯农药残留特征及空间分布 刘小真,赵摇 慈,梁摇 越,等 (2863)…………………………
2009 年徽州稻区白背飞虱种群消长及虫源性质 刁永刚,杨海博,瞿钰锋,等 (2872)…………………………
木鳖子提取物对朱砂叶螨的触杀活性 郭辉力,师光禄,贾良曦,等 (2883)………………………………………
冬小麦气孔臭氧通量拟合及通量产量关系的比较 佟摇 磊,冯宗炜,苏德·毕力格,等 (2890)…………………
专论与综述
基于全球净初级生产力的能源足迹计算方法 方摇 恺,董德明,林摇 卓,等 (2900)………………………………
灵长类社会玩耍的行为模式、影响因素及其功能风险 王晓卫,赵海涛,齐晓光,等 (2910)……………………
问题讨论
中国伐木制品碳储量时空差异分析 伦摇 飞,李文华,王摇 震,等 (2918)…………………………………………
研究简报
森林自然更新过程中地上氮贮量与生物量异速生长的关系 程栋梁,钟全林,林茂兹,等 (2929)………………
连作对芝麻根际土壤微生物群落的影响 华菊玲,刘光荣,黄劲松 (2936)………………………………………
刈割对外来入侵植物黄顶菊的生长、气体交换和荧光的影响 王楠楠,皇甫超河,陈冬青,等 (2943)…………
不同蔬菜种植方式对土壤固碳速率的影响 刘摇 杨,于东升,史学正,等 (2953)…………………………………
巢湖崩岸湖滨基质鄄水文鄄生物一体化修复 陈云峰,张彦辉,郑西强 (2960)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*336*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄05
封面图说: 在交配的雨蛙———雨蛙为两栖动物,世界上种类达 250 种之多,分布极广。 中国的雨蛙仅有 9 种,除西部一些省份
外,其他各省(区)均有分布。 雨蛙体形较小背面皮肤光滑,往往雄性绿色,雌性褐色,其指、趾末端多膨大成吸盘,便
于吸附攀爬。 多生活在灌丛、芦苇、高秆作物上,或塘边、稻田及其附近的杂草上。 白天匍匐在叶片上,黄昏或黎明
频繁活动,捕食能力极强,主要以昆虫为食。 特别是在下雨以后,常常 1 只雨蛙先叫几声,然后众蛙齐鸣,声音响亮,
每年在四、五份夜间发情交配。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 9 期
2012 年 5 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 9
May,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学重点基金(41030744);中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2鄄YW鄄 422);城市与区域生态国家重点实验室自
主项目(SKLURE2008鄄1鄄01)
收稿日期:2011鄄04鄄01; 摇 摇 修订日期:2011鄄06鄄20
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: wangxk@ rcees. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201104010426
仇江啸,王效科,逯非,欧阳志云,郑华.城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系———以北京城区为例.生态学报,2012,32(9):
2659鄄2669.
Qiu J X, Wang X K, Lu F, Ouyang Z Y, Zheng H. The spatial pattern of landscape fragmentation and its relations with urbanization and socio鄄economic
developments: a case study of Beijing. Acta Ecologica Sinica,2012,32(9):2659鄄2669.
