城市景觀格局研究綜述

羅雯，曹福祥

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，湖南長沙 410128）

國家GDP 快速增長而導(dǎo)致的快速城市化背景下，城市擴(kuò)展是城市化的主要表現(xiàn)形式，根據(jù)中科院發(fā)布的城市擴(kuò)展遙感數(shù)據(jù)庫：至2020 年中國75 座典型城市面積在50 年間擴(kuò)大了7.46 倍。城市作為人類主要居住環(huán)境，一般來說，城市景觀往往具有以下幾個特點(diǎn)：人口密度大、建成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，被人為改變的氣候和空氣條件，以及受人類活動影響的城市生態(tài)系統(tǒng)。在城市迅速擴(kuò)展的背景下，由于城市規(guī)劃的不合理以及人類活動對城市生態(tài)景觀的干擾，對人類賴以生存的城市生活環(huán)境造成了巨大困擾，而城市景觀格局研究通過定量分析城市景觀格局演變過程，能夠更加清晰、理性地看待城市面臨的各種生態(tài)問題。

1 城市景觀格局研究方法

根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)，城市是由住宅、商務(wù)、綠地、工業(yè)、河流、街道等各種斑塊、廊道、基質(zhì)鑲嵌而成，是滿足人類生活、生產(chǎn)和生態(tài)需求的人工景觀生態(tài)系統(tǒng)[1]。由于城市人口密度大，并且受經(jīng)濟(jì)社會文化各方面的影響，使得城市生態(tài)系統(tǒng)比其他自然生態(tài)系統(tǒng)更加復(fù)雜，需要使用多種研究方法對其進(jìn)行綜合分析。

1.1 景觀類型劃分

量化分析景觀類型的結(jié)構(gòu)，首先需要分類景觀[2]。預(yù)處理獲取的多時相遙感影像，再根據(jù)景觀分類系統(tǒng)在ENVI、Arcgis 等環(huán)境下操作獲得景觀分類圖。景觀分類系統(tǒng)通常是研究者根據(jù)研究目的、研究區(qū)特點(diǎn)，結(jié)合選取合適的土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定，一般選取研究區(qū)所在地區(qū)的土地分類標(biāo)準(zhǔn)、《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010-2007）或者是其他特定地域的分類標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 景觀格局指數(shù)分析

在景觀分類圖基礎(chǔ)上，需要定量化分析不同時期的景觀格局，景觀格局指數(shù)法是最常用的一種定量化研究方法，通過選取具有不同生態(tài)學(xué)含義的景觀格局指數(shù)以達(dá)到把控整體景觀格局變化特征。景觀指數(shù)分為3 個級別：斑塊、類型、景觀級別。類型級別指標(biāo)反映景觀中不同斑塊類型各自的景觀特征；景觀級別指標(biāo)則是描述整體景觀結(jié)構(gòu)；斑塊級別指標(biāo)反映了微觀尺度的景觀特征，也是另兩個級別指標(biāo)的基礎(chǔ)，在景觀格局研究中通常不會使用。根據(jù)研究目的和內(nèi)容選取景觀格局指數(shù)后在Fragstats 軟件包中快速計算所選景觀指數(shù)。

1.3 景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣

景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣也是對景觀格局演變定量化研究的一種形式，不僅能夠?qū)Ρ炔煌瑫r期各景觀類型的面積，還能得到不同時期不同景觀類型之間的流向，以此分析出研究區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移特征。制作景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣的方式有很多，其中常用的是在ENVI、ArcGIS 或者ERDAS 環(huán)境下操作，不同軟件環(huán)境下需要的文件格式可能不同，需要對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2 基于不同地域類型的城市景觀格局

