全 文 ：林业科学研究 2009, 22( 5): 747~ 752
F orest R esearch
文章编号: 10011498( 2009) 05074706
北京市景观格局特征分析
李 伟 1, 2, 贾宝全 2* , 王 成 2, 郄光发 2
( 1.北京清华城市规划设计研究院,北京 100084; 2.中国林业科学研究院林业研究所
国家林业局城市林业研究中心,北京 100091)
关键词:北京市; 景观格局; 3S技术;景观格局指数
中图分类号: P901 S771. 8 文献标识码: A
收稿日期: 20080419
基金项目: 十一五 国家科技支撑计划重大项目 城市人民生态林优化布局技术研究 ( 2006BAD03A06 )
作者简介: 李伟 ( 1977! ) ,男,河北人,博士,主要研究方向:城市森林规划,景观生态规划与设计, Ema i:l liw ei77913@ yahoo. com.
* 通讯作者
Analysis of Landscape Structure Characteristics in Beijing
LI Wei
1, 2
, JIA Baoquan2, WANG Cheng2, Q IE Guangfa2
( 1. B eijing Ts inghua U rban P lann ing and Des ign In stitute, Beijing 100084, Ch ina; 2. Research Ins titu te of Forestry, CAF;
R esearch Cen tre ofU rban Forestry, S tate Forestry Adm in ist ration, Bei jing 100091, Ch ina )
Abstract: By themeans of 3S techno logy, the landscape of B eijing was d iv ided into 6 primary landscape types and
18 landscape patch types in the study , and a series of indexes w ere calcu lated by mode ls to analyze the spec ial
structure of Be ijing landscape. The results show: that the forest land is themax im al and basa l landscape patch type
( area proportion is 42. 534% ), farm land ( 28. 888% ) and construction area ( 16. 639% ) are also the ma in
landscape types in B eijing. From landscape patch types and landscape patch catego ries levels, the landscape patch
d istr ibuton is centralized, and patch shape is simple, the main landscape patch fractal d imension indexes are under
1. 1, so urban landscape pattern is high ly influenced by human disturbance.
Key words: Be ijing; landscape structure; 3S techno logy; landscape pattern
景观格局分析反映景观结构组成和空间配置等
方面的特征 [ 1] , 通过对城市景观格局分析确定格局
形成的影响因子及其形成的内在机制, 进而揭示景
观格局和景观功能的关系,发现格局中存在的问题,
并在此基础上进行城市景观生态规划与设计, 能达
到调整景观格局, 优化景观功能的目的 [ 2- 3]。北京
自 20世纪 90年代进入快速城市化进程以来, 人口
膨胀、用地紧张、环境污染加剧等问题日益突出, 已
经影响到北京市的进一步发展。本研究在遥感和