城市景观破碎化格局与城市化及社会
经济发展水平的关系
———以北京城区为例
仇江啸1,2,王效科1,*,逯摇 非1,欧阳志云1,郑摇 华1
(1. 中国科学院生态环境研究中心,城市与区域国家重点实验室,北京摇 100085;2. 中国科学院研究生院,北京摇 100049)
摘要:快速城市化引发的景观破碎化加剧对于城市生态系统的过程、功能及其所提供的生态服务功能具有显著的影响。 以北京
市五环内中心城区为例,采用移动窗口分析、梯度分析与景观指数相结合的方法研究了城市景观破碎化的空间分布格局和内部
水平差异,并以此为基础,探究景观破碎化与城市化及社会经济发展水平的关系。 结果表明:类型水平上,城市建筑用地景观比
例达 63% ,斑块连通性好,破碎化程度低,而绿地景观占 33% ,斑块分布不均匀,破碎化程度较高。 景观水平上,城市中心和郊
区的景观破碎化程度要明显低于城市边缘的城乡过渡区,沿城市化梯度从中心向外围呈现出先上升后下降的趋势。 回归分析
结果表明,景观破碎化程度与城市化水平之间表现出一种倒“U冶型关系,并在城市化水平达 42%—45%之间,景观破碎化程度
达到峰值。 进一步研究表明,人口密度和家庭户数是导致景观破碎化加剧的直接驱动因素,而经济的快速增长对景观破碎化程
度的提高具有间接的影响。 该研究结果不仅能作为城市生态系统监测的重要指标,还能为城市景观的合理规划提供科学依据,
而且对于促进城市的可持续发展具有重要的意义。
关键词:景观破碎化;格局分析;城市化;社会经济驱动因素;SPOT;北京
The spatial pattern of landscape fragmentation and its relations with urbanization
and socio鄄economic developments: a case study of Beijing
QIU Jiangxiao1,2, WANG Xiaoke1,*, LU Fei1, OUYANG Zhiyun1, ZHENG Hua1
1 State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing
100085, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Substantial attention has been focused on the phenomenon of landscape fragmentation in urban environment that
stems from rapid urbanization and social鄄economic developments. Intensification of landscape fragmentation is increasingly
considered as an essential ecological indicator that strongly influences the processes, functions, and services of urban
ecosystems. Hence, in this study, on the basis of the interpreted land use map from high resolution SPOT XS imagery, we
utilized a series of moving鄄window analysis and gradient analysis combined with selected landscape metrics to investigate the
spatial distribution and local differences of landscape fragmentation; and further examined its relations with urbanization and
social and economic developments in Beijing urban region, China. The result shows that, at the patch level, urban built鄄up
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lands occupied 63% of the entire study area and were well鄄connected, and less鄄 fragmented. Whereas urban green lands
constituted 33% of the area, with the characteristics of uneven distribution, and relatively high fragmentation status. At the
landscape level, we found that landscape fragmentation, indicated by metrics of patch density (PD), edge density (ED)
and landscape division index ( DIVISION), was considerably higher in urbanizing fringes than urban central and rural
areas. In the eight directions along the urban鄄to鄄rural gradient from the urban center outward, the degree of landscape
fragmentation rose initially and fell down afterward, displaying a single peak pattern in urban fringes. Regression analyses
indicate that the relationship between the degree of landscape fragmentation and the level of urbanization is significant in
form of binomial equation and emerging as inverted “U冶 pattern in the diagram, exhibiting a threshold for the increase of
landscape fragmentation when the degree of urbanization approached 42%—45% . Identification of this threshold suggested
that urbanization could pose both positive and negative effects on landscape fragmentation; that is below the threshold,
urbanization has positive effects whereas above the value, it imposes negative effects on landscape fragmentation. Further
investigations revealed that the social factors of population density and the number of household were the primary direct
drivers of landscape fragmentation; while rapid economic development, which accelerates urbanization, has imposed
indirect impacts on the intensification of landscape fragmentation. This study developed a framework for analyzing and
enhancing our understanding of the nature of landscape fragmentation. Our derived results not only could be used as an
important tool for assessing the spatial pattern of urban ecosystem, but also provided scientific basis for effective landscape
planning and design of sustainable urban environment.
