生態(tài)建設(shè)背景下林地變化對景觀格局的影響與適應(yīng)性設(shè)計研究

畢曉葉

(北京市大興區(qū)林業(yè)工作站，北京 100026)

1 引言

北京經(jīng)歷了快速的城市發(fā)展時期，城市空間格局發(fā)生了很大變化。與此同時，國家對于生態(tài)文明建設(shè)的重視程度也到達(dá)了前所未有的高度。為了合理利用平原地區(qū)特有的種植條件，加快推進(jìn)造林綠化，建設(shè)大規(guī)模、大尺度的城市森林，北京市開展了大規(guī)模的平原造林工程。截至2018年底，大興區(qū)的造林面積就達(dá)到了25萬畝。大量新增的林地、綠地提升了城市生態(tài)效益，也對原有景觀格局有一定程度影響。研究林地的增加對景觀格局帶來的影響有助于對新增的林地效益進(jìn)行空間上的分析和評價，從而為后續(xù)生態(tài)文明的建設(shè)提供參考。

2 研究區(qū)概況

大興區(qū)位于北京市南部，全境屬永定河沖積平原，地勢自西向東南緩傾，境內(nèi)景觀類型較為單一，過去幾十年建設(shè)用地和耕地一直是占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢的景觀類型，隨著近些年生態(tài)環(huán)境的建設(shè)力度的加大，林地的面積增速顯著。大興區(qū)內(nèi)共有6條主要河道，分別是永定河、涼水河、天堂河、大龍河、小龍河和新鳳河(鳳堿河)，但隨著地下水位的降低和水資源的缺乏，大興區(qū)境內(nèi)的河流多處于干涸狀態(tài)。

3 研究數(shù)據(jù)與方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以北京市大興區(qū)邊界為研究范圍，選取質(zhì)量較優(yōu)質(zhì)的，分辨率為30 m的美國陸地資源衛(wèi)星LandsatTM影像(2010、2018兩年)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以2010年和2018年的北京市土地利用現(xiàn)狀圖、大興區(qū)林業(yè)工作站調(diào)研生成的不同時期林地、濕地數(shù)據(jù)圖為輔助數(shù)據(jù)。

景觀類型的劃分以國家級土地一級分類標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，將研究區(qū)域的景觀劃分為耕地、林地、公共綠地、水域、建設(shè)用地5種景觀類型。在ArcGIS軟件的支持下采用人工目視判讀方法對遙感影像進(jìn)行解譯，并結(jié)合北京市土地利用現(xiàn)狀圖和北京市大興區(qū)林業(yè)工作站調(diào)研生成的不同時期林地、濕地數(shù)據(jù)圖分別對兩個時期景觀數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，生成兩個時間段的景觀類型分布圖。景觀類型分布圖如圖1所示。

圖1 大興區(qū)不同時期景觀類型分布圖

3.2 研究方法

分析區(qū)域景觀格局對于研究區(qū)域景觀的生態(tài)功能變化情況具有重要意義。在景觀格局研究中，以國內(nèi)外目前廣泛使用的景觀指數(shù)應(yīng)用最為廣泛。本研究將2010年及2018年的景觀類型分布圖轉(zhuǎn)化為30 m×30 m的柵格圖像，利用FRAGSTATS軟件從斑塊類型和景觀水平兩個方面對大興區(qū)景觀空間格局指數(shù)進(jìn)行分析。

