全 文 ：第 26卷第 3期
2006年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．26．No．3
Mar．，2006
基于缓冲带的贵港市城市景观格局梯度分析
孙 娟 ，夏汉平 ，蓝崇钰 ，辛 琨
(1．中山大学生命科学学院，广州 510275；2．国家环境保护总局华南环境科学研究所。广州 510655；
3．中国科学院华南植物园生态研究所，广州 510650；4．海南师范学院生物系，海口 571158)
摘要：运用景观格局指数与城市建成区缓冲带划分相结合的方法，分析了广西贵港市近 20a来城市建成区整体景观与主要城市
景观类型(公共设施用地、工业用地、居住用地及农 田)的圈层梯度变化特征。分析结果表明：贵港市城市建成区可以看作是居
住用地与公共设施用地的镶嵌景观，但这种镶嵌景观随着城市化的发展，存在日趋不明显的特征；整个景观层面的指数 20a来
在31个梯度带内，表现出相似的变化趋势 ，斑块面积指数显示出贵港市城市建成区存在两个较为明显的商业金融中心；各梯度
带内景观的平均面积增大。景观的形状日臻规则，景观多样性随景观类型及均匀度的增加显著上升。2004年主要城市景观类型
在缓冲区中问各带能够很好的反映出格局的变化特征，其中工业用地和农田用地的斑块数和斑块密度随缓冲区梯度表现出较
为一致的变化特征，而公共设施用地和居住用地的梯度变化趋势相似。各个梯度带中工业用地形状最为复杂，所占比重最低 ，
平均斑块面积最大；公共设施和居住用地形状较为简单，在各带中所占比重较高，平均斑块面积较小；农田景观在各带中所占比
例变化不大。近似连续分布，对城市生态环境的调节起到一定作用。
关键词：GIS；缓冲带；景观格局；景观指数；梯度分析；贵港市
文章编号：1000—0933(2006)03．0655．O8 中图分类号：X171。Q149 文献标识码：A
A gradient analysis based on the bufer zones of urban landscape pattern of the
constructed area in Guigang City，Guangxi，China
SUN Juan ～，XIA Han．Ping3，LAN Chong-Yu ，XIN Kun (1
． c蝴 0， ＆ ，蹦 ，sM yⅡ ，G∞ ㈣ 510275，
China；2． ^China Institute of Environmental&ietwe，National Environmental Protection Administration， Guangzhou 510655，Ch／na；3．South China
Botanical Garden，Chinese Academy ofSciences，Guangzhou 510650，China；4．Department ofBiology，Hal m Normal University，Haikou 571158，Ch／na)．
ActaEcologica Sinica，2O06．26(3)：655—662．
Abstract：Over the last century urbanization on the landscape has increased and intensifed．Urban development has intense
impacts on the environment on local，regional and even global scales．As a driving force in global change，the need to understand
the dynamics of urban patern and its change in an accurate and efficient manner is ever more pressing．
Based on the aerial color infrared photograph in 1985 and the QuiekBird satellite image in 2004 and according to the standard
for plan and construction of city land use，Guigang City was divided into 1 1 landscape types．In the landscape classifcation maps，
3 1 buffer zones，each being 200m wide，were divided．With the aid of GIS software ArcView 3．2 and landscape patern analysis
software FRAGSTATS 3．3，the landscape spatial paterns of each bufer zone were analyzed on the landscape level and class leve1．
The landscape indices，such as patch size，patch fractal dimension，diversity index and evenness index，were calculated．Th e
results indicated that：
1．rhe tota】aT a 0f the Yesidentia】】and and the communal facilities land in 2O04 COVered 46．3％ of the entire constructed
基金项目：广东省自然科学基金团队资助项目(003031)；国家自然科学基金资助项 目(30370233)；广西贵港市人民政府资助项 目
收稿日期：2005—01—16；修订Et期：2005 10-07
作者简介：孙娟(1976一)，女，山东高唐人，博士，主要从事景观生态学与城市生态环境等研究．E-mail：sunOl0208@sina．com
*通讯作者 Author for correspondence．E-mail：xiahanp@scbg．ac．en
Foundation item： e project wa supported by Natural Science Foundation of Guangdong Province(No．003031)，National Natural Science Foundation of China
(No．30370233)，and Guigang City People’8 Government
Received date：2005一O1—16；Accepted date：2005—10—07