2.1 人工景觀

人工景觀主要是指大城市，如中國上海、杭州等這類經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速、城市化水平較高的典型城市，這類景觀具有人為干擾力度大、生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜等特點(diǎn)。由于景觀格局在短時間內(nèi)并不能發(fā)生明顯改變，國內(nèi)學(xué)者通常對人工景觀進(jìn)行長時序研究。研究者郝亮[3]通過景觀格局指數(shù)法和景觀格局轉(zhuǎn)移矩陣，分析了上海市2000-2017 年景觀格局變化，結(jié)果表明，耕地顯著減少，耕地景觀在人為干預(yù)下趨于破碎化分布，建設(shè)用地大幅度增加，并且趨于集中分布。整體景觀趨于破碎化分布。田鵬等[4]分析1995-2015 年杭州市景觀格局得出，建設(shè)用地劇增、耕地大幅度減少，并且建設(shè)用地的增長大部分是由耕地景觀轉(zhuǎn)化而來。王波等[5]分析銀川市得出，1980-2018 年研究地建設(shè)用地大幅度增長，且在人為操控下建設(shè)用地連接度變高，景觀破碎化降低，城市發(fā)展趨于合理化，生態(tài)環(huán)境變好。根據(jù)文獻(xiàn)整理發(fā)現(xiàn)，人工景觀格局演變結(jié)果一般表現(xiàn)為建設(shè)用地的增多和非建設(shè)用地的減少，這也符合城市化進(jìn)程背景。國外對人工景觀的研究近年來較少，主要集中于對一些生態(tài)區(qū)、區(qū)域景觀的研究。

2.2 自然景觀

城市中的自然景觀主要包括流域和生態(tài)區(qū)。在國內(nèi)外對自然景觀的研究主要集中于濕地和森林景觀，這兩者是人類活動與自然生態(tài)系統(tǒng)交互作用最為頻繁的城市空間[6]，具有豐富的生物多樣性和復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也是我國需要重點(diǎn)保護(hù)的地域之一。因此，對其研究很有必要。國內(nèi)學(xué)者韓騰騰等[7]通過研究武漢市2000-2016 年的濕地景觀格局變化與驅(qū)動力因素，結(jié)果表明，其天然濕地面積呈先減少后增加，總體面積呈增加趨勢，景觀破碎度降低。而人工濕地與天然濕地則相反；基于此，武漢市濕地景觀整體破碎度增加，景觀類型分布趨向不規(guī)則發(fā)展。楊苗等[8]研究1980-2017 年白洋淀區(qū)域景觀格局，結(jié)果表明，灘地景觀優(yōu)勢度最大，形狀也最為復(fù)雜，景觀尺度的破碎度增加。羅紫薇等[9]分析湖南金童山片區(qū)森林景觀，從自然因素和人為作用兩個方面分別分析了景觀級別和景觀類型級別驅(qū)動景觀格局演變的影響因子。結(jié)果表明，在自然和人為的雙重作用下導(dǎo)致牧草地、耕地等景觀類型發(fā)生轉(zhuǎn)變。森林景觀的演變過程是各類影響因子共同作用的結(jié)果。整體上，研究區(qū)景觀格局的演變以自然因素影響為主。

國外學(xué)者通過非監(jiān)督分類方法分類濕地景觀，分析研究了景觀水平上的研究區(qū)棲息地破碎化，研究表明，內(nèi)陸濕地不如人工濕地的破碎化程度高，研究區(qū)中灌木為主的濕地最為破碎。以此結(jié)果幫助實(shí)現(xiàn)研究區(qū)濕地資源的生態(tài)保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)。印度學(xué)者M(jìn) Mandal 等[10]評估了1985-2015 年印度西孟加拉Jhargram 區(qū)森林景觀格局，研究結(jié)果表明，區(qū)域內(nèi)雖然只有少量非林地轉(zhuǎn)化為林地景觀，但森林覆蓋度大幅提高，不僅增強(qiáng)了斑塊之間的連通性，提高了生物多樣性，還改善了研究區(qū)生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)。

在自然景觀研究中，常以景觀格局研究為基礎(chǔ)探索更多不同層次的生態(tài)環(huán)境問題，如英國學(xué)者對研究區(qū)附近的鳥類計數(shù)，評估研究區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境對鳥類群落的影響。美國研究者M(jìn)ckinney RA 等[11]通過調(diào)查美國東北部城市和農(nóng)村濕地及附近高地的繁殖鳥類群落，對比鳥類利用城市高地和城市濕地情況，發(fā)現(xiàn)城市濕地景觀被鳥類的利用率更高，在城市濕地景觀中，生物多樣性更加豐富，以此為保護(hù)城市濕地提供了支撐依據(jù)。

