（自然地理学专业论文）基于gis的西安市城市景观格局分析及其优化对策.pdf

摘要 景观空问格局分析有助于探讨景观格局和生态过程的相互关系，是景观生态 学研究的核心问题之。伴随着西安城市化进程不断加快，城市规模日益扩大， 城市形态结构也不断发生变化；城市化深刻改变着一个地区的自然景观，影响城 市的生态学过程，进而改变了整个景观格局。与此同时，城市交通、环境污染、 居住等问题更加突出。这些问题在一定程度上都影响了城市作为生产、生活环境 的适宜性，给城市的可持续发展带来极大的挑战。城市化导致的城市空问无序扩 张对城市生态系统功能的影响及其生态学效应，是西安市城市发展迫切需要解决 的关键问题之一。西安市城市景观格局的研究，对合理进行土地利用规划和管理， 改善城市生态环境具有至关重要的作用。 本文以西安市三环以内q u i c k b i r d 卫星影像为基础，从景观生态学的理论知 识出发，在g i s 技术的支持下，首先生成多种不同粒度下的景观分类图。通过所 选取的景观指数对粒度变化的响应，确定研究区域的适宜研究粒度，对西安市的 景观格局现状进行了研究。随后，通过钟楼设立自西向东，自北向南两条样带， 将景观指数和梯度分析相结合，精细地研究城市特定区域、特定方向的景观格局， 了解城市景观格局的空间特征以及城市化对景观格局的影响，阐明城市总体景观 结构的梯度特征，圈层特征。之后，对西安市一二三环之间的景观格局分别进行 研究。最后，对西安市景观格局提出优化对策。论文的主要结论如下： l 、在本研究中，粒度从5 m 增加到2 0 m ，各景观指数变化很小。当粒度超过 8 0 m 时，景观之间的差异不明显，景观格局已发生较大的改变，并且所得的结果 与实际情况不符。在2 0 m 到8 0 m 范围内，粒度越小，景观之间的差异越明显。根 据各种景观指数对不同粒度变化的敏感性，在避免产生大量庞杂信息但能较好的 反映景观的空间异质性的前提下，考虑到基础影像的分辨率限制、解译过程的影 响等因素，选择最佳的研究粒度为2 0 m 。 2 、将景观格局指数和梯度分析相结合，表明西安市景观指数从郊区向市中 心推进的过程中，在类型水平上和景观水平上都呈现出了明显的梯度性。城市化 强烈的区域表现出了高度的景观破碎化和空间复杂性；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， 西安市随着城市化进程的推进，目前仍然呈现出以老城区为中心的单核心城市形 态。结合景观指数交化的梯度分析，能更明显的反映出西安市的圈层结构，并且 各景观指数在样带上的变化，与一二三环间不同的景观格局有密切关系，在一二 三环之间都呈现一定规律性的变化 3 、通过西安市整体景观格局和一二三环之间景观格局的研究，得出：从整 体来看，西安市居住工业用地集中，人工景观聚集，影响自然生态过程；绿地、 水体景观破碎化程度高，分布分散；环城路内景观构成不合理，一二环间各景观 类型分布极为不均，二三环间土地利用经济效益和生态效益有很大的发展空间。 4 、从改造公共空间，调整城市的空问布局与结构，维护景观生态过程与格 局的连续性、尊重和保持历史文化特点的角度提出西安市景观格局的优化对策。 关键词：g i s ；粒度；景观格局；梯度分析；格局优化 a r i a l y s i so nt h eu r b a nl a n d s c a p ep a t t e r no f x i a nb a s e do i lg i s a n d s t u d y o i ll a n d s c a p ep a t t e r no p t i m i z a t i o n a b s t r a e t l a n d s c a p ep a t t e r na n a l y s i si sb e n e f i c i a lt oi n q u i r et h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e l a n d s c a p ep a t t e r na n dp r o c e s s a n di ti st h ee o r ep r o b l e mo f t h el a n d s c a p ee c o l o g y t h er a p i du r b a n i z a t i o ni nx i 蛆c i t yi sc h a n g i n gd e e p l yt h en a t u r a ll a n d s c a p ea n d a f f e c t i n gt h ec i t y se c o l o g yp r o c e s s t h e nt h ew h o l el a n , t s e a p ep a t t e r no ft h ec i t yi s c h a n g e d a tt h es a m et i m e t h ep r o b l e m ss u c ha sc i t yi z a n 驴r t a t i o n , p o l l u t i o no ft h e e n v i r o n m e n ta n dl i v i n ge n v i r o n m e n td e