Key Words: landscape fragmentation; pattern analysis; urbanization; socio鄄economic drivers; SPOT image; Beijing
城市是人类文明发展到一定阶段的产物,是人口集中、社会、经济、文化活动异常频繁的聚集地,是人类文
明的标志[1]。 但随着城市化的快速推进,人类活动剧烈地改变了城市的地表形态和景观格局[2鄄3],使得城市
景观呈现出“高度破碎化冶的显著特征,即由原本单一、均质、整体和连续的自然景观趋向于复杂、异质和不连
续的混合斑块镶嵌体。 城市景观破碎化的加剧,很大程度上支离了自然生境、简化了物种组成,改变了城市的
能流、物流和养分循环的过程,进而影响城市生态系统重要的服务功能,最终危害城市的可持续发展[4鄄6],因
此,有必要对城市景观破碎化的空间格局,变化机制及其影响因素进行探讨与研究。
近年来,国内外对于城市景观格局的研究方法和量度体系的构建开展了一系列研究[7],尤其是利用定量
的数学方法,包括景观指数和模型,结合遥感技术,开展区域景观格局分析,多时相格局动态变化,以及城市化
过程的景观格局变化与模拟研究,取得了很好的结果[8鄄12]。 但是,关于城市景观破碎化的空间格局,及其对城
市化的响应特征和社会经济驱动因素的相关研究则鲜见报道。 本文以北京市五环内中心城区为例,基于
SPOT遥感影像分类的结果,对城市景观破碎化的空间格局和内部水平差异进行了分析,并以此为基础,探讨
景观破碎化程度与城市化水平及社会经济发展之间的关系。 该研究不仅对于北京城市化过程中有关城市形
态和城市空间布局以及城市化相关的生态过程研究具有重要的参考价值,而且从景观生态学的角度,为北京
城市生态系统结构和功能的优化,合理的城市发展规划制定及区域可持续发展政策提供了理论参考和决策
依据。
1摇 研究区与数据来源
本文选取北京市五环以内的中心城区作为研究对象,基础数据源为 2002 年获取的 SPOT 遥感影像。 研
究所采用的 SPOT遥感影像具有四个多光谱波段和一个全色波段,空间分辨率分别为 10 m和 2. 5 m。 原始影
像以 1颐50 000 的地形图为基准,利用多项式和最邻近内插法进行几何精校正,并确保配准误差小于 0. 5 个像
元,采用的软件为 ERDAS Image 9. 1。 结合遥感数据的特点及研究区的实际情况,景观的遥感分类采用的是
面向对象的影像分析方法,在 Definiens Developer 7. 0 软件环境下实现。 该方法能够在结构复杂和高度异质
的城市环境中能够实现对高分辨率遥感影像的精确分类,分类过程中采用的最近邻和模糊隶属函数相结合的
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算法。 最终分为建设用地、林地、草地、林草混合用地、水体以及农田六类(图 1),分类的总体分类精度为
88郾 46% ,Kappa系数为 0. 86。 研究中利用的社会和经济数据来源于北京市统计年鉴和人口普查数据,并对人
口等社会数据进行了空间分布的插值模拟。
图 1摇 研究区面向对象景观分类结果
Fig. 1摇 Object鄄based imagery classification result for the study area
2摇 研究方法
2. 1摇 景观破碎化指数
景观分类结果导入 Fragstats3. 3 软件进行景观格局分析,由于单一指标对大范围的景观破碎化过程表现
出明显的不敏感性和局限性[8, 13],本文在景观水平上,针对面积、形状和蔓延度等特点选取 3 个不同的景观
指数来表征景观破碎化程度,分别为斑块密度(Patch Density, PD)、边缘密度(Edge Density, ED)和景观分离
度指数(Landscape Division Index, DIVISION),各指数的计算方法如下:
(1)斑块密度(PD)
PD =
移
M
i = 1
Ni
A
摇 摇 (PD > 0)
式中,M为景观的要素类型总数,A为研究范围景观总面积, Ni 为第 i类景观要素的斑块数。
1662摇 9 期 摇 摇 摇 仇江啸摇 等:城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系———以北京城区为例 摇
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(2)边缘密度(ED)
ED =
移
M
i = 1
移
M
j = 1
P ij
A
摇 摇 (ED 逸0)
式中, P ij 是景观中第 i类景观要素斑块与第 j类景观要素斑块间的边界长度。
(3)景观分离度(DIVISION)
DIVISION = 1 - 移
n
j = 1
(
a j
A
é
ë
êê
ù
û
úú) 摇 摇 (0 臆 DIVISION < 1)
式中, a j 为景观中斑块 j或者景观中某类斑块 j的面积,当景观中仅有一个斑块时,景观分离度为 0,该指数越
大,表明景观内斑块组成越破碎,景观越复杂。
2. 2摇 分析方法
(1)采用移动窗口法来计算整个研究区景观破碎化的空间分布格局和内部水平差异,该方法选取一定大
小的分析窗口,从研究区的左上角开始移动,每次移动一个栅格,计算窗口内的景观指数值,并将该值赋给该
窗口的中心栅格,最终得到各个景观指标的栅格图,即景观破碎化的空间分布格局(图 2a)。 为了能够清楚地
表明该指标的变化规律,选取大小为 1、2 km和 3 km的移动窗口分别计算并进行对比分析,并在景观破碎化
空间分布格局的基础上,设置从城市中心在研究区设置八个方向的样带,利用 ArcGIS 9. 2 的三维分析模块,
得到景观破碎化的从城市中心到外围空间梯度差异(图 2b)。
图 2摇 移动窗口和梯度分析示意图
Fig. 2摇 Illustration of moving鄄window and transect analysis
(2)为了研究城市化水平和景观破碎化程度的关系,利用 2 km伊2 km 的格网,将整个研究区划分成一系
列分析单元,分别计算各单元的景观破碎化指数(以 PD为代表)和城市化水平(以建设用地面积比例为代表,
PLANDU),利用相关和回归分析两者之间的关系。
