典型喀斯特山地城市鑲嵌山體斑塊格局時(shí)空變化特征

王志杰, 代 磊, 周學(xué)霞, 胡嫦月, 蘇 嫄

(1.貴州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025;2.山地生態(tài)與農(nóng)業(yè)生物工程協(xié)同創(chuàng)新中心, 貴陽(yáng) 550025; 3.貴州大學(xué) 林學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025)

我國(guó)西南巖溶地區(qū)城市內(nèi)大量分布的喀斯特山體與城市建筑交織，形成獨(dú)特的“城—山”鑲嵌的喀斯特城市景觀，星羅密布的鑲嵌山體斑塊既是喀斯特山地城市內(nèi)重要的資源環(huán)境斑塊和生態(tài)斑塊，對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定、生物多樣性維持和保護(hù)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)具有重要的意義[1-3]；也是喀斯特山地城市擴(kuò)張過(guò)程中不斷包圍進(jìn)城、并持續(xù)破壞干擾形成的殘存斑塊，具有生態(tài)脆弱性強(qiáng)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)[4-5]。鑲嵌山體既為喀斯特山地城市增添了獨(dú)特的綠色生態(tài)本底，同時(shí)也在一定程度上限制著城市擴(kuò)張建設(shè)的發(fā)展空間。近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，導(dǎo)致山體斑塊的原生生境不斷消失或“島嶼化”，破壞生物物種的棲息地，致使本地物種丟失或減少，生物多樣性降低，對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)造成嚴(yán)重影響[2,4]。而基于島嶼生物地理學(xué)理論的研究認(rèn)為，生境面積越大越有利于植物多樣性保護(hù)，生境面積是影響植物物種豐富度和多樣性的主要因子[6]，大多數(shù)功能群與生境面積正相關(guān)，當(dāng)生境斑塊面積下降時(shí)，斑塊內(nèi)部生境喪失，造成植物多樣性的下降，且定居能力小的物種在生境面積變小后更容易滅絕[7-8]。因此，關(guān)于喀斯特城市鑲嵌山體的生態(tài)保護(hù)和科學(xué)合理開(kāi)發(fā)利用，一直是喀斯特山地城市發(fā)展與生態(tài)建設(shè)中需協(xié)調(diào)的重要命題。

已有學(xué)者針對(duì)喀斯特山地城市景觀格局變化對(duì)山體斑塊的影響[5,9]、山體生物多樣性時(shí)空格局變化[2,4]、以及山體公園化利用等[1,10]方面開(kāi)展了部分研究，同時(shí)，也有學(xué)者將山體作為喀斯特城市綠地系統(tǒng)的一部分，通過(guò)對(duì)城市綠地景觀格局的變化，探討了山體(山體綠地)的景觀變化特征[11-12]。但總體上，對(duì)于喀斯特山體城市內(nèi)鑲嵌山體的相關(guān)研究依然十分薄弱?？焖俪鞘谢蜕鷳B(tài)文明建設(shè)雙重背景下，喀斯特山地城市鑲嵌山體規(guī)模發(fā)生什么變化？形態(tài)特征及其時(shí)空分布狀況如何？及其演變規(guī)律是什么？這些科學(xué)問(wèn)題既是了解喀斯特山地城市生態(tài)家底的基礎(chǔ)，也可為開(kāi)展喀斯特山地城市生物多樣性保護(hù)、生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)格局構(gòu)建、以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升等相關(guān)研究提供重要的數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)，更是喀斯特山地城市協(xié)調(diào)發(fā)展與保護(hù)的關(guān)系，促進(jìn)生態(tài)文明城市建設(shè)中破解“城—山”相關(guān)科學(xué)問(wèn)題的首要任務(wù)。

基于此，本研究以貴陽(yáng)市中心城區(qū)為研究對(duì)象，以城區(qū)內(nèi)鑲嵌喀斯特山體斑塊為對(duì)象，運(yùn)用GIS和遙感等空間信息技術(shù)，采用探索性空間數(shù)據(jù)分析、景觀格局分析等方法，并借鑒圖論算法理論，通過(guò)解譯建立2000—2020年研究區(qū)山體斑塊時(shí)空屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，從山體斑塊規(guī)模、形態(tài)、空間分布3個(gè)維度，分析在快速城市化背景下，貴陽(yáng)市中心城區(qū)山體斑塊格局近20 a時(shí)空動(dòng)態(tài)變化特征，以期為喀斯特山地城市鑲嵌山體的科學(xué)保護(hù)與合理開(kāi)發(fā)利用、生物多樣性維持與保育、生態(tài)廊道與生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建提供重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為喀斯特山地城市新型城鎮(zhèn)化與生態(tài)文明城市建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