G IS等技术支持下, 利用北京市 2007年的 TM影像
数据,通过遥感影像分类和景观格局指数,对北京地
区景观结构进行量化研究, 通过景观格局特征的分
析发现北京地区景观组成及空间配置特点, 目的在
于为北京的景观生态格局优化以及土地资源的合理
利用提供科学依据。
1 研究区概况
北京市位于我国华北平原西北端 ( 115∀25#~
117∀30#E, 39∀28#~ 41∀05#N ), 南接大平原、西临黄土
高原,北接内蒙高原,西、北和东北群山环绕, 东南距
渤海约 150 km,平原海拔 20~ 60m,山地一般海拔 1
000~ 1 500 m; 北京为典型的暖温带半湿润大陆性
季风气候, 夏季炎热多雨, 冬季寒冷干燥, 春、秋短
促,年平均气温 10~ 12 ∃ , 1月平均气温 - 7 ~ - 4
林 业 科 学 研 究 第 22卷
∃ , 7月平均气温 25 ~ 26 ∃ 。极端最低温度
- 27. 4 ∃ ,极端最高温度 42 ∃ 以上, 全年无霜期
180~ 200 d, 西部山区较短, 年平均降水量约 600
mm,降水季节分配很不均匀, 全年降水的 75%集中
在夏季, 7、8月常有暴雨。
近年来,北京城市化进程发展迅速,城市土地利
用和开发不断向城区外扩展,尤其表现在建设生活
居住区。城市地域的扩大,使得市郊乡村的农业用
地逐渐转用于建工厂、商店、住宅等非农业用地 [ 4 ]。
2 研究方法
2. 1 数据源与处理
本研究数据源是遥感解译数据, 该数据根据北
京地区 2007年 4月 26日 30m分辨率的 LandsatTM
影像,对图像进行精纠正,利用 ARC /INFO进行计算
机屏幕判读和数字化工作,生成矢量化地图 (精度为
1%10万 ) ,通过对矢量化地图进行抽样验证, 结果表
明, 经过几何纠正和处理得到的景观类型图精确度
在 89%以上,验证结果表明矢量化地图的误差均在
允许值范围内 ( RM S< 1) ,信息源完全可以满足研究
的需要。在以上工作的基础上利用 A rcG IS的矢量
数据库中提取景观及景观斑块类型的面积和周长等
相关信息进行统计分析。
2. 2 景观斑块类型的划分
对于城市景观类型的划分,本研究采用中科院地
理科学与资源研究所刘纪远 [ 5]的分类系统,以土地利
用分类为依据, 并结合研究区域特点, 将北京地区划
分为 6种景观类型 18个基本景观斑块类型 (表 1)。
应指出的是,对于一些线状地物, 如公路、沟渠等,由
于量算困难,故分别划入所属景观斑块类型中。
2. 3 景观格局分析的指标及其计算方法
对于景观 格局 分析 已经 提出 了许 多指
标 [ 1, 6- 10]。本文主要采用以下指标进行北京地区景
观格局分析: ( 1)景观多样性指数
H = - &n
i= 1
P i lnP i
H #= 1 - &n
i= 1
P
2
i
H为 Shannon多样性指数; H #为 Simpson多样
性指数; P i为第 i种景观类型的面积 (或斑块数 )占
总面积 (或总斑块数 )的百分比; n为景观类型数。
( 2)景观优势度指数
D = Hmax + &n
i= 1
(P i ) ln(P i )
表 1 北京市景观斑块类型组成情况
景观类型 景观斑块类型
1耕地 11水田
12旱地
2林地 21有林地
22灌木林
23疏林地
24其他
3草地 31高覆盖度草地
32中覆盖度草地
33低覆盖度草地
4水域 41河渠
42湖泊
43水库坑塘
44滩地
5建设用地 51城镇用地
52农村居民点
53其他建设用地
6未利用土地 61沼泽地
62裸岩石砾地
注:分类系统中有林地指郁闭度 > 30%的天然木和人工林;灌木
林指郁闭度 > 40%、高度在 2 m以下的矮林地和灌丛林地;疏林地指
郁闭度为 10% ~ 30%的林地;其他林地指未成林造林地、迹地、苗圃
及各类园地。
式中: Hmax = ln( n ) ; n为景观类型。当研究区各景
观类型所占比例相等时, 景观拥有的最大的多样性
指数,即H max。
( 3)景观均匀度指数
E =
H
Hm ax
=
- &n
i= 1
P i lnP i
ln( n )
式中: H 为 Shannon多样性指数, Hm ax是其最大
值, n为研究对象景观要素类型总数。E 趋近于 1
时,景观斑块分布均匀程度最大。
( 4)景观破碎度