Biography：SUN Juan ，Ph．D．，mainly engaged in laIld8cape ecology and urban eco—environment．E-mail：sun010208@sina．corn
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area of Guigang City and the sum of patch number of the two patch types occupied about 39．7％ of the total patch number，while
the percentages were 48．2％ and 45．4％ ，respectively，in 1985．This showed that the mosaic landscape with the residential land
and the communal facilities land became more and more unobvious folowing the urban development and the landscape diversity．
2．Based on the gradient analyrsis with the landscape —level index and the class-level index，there were two business and
finance centers existed in the constructed area．One was located in the urban center with a range of 0．8 km；the other was from
the 10th to the 16th zone．In each buffer zone，the mean patch size was larger and the landscape shape was more regular in 2004
than in 1985．Furthermore，the Shannon diversity index of each bufer zone was rising in 2004 with the patch richness and the
evenness index increasing．
3．The landscape index computed for the main landscape types(communal facilities land，industrial estate land，residential
land and farmland)in the middle of the bufer zones could reflect the urbanization changing wel1．The patch size and the patch
number of industrial estate land and farmland showed the same changing tendency，while communal facilities land and residential
land assumed another same changing tendency．In each gradient zone，the industrial estate land had the most complex shape，the
lowest area percentage of each zone and the biggest mean patch size，whereas the communal facilities land and the residential land
were opposite to the industrial estate land．Th e farmland had steady percentage along the buf er zone and its continuous distribution
had an impo~ant efect on the urban eco-environment．
4．How to relate the pattern changing characteristics along the bufer zone to the urban ecological process and the urban
ecological planning remains to be studied further in the future．
Key words：GIS；buffer zone；spatiM patern；landscape index；gradient analysis；Guigang City
20世纪世纪城市化进程加快，由此导致的城市发展也加剧了对当地、周围地区及更大尺度范围内环境的
影响。作为全球变化的驱动力之一，学者们用定量、有效的方式对城市土地利用转化的研究正在加紧进行之
中⋯。但是，前人的研究多是从区域整体的角度对城市结构模式及其与外界的相互关系进行探讨 ]，对城市
内部结构和功能的分析研究则相对较少 。生态学家从生态系统角度对城市进行研究 ，可为从事城市景观生
态学的探讨提供有益帮助H 。地理学者们对城市形态的研究历史由来已久，主要有伯吉斯 1923年提出的同
心圆学说、霍伊特 1934年的扇形学说 、哈里斯和乌尔曼 1945年的多核心学说、埃里克森 1955年的折衷学说
等 。虽然以上学说多是针对美国和欧洲城市提出的，但对其他国家城市结构的研究仍有一定的借鉴意义。
景观生态学运用景观格局指数对城市景观进行定量化研究，为城市景观结构、城市生态过程以及对城市
的认识提供依据 。国内对城市景观的研究最早见于董雅文n。。的文章，而后以李秀珍_3]、李团胜n ]、宗跃
光 ¨“ 、曾辉 ¨ 等为代表对城市景观展开了研究。研究内容主要在城市景观信息源分析、城市景观类型划
分、城市景观格局、城市景观廊道效应及城市绿地景观
研究等几个方面。研究范围主要集中在大范围城市地
区(包括近郊区等的农田景观)[18 ，对城市建成区范
围内的景观格局及其梯度变化的研究还很少。本文以
广西贵港市为研究对象，试图通过基于缓冲带分割的建
成区景观水平及景观类型水平上的景观指数分析，了解
贵港市城市建成区景观的梯度变化特征，旨在解决：(1)
基于缓冲区的格局分析是否可以定量化城市结构，一个
中心还是多个中心?(2)城市总体景观的缓冲区梯度特
征如何?(3)城市主要景观要素是否具有一定的梯度变
化特征?