2.3 中小型景觀

中小型景觀和上述人工景觀的區(qū)別主要是尺度的不同，研究者們一般是對小型市域景觀、縣域景觀以及區(qū)域景觀進(jìn)行研究。國內(nèi)學(xué)者王婉穎[12]基于城市化背景下分析了臨沂市中心城區(qū)景觀格局變化，研究結(jié)果表明，1994-2019 年研究區(qū)建設(shè)用地增加劇烈，增速呈先增加后減緩模式，建設(shè)用地是研究區(qū)的優(yōu)勢斑塊，耕地和林地面積大幅度減少，并且在人類活動干擾下，景觀呈破碎化趨勢發(fā)展?；趯Τ鞘猩鷳B(tài)問題的考慮和關(guān)注，2014-2019 年臨沂市注重城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，扭轉(zhuǎn)了前期的快速城市化導(dǎo)致的建設(shè)用地劇烈增加的趨勢。黃孟勤等[13]構(gòu)建了人類活動強(qiáng)度與景觀格局耦合模型，探討三峽庫區(qū)腹地奉節(jié)縣的人地作用關(guān)系。

綜合上述景觀格局演變特征，總結(jié)出城市景觀格局演變在城市化進(jìn)程背景下，為滿足人類居住需求，主要表現(xiàn)為建設(shè)用地早期的劇烈增加，后期出于對生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重視，建設(shè)用地增速變緩；建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變主要由其他非建設(shè)用地，特別是耕地景觀轉(zhuǎn)換而來，所以在城市景觀格局建設(shè)中，耕地景觀普遍呈現(xiàn)減少趨勢；一般情況下，耕地和建設(shè)用地是城市景觀格局中的主要優(yōu)勢斑塊，所以這兩類景觀的變化幅度也比其他景觀類型表現(xiàn)得更加劇烈；在人為影響和自然因素的雙重作用下，城市景觀格局趨于破碎化發(fā)展。

3 基于不同研究內(nèi)容的城市景觀格局

在城市景觀格局的研究中，結(jié)合多種不同內(nèi)容形式，根據(jù)整理歸納文獻(xiàn)，主要研究內(nèi)容包括以下幾類：驅(qū)動機(jī)制分析、景觀格局動態(tài)模擬研究、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等。

3.1 景觀格局驅(qū)動機(jī)制分析

驅(qū)動機(jī)制分析是景觀格局研究的基礎(chǔ)分析，以此找出解決研究區(qū)景觀格局存在問題的根本方法。目前，多集中從社會經(jīng)濟(jì)因素及自然因素進(jìn)行統(tǒng)計分析景觀格局的驅(qū)動力機(jī)制，國內(nèi)學(xué)者王明[14]分別從農(nóng)田變化、建設(shè)用地變化和綠地變化3 個角度，基于GIS-Logistic 耦合模型分析濰坊市轄區(qū)景觀格局驅(qū)動機(jī)制，分析得出，農(nóng)田用地的主要影響因素是坡度、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力、農(nóng)村居民人均純收入、距道路距離；影響建設(shè)用地的主要驅(qū)動因素是人為因素；坡向、城鎮(zhèn)人口比例、距河流距離、距道路、鐵路距離是綠地景觀變化的主要影響因素。