LC I = n i /A i
式中: ni为某一景观的斑块数; A i为某一景观
的总面积; LC I为景观破碎度,指景观被分割的破碎
化程度; LC I越大,景观破碎化程度越大。
( 5)面积加权平均斑块分维数
AWMPFD = &m
i= 1
&n
j= 1
2 ln( 0. 25P ij )
lnaij
aij
A
P ij为斑块的周长, 1 ∋ AWMPFD ∋ 2, 其值越
小,表明景观斑块形状越有规律、越简单。
( 6)斑块分离度指数
F i =
ni /A
2(A i /A )
式中: ni为景观斑块类型 i的斑块数; A i为景观
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第 5期 李 伟等: 北京市景观格局特征分析
斑块类型 i的总面积; A 为景观总面积。斑块分离
度指数越大,表明该景观斑块在景观中分布越均匀。
3 结果与分析
3. 1 城市景观类型构型和总体特征
3. 1. 1 城市景观类型数量分布 经 Arc /Info矢量
数据库导出的面积信息累加,研究区土地总面积为
1 638 576. 945 5 hm
2
, 共 7 616个斑块, 各景观类型
的基本特征见表 2。
从面积角度分析来看, 林地面积最大, 达到了
696 944. 551 2 hm
2
, 其次是耕地面积和建设用地面
积,三者的面积比例达到研究区总面积的 88% 以
上,说明北京地区是以林地、耕地、建设用地为主; 从
斑块数目来看, 建设用地 >林地 >草地 >耕地,而农
田和林地平均斑块面积比较大, 说明 2种景观分布
集中,而建筑用地平均斑块面积仅 94. 436 6 hm2, 说
明该用地类型各斑块规模较小,且分布比较分散。
表 2 北京市景观类型数量分布状况
景观类型 面积 /hm2 斑块数 /个 周长 /km 平均斑块面积 /hm2 面积比例 /% 斑块数比例 /%
1耕地 473 347. 329 1 942 17 308. 466 502. 491 9 28. 888 12. 369
2林地 696 944. 551 2 1 934 24 239. 572 360. 364 3 42. 534 25. 394
3草地 144 028. 123 5 1 227 10 697. 157 117. 382 3 8. 790 16. 111
4水域 51 346. 650 3 618 4 269. 799 83. 085 2 3. 134 8. 114
5建设用地 272 638. 504 0 2 887 8 637. 977 94. 436 6 16. 639 37. 907
6未利用土地 271. 787 3 8 20. 426 33. 973 4 0. 017 0. 105
合计 1 638 576. 945 5 7 616 65 173. 397 215. 149 3 100. 000 100. 000
3. 1. 2 北京市景观类型分布特征 林地大部分分
布在山区,北京山区面积约占全市总面积的 62%,
且主要集中在北部、西部,因此北京市的林地呈现出
集中分布,规模较大并且连片分布的特征,而平原区
则是以建筑、耕地为主, 林地零星分布。
造成北京地区景观数量分布特点的原因主要有
2点: 一是自然因素, 主要取决于地貌, 北京市山区
的主要土地利用类型为林地,具有良好的天然次生
林资源,所以形成了林地各斑块规模较大并且基本
连片的特征,在全市 18个区县中, 房山、门头沟、昌
平、延庆、怀柔、密云、平谷等 7个山区区县山区面积
都超过了本辖区总面积的一半以上,分别占 66. 6%、
98. 5%、59. 2%、72. 0%、81. 9%、56. 2%和 57. 2%,
此外,海淀、石景山、丰台、顺义 4个区也有少量山
区; 二是社会经济因素, 近年来北京市人口剧增, 城
市建筑等人工地貌不断兴起,而且主要集中在北京
市的平原地区,造成城镇村庄及工矿用地等不断扩
大, 原有林地消失。因此, 从格局整体上来看, 山区
景观格局比较稳定,平原区的变化较大。
3. 1. 3 北京市景观总体特征分析 由表 3可知:研
究区景观多样性指数比自然植被景观高 (森林景观
的 Shannon多样性指数为 1. 015~ 1. 590, 并随着人
为干扰的增强, 多样性呈上升的趋势 [ 7, 11] ), 反映了