貴陽(yáng)市地處黔中山原丘陵中部，長(zhǎng)江與珠江分水嶺地帶。中心城區(qū)(26°21′—26°48′ N，106°30′—107°55′ E)，國(guó)土面積約1 180 km2(圖1)。氣候區(qū)劃屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均氣溫15.3℃左右，年均降水量1 197～1 248 mm。地形起伏大、地塊破碎、切割縱深，喀斯特發(fā)育強(qiáng)烈，地表滲透性強(qiáng)，山地面積占52.30%，平均海拔1 100 m左右，土壤類(lèi)型以黃壤為主[13-14]。2004年貴陽(yáng)市被授予首個(gè)“國(guó)家森林城市”稱(chēng)號(hào)，2008年被授予“國(guó)家園林城市”稱(chēng)號(hào)，境內(nèi)喀斯特山體資源分布廣泛，生態(tài)環(huán)境比較優(yōu)勢(shì)突出，有避暑之都之譽(yù)；據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年貴陽(yáng)市城鎮(zhèn)化率達(dá)到74.8%，2018年建成區(qū)綠化覆蓋率41.22%，森林覆蓋率52.0%[15]，生物多樣性豐富，生物物種占全國(guó)的70%左右[16]。近年來(lái)，貴陽(yáng)市生態(tài)文明示范城市和大生態(tài)戰(zhàn)略行動(dòng)建設(shè)推進(jìn)中，大力推進(jìn)山體公園化開(kāi)發(fā)利用，打造以“千園之城”為顯著標(biāo)志生態(tài)文明城市。但隨著貴陽(yáng)市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，2005—2015年城鎮(zhèn)用地面積增加181.37%，城市擴(kuò)展強(qiáng)度達(dá)18.14%[17]，并且2010年之后，貴陽(yáng)市城市化進(jìn)程進(jìn)入高速擴(kuò)張階段，擴(kuò)增速度高達(dá)27.40 km2/a[18]，迫使大量的喀斯特山體被迫進(jìn)城，城市鑲嵌山體也不斷被切割、破壞和蠶食[2]。因此，本研究以貴陽(yáng)市中心城區(qū)為對(duì)象具有很好的典型性和代表性。

圖1 研究區(qū)示意圖

1.2 數(shù)據(jù)源

本研究以91衛(wèi)圖平臺(tái)提供的貴陽(yáng)市中心城區(qū)2000年、2005年、2010年、2015年和2020年等5期Google earth高分辨率遙感圖像為主要數(shù)據(jù)源，空間分辨率為1 m×1 m，坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一重投影為CGCS 2 000投影坐標(biāo)系統(tǒng)。輔助數(shù)據(jù)源包括研究區(qū)1∶1萬(wàn)地形圖、數(shù)字高程模型(空間分辨率為5 m×5 m)、行政區(qū)劃邊界等。

1.3 研究方法

1.3.1 山體斑塊勾繪與分類(lèi) 基于ArcGIS 10.6軟件平臺(tái)，對(duì)照Google Earth三維高分辨率遙感歷史影像，結(jié)合研究區(qū)數(shù)字高程模型和1∶1萬(wàn)地形圖數(shù)據(jù)，運(yùn)用目視解譯方法，將研究區(qū)2000—2020年不同時(shí)期內(nèi)鑲嵌山體斑塊空間矢量化，建立貴陽(yáng)市中心城區(qū)鑲嵌山體時(shí)空屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查，選取117座不同規(guī)模的山體，對(duì)山體斑塊的位置及斑塊邊界解譯精度進(jìn)行驗(yàn)證，山體斑塊的位置解譯精度為100%，斑塊邊界勾繪精度達(dá)95%以上，滿(mǎn)足本研究的精度要求。進(jìn)而，借鑒相關(guān)學(xué)者在城市森林和城市綠地景觀斑塊特征研究中，對(duì)城市森林和綠地景觀斑塊大小分類(lèi)的方法[19-20]，結(jié)合喀斯特山地城市鑲嵌山體的實(shí)際情況，按不同山體規(guī)模大小，將貴陽(yáng)市中心城區(qū)山體分為小型山體(≤1 hm2)、中小型山體(1～10 hm2)、中型山體(10～50 hm2)、中大型山體(50～100 hm2)和大型山體(>100 hm2)等5類(lèi)(圖2)，分析不同規(guī)模山體斑塊格局時(shí)空變化特征。