(3)选取一定的社会和经济指标,与景观破碎化程度进行相关和回归分析,研究城市景观破碎化程度与
社会经济发展之间的关系。 研究社会因素影响时采用格网分析的方法,基于 2 km伊2 km网格单元开展,而分
析经济因素关系时则是以行政区为基础进行的。
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3摇 结果与分析
3. 1摇 北京市景观格局的总体特征
摇 摇 在类型水平上,城市建筑用地景观所占比例达 63% ,尤其是四环以内的建筑用地占了绝大比例,说明北
京市中心城区 2002 年的城市化程度较高,该类型斑块连通性好,总体破碎化程度不高。 城市绿地景观的覆盖
率较低,其中林地、草地和林草混合用地所占比例分别为 17% ,11%和 5% ,绿地斑块空间分布不均衡,主要的
绿地单元集中在研究区外围,而城市中心绿地分布较少,且以小单元绿地为主,总体的景观结构不合理,主要
的绿地类型均显示出较高的破碎化程度。 农业用地和水体景观所占的比例相对较小,均为 2% ,由于城市的
发展与外围扩张,老城区周边近郊与远郊的农田及耕地逐渐被建设用地“蚕食冶,剩余的主要农业用地主要分
散在四环和五环之间的城市外围区域,破碎化程度不高;水体景观主要以城市湖泊、沟渠及河流为主,从城市
中心到外围均有分布。
图 3摇 斑块密度 PD、边缘密度 ED以及景观分离度 DIVISION的空间分布图
Fig. 3摇 Spatial distribution of patch density, edge density and landscape division index
3. 2摇 景观破碎化的空间格局与梯度变化
移动窗口分析得到斑块密度 PD,边缘密度 ED 和景观分离度指数 DIVISION 的空间分布格局如图 3 所
示。 总体来说,在景观水平上,城市中心和郊区的景观破碎化程度要显著低于城市化边缘的城乡结合区,在研
究区北部的破碎化程度很高,主要原因是该地区城市发展迅速,人类活动和干扰频繁,由此引发的土地利用变
化较为剧烈和深刻,景观类型多样,呈交错分布;而在城市中心和研究区南部的景观破碎化程度相对较低,主
要是因为该区域的景观单元呈均匀连续分布,结构较为单一。
基于景观破碎化的空间格局,进一步利用梯度分析的方法,得到景观破碎化程度在 8 个方向上的梯度变
化(图 4—图 6)。 可以看出,沿着城市化梯度从城市中心向外围,斑块密度 PD,边缘密度 ED和景观分离度指
数 DIVISION表现为先上升后下降的变化趋势,即从城市中心到城市边缘再到郊区,景观破碎化程度先呈现
指数式增加,在城市边缘区达到峰值,此后到了郊区随着距市中心的距离增加而迅速下降,城市化边缘区的景
观破碎化程度比市中心和郊区高出范围介于 20%—40%之间。 该结果不仅表明了景观破碎化在城市化梯度
上的内部水平差异,还进一步说明景观破碎化程度最高的地区并不是城市化水平最高的城市中心,而出现在
城市边缘,而随着城市化程度的提高,景观破碎化程度也并没有呈现出线性的变化关系,而是一种非线性的单
峰特征。
在城市中心,城市化水平最高的地区,建设用地景观占有绝大的比例,斑块大量地连成一片,连通性强,导
致景观破碎化程度较低;而在城市化边缘地区,人为干扰比较强烈,人类的活动逐渐把比较均一的非建筑用地
景观转变为建筑景观,形成了多样化的景观类型和破碎化的景观类型,以及建设用地和其它用地之间的镶嵌
分布,因而景观破碎化程度最高;城市郊区,一般多为大片的自然或农田景观,所以破碎化程度也较低。
该结果还能作为是分析尺度的变化对景观指标影响的一个范例[14鄄15],当移动窗口为 1 km 时,景观破碎
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图 4摇 斑块密度在 8 个城市化方向上梯度变化规律
Fig. 4摇 Variations of patch density along eight urbanization gradients
图 5摇 边缘密度在 8 个城市化方向上梯度变化规律
Fig. 5摇 Variations of edge density along eight urbanization gradients
化程度在城市化方向上的变化波动较大,梯度变化规律不明显;而当移动窗口逐渐增加,其指示值随着距离变
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图 6摇 景观分离度在 8 个城市化方向上梯度变化规律
Fig. 6摇 Variations of landscape division index along eight urbanization gradients
化的波动会逐渐变小直至趋于稳定,反映出来的梯度变化规律明显。 这同时说明分析尺度的变化对于结果具
有重要的影响,而在本研究中通过多次实验发现,当移动窗口的大小设置为 2 km时,不仅能够反映出景观破
碎化程度的梯度变化特征,还能满足后续统计分析中样本单元数量的需求。
3. 3摇 城市化水平与景观破碎化的关系
由相关分析的结果可知,各个景观破碎化指标,即斑块密度 PD、边缘密度 ED 和景观分离度指数
DIVISION,与城市化水平 PLANDU均具有显著的相关关系(图 7),相关系数分别为 0. 62、0. 74 和 0. 96,进一
步的回归分析表明他们之间的关系用二元多项式可以达到很好的拟合效果(P < 0. 0001),这说明景观破碎化
程度与城市化水平具有密切的关联,两者之间呈现出显著的倒“U冶型关系,随着城市化水平的不断提高,景观
破碎化程度表现为先上升后下降的变化规律,并且在城市化水平达到 42%—45%之间的阈值时达到峰值。
两者之间的倒“U冶型关系同时从城市形态格局演变的角度反映出景观破碎化的动态变化,具体来说,在城市
发展初期,城市化水平较低,由于人类活动的参与,一方面增加了各种类型的斑块,在非城市地区产生各种人
为的新斑块,另一方面,强烈的人为干扰也不断支离原本连接在一起的斑块,从而导致景观破碎化程度的逐步
加剧;在城市发展中期,城市化达到了一定的水平,在这个发展阶段,由于斑块间的不断扩展,交错渗透及加剧