北京市具有典型城市景观的基本特征; 研究区斑块
的多样性指数高于面积的多样性指数, 斑块的均匀
度指数比面积的高, 说明同种景观斑块类型面积分
布比较均匀;面积优势度指数为 0. 895 9, 斑块优势
度指数为 0. 726 2,说明景观中没有一种或几种景观
类型对整体格局具有较强支配景观的能力; 景观破
碎化指数仅 0. 004 6,表明北京市景观总体被分割的
破碎化程度不高。
表 3 研究区的各种景观指数
指数 面积 斑块
Shannon多样性指数 1. 994 5 2. 164 2
S im pson多样性指数 0. 814 4 0. 837 0
景观优势度指数 0. 895 9 0. 726 2
景观均匀度指数 0. 690 0 0. 748 8
景观破碎度指数 0. 004 6
3. 2 景观类型水平上的景观格局分析
3. 2. 1 景观类型数量分析 从表 2可见: 林地、耕
地、建筑用地所占据面积较大, 分别占到总面积的
42. 534%、28. 888%、16. 639%; 斑块数量较多的景
观斑块类型是建筑用地、林地、草地, 分别占斑块总
数的 37. 907%、25. 394%和 16. 111%。从景观斑块
面积比例与斑块数比例的比较情况看,建筑用地、林
地、耕地的差异最为显著, 其中林地、耕地的面积比
例明显高于斑块数比例, 说明相对与其它景观类型
集中林地、耕地集中成片分布的现象严重,而建筑用
地则是斑块数比例明显高于面积比例, 说明建筑用
地斑块规模较小且分布分散。
3. 2. 2 景观类型特征分析
3. 2. 2. 1 景观多样性指数 景观多样性反映景观
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林 业 科 学 研 究 第 22卷
异质性,特别是对景观中斑块类型非均衡分布状况
较为敏感,影响景观多样性的因素为斑块类型丰富
程度和各斑块类型间面积差的大小。从图 1可见:
北京地区水域多样性指数最高 ( 1. 049 5) ,主要是该
景观具有的斑块类型最为丰富,而且各类型间的面
积相差不大;林业用地各斑块类型间面积相差很大,
但是具有丰富的斑块类型, 而建设用地斑块类型间
面积差相对较小,因此也具有较高的多样性指数;耕
地斑块类型单一,且面积相差很大,因此多样性指数
最低。总体而言,各景观类型多样性指数较低,与最
大的可能取值存在一定的差距有关, 北京市景观斑
块类型不够丰富,景观不确定信息含量较小。
3. 2. 2. 2 景观优势度 优势度指数反映各种类型
斑块对景观类型的支配程度的高低。从图 2可见,
耕地的优势度指数最大, 主要是因为耕地景观中的
旱田斑块类型在整个景观类型中占据了绝对的支配
地位 (占耕地面积的 99. 56% ); 而其他景观类型的
优势度均比较低, 说明景观中各种斑块类型对景观
类型的贡献率大致相当, 不具有支配地位。
3. 2. 2. 3 景观均匀度 均匀度指数反映土地利用
景观类型中各斑块类型分布的均匀程度。从图 3可
以看出:除耕地外 (造成耕地均匀度指数低的主要原
因是由于耕地大面积的成片分布, 斑块面积相差较
大 ),其他景观类型均匀度指数相差不大,说明各景
观类型中的斑块类型分布的均匀程度基本相当; 但
是从整体上看, 即使最大的均匀度指数 (水域 )也只
有 0. 757 1,可见北京地区的均匀度指数很低。
3. 2. 2. 4 景观破碎度 破碎度指数用于描述景观
或景观类型被分割的破碎化程度, 土地利用越丰富,
破碎化程度越高, 其不定性的信息含量也越大。从
图 4破碎度指数来看: 研究区中景观类型破碎度指
数较低,反映景观类型中的各种斑块类型分布集中,
作为人工景观的建设用地破碎度最高 ( 0. 176 2); 除
建设用地外,林地和草地景观破碎度高于其他景观
类型,表明这 2种景观类型存在相对严重的斑块交
错分布现象,相对于其他景观类型不确定因素较大。
图 1 景观类型多样性指数 图 2 景观类型优势度指数
图 3 景观类型均匀度指数图 图 4 景观类型破碎度指数
750
第 5期 李 伟等: 北京市景观格局特征分析
3. 3 景观斑块类型水平上的景观格局分析
3. 3. 1 景观类型斑块分布数量 从表 4可见: 旱
田、灌木林、城镇用地、有林地所占面积较大, 分别占