圖2 2000-2020年不同規(guī)模山體斑塊空間分布

1.3.2 山體斑塊規(guī)模特征分析 依據(jù)貴陽(yáng)市中心城區(qū)不同時(shí)期鑲嵌山體時(shí)空屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，基于ArcGIS 10.6軟件平臺(tái)，統(tǒng)計(jì)各山體斑塊的數(shù)量和面積，采用山體斑塊數(shù)量和斑塊面積兩個(gè)指標(biāo)，分析2000—2020年貴陽(yáng)市中心城區(qū)鑲嵌山體斑塊規(guī)模特征及其變化。

1.3.3 山體斑塊形態(tài)特征分析 依據(jù)景觀格局分析方法，選取斑塊形狀指數(shù)、分維數(shù)為山體斑塊形態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于Fragstats 4.2景觀格局指數(shù)分析軟件，提取不同時(shí)期不同山體斑塊類(lèi)型水平和景觀水平上的相關(guān)景觀格局指數(shù)，分析2000—2020年貴陽(yáng)市中心城區(qū)鑲嵌山體斑塊形狀特征及其變化。計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中:FRAC為斑塊分維度指數(shù),無(wú)量綱,數(shù)值范圍[1-2],指數(shù)值趨近于1代表山體斑塊形狀越規(guī)則,值越大,斑塊形狀越復(fù)雜;SHAPE為斑塊形狀指數(shù),無(wú)量綱,數(shù)值范圍[1,∞),指數(shù)值越大代表山體斑塊形狀越不規(guī)則;pij代表第j類(lèi)第i個(gè)山體斑塊的周長(zhǎng)(m)；aij代表第j類(lèi)第i個(gè)山體斑塊的面積(m2)。

1.3.4 山體斑塊分布特征分析 采用最鄰近指數(shù)(Average nearest neighbor ratio，ANN)、全局空間聚類(lèi)檢驗(yàn)(Getis-Ord General G)、核密度估計(jì)(Kernel density estimation，KDE)和山體斑塊生態(tài)連通性分析等方法，分析不同時(shí)期鑲嵌山體斑塊的空間分布及其動(dòng)態(tài)變化特征。

平均最鄰近指數(shù)的核心思想是通過(guò)測(cè)量每個(gè)斑塊質(zhì)心與其最鄰近圖斑質(zhì)心位置的距離，計(jì)算所有最鄰近距離的平均值，將其與假設(shè)隨機(jī)分布的平均距離比較，判斷山體斑塊是否為聚集分布，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化Z值，比較觀測(cè)平均距離和期望平均距離的差異與標(biāo)準(zhǔn)誤差來(lái)檢測(cè)二者聚集或分散的程度[21-22]。計(jì)算公式如下：

(3)

(4)

式中:Do為每個(gè)山體斑塊質(zhì)心與其最鄰近斑塊質(zhì)心的觀測(cè)平均距離；De為假設(shè)隨機(jī)模式下山體斑塊質(zhì)心的期望平均距離；n為山體斑塊總數(shù)；d為距離；A為研究區(qū)面積。ANN<1,說(shuō)明山體斑塊整體為聚集分布,反之,趨向于隨機(jī)分布；Z為平均最鄰近指數(shù)的顯著性統(tǒng)計(jì)量(標(biāo)準(zhǔn)化Z值),在0.05的置信水平下|Z|=1.96,當(dāng)|Z|>1.96表示山體斑塊呈顯著聚集狀態(tài),在0.01置信水平下|Z|=2.58,當(dāng)|Z|>2.58表示山體斑塊具有極顯著聚集效應(yīng);SE表示山體斑塊平均最鄰近距離的方差。

全局空間聚類(lèi)檢驗(yàn)是從全局角度檢測(cè)山體斑塊的空間分布模式，用以判斷山體斑塊是高值聚集還是低值聚集[23]。計(jì)算公式為：

(5)

(6)