分割,不仅使得斑块的面积不断扩大,而且斑块形状更趋于多样化,复杂化以及高度的破碎化,因而在该阶段
景观破碎化程度达到峰值。 在城市发展后期,城市化水平到达了较高的水平,斑块之间会出现粘合的状态,即
相邻斑块扩大到一定程度后,相互连接成一个大斑块, 从而降低景观破碎化程度。
3. 4摇 景观破碎化的社会经济驱动分析
社会和经济的发展是影响和改变城市景观结构和格局的重要驱动因素。 研究表明,交通设施建设和城市
的发展是导致景观破碎化的主要原因[16鄄18],而这两者又与人类活动密切相关。 一方面,一般来说,人口数量
越多、人口越集中的地区,对于交通相关设施、交通网络的需求和依赖也相应越多,而城市发展,从某种意义上
来说,也是由人口的增长所带动的,人口密度的高低直观地反映了人类活动和干扰强度的高低;另一方面,家
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图 7摇 斑块密度、边缘密度和景观分离度与城市化水平之间的关系
Fig. 7摇 Relations of patch density, edge density and landscape division with level of urbanization
庭户数是决定城市住宅用地的主要因素,而住宅用地的发展则会直接影响城市的用地格局和景观的破碎化程
度,所以在本研究中,选取了人口密度和家庭户数这两个指标来分析影响景观破碎化格局的社会因素。 相关
分析与回归分析的结果表明(图 8),由斑块密度所指征的景观破碎化程度与人口密度和家庭户数这两个指标
之间具有显著的线性正相关关系,相关系数分别为 0. 50 和 0. 49,这表明人口是导致城市景观破碎化加剧的
主要社会驱动因素。
而对于经济因素,由于数据组织与获取的限制,导致在分析经济指标与景观破碎化的关系时样本数量较
少,因而无法进行回归分析,只能够分析两者之间的相关关系。 结果表明,所有的经济指标与斑块密度之间没
有显著的相关关系,但是财政支出,建筑业总产值以及房地产投资这三个经济指标与城市化水平 PLANDU之
间具有显著的相关关系,相关系数分别为 0. 86,0. 84 和 0. 76,说明这些经济因素是影响城市化水平的重要原
因。 结合之前得出的城市化与景观破碎化关系的结论,可以说明这些经济因素能够通过改变城市化水平的高
低来间接地对景观破碎化程度产生影响。
在快速推进的城市化进程中,由于人口的增加以人们生活水平的提高深刻地影响着土地利用方式[19]。
城市交通干道建设的廊道效应,使得城市道路周围的土地逐渐向城市用地转化,并使得自然廊道不断受到人
工廊道的排挤而发生变形、破损断裂甚至完全消失;而住宅区和城市基础设施的建设,不断占用郊区农田和自
然植被,这些社会和经济的驱动作用,不断支离和分割城市的景观斑块,使得景观逐渐破碎化[20鄄21]。
4摇 结论与讨论
本研究基于北京市 2002 年的 SPOT 遥感影像数据,通过斑块密度 PD,边缘密度 ED 以及景观分离度
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图 8摇 景观破碎化程度与人口密度和家庭户数的关系
Fig. 8摇 Relations of landscape fragmentation with population density and the number of households
DIVISION来代表景观破碎化程度,采用移动窗口分析、梯度分析与景观指数相关结合的方法,并通过相关与
回归等统计分析,对北京中心城区的景观破碎化格局进行了定量化分析,结果表明该方法是可行的,不仅可以
实现景观破碎化格局的可视化和空间化量度,还能对其与城市化水平以及社会经济发展的关系进行了相应的
探讨分析。 研究结果不仅有助于掌握城市景观破碎化格局的特征及变化机制,进一步了解城市景观破碎化的
驱动因素,而且对于优化城市格局、维持城市生态系统服务功能[22],促进城市的可持续的发展具有重要的意
义[23]。 得到主要结论如下:
(1) 研究结果表明,北京城区景观破碎化的空间格局分布呈明显的交替圈层结构,在城市中心和郊区,景
观破碎化程度相对较低,而在城市化边缘破碎化程度最高,沿着城市化梯度从城市中心向外,景观破碎化呈现
出明显的先增加后减少的单峰特征。 该结果对于城市的合理设计和生态规划具有重要的意义。 在城市发展
过程中,尤其是住宅、公共设施以及道路等的建设,会逐渐占用和“蚕食冶城市周边的耕地和城市的绿地资源,
使得城市在形态上表现出往外扩张的趋势,从而很大程度上改变了土地利用现状和景观格局,导致景观异质
性显著,各类型的斑块分割程度高,相互之间连通性差,破碎化程度加剧,进而减少城市生态系统赖以维持的
能流和物质流的供应,影响城市的可持续发展[10, 24]。 研究结果表明,对于景破碎化程度最为严重的城市化边
缘地区,尤其是北京城区的西部和北部,在城市的规划和设计中需要得到足够的重视,在必要时采取相应的规
避和保护措施,如扩展绿地斑块或建设绿地廊道连接分离的绿地景观等,来降低其整体的景观破碎化水平。
而在城市的中心,尽管景观破碎化程度较低,但该地区斑块类型相对单一,主要是以建设用地占主导,因此,在
进行城市景观规划时,有人为地必要引入一定的透水地面,如绿地和水体等,这样的结果虽然带来了景观破碎
化的提高,但是对于城市生态系统本身却具有正面的作用。 这也从另一方面说明,在评价景观破碎化对于城
市景观的指示意义时,不仅需要考虑破碎化程度本身,还需要考虑所研究的地区以及该地区的景观类型。 此
外,在景观的管理和维护中应该促进以目标为导向的政策,而不是简单的以需求为导向,在实施基础建设的同
时,更需要考虑由此引发的人类活动对于生态廊道,自然生境是否会产生破碎化的影响。 从长远发展来看,应
该把该景观破碎化程度作为城市生态监测的一种定量性指标纳入可持续发展的指标体系中,从而更有效地指
导城市的合理发展与生态规划[25鄄27]。
(2)城市化对于景观破碎化的影响具有一个阈值效应,即景观破碎化的程度随着城市化水平的逐渐升高
会表现出先上升后下降的趋势,二元多项式的回归分析表明两者的关系可以用倒“U冶型的曲线来表示,而且
当城市化水平达到 42%—45%之间时,景观破碎化的程度达到峰值。 该结果不仅反映了景观破碎化对于城