在斑塊類型分析上，本文從斑塊規(guī)模和景觀異質(zhì)性兩個角度進(jìn)行分析。其中，斑塊規(guī)模分析選取斑塊類型面積(CA)、斑塊百分比(PLAND)、最大斑塊指數(shù)(LPI)3個指標(biāo)。其中斑塊類型面積反應(yīng)研究時間段內(nèi)大興區(qū)各類土地利用類型的變化和轉(zhuǎn)移情況；斑塊百分比表示了各景觀類型占整個景觀面積百分比的變化情況，反映了景觀的優(yōu)勢程度；最大斑塊指數(shù)表示最大斑塊占景觀面積比例，反映了大興區(qū)景觀的優(yōu)勢景觀類型及其變化趨勢。景觀異質(zhì)性分析選取斑塊密度(PD)、景觀邊緣密度(ED)、斑塊凝聚度(COHESION)、聚集指數(shù)(AI)4個指標(biāo)。其中斑塊密度表示單位面積的景觀斑塊數(shù)量，它的數(shù)值代表整體斑塊的分化程度，反映景觀的破碎程度，指數(shù)越大，破碎程度越高。景觀邊緣密度指單位面積上某景觀要素斑塊與其相鄰異質(zhì)斑塊之間的邊緣長度。邊緣長度值越大，景觀被邊界割裂的程度越高，景觀破碎化程度越大，反之則景觀保存完好連通性較高。斑塊凝聚度反映了斑塊類型的物理連接度；聚集指數(shù)反映了斑塊、景觀的空間聚集度和連接程度，指數(shù)越大，則聚集連接程度越大。

在景觀水平分析上選取平均斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、作為分析特征。其中景觀形狀指數(shù)可以顯示出斑塊的聚散程度，指數(shù)越大，斑塊的離散程度越高；蔓延度指數(shù)反映的是斑塊間的聚集程度，指數(shù)越高，斑塊間的離散程度越低；香農(nóng)多樣性是景觀多樣性指標(biāo)，反映了景觀的豐富程度和復(fù)雜程度，SHDI值的增加表示斑塊類型越豐富，均衡度越高。

4 研究結(jié)果與分析

4.1 景觀斑塊類型水平空間格局變化分析

4.1.1 基于斑塊規(guī)模的景觀格局指數(shù)分析

斑塊類型面積(CA)斑塊百分比(PLAND)和最大斑塊指數(shù)(LPI)可以很好地表現(xiàn)景觀斑塊的規(guī)模及變化動態(tài)。從表1中可以看出，2010～2018年間大興區(qū)各類土地利用類型均出現(xiàn)了較大的變化和轉(zhuǎn)移情況。其中林地和城市綠地的面積增幅較大，水域也有一定程度的增加，而耕地類型的面積則大幅減少，建設(shè)用地面積整體上變化不大。相應(yīng)地，在研究時段內(nèi)，林地、城市綠地在大興區(qū)景觀中的占比在不斷提高，耕地和建設(shè)用地的占比在不斷降低。

表1 基于斑塊規(guī)模的2010～2018年景觀格局指數(shù)

從最大斑塊占景觀面積比例可以看出，2010年耕地和建設(shè)用地在大興區(qū)整體景觀中占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢，而在2018年景觀優(yōu)勢度減弱，相反，林地、城市綠地和水域的優(yōu)勢度則大幅增加。說明近些林地和城市綠地的建設(shè)成為城市發(fā)展的主要方向。

4.1.2 基于景觀異質(zhì)性的景觀格局指數(shù)分析

從斑塊密度和景觀邊緣密度可以看出，研究時段內(nèi)各景觀類型的斑塊密度和景觀邊緣度指數(shù)均有所上升。從斑塊凝聚度指數(shù)和聚集指數(shù)方面來看，耕地和建設(shè)用地的凝聚度和聚集度指數(shù)均有所下降，水域、林地和城市綠地斑塊的凝聚度有所提升，其中水域、城市綠地的聚集指數(shù)有所提升。說明近些年來隨著城市建設(shè)和發(fā)展，雖然不同景觀類型的面積和數(shù)量有不同程度的增減，但整體分化程度在進(jìn)一步的增加，景觀斑塊的破碎程度較之前也有變高的趨勢，景觀連通性降低。但在空間分布上，水域、林地和城市綠地斑塊則有向集中發(fā)展的趨勢(表2)。

表2 基于景觀異質(zhì)性的2010～2018年景觀格局指數(shù)

4.2 景觀水平的空間格局變化分析

景觀水平的空間格局變化如表3所示，2010～2018年間，大興區(qū)景觀斑塊密度整體有所增加，最大斑塊指數(shù)降低，說明大興區(qū)整體景觀的破碎化程度有所上升。景觀形狀指數(shù)增加，蔓延度指數(shù)降低，香農(nóng)多樣性指數(shù)增加，說明了隨著時間變化，大興區(qū)景觀斑塊類型的多樣性更高，景觀內(nèi)組分分布更加均勻。