式中:d為距離(m);wij(d)為以距離規(guī)則定義的權(quán)重(山體斑塊面積);xi和xj分別是i和j區(qū)域的觀測(cè)值;G(d)為觀測(cè)值；Z(G)為觀測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)化Z值；E(G)和var(G)分別為G(d)的期望值和方差。如G(d)為正值,且Z(G)統(tǒng)計(jì)顯著,說(shuō)明山體斑塊存在空間聚集,且為大面積山體族群;如G(d)為負(fù)值,且Z(G)統(tǒng)計(jì)顯著,說(shuō)明山體斑塊為小面積山體族群聚集。

核密度估計(jì)屬于非參數(shù)密度估計(jì)的一種統(tǒng)計(jì)方法，可根據(jù)輸入的山體斑塊數(shù)據(jù)集計(jì)算整個(gè)研究區(qū)的聚集狀況，所得到的連續(xù)表面能夠表征研究區(qū)范圍內(nèi)山體斑塊的密度分布特征[21,24]。模型如下：

(7)

式中:f(x,y)為位于(x,y)位置的密度估計(jì)；n為觀測(cè)數(shù)值,即山體斑塊數(shù);h為帶寬或平滑參數(shù);di為(x,y)位置距離第i個(gè)山體斑塊的距離,k為核函數(shù),滿(mǎn)足“距離衰減”效應(yīng)。

山體斑塊作為特殊的資源環(huán)境斑塊，在山體城市生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)和信息傳遞的基本生態(tài)功能，一般認(rèn)為山體斑塊越大，斑塊生態(tài)流的擴(kuò)散距離越長(zhǎng)，而山體斑塊越小，斑塊生態(tài)流的擴(kuò)散距離越短。因此，參考范敏等[25]對(duì)于景觀斑塊面積對(duì)物種多樣性影響的尺度依賴(lài)性和空間尺度效應(yīng)，結(jié)合喀斯特城市鑲嵌山體格局與生物多樣性相關(guān)研究[4,9]，本研究假定維持小型山體斑塊生態(tài)流的距離為100 m，中小型山體斑塊為200 m，中型山體斑塊為300 m，中大型山體斑塊為400 m，大型山體斑塊為500 m。如果以不同規(guī)模的每一座山體斑塊計(jì)算歐氏距離，進(jìn)而疊加成一組數(shù)據(jù)，如所有山體斑塊相應(yīng)閾值的歐氏距離分布圖斑相互交疊，則最終的歐氏距離分布圖斑為一個(gè)斑塊，此時(shí)則說(shuō)明所有山體斑塊潛在生態(tài)連接性為100%；如所有山體斑塊相應(yīng)閾值的歐式距離分布圖斑完全不交疊，則最終的歐氏距離分布圖斑數(shù)等于山體斑塊數(shù)目，此時(shí)則說(shuō)明所有山體斑塊潛在生態(tài)連接性為0；介于二者之間說(shuō)明山體斑塊有一定的潛在生態(tài)連接性，圖斑數(shù)越少，連接性越大，圖斑數(shù)越多，連接性越小。

(8)

RMconP=NMConP/n

(9)

MMConP=max[Area(MconPk)]

(10)

式中:NMConP為潛在生態(tài)連通斑塊數(shù)量,取值范圍[1,n],值越小,代表山體斑塊的潛在連通性水平越高；Mij代表第j類(lèi)的第i座山體斑塊；RMConP為潛在生態(tài)連通性山體斑塊占比；n為山體斑塊總數(shù)量;MMConP為最大潛在生態(tài)連通性圖斑面積；MConPk為第k個(gè)潛在生態(tài)連通性圖斑。

2 結(jié)果與分析

2.1 山體斑塊規(guī)模特征

統(tǒng)計(jì)分析不同時(shí)期不同規(guī)模山體的數(shù)量特征，可以看出：2000—2020年，貴陽(yáng)市中心城區(qū)內(nèi)鑲嵌有大小不一、形態(tài)各異的各類(lèi)山體斑塊數(shù)量達(dá)1 275～1 657座，且以中小型山體和中型山體為主，二者占山體總數(shù)量的84.4%～86.6%，其中：中小型山體最多，占各時(shí)期山體總數(shù)量的54.6%～58.1%，其次為中型山體，占28.5%～30.4%。20 a間，山體斑塊總數(shù)量的變化總體以2010年為界，由2000年的1 305座“持續(xù)增多”至2010年的1 657座，而后“持續(xù)減少”至2020年的1 275座，總體減少30座。不同規(guī)模山體斑塊數(shù)量的變化趨勢(shì)不同，2000—2010年，除大型山體外，其他類(lèi)型山體數(shù)量均呈現(xiàn)增多趨勢(shì)；2010—2020年，所有類(lèi)型山體的數(shù)量均不同程度的減少(表1)。