市化的响应特征,而且从另一个角度反映出景观破碎化在城市发展过程中的演变特征,为城市的规划和决策
者制定合理的城市发展政策提供科学的理论依据。 尤其是在城市发展中期,景观破碎化程度会较高,此时应
7662摇 9 期 摇 摇 摇 仇江啸摇 等:城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系———以北京城区为例 摇
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该采取相应的措施,如限制部分建设区的增长和开发,鼓励填充式发展以及开发用地的循环利用等来抑制景
观破碎化程度的加剧。
(3)本文还对景观破碎化的社会经济驱动因素进行了相应的研究,各指标之间的相关和回归分析结果表
明,城市人口增长与经济的快速发展是导致景观破碎化加剧的重要驱动因素,因此对于城市的可持续发展而
言,需要考虑人口的增加以及经济的发展对于景观破碎化的影响程度和作用方向,在城市的发展过程中,采取
相应的措施优先控制能够很大程度加剧景观破碎化的各种社会和经济因子,如在人口密度超负荷的住宅区或
者商业区,应该进行空间格局的优化,增加城市绿地等软性景观的连续度以减少景观的破碎化,从而有效改善
城市的生态环境,促进城市生态系统健康、有序的发展[10, 28]。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 9 May,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Responses and weigh of multi鄄ecosystem services and its economic value under different land cover scenarios: a case study from
Ertan water control pivot in Yalong River GE Jing, WU Nan, GAO Jixi,et al (2629)……………………………………………
Influence of grazing on biomass, growth ratio and compensatory effect of different plant groups in Kobresia parva meadow
DONG Quanmin, ZHAO Xinquan, MA Yushou, et al (2640)
……………
……………………………………………………………………
Stocking effectiveness of hatchery鄄released kuruma prawn Penaeus japonicus in the Xiangshan Bay, China
JIANG Yazhou, LING Jianzhong, LIN Nan,et al (2651)
……………………………
……………………………………………………………………………
The spatial pattern of landscape fragmentation and its relations with urbanization and socio鄄economic developments: a case study
of Beijing QIU Jiangxiao, WANG Xiaoke, LU Fei, et al (2659)…………………………………………………………………
Cellular automata simulation of barren patch connectivity effect in degradation sequence on alpine meadow in the source region
of the Yangtze and Yellow rivers, Qinghai鄄Tibetan Plateau, China LI Xueling, LIN Huilong (2670)……………………………
Evolution law of architectural landscape during the urban renewal process in Tiexi District
ZHANG Peifeng, HU Yuanman, XIONG Zaiping, et al (2681)
……………………………………………
……………………………………………………………………
Competition for light and crop productivity in an agro鄄forestry system in the Hilly Region, Shangluo, China
PENG Xiaobang, ZHANG Shuoxin (2692)
…………………………
…………………………………………………………………………………………
Evaluation of forest ecosystem services based on biomass in Shanxi Province LIU Yong, LI Jinchang, YANG Yonggang (2699)……
Research on the morphological interactions between Tamarix ramosissima thickets and Nebkhas under different sand supply
conditions:a case study in Cele oasis鄄desert ecotone YANG Fan, WANG Xueqin, YANG Dongliang, et al (2707)……………
Litter decomposition and nutrient release in typical secondary and primary forests in karst region, Northwest of Guangxi
ZENG Zhaoxia, WANG Kelin, ZENG Fuping, et al (2720)
……………