3.2 景觀格局動態(tài)模擬研究

動態(tài)模擬景觀格局能在更大時間和空間尺度上把控景觀格局變化，達(dá)到預(yù)測研究區(qū)未來景觀格局的效果。常用的景觀動態(tài)模型有Markov 模型、CA 模型、CLUE 模型、FLUS 模型等，國內(nèi)外學(xué)者們常以CA 模型和Markov 模型的結(jié)合，即CA-Markov 模型模擬景觀格局動態(tài)，它結(jié)合了CA 模型的較強(qiáng)空間計算能力和Markov 模型的研究時間演變能力，并且操作難易程度適當(dāng)。國內(nèi)學(xué)者陳佳楠等[15]通過CA-Markov 模型模擬預(yù)測2021 年寧鄉(xiāng)市森林景觀格局構(gòu)成，研究結(jié)果表明，研究區(qū)耕地增加，主要由喬、灌木林地轉(zhuǎn)化而來，喬木林地的增多由部分其他林地轉(zhuǎn)化而來；說明在這段時間內(nèi)，為響應(yīng)保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境號召，在不斷提高保護(hù)耕地的力度，也在不斷推進(jìn)造林綠化工作。國外學(xué)者基于CA-Markov 模型[8]對研究地區(qū)景觀格局時空變化，模型揭示了研究區(qū)2018-2030 年間水域持續(xù)增加、植被和裸地都將持續(xù)減少，預(yù)示沿海自然環(huán)境被人為肆意破壞，應(yīng)立即制定綜合規(guī)劃管理，該研究實(shí)現(xiàn)了指導(dǎo)規(guī)劃管理的制定。隨著分析過去景觀格局變化，未來景觀格局變化的預(yù)測也將會達(dá)到快速發(fā)展的模式，能夠清晰識別人類對城市生態(tài)環(huán)境的干預(yù)，基于此，人類能提早實(shí)現(xiàn)預(yù)調(diào)控城市景觀格局。

3.3 景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

生物多樣性下降和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化，是當(dāng)今社會面臨的主要環(huán)境危機(jī)之一。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)被定義為人類從生態(tài)系統(tǒng)中直接或間接獲得利益，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與人類之間存在相互作用關(guān)系。一方面，人類為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)，努力提高生產(chǎn)水平會對生態(tài)系統(tǒng)造成消極影響；另一方面，人類對美好生活的向往和對可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的追求，需要保護(hù)和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)功能。量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能夠使人們看清楚生態(tài)系統(tǒng)為人類創(chuàng)造的巨大福祉，價值評估生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)能夠有效促使人們保護(hù)生物多樣性和響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展。國內(nèi)學(xué)者楊婉清等[16]運(yùn)用SPAM、InVEST 等模型分別評估了1980-2018 年北京市糧食供給、水質(zhì)凈化、氣體調(diào)節(jié)等生態(tài)服務(wù)功能，并探索了景觀格局演變對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響。根據(jù)研究結(jié)果，能夠?yàn)橥ㄟ^優(yōu)化景觀格局提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提供理論依據(jù)。徐燁等[17]通過構(gòu)建“壓力——狀態(tài)——響應(yīng)”模型生態(tài)健康評價雄安城市濕地，結(jié)果表明，研究地生態(tài)健康綜合指數(shù)偏低，處于不健康狀態(tài)，需及時調(diào)控，以達(dá)到保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能需求。國外學(xué)者通過綜合評估景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，以此量化研究區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的耦合促成了人們對生態(tài)環(huán)境的認(rèn)識，并以此保護(hù)和修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)。

景觀格局的研究是一個經(jīng)久不衰的課題，因?yàn)樗N合人類最關(guān)心的生態(tài)環(huán)境問題，人類可以從中探索城市景觀演變的特征、預(yù)測城市未來景觀格局發(fā)展模式進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)安全評估以及促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。以此解決城市面臨的各種生態(tài)環(huán)境問題，讓人類、其他生物的生存環(huán)境變得更加美好。

4 結(jié)語

目前，在城市景觀格局研究中，主要集中于對典型大城市的研究，而中小型景觀的研究比較空缺。中小型景觀由于規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢、數(shù)據(jù)資料獲取受限等問題，在往后研究中以期能為中小型景觀提供規(guī)劃建設(shè)依據(jù)。綜上所述，城市景觀格局主要在社會經(jīng)濟(jì)因素作用下趨于景觀破碎化發(fā)展，各生態(tài)系統(tǒng)之間的連接度降低，影響了城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)流動和能量平衡，長此以往城市生態(tài)環(huán)境會變得更加惡劣。人類活動是影響景觀格局的主要因素，需要盡早調(diào)控城市景觀，以達(dá)到區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、保護(hù)生物多樣性、加強(qiáng)生態(tài)安全建設(shè)的目的。