表1 2000-2020年不同規(guī)模山體斑塊數(shù)量統(tǒng)計(jì)

山體斑塊的面積變化方面(圖3)，2000—2020年，研究區(qū)山體斑塊總面積呈持續(xù)減小的趨勢(shì)，從2000年的394.41 km2，減少至2020年的294.84 km2，減幅達(dá)25.2%。大型山體斑塊面積2000—2010年劇烈減小，之后緩慢減小，總體大幅減小，減幅達(dá)45.1%；其他類(lèi)型山體斑塊面積均表現(xiàn)出2000—2010年快速增大，之后不同程度減小的特征；并且，2020年不同規(guī)模的山體斑塊面積(除大型山體外)較2000年均有不同程度地的小幅增大。結(jié)合山體斑塊的數(shù)量變化特征，可以看出，研究區(qū)山體斑塊的變化以2000—2010年“大面積山體被不斷切割破碎”、2010—2020年“較小面積的山體被不斷蠶食侵占”為主要特征。

圖3 2000-2020年不同規(guī)模山體斑塊面積變化

2.2 山體斑塊形態(tài)特征

分析不同山體斑塊形狀指數(shù)的變化，可以發(fā)現(xiàn)(表2)：同一年份不同類(lèi)型山體斑塊形狀指數(shù)整體表現(xiàn)為大型山體>中大型山體或中型山體>中小型山體或小型山體的特征，說(shuō)明小面積山體斑塊形狀更加規(guī)則，而大面積山體斑塊形狀相對(duì)復(fù)雜。同類(lèi)型山體不同年份的山體斑塊形狀指數(shù)表現(xiàn)為：小型山體、中小型山體和中型山體斑塊形狀指數(shù)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，分別從2000年的1.243 6，1.222 1，1.281 0增長(zhǎng)為2020年的1.262 7，1.242 0，1.287 4，而中大型山體和大型山體斑塊形狀指數(shù)呈現(xiàn)“升—降—升”但總體下降的趨勢(shì)?？傮w而言，山體斑塊形狀指數(shù)的總體變化特征表現(xiàn)出“V”型變化趨勢(shì)，2000—2010年山體斑塊形狀指數(shù)持續(xù)減小，之后急劇增大，至2020年達(dá)到最大值，為2.579 3，比研究初期增大近1.12倍，說(shuō)明近20 a間貴陽(yáng)市中心城區(qū)山體斑塊形狀總體上趨于復(fù)雜化。

表2 2000-2020年山體斑塊形狀變化

從山體斑塊分維數(shù)來(lái)看(表2)，不同類(lèi)型山體斑塊分維數(shù)介于1.033 9～1.056 8，中心城區(qū)總體山體斑塊分維數(shù)介于1.061 6～1.07，斑塊分維數(shù)均接近于1，山體斑塊形狀整體較為規(guī)則，接近于簡(jiǎn)單的幾何形狀。2000—2020年小型山體斑塊分維數(shù)表現(xiàn)出“降—升—降—升”的“W”型波動(dòng)變化趨勢(shì)，其他各類(lèi)型山體斑塊分維數(shù)均表現(xiàn)出“升—降—升”的“N”型波動(dòng)變化趨勢(shì)，與斑塊形狀指數(shù)的變化規(guī)律相似。小型山體、中小型山體和中型山體斑塊分維數(shù)在20 a間表現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，由2000年的1.054 3，1.038 5，1.040 1，分別增大至2020年的1.056 8，1.041 0，1.041 0，說(shuō)明近20 a間，較小面積山體斑塊的形狀趨于復(fù)雜化；而中大型山體和大型山體斑塊分維數(shù)在研究時(shí)段內(nèi)總體表現(xiàn)出小幅下降的趨勢(shì)，斑塊形狀趨于規(guī)則化的特征。總體而言，研究區(qū)山體斑塊分維數(shù)在2000—2020年期間呈現(xiàn)波動(dòng)增加的趨勢(shì)，進(jìn)一步說(shuō)明貴陽(yáng)市中心城區(qū)山體斑塊形狀受人類(lèi)活動(dòng)的不斷干擾，更加復(fù)雜化和不規(guī)則化。