………………………………………………………………………
Spatial patterns of dominant species in a subtropical evergreen broad鄄leaved forest in Jiulian Mountain Jiangxi Province, China
FAN Juan, ZHAO Xiuhai, WANG Jinsong,et al (2729)
……
……………………………………………………………………………
Characteristics of seedlings regeneration in Quercus aliena var. acuteserrata secondary forests in Qinling Mountains
KANG Bing, WANG Dexiang, LI Gang,et al (2738)
…………………
………………………………………………………………………………
Xylem hydraulic traits of Populus euphratica Oliv. in extremely drought environment
AYOUPU Mubareke, CHEN Yaning, HAO Xingming, et al (2748)
…………………………………………………
………………………………………………………………
Response characteristics of leaf traits of common species along an altitudinal gradient in Hongchiba Grassland, Chongqing
SONG Lulu, FAN Jiangwen, WU Shaohong,et al (2759)
…………
…………………………………………………………………………
Changes of carbon input influence soil respiration in a Pinus tabulaeformis plantation
WANG Jinsong, ZHAO Xiuhai, ZHANG Chunyu, et al (2768)
…………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of different habitats and coverage treatments on the fates of Quercus wutaishanica seeds under the predation pressure of
rodents YAN Xingfu, ZHOU Libiao, LIU Jianli (2778)……………………………………………………………………………
Nested analysis of urban woodlot bird communities in Minhang District of Shanghai
WANG Benyao, WANG Xiaoming, WANG Tianhou, et al (2788)
……………………………………………………
…………………………………………………………………
Production dynamics and trophic basis of three dominant mayflies in the continuum of Shenglihe Stream in the Bahe River Basin
DENG Shan, YE Caiwei, WANG Lixiao, et al (2796)
……
……………………………………………………………………………
Effects of sedimentation thickness of shrimp pond cleaning discharges on Acanthus ilicifolius seedlings LI Ting, YE Yong (2810)……
Utilization of carbon sources by the soil microbial communities of different forest types in subtropical Australia
LU Shunbao, GUO Xiaomin, RUI Yichao,et al (2819)
………………………
……………………………………………………………………………
Soil microbial community characteristics under different vegetation types at the Holocene鄄basalt Platform, Jingpo Lake area,
Northeast China HUANG Yuanyuan, QU Laiye, QU Xiuchun,et al (2827)………………………………………………………
Effect of Ipomoea aquatica Floating鄄bed on the quantity and distribution of nitrogen cycling bacteria and nitrogen removal
TANG Yingying, LI Xiuzhen, ZHOU Yuanqing,et al (2837)
……………
………………………………………………………………………
Effects of microbial inoculants on soil microbial diversity and degrading process of corn straw returned to field
LI Peipei, ZHANG Dongdong, WANG Xiaojuan, et al (2847)
………………………
……………………………………………………………………
Effects of coupling film鄄mulched furrow鄄ridge cropping with maize straw soil鄄incorporation on maize yields and soil organic carbon