总面积的 28. 754%、26. 912%、10. 344%、9. 663%、
6. 874% ;斑块数量较多的景观斑块类型是农村居民
点、旱田、高覆盖草地和有林地,分别占斑块总数的
32. 98%、12. 18%、11. 50%和 10. 39% ;从景观斑块
面积比例与斑块数比例比较的情况看,农村居民点、
灌木林、旱田和城镇的差异最为明显, 其中旱田、灌
木林、城镇的面积比例明显高于斑块数比例, 说明这
三种景观类型集中分布的现象严重, 而农村居民点
则是斑块数的比例明显高于面积比例, 斑块规模较
小且分布分散。
3. 3. 2 景观斑块类型平均斑块分维数 从不同景
观类型的平均斑块分维数来分析,分维数取值范围
一般是 1~ 2,其值越接近 1,表明斑块的自我相似性
强,斑块形状越有规律、越简单, 受人为干扰的程度
越大;反之,其值越接近于 2, 斑块形状越复杂, 人为
干扰程度越小 [ 12]。从图 5可以看出: 各种景观斑块
类型的分维数均略高于 1, 其中旱田、灌木林、城镇
田地 3种主要景观类型的景观斑块类型平均分维数
均为 1. 0~ 1. 1, 说明研究区受人类影响很大, 各景
观类型的斑块形状都比较简单。
3. 3. 3 主要景观斑块类型分离度指数 分离度指
数表示某一景观斑块类型个体分布的分离程度, 其
值越大,表明该景观类型在地域分布上越分散。研
究区景观类型斑块分离度整体都比较低 (图 6) , 尤
其是旱田、灌木林、城镇用地等几种面积比例最大的
景观斑块类型分离度均不足 0. 1, 表明这些景观类
型斑块集中连片分布现象严重, 故而对分离度指数
的变化不甚敏感。
表 4 北京市景观斑块类型数量分布情况
景观斑块类型及代码 面积 /hm2 斑块数 /个 周长 /km 平均斑块面积 /hm2 面积比例 /% 斑块数比例 /%
11水田 2 191. 914 4 14 98. 292 156. 565 3 0. 134 0. 18
12旱田 471 155. 414 7 928 17 210. 174 507. 710 6 28. 754 12. 18
21有林地 158 342. 337 5 791 7 419. 606 200. 179 9 9. 663 10. 39
22灌木林 440 966. 844 7 514 10 759. 615 857. 912 1 26. 912 6. 75
23疏林地 64 769. 240 3 371 4 168. 127 174. 580 2 3. 953 4. 87
24其它林地 32 866. 128 7 258 1 892. 224 127. 388 1 2. 006 3. 39
31高覆盖草地 112 638. 402 0 876 8 243. 424 128. 582 7 6. 874 11. 50
32中覆盖草地 27 080. 665 7 280 2 105. 931 96. 716 7 1. 653 3. 68
33低覆盖草地 4 309. 055 7 71 347. 802 60. 690 9 0. 263 0. 93
41河渠 8 037. 461 1 28 1 146. 776 287. 052 2 0. 491 0. 37
42湖泊 311. 698 8 2 24. 836 155. 849 4 0. 019 0. 03
43水库坑塘 20 572. 686 3 468 1 442. 606 43. 958 7 1. 256 6. 14
44滩地 22 424. 804 2 120 1 655. 581 186. 873 4 1. 369 1. 58
51城镇 169 501. 223 9 61 1 567. 267 2 778. 708 6 10. 344 0. 80
52农村居民点 90 926. 142 8 2 512 6 276. 959 36. 196 7 5. 549 32. 98
53其它建设用地 12 211. 137 3 314 793. 751 38. 889 0 0. 745 4. 12
61沼泽地 222. 602 0 2 12. 561 111. 301 0 0. 014 0. 03
62裸盐石砾地 49. 185 4 6 7. 866 8. 197 6 0. 003 0. 08