2.3 山體斑塊分布特征

利用ArcGIS 10.6軟件的Nearing工具，計(jì)算貴陽(yáng)市中心城區(qū)不同時(shí)期山體斑塊的最鄰近距離指數(shù)(ANN)，可以看出(表3)：2000—2020年，貴陽(yáng)市中心城區(qū)山體斑塊的ANN指數(shù)介于0.766 9～0.841 4，均小于1，表明山體斑塊的空間分布均存在聚集效應(yīng)，并且標(biāo)準(zhǔn)化Z值均小于-2.58，說(shuō)明在0.01的顯著性水平下，近20 a間貴陽(yáng)市中心城區(qū)山體斑塊空間分布的聚集效應(yīng)極為明顯(p<0.01)。對(duì)比不同年份的ANN值發(fā)現(xiàn)，2000—2005年，ANN值略有上升，表明這一時(shí)期山體斑塊的聚集化程度有所加強(qiáng)，而2005年之后，ANN值持續(xù)減小，山體斑塊的聚集化態(tài)勢(shì)不斷減弱，至2020年達(dá)到最小，為0.766 9，山體斑塊聚集程度最弱。

表3 平均最鄰近指數(shù)統(tǒng)計(jì)

從不同時(shí)期山體斑塊的全局性空間聚類(lèi)分析(Getis-Ord GeneralG)結(jié)果也可以看出(表4)：20 a間，貴陽(yáng)市中心城區(qū)山體斑塊全局性空間聚類(lèi)分析的標(biāo)準(zhǔn)化Z值介于-4.16～-3.76，均小于-2.58(p<0.01)，進(jìn)一步說(shuō)明山體斑塊具有極顯著的聚集效應(yīng)；并且觀測(cè)值均小于期望值，表明山體斑塊的空間分布聚集具有低值聚集特征，即以小面積山體聚集為主。

表4 全局性空間聚類(lèi)檢驗(yàn)分析

利用ArcGIS 10.6軟件的Kernel Density工具對(duì)貴陽(yáng)市中心城區(qū)不同時(shí)期山體斑塊進(jìn)行核密度分析，運(yùn)用等間距法，對(duì)各時(shí)期山體斑塊核密度空間分布圖進(jìn)行分級(jí)處理，統(tǒng)計(jì)分析不同核密度等級(jí)的山體斑塊空間分布格局變化特征，可以看出(表5，圖4)：2000—2020年研究區(qū)山體斑塊核密度平均值介于1.378 4～1.713 5座/km2，以2010年為界，呈先增后減的趨勢(shì)，其中，2010年山體斑塊核密度平均值最大，為1.713 5座/km2，2020年僅為1.378 4座/km2，比研究初期2000年核密度平均值(1.526 6座/km2)減小近1.1倍。山體斑塊核密度空間分布呈“多核分布、高密度邊緣分布”的格局特征，研究區(qū)北部、西南部、南部、東部和東北部各有一個(gè)高值分布區(qū)，東北—西南向形成2條山體斑塊核密度高值分布帶，與北部核密度高值區(qū)交叉形成2個(gè)核密度低值分布片區(qū)(建設(shè)用地的主要分布區(qū))。總體上，山體斑塊核密度空間分布反映出“高密度山體斑塊環(huán)繞、低密度山體斑塊鑲嵌”的景觀格局，2000—2010年，隨著研究區(qū)城市化發(fā)展對(duì)大面積山體的不斷切割，這一時(shí)期山體斑塊的中高密度和高密度分布區(qū)面積不斷擴(kuò)大，二者面積比例由2000年的21.72%，增至2010年的34.06%；2010—2020年，由于大面積山體切割程度減弱，但城市建設(shè)對(duì)小面積山體的蠶食和侵占加劇，山體斑塊的高密度和中高密度區(qū)面積比例呈持續(xù)減小，至2020年，二者面積比例僅占18.01%；與之對(duì)應(yīng)地，低密度區(qū)面積比例自2010年之后持續(xù)增大，至2020年達(dá)到31.56%，且表現(xiàn)出連片發(fā)展的趨勢(shì)。