1 研究区概况
贵港市位于广西壮族 自治区东南部(图 1)。
～ 缓冲带界线 Bufer zone boundary
口 1985年建成区范围The constructed region in 1985
_ 2004年建成区范围The constructed region in 2004
图 1 贵港市的位置及建成区缓冲带的划分
Fig．1 The bufer zones and the location of Guigang City，Guangxi
新中 A“ gi。“，c “
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3期 孙娟 等：基于缓冲带的贵港市城市景观格局梯度分析 657
国成立后 ，所属权经过了历次改变，并先后撤县设县级贵港市和在原县级贵港市基础上正式组建地级贵港市。
由于种种原因，建市早期城市建设发展速度不快，目前仍为一典型的西部较落后、城市化刚刚起步的城市。
贵港市城区位于东经109。32 30”～109。38 28”，北纬23~03 ll”一23~07 28”之间，是我国为数不多的地处北回
归线、区位优势明显、气候条件优越的城市之一。这里属南亚热带季风气候区，气候温暖，雨量充沛。市内地
势西北高东南低，以平原为主。西江主支流段郁江由西南至东北贯穿全市。贵港市工业主要是以甘蔗加工为
主的制糖业和生活用纸制造业。另外，以水泥生产为主的建材业也占一定比重，其他的还有饲料、化工、制药、
钢铁等工业项 目，但未形成大规模产业。这种相对较低水平的工业发展，势必影响了城市化的发展水平。
2001年贵港市市区人口约31．5万，以非农业人71统计的城市化率为21～％，低于全国平均水平十几个百分
点。建成区包括港北区和港南区2个行政区，城市建设用地主要集中在港北区。建成区总面积3O．9krn2，属小
城市 。
2 数据来源与研究方法
2．1 数据源
上个世纪，在没有高分辨率的卫星影像为城市这一小范围提供数字影像之前，低空飞行的航空遥感相片
为城市提供了较为直观和丰富的影像 。2001年由美国发射的QuiekBird(快鸟)卫星是世界上商业卫星中分
辨率最高、性能最优的卫星之一。卫星的全色图像分辨率从 1m提高到0．61m，多光谱图像分辨率从 4m提高
到2．5m，同时缩短了获取城市数据的周期。本文以 1985年彩红外航空像片和 2004年快鸟卫星影像为数据
源，并辅以 1966年的地形图作为底图信息。
2．2 研究方法
依据国家建设部(90)建标字第 322号《城市用地分类与规划建设用地标准》 ]，将景观分为 11类，分别是
公共设施用地、市政公用设施用地、工业用地、仓储用地、居住用地、绿地、农田、水域、道路、正建与待建用地、
其他用地。这种景观分类体系对研究城市建成区景观特征是合适、有效的。这其中最为活跃的并对城市发展
及空间格局变化产生重要影响的主要有居住用地、公共设施及工业用地等 ]。分类标准确定后，辅以实地踏
察确定解译标志的基础上，借助 GIS软件，最终得到两个时期城区景观类型图(图2)。
l璺l例 Legend
圈 公共设施用地 l 工业用地 目 囫居住用地 嘲 夸田． ．
CommunaI facilities Iand Industrial estafe land ResidentiaIJand Parmlano
宙 市政公用设施用地
1
圆 仓
St
储
ar
用
一
illllm绿
Gr
地
een
圆 水域
WateMunicipal public utility and oage and nland r land l
—■ 交通用地 匿盈 正建地 其它
图2 贵港市建成区两个时期的景观类型图
Fig．2 Maps showing 20 years of land useehanges for the constructed region of Guigang City，Guan~ Au~nomous Re~on，China
以 1966年贵港市建成区范围为界线，在 Mapinfo软件支持下，在 1985年与2004年建成区景观类型图上分
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别向建成区中心、向建成区边缘以200m为间隔做缓冲区 ，建成区范围内共得到31个缓冲带。从中心往四
周分别为第1带、第2带、⋯、第31带(图1)。第1带为贵港市建成区的几何中心，该中心位于贵港市最大湖
泊东湖的西侧，这与实际的市中心相符合。然后运用 FRAGSTATS通用格局计算软件，分别计算31个圈层内
景观及景观类型指数，从而分析城市景观的缓冲区梯度变化特征。梯度分析所选指数及其含义如表 1所