合计 1 638 576. 946 0 7 616 65 173. 397 215. 149 3 100 100
4 结论与讨论
( 1)林地、耕地和建设用地为研究区内主要景
观类型,其中林地为基质景观;林地、耕地集中分布,
建筑用地较分散, 但是建筑用地中城镇用地斑块集
中分布现象严重, 农村居民点的零星分布是造成建
筑用地景观类型较分散的主要原因。
( 2)景观类型和景观斑块类型相对单一, 分布
存在严重的不平衡现象; 除耕地外,其他对景观整体
和景观类型不存在具有支配作用的景观类型与景观
斑块类型。
( 3)城市化过程没有造成景观整体和景观类型
严重破碎化,建筑用地、林地和耕地交错分布现象严
重,林地和耕地等景观类型最容易受到未来城市发
展的影响。
( 4)主要景观斑块类型集中分布现象突出, 人
为活动的影响造成景观斑块形状简单, 不利于边缘
效应的发挥。
快速的城市化进程已经对北京市景观格局产生
了一定的影响, 北京市城市生态环境也面临严峻的
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林 业 科 学 研 究 第 22卷
图 5 景观斑块类型平均斑块分维数指数
图 6 主要景观斑块类型分离度指数
挑战 [ 13- 14 ] ,制止城市建设用地的肆意扩张, 避免形
成大面积城市建设用地斑块; 加强林业建设, 有效增
加林地面积;调整林分结构、提高林地单位面积的生
态效益,注重边缘效应的发挥, 优化景观组分、斑块
数量,对各景观组分进行空间优化布局,使各组分之
间达到和谐、有序,是改善北京城市生态环境, 实现
北京市可持续发展的必由之路。
参考文献:
[ 1] 邬建国.景观生态学 ! ! ! 格局、过程、尺度与等级 [M ] .北京: 高
等教育出版社, 2000: 96- 107
[ 2 ] 傅伯杰, 陈利顶, 马克明, 等.景观生态学原理与应用 [M ] . 北
京:科学出版社, 2001: 202- 207
[ 3] 史永亮,王如松,陈 亮.基于景观格局优化的北京市域生态环
境保育途径 [ J] .地域研究与开发, 2007, 26( 4 ) : 97- 101
[ 4] M a K M, Zhou L, N iu SK. Beijing U rban izat ion in th e Past 18 years
[ J] . Jou rnal of InternationalDevelopm ent and Cooperation, 2005, 11
( 2) : 87- 96
[ 5] 刘纪远, 张增祥, 庄大方,等. 20世纪 90年代我国土地利用变
化时空特征及其成因分析 [ J] . 地理研究, 2003, 22( 1 ): 1- 12
[ 6] 李哈滨,伍业刚.景观生态学的数量研究方法 [ A ] / /刘建国. 当
代生态学博论 [ C ] .北京:中国科学技术出版社, 1992: 209- 234
[ 7] 孙 娟,蓝崇钰, 夏汉平,等. 基于 Qu ickB ird卫星影像的贵港市
城市景观格局分析 [ J] .生态学杂志, 2006, 25 ( 1) : 50- 54
[ 8] 梁美霞,司马慧,蔡艺惠.福州市土地利用景观格局分析 [ J] . 福
建地理, 2005, 20 ( 3) : 7- 10
[ 9] 贡 璐,师庆东,潘晓玲,等.阿克苏绿洲景观格局特征分析 [ J].
新疆大学学报, 2004, 21( 1) : 35- 37
[ 10] 吴泽民,吴文友,高 健.合肥市区城市森林景观格局分析 [ J].
应用生态学报, 2003, 14( 12 ) : 2117- 2122
[ 11] 王兮之, H elge B, M ichaelR,等.基于遥感数据的塔南策勒荒漠
绿洲景观格局定量分析 [ J ] . 生态学报, 2002, 22 ( 9 ):
1491- 1499
[ 12] 黄俊芳,王让会,师庆东.基于 RS与 G IS的三工河流域生态景
观格局分析 [ J] .干旱区研究, 2004, 21 ( 1) : 33- 37
[ 13] 孙亚杰,王清旭,陆兆华.城市化对北京市景观格局的影响 [ J].
应用生态学报, 2005, 16( 7) : 1366- 1369
[ 14] 贾宝全,慈龙骏.绿洲景观生态研究 [M ] . 北京: 科学出版社,
2003: 65- 67
752