表5 2000-2020年山體斑塊不同核密度等級(jí)面積比例

通過(guò)不同規(guī)模山體不同歐式距離閾值的潛在生態(tài)連通性分析，可以看出(圖5)：2000—2020年，貴陽(yáng)市中心城區(qū)山體斑塊的潛在生態(tài)連通圖斑數(shù)(NMConP)呈波動(dòng)增多趨勢(shì)，2000年僅為35個(gè)，2020年增至62個(gè)，增加近2倍；單位數(shù)量潛在生態(tài)連通圖斑指數(shù)(RMConP)表現(xiàn)出持續(xù)增大的特征，2000年為0.026 8年、2020年增至0.048 6，增幅達(dá)81.34%；而最大潛在生態(tài)連通圖斑面積(MMConP)則表現(xiàn)為持續(xù)減小的特征，2000年達(dá)924.79 km2，至2020年減小約251.56 km2，僅為673.23 km2，這說(shuō)明近20 a間由于城市化發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾，隨著大面積山體不斷被割裂，小面積山體不斷被蠶食，研究區(qū)山體斑塊的生態(tài)距離持續(xù)變大，山體斑塊間生態(tài)流阻力增加，潛在生態(tài)連通性水平不斷降低。

圖4 2000-2020年山體斑塊核密度等級(jí)空間分布

圖5 2000-2020年山體斑塊潛在生態(tài)連通性

3 結(jié) 論

(1) 貴陽(yáng)市中心城區(qū)鑲嵌山體斑塊數(shù)量和面積分布廣泛，但隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，2000—2020年，山體斑塊的數(shù)量和面積明顯減少，其中大型山體斑塊面積和數(shù)量呈持續(xù)減少的趨勢(shì)，其他各類(lèi)型山體斑塊數(shù)量和面積，以2010年為界，呈“先增后減”的變化趨勢(shì)。

(2) 受長(zhǎng)期城市化過(guò)程的影響，研究區(qū)內(nèi)山體斑塊的形狀整體上較為規(guī)則，但研究時(shí)段內(nèi)表現(xiàn)出復(fù)雜化、破碎化的趨勢(shì)，不同類(lèi)型山體斑塊形狀變化趨勢(shì)不同，大型、中大型山體斑塊形狀更加趨于規(guī)則化，而面積相對(duì)較小的其他類(lèi)型山體斑塊形狀日趨復(fù)雜破碎。

(3) 貴陽(yáng)市中心城區(qū)山體斑塊具有極顯著的空間聚集效應(yīng)，且以小面積山體斑塊的聚集為主，空間分布具有明顯的空間異質(zhì)性。高密度山體主要分布在城區(qū)周邊，對(duì)人口密集的中心城區(qū)形成環(huán)抱之勢(shì)。但隨著山體斑塊被不斷切割、破壞、吞并、侵占，其空間聚集效應(yīng)減弱，高密度區(qū)面積分布逐漸萎縮，低密度區(qū)分布不斷擴(kuò)散且呈集中連片趨勢(shì)；并且山體斑塊的潛在生態(tài)連通性水平持續(xù)降低。形成“城外大山頭、城邊小山聚、城內(nèi)山漸失、望山山遠(yuǎn)離”的格局和發(fā)展趨勢(shì)。

總體而言，2000—2020年貴陽(yáng)市中心城區(qū)內(nèi)大量分布的喀斯特山體斑塊在規(guī)模、形狀和空間分布等方面均表現(xiàn)出退化趨勢(shì)，對(duì)城市生物多樣性保護(hù)和維持、生態(tài)系統(tǒng)健康和穩(wěn)定、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升和提質(zhì)造成嚴(yán)重威脅，今后，須深刻認(rèn)識(shí)到山體斑塊對(duì)喀斯特山地城市的重要生態(tài)和景觀作用與功能，科學(xué)協(xié)調(diào)快速城市化發(fā)展與山體生態(tài)保護(hù)的關(guān)系，盡可能減少對(duì)山體斑塊的不合理干擾和破壞，加強(qiáng)山體斑塊的生態(tài)連通性水平，完善以山體斑塊為主要生態(tài)斑塊和生態(tài)結(jié)點(diǎn)的生態(tài)廊道構(gòu)建，筑牢喀斯特山地城市綠色生態(tài)屏障，為喀斯特山地城市生物多樣性保護(hù)與維持、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升的生態(tài)文明城市建設(shè)提供保障。