pool at a semiarid loess site of China WU Rongmei,WANG Yongpeng,LI Fengmin,et al (2855)…………………………………
Residues and spatial distribution of OCPs in the sediments of Gan River Basin LIU Xiaozhen,ZHAO Ci,LIANG Yu,et al (2863)…
Analysis on population fluctuation and properties of the white鄄backed planthopper in Huizhou in 2009
DIAO Yonggang, YANG Haibo, QU Yufeng, et al (2872)
………………………………
…………………………………………………………………………
Evaluation acaricidal activities of Momordica cochinchinensis extracts against Tetranychus cinnabarinus
GUO Huili, SHI Guanglu, JIA Liangxi, et al (2883)
………………………………
………………………………………………………………………………
Stomatal ozone uptake modeling and comparative analysis of flux鄄response relationships of winter wheat
TONG Lei,FENG Zongwei,Sudebilige,et al (2890)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Calculation method of energy ecological footprint based on global net primary productivity
FANG Kai, DONG Deming, LIN Zhuo, et al (2900)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Behavioral patterns, influencing factors, functions and risks of social play in primates
WANG Xiaowei,ZHAO Haitao, QI Xiaoguang,et al (2910)
…………………………………………………
………………………………………………………………………
Discussion
Spatio鄄Temporal changing analysis on carbon storage of harvested wood products in China
LUN Fei,LI Wenhua,WANG Zhen,et al (2918)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Scientific Note
Variations in allometrical relationship between stand nitrogen storage and biomass as stand development
CHENG Dongliang,ZHONG Quanlin, LIN Maozi, et al (2929)
………………………………
……………………………………………………………………
Effect of continuous cropping of sesame on rhizospheric microbial communities
HUA Juling,LIU Guangrong,HUANG Jinsong (2936)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of clipping on the growth, gas exchange and chlorophyll fluorescence of invasive plant, Flaveria bidentis
WANG Nannan, HUANGFU Chaohe, CHEN Dongqing, et al (2943)
……………………
……………………………………………………………
Influence of vegetable cultivation methods on soil organic carbon sequestration rate
LIU Yang, YU Dongsheng, SHI Xuezheng,et al (2953)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………
Integrated matrix鄄hydrology鄄biological remediation technology for bank collapse lakeside zone of Chaohu Lake
CHEN Yunfeng, ZHANG Yanhui, ZHENG Xiqiang (2960)
………………………
………………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
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法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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第 32 卷摇 第 9 期摇 (2012 年 5 月)
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