示 · · _ 。
3 结果
3．1 城市景观的总体特征
2004年，贵港市城市建成区占地30．9k 。其中居住用地占27．5％，公共设施 18．8％，工业用地9．0％，其
余各类总共占44．7％。需要特别指出的是，绿化用地只占到2．5％，远没有达到我国园林建设标准30％的要
求，这种较低的绿地覆盖率无法起到对城市环境的调节作用。整个景观的平均斑块面积(MPS)为 1．88hm2，比
1985年的 1．46hm 上升了28．8％；平均斑块密度为 53．2块／k ，比 1985年的68．3块／krTl2下降了 22．2％。最
大斑块指数由 1985年的3．12下降到2004年2．09。整个景观的多样性指数由 1985年的 1．86上升到 2004年
的2．14，上升幅度为 15．1％；景观均匀度由1985年的0．78上升到0．89，而同期景观丰富度只增加了一种，这
说明城市景观多样性的增加是由于各种景观类型 Et趋均匀分布的结果。此外，整个景观的优势度由 1985年
的0．54下降为 2004年的0．26，这充分说明随着城市化进程的演进，城市景观多样性的增加，由一种或几种景
观类型占主导的状况有所改善，城市景观的功能Et益完备。
袭1 景观格局指数
Table 1 Description of landscape metrics
景观指数 dscape indice8 缩^写 描述 D
e pti。n
Acronym
孳观面积和类型面积L丑n sc印e area a LA，CA 景观在各个缓冲带的面积及主要景观类型在各个缓冲带内的面积
面积比重 cla percent of landscape PLAND 景观中某类斑块的面积占整个景观面积的百分率
斑块密度 Patch density PD 斑块密度即单位面积的斑块数目，结合平均斑块面积，分析景观的破碎化程度的指标
Shannon多样性指数 Shannon diversity index SHDI 反映景观类型多样性大小的指标
Shannon均匀度指数 Shannon evenness index SHEI 反映景观斑块的分布均匀程度的指标
平均斑块面 an 出e 羞 蔷荛 翼 蒿焉萋 总数。它既可甩来对比不周景观 聚或破碎程度
面 ．平．均 维数A一‘wei me AWMPFD 是景观中单个斑块的分维数以面积为基准的加权平均值，用于反映景观的形状
patcn lrac[a~tllmenslon
双对数回归分维数 Double logarithm fractal ⋯ r、 对于二维空间的斑块来说，该指数反映景观形状偏离欧几里德几何形状(正如方形或
dimension ⋯ 矩形)的程度
水体作为贵港市的特色景观类型，所占的比例由 1985年的 7．7％下降到2004年的 3．4％，湖泊也由 1985
年的 115个下降到 2004年的67个。这种特色景观密度及比例的降低，不但弱化了水体对城市气候的调节作
用，也减弱了贵港市的城市特色。
3．2 景观尺度上的缓冲区梯度格局分析
选取 8个景观指数来定量化分析贵港市城市景观格局沿缓冲带的变化特征。
沿着 31个缓冲带，整个景观在各缓冲带的面积(LA)在近 20a内表现出一致的梯度变化特征(图 3a)。缓
冲区面积主要集中在缓冲带的第 3—16带，2004 年该带群的面积为25．3km2，占建城区总面积的82．3％；而
1985年该带群的面积为14．0krn2，占建成区总面积的85．9％。其中，第 3 4带是贵港市城市景观的集中区，
2004年这2带的面积占到了整个城市建成区面积的23．1％。另外，从第 10 12带是贵港市的另外一个重要
集中地带，这 3带的面积占到了整个城区总面积的 15．4％。同 1985年的变化趋势相比，第 10 12带的集中
程度在 2004年表现得更为明显。
近20a间斑块密度(PD)从城市的中心到 3．4km处一直为平稳变化，1985年这一带的斑块密度在 140
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块／krn2左右，到2004年下降为100块／km2左右，降低了40％。这种斑块密度的降低是由于城市集聚效应产生
的结果。从3．6km到城市建成区边缘，斑块密度呈现波动变化，出现这种波动特征与人类干扰的强度及土地
价值的降低密不可分。两个时期相比，1985年各梯度带的斑块密度总体上大于2004年的斑块密度(图3-b)。
图3-c所示，整个景观的平均斑块面积(MPS)在 20a间随缓冲区梯度格局没有太大的变化，均表现出从
3．6km外到城市边缘的波动变化。2004年的城市景观的斑块面积明显大于1985年的。