t e r i o r a t e d t h o s ep r o b l e m sr e d u c et h ec o m f o r t o ft h ec i t yt ob et h ee n v i r o n m e n to fp r o d u c i n ga n dl i v i n g , a n dg oa g a i n s ts u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t t h ei n f l u e n c et ot h ef u n c t i o no fe c o s y s t e ma n dt h ee c o l o g i c a le f f e c t , w h i e l ai sc a u s e db yt h eo u t o f - o r d e re x t e n d i n go fc o n s t r u c t e dl a n di n t r o d u c e db y u r b a n i z a t i o n , i st h ek e yp r o b l e mt h a tn e e d st or e s o l v eu r g e n t l yi nx i a l a t h er e s e a r c h o f c i t yl a n d s c a p ep a t t e r ni nx i a nh a si m p o r t a n tm e a n i n gt ot h er e a s o n a b l ep r o c e e d i n g o f l a n d - u s ep l a na n dm a n a g e m e n t , a n da m e l i o r a t i n gt h ec i t ye c o l o g ya n de n v i r o n m e n t t h i sp a p e re h o o s e dt h er si m a g e r yo ft h r e ec i r c l e so fx i a nb yq u i e k b i r d1 1 5 t h el 呛s e a r e l aa r e a , c o m b i n e dw i t ht h et h e o r i e so fl a n d s c a p ee c o l o g ya n dt h e t e c h n o l o g yo f g i s ，t h ea p p r o p r i a t eg r a i nw a se h o o s e db a s e d0 1 3 t h es e n s i t i v i t ya n a l y s i s o fl a n d s c a p ep a t t e r ni n d i c e sw i t hd i f f e r e n t 毋a i n ，a n dt h u st h ec u l t c n tl a n d s c a p e p a t t e r no f x i 姐w a sa n a l y z e d s o m el a n d s c a p ei n d i c e sw e r ec o m p u t e da l o n ga1 6 k i n l o n ga n d2 k m 谢d ew e s t c a s ti r a n s e e ta n da n o t h e r1 9 k i nl o n ga n d2 k m 丽d e s o u t h n o r t ht r a m e e t , c r o s s i n ga tt h eu r b a nc e n t e r , w i t ham o v i n gw i n d o w , t h e l a n d s c a p eg r a d i e n ta n a l y s i sc o u l dc o m m e n d a b l yv a l i d a t et h et h e o r yo f u r b a nf o r m 1 、i nt h er e s e a r e l a , t h eg r a i nc h a n g e df r o m5t o2 0m e t r ew a f tt i n y w h e nt h eg r a i n e x c e e d e d8 0m c l l - e ，t h el a n d s c a p ep a l t e mw a st o t a l l ya l t e r e d , a n dt h er e s u l t sd i f f e r e d f r o mt h ef a c tb e t w e e nt h e2 0a n d8 0n l c l l 屯，t h es m a l l e rt h eg r a i nw a s ，t h e1 1 1 0 1 * e v i s i b l et h el a n d s e a l 把p a t t e r nd i v e r s i t