表3 大興區(qū)2010～2018年景觀格局指數(shù)

4.3 小結(jié)

研究結(jié)果表明，大興區(qū)林地的增加景觀格局的影響作用明顯。增長的林地和綠地面積一方面提高了綠色空間的景觀格局優(yōu)勢度，另一方面也因其斑塊數(shù)量較多、不連續(xù)的特點(diǎn)，導(dǎo)致域景觀破碎程度增加。在空間分布上，水域、林地和城市綠地斑塊的分布上有向集中發(fā)展的趨勢，這為后續(xù)的綠化建設(shè)中提升景觀的連續(xù)性提供了較好基礎(chǔ)條件。

5 適應(yīng)性設(shè)計策略探索

5.1 規(guī)劃選址兼顧景觀連通性

在城市生態(tài)建設(shè)中，景觀的連通性一直備受關(guān)注，因?yàn)榫坝^的連通性代表了各斑塊之間物種間流動的便利程度，是保護(hù)生物多樣性和維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一。大興區(qū)的景觀格局分析顯示，在近幾年的開發(fā)建設(shè)過程中，林地和城市綠地的建設(shè)成為大興區(qū)的主要建設(shè)方向，林地和城市綠地的斑塊數(shù)量增加，整體面積增加，進(jìn)一步加強(qiáng)了城市生態(tài)功能建設(shè)。與此同時，增加的林地和城市綠地斑塊割裂了以往占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢的建設(shè)用地和耕地，出現(xiàn)了景觀破碎度較高的現(xiàn)象。因此，在未來林地和城市綠地規(guī)劃選址中，應(yīng)考慮現(xiàn)有的景觀斑塊特性，兼顧景觀的連通性。

5.2 加強(qiáng)綠色廊道的建設(shè)力度

綠色廊道是城市關(guān)鍵的景觀結(jié)構(gòu)要素，它的的線性特征可以將離散的景觀斑塊進(jìn)行連通，實(shí)現(xiàn)生態(tài)物質(zhì)、能量和信息的交換，從而達(dá)到保護(hù)生物多樣性的作用。除此之外，綠色廊道還具有過濾污染物、防止水土流失、防風(fēng)固沙等生態(tài)功能。因此，在城市綠化建設(shè)過程中，可加強(qiáng)綠色廊道的建設(shè)力度，通過綠色廊道提高中小型斑塊間的連接作用，從而提升景觀的連通性，進(jìn)一步保護(hù)生物多樣性和維持城市生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。

5.3 加強(qiáng)林地植物配置及多樣性保護(hù)

進(jìn)行各類林地植物多樣性研究和林地結(jié)構(gòu)配置的細(xì)化是發(fā)揮林地生態(tài)作用與維持城市生態(tài)系統(tǒng)平衡的關(guān)鍵。因此，應(yīng)加強(qiáng)林地植物的多樣性研究，根據(jù)林地的立地條件和實(shí)際情況，選擇合適的植物和樹種進(jìn)行種植，同時結(jié)合林地植被的生長特點(diǎn)對林地空間種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計。從而達(dá)到優(yōu)化城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、保護(hù)生物多樣性、恢復(fù)景觀格局和提升城市景觀品質(zhì)的目的。

6 結(jié)論與討論

近年來林地的變化對大興區(qū)的景觀格局影響較大，針對改善生態(tài)環(huán)境的增綠舉措，在建設(shè)過程中不僅要關(guān)注綠色空間的增長量，還要關(guān)注其保護(hù)生物多樣性、實(shí)現(xiàn)生態(tài)物質(zhì)、能量和信息的交換的重要作用。因此，在后續(xù)的綠化建設(shè)中，應(yīng)從選址和設(shè)計上進(jìn)行深入研究，從而進(jìn)一步加強(qiáng)綠色空間的生態(tài)作用，維持城市生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定。