表征景观形状复杂性的面积加权平均分维数(AWMPFD)在两个时期表现出相似的梯度变化趋势(图3
d)。从城市中心到城市边缘，先是波动降低，尔后波动上升。除个别缓冲带(第 18 20，29，30)外，其余各带
2004年的指数值均大于 1985年的。这表明随着城市规划力度的加强，城市景观形状 日臻规则。
整个景观的多样性指数梯度变化表明，伴随城市化进程的演进，各缓冲区景观类型数显著增加，其中景观
类型增加幅度最大的集中在第 10—24带，平均每个缓冲带增加 3．3类景观类型。2004年各带的多样性指数
也明显大于 1985年的数值(图3e所示)，景观丰富度相同的在第 10带内城市景观多样性指数也是明显增加，
而该地带内城市景观均匀度指数也是不断上升(图3f)。这说明城市景观缓冲带内景观多样性指数的增加主
要是由于景观类型数的增加，景观均匀度的增加在景观多样性增加上也起着不容忽视的重要作用 ¨。这一
特征与整个城市建成区景观多样性的增加原因不同。
400．0
350．0
300．0
250．0
200．0
15O．O
100．0
50．0
0
1985年指数Metric8 in 1985 — — 2004年指
300．
250．
凸
200
嚣l 5o_
盏10o．
50．
凸
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蚺
1 3 5 7 9 ll l3l5l7l921232527293l
1 3 5 7 9 ll 1315171921 2325 2729 31
缓冲带 Bufer ZOICnumber
亘
赫
嚣
蓦
图3 景观总体水平的缓冲带梯度变化特征
Fig．3 Changes in landscape-level along the bufer zones
(a)景观类型面积Landscape size；(b)斑块密度 Patch density；(c)平均斑块面积 Mean patch size|(d)面积加权平均分维数 Area-weighed mean
patch fraetal dimension；(e)Shannon多样性指数 Shannon diversity index；(f)Shannon均匀度指数Shannon evennes index
3．3 景观类型尺度上的缓冲区梯度分析
2004年两种主要城市景观类型(公共设施用地、居住用地)的面积(CA)沿缓冲带均表现出相似的双高峰
特征：第 3～5带是一个面积分布高峰区，11～15带为一次高峰区(图4a)，两个高峰区各 自的面积之和分别占
到各类型总面积的58．2％和43．4％。工业用地和农田分别在第4带和第5带出现了一个分布高峰，分别占到
了该类型总面积的26．6％和 15．8％。总体而言，4种景观在 31个缓冲带内，居住用地的面积最大，其次为公
共设施用地，除第4和第5两个缓冲带外，其余各带内农田景观的面积大于工业用地的面积。
比较这4种主要景观类型的斑块数量(PN)，工业用地在各个缓冲带内均为最低，其次为农田，再次为居
住用地公共设施用地的斑块数最高(图 4b)。公共设施用地在整个 31带内也有两个高峰，同景观类型面积
(CA)相结合，说明贵港市存在两个城市商业集中分布地带，分别分布在第 1—4带和第10—16带。其他3种
主要景观类型的斑块数分布格局与面积分布梯度格局不同，农田景观出现了双高峰的分布。居住用地和工业
白 =兽
v1 恒刊 雕啦 赫嘏露 景 恒
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生 态 学 报 26卷
用地的分布梯度分布格局相似，从中心区向外先增加并在第4带达到峰值，而后逐渐下降。
公关设麓用地 Cl舢 m岫aIfacilitieslend —— 居住用地Rosidontiellend ⋯ ·工业用地 lndus~al~sta~lend — — 农田Farmland
120．0
100．0
80．O
60．0
40．0
20．O
0
90．0
80．0
70．0
60．O
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40．0
30．0
20．0
10．0
0
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80
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0
70．0
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50．0