yw a s a c c o r d i n gt os e n s i t i v i t ya n a l y s i so f l a n d s c a p ep a t t e mi n d i c e sw i t hd i f f e r e n tg r a i n , u n d e rt h ep r e c o n d i t i o no fa v o i d i n g j u m b l e dd a t aa n de x p r e s s i n gt h es p e c i a lh e t e r o g e n e i t yw e l l , t h ep a p e rt a k et h e2 0 m c l ea st h ea p p r o p r i a t eg r a i n 2 、u s et h el a n c t s c a p ei n d i c e sc o m b i n e dw i t hg r a d i e n ta n a l y s i s ，t h ep a p e rs h o w e d t h el a n d s c a p ei n d i c t 。$ p u l s i v ep c c s sf r o ms u b u r bt ot h ec e n l l eo ft h ec i t y , w h i e l a b e h a v e dt h eo b v i o u sg r a d i e n tt r e n db o t ho nc l a s s - l e v e la n dl a n d s c a p e t h ei n t e n s i v e u r b a n i z e dr e g i o nm a n i f e s t e dt b ch i g h e rl a n d s c a p ef r a g m e n t a t i o na n dc o m p l i c a t i o n m t h el a n d s c a p eg r a d i e n ta n a l y s i sc o u l dc o m m e n d a b l yv a l i d a t et h et h e o r yo f u r b a nf o r m , a l s oc 蛆s e tg i s tf o rt h em e a s u r e m e n to f u r b a nc e n t r e t h es t u d ys h o w e dt h a t , w i t ht h e f l l v t h c ru r b a n i z a t i o ni nx i a n , t h ec u r r e n tu r b a nf o r m , w h i c hm a i n t a i n st h eb e l lt o w e r a st h es i n g l ec e n t r ei su n c h a n g e d t h eg r a d i e n ta n a l y s i sw h i c hu s e dt h el a n d s c a p e i n d i c e s ，c a nc l e a r l ys h o wt h ea n n u l a rs t r u c t u r eo f x i a n , a n dt h ed i v e r s i f i c a t i o ao f t h e l a ：耐i s c a p ei n d i c e sw e r er e l a t e dt ot h ed i f f e r e n tl a n d s c a p e sp a t t e r na m o n gt h et h r e e c i r c l e s 3 、t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ee c o l o g i c a lp r o c e s s i n gw a si n f l u e n c e db yt h er e s u l t o f c o n g l o m e r a t i o no f a r t i f i c i a ll a n d s c a p e s u c ha s ：r e s i d e n t i a la r e a , i n d u s t r i a la r e a ；t h e f z a g m e n t a t i o na n dd i s t r i b u t i o no fg r e e na 瑚a n dw a t e fb o d ya r eh i g h ；t h el a n d s c a p e s l n 】c 由嬲w i t h i nt h ei s tc i r c l ew e l eu n r e a s o n a b l e t h ed i s t r i b u t i o no fl a n d s c a p et y p e s b e t w e e 1i s ta n d2 n dc i