40．0
30．0
20+0
lO，0
0
l 3 5 7 9 1113151719212325272931 33 1 3 5 7 9 lll3l5l7192123 25272931
缓冲带Bufetzonohumbert
8．O
罄 5．0
1．0
0
图4 主要景观类型缓冲带梯度格局变化特征
Fig．4 Changes in class—level along the bufer zones by main patch types
(a)景观类型面积 Class size；(b)斑块数 Patch number|(c)平均斑块面积 Mean patch size；(d)面积比熏Main patch type p~ant cove]r|(e)斑块
密度 Patch density；(f)双对数分维数Double logarithm fractal dimension
就平均斑块面积而言，农田景观的最低也最为平稳，其次为居住用地，再次为公共设施用地(图4C)。工
业景观的梯度格局波动特征最为明显 ，在 31个梯度带中出现了5个波动，但从总体来看，其斑块的平均面积
最大。公共设施用地的平均斑块面积从中心区到第 1O带较小，随后的各带波动上升。居住用地在各梯度带
中所占的面积比重(PLAND)都较高，其次是公共设施用地。在中间各梯度带，两种景观的比重之和超过了
50％，表明在梯度格局中间各带，城市景观为居住用地与公共设施用地的景观镶嵌结构特征更为明显。农田
景观在各个梯度带中所占比重比较稳定，均占到 10％左右。工业用地除第 4—6带所占比重超过 10％外，在
其它各梯度带中，所占比重平均在 5％左右(图 4d)。该指数在城市中心和边沿区较高，中间各带波动幅度
不大。
由于城市边缘受到景观丰富度及景观总面积较小的影响，各种类型的景观斑块密度(PD)较大，中间各带
的特征用景观指数进行说明更为合理。图4e所示 ，在中间各梯度带 4种景观类型的斑块密度变化较为平稳，
工业景观的斑块密度在各个梯度带最低 ，其次为农田，公共设施用地最高。
用于描述景观斑块形状的双对数回归分维数(DLFD)表明 ]，工业用地的斑块形状最为复杂，缓冲带梯度
格局波动特征明显，其余 3种主要景观梯度变化趋势较为一致，建成区中心和城市边缘地带，斑块边界形状较
为复杂，中间各带的指数值较低(图4f)。工业用地的DLDF平均值为 1．63，居住用地的最低，为1．46，农田的
为 I．52，稍高于公共设施用地的 I．50。
4 结论
文中用宽度为 200m的缓冲区将贵港市建成区分为 31个缓冲带，借助景观格局指数定量分析了城市内部
景观格局的梯度变化特征。分析结果较好地回答了前言中提出的3个问题。
4．1 2004年贵港市城市建成区的居住用地和公共设施用地面积之和占总面积的46．3％，两者的斑块数占到
总斑块数的39．7％，而 1985年两者的比例分别为48．2％和45．4％。这表明随着城市化的发展，城市建成区景
观的多样化，以居住用地和公共设施用地构成的镶嵌结构有所减弱。
4．2 基于缓冲区分割的景观格局梯度分析能够很好的验证城市形态理论，并为城市形态中心的确立提供定
量化的依据。研究表明，城市的主要中心在景观类型缓冲带梯度分析层面上具有斑块面积，斑块数，面积比
重，斑块密度等指数上升的变化特征。贵港市在2004年表现为比较明显的两个城市中心的特征，一个分布在
嚣瞎鼎 秣瞩 ⅡI耋 蚓：H 恒
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3期 孙娟 等：基于缓冲带的贵港市城市景观格局梯度分析 661
以城市缓冲带中心为原点的，半径为0．8kin的范围内，一个分布在第l0—16带的范围内。根据这些指数提供
的定量化信息，可以断定随着城市化进程的推进，贵港市的双中心的城市形态 日益明显。
4．3 景观指数能够很好地反映城市景观格局及主要景观要素在梯度带中间的变化特征。在中间各梯度带，4
种主要景观类型指数沿梯度带的变化所反映出的特征与实际情况相吻合。位于城市中心和城市边缘的各梯
度带受梯度带面积较小、丰富度较低等的影响，景观指数的变化波动较大，反映的变化趋势不明显。4种主要
景观要素沿梯度带的景观指数变化差异明显，反映出较好的梯度变化特征。
4．4 在景观格局分析软件支持下可以快速获得景观格局变化的定量信息。但是，如何将城市景观格局梯度
变化特征与城市地域发展变化的推动力分析相结合，进行深入的城市生态过程及城市生态规划的研究是今后
需要进一步深入开展的工作。
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