r c l e sa 坞n o tu n i f o m l ，t h ep o t e n t i a lo f e c o n o m i ca n de c o i o g i c a i e f f e c t so fl a n du s ew i t h i n2 n da n d3 r dc i r c l ea r eh i g ha l s o 4 、t h eo p n m i z a t i o nw a sp r e s e n 僦lt h a tt h ei m p r o v e m e n to f u r b a ns p a c e d i s t r i b u t i o na n ds 缸a l c m r ew a sn e e d e d a n dt h ec o n t i n u i t yo f t h el a n d s c a p ee c o l o g i c a l p r o c e s s i n ga n dp a l m s h o u l db em a i n t a i n e df o r mt h ed e s i r a b l ep o i n to f v i o w , s u c ha s t h ec o n s l r u c t i o no f g r e e na r 髓l a n d s c a p ea n dt h ep r o t e c t i o no f t h ew e tl a n ds y s t e m k e yw o r d s ：g i s ；掣_ a i n ；l a n d s c a p ep l i t c 锄；g 阳d i e ma n a l y s i s ；l a n d s c a p eo p t i m i z a t i o n 1 v 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：盘越鲂导教师签名：幺妇盗 御年占月l 弓日泐7 ，年月，岁日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名：懿嵌拯 2 矿口7 年占月侈日二v ”，十 口， o h 1 引言 1 1 研究的背景、目的及意义 城市是由住宅、商务、绿地、工业、河流、街道等各种斑块、廊道、基质镶 嵌成的、满足人类生产、生活和服务功能的人工景观所构成的生态系统。城市景 观，明显区别于其他景观，其景观类型相对单一，景观破碎度明显增大，自然生 态功能严重受损。它与人类干扰较弱的其他景观类型( 如森林、草原、湿地景观 等) 有着本质区别，更强调其经济和文化功能，其生态功能反而得到弱化【l 卅 ( m a t t h e wl & j i a n g u ow j2 0 0 2 ：r i c h a r dl t o b b e r s 1 9 9 7 ：徐建华和岳文泽，2 0 0 3 ； 谈文琦等，2 0 0 5 ) 。构成城市景观单元的斑块在空间上的分布就是城市景观格局1 5 , 6 1 ( 李团胜和肖笃宁，2 0 0 2 ：傅伯杰等，2 0 0 1 ) 。由于人类是城市生态系统的主宰，所 以城市景观的结构、格局，取决于城市土地开发和利用方式，城市发展格局及为 满足城市居民需求提供的生活、生产和服务功能 7 1 ( 李伟峰等，2 0 0 5 ) 。从景观生 态学角度出发，城市所面临的环境污染、生态破坏等城市问题，大多是由于不合 理的景观格局造成城市内部各要素之间的不协调，从而削弱了城市景观的生态、 经济和社会功能。甚至由于城市规划建设的不合理，斑块、廊道、基质的各种空 间关系会对城市可持续发展产生空间阻力阿( 马严和张斌，2 0 0 3 ) 。人们已经广泛 认识到，城市景观格局的研究，对合理进行土地利用规划和管理，改善城市生态 与环境具有至关重要的作用( r i c h a r dh o b b e r s ，1 9 9 7 ) 2 1 西安市作为千年古都，曾长期是我国古代的政治，文化、经济中心，也是联 系我国西北、西南的交通要道，在古城格局上逐步发展起来，其城市格网化现象 明显【9 ，1 0 l ( 赵振斌等，2 0 0 1 ：杨士弘，1 9 9 7 ) ，建成区呈明显的棋盘状。进入2 0 世 纪9 0 年代以来，西安城市化进程不断加快，其发展前景十分广阔。城市规模日 益扩大，城镇、建设用地快速扩大，城市形态结构也不断发生变化；在城市化进 程下，经济发展、人口增加以及人们生活水平的提高深刻地影响着土地利用方式， 城市化深刻改变着一个地区的自然景观，影响城市的生态学过程，进而改变了整 个景观格局( 宗跃光，1 9 9 8 ) 【1 l 】城市化导致的城市空间无序扩张对城市生态系统 功能的影响及其生态学效应，是西安市迫切需要解决的关键问题之一与此同时， 城市交通、环境污染、居住等问题更加突出。这些问题在一定程度上都影响了城 市作为生产、生活环境的适宜性，给城市的可持续发展带来极大的挑战。城市景 观生态学近年来在城市生态和城市景观研究中发挥着重要作用。 本文结合西安实际情况，在g i s 支持下，通过不同粒度下景观指数的计算、 对比和分析，选择了适宜研究区域的研究粒度，分析了西安主城区三环以内约 3 0 5 l 锄2 的城市景观格局，为进一步研究西安市城市景观格局的优化及在今后加快 城市发展过程中，实现生态环境条件的改善以及增强区域可持续发展能力提供基 础。 1 2 城市景观格局研究的理论基础 1 2 i 景观及景观生态学 在生态学中，景观的定义可概括为狭义和广义两种【1 2 1 。狭义景观是指在几十 千米至几百千米范围内，由不同类型生态系统所组成的、具有重复性格局的异质 性地理单元；广义景观则包括出现在从微观到宏观不同尺度上的、具有异质性或 斑块性的空问单元。广义景观概念强调空间异质性，景观的绝对空间尺度随研究 对象、方法和目的而变化。它体现了生态学系统中多尺度和等级结构的特征，有 助于多学科、多途径的研究。肖笃宁( 1 9 9 7 ) 对景观概念作了综合表述“景观是 一个由不同土地单元镶嵌组成，具有明显视觉特征的地理实体；它处于生态系统 之上，大地理区域之下的中间尺度；兼具经济、生态和美学价值。”这一定义清 楚的表述了景观具有空间异质性、地域性、可辨识性、可重复性和功能一致性等 特征，又特别强调了景观的尺度性和功能性【1 3 1 。 目前，国际上对景观生态学的认识并不完全一致。邬建国( 2 0 0 0 ) 认为景观 生态学研究的内容主要包括景观结构、景观功能和景观动裂1 4 1 。国际景观生态学 会( i a l e ) 1 9 9 8 年指出，景观生态学是对于不同尺度上景观空间变化的研究， 包括对景观异质性、生物、地理及社会原因的分析。景观生态学的核心主体包括： 景观空间格局，景观格局生态过程尺度等级之间的关系，人类活动对于 格局、过程与变化的影响，景观异质性或多样性的维持和管理1 1 5 】。 2 1 2 2 城市景观 城市景观最大的特点是以人类为主体。在人类活动的影响和干扰下，城市的 自然条件，从下垫面性质到区域小气候，从动植物区系到景观外貌与自然景观相 比较都发生了巨大的变化。城市景观在区域尺度上，往往只当作斑块来研究，其 镶嵌和分布格局具有一定的重复性和规律性。但在较小尺度上，城市可以看作一 个由工业区、居住区、公园、道路和河流等不同的景观要素组成的景观镶嵌体【1 6 】。 城市景观中比较明显的斑块有城市绿地、湖泊、工矿企业、农贸市场和学校等， 城市廊道主要是大量以交通为目的的公路、铁路、街道和河流等，它们往往相互 交织组成廊道网络。城市景观中，建筑群体是城市景观的基质，这是它区别于其 它景观最明显的地方。城市景观的生态学特征主要表现为： ( 1 ) 以人为主体的景观生态单元。这是城市景观区别于其它景观最重要的特 点。由于人类活动的影响，城市中的自然环境包括水文、气象、地表结构和动植 物区系等都发生了很大的变化。不同地区的城市景观面貌，在一定程度上反映了 当地的社会经济发展状况和历史文化特削m 。城市内部以及城市与其外部系统之 间物质能量和信息的交换，主要是靠人类活动来协调和维持。 ( 2 ) 城市景观的不稳定性。随着社会经济的发展，以及政治、文化等因素的 变动，城市景观变化极快【阍。如深圳是一个最明显的例子，在短短十几年里，它 由一个很小的沿海城镇演变为一个具有相当规模的现代化开放城市，这是与政 治、经济因素密切相关的。城市景观的不稳定性，在其边缘区表现的尤为明显【”。 主要表现为耕地、林地等自然景观单元转变为交通道路、建筑物等人工景观，相 邻城市连接成为城市带或城市群。此外，城市生态系统的高度对外依赖性，也是 造成城市景观不稳定的一个重要因素。 ( 3 ) 城市景观的破碎性。城市内四通八达的交通网络和人类活动将城市切 割成许多大小不等的引进斑块，与大面积连续分布的农田等自然景观形成鲜明的 对比。 ( 4 ) 城市景观的梯度性。城市是人为影响相对集中的地段，对于单核心型 城市，由城市中心至边缘区，人类活动的强度逐渐减小，方式也有所改变，表现 为人口密度和功能等，呈现出梯度性递变侧。市中心一般建有大的购物中心，以 3 及文教、司法、行政部门等，向外过渡为轻工业区、大专院校、车站等，再向外 围，则布局重工业区、较大的公园、居民区等等。由于各城市历史、自然条件等 不同，这种梯度性往往表现得不甚明显。 1 2 3 景观格局 景观异质性是景观的基本属性，具体表现为景观空间格局。景观空间格局一 般指大小和形状不一的相互作用的景观斑块在空间上的配置，是包括干扰在内的 各种生态过程在不同尺度上作用的结果1 2 1 1 。景观格局在所有尺度上都存在，并且 都是由斑块、廊道和基质构成，即所谓斑块一廊道基质模式。景观格局及 其变化是自然、生物和社会要素相互作用的结果，景观斑块的形状、大小、数量 和空间组合影响着生物物种的分布、径流和侵蚀等生态过程阎。因此，景观格局 的变化对景观生态过程和景观流造成影响，导致景观功能发生变化。景观格局分 析的目的是从看似无序的景观斑块镶嵌中，发现潜在的有意义的规律性。为了更 加深入的理解景观格局，应该将景观格局和各种生态过程、景观流联系起来。由 于景观格局是在一定地域内各种自然环境条件与社会因素共同作用的产物，研究 其特征可以了解它形成的原因与作用机制，景观空间格局分析有助于探讨景观格 局和生态过程的相互关系，为人类定向影响生态环境并使之向良性方向演化提供 依据。近年来，随着景观生态学的发展，景观格局及其动态变化研究已成为景观 生态学的研究热点和重要研究领域【q 引。景观格局的研究不仅是景观生态学的 核心内容，也是景观生态评价、景观生态设计与管理等应用研究的基础例。 1 3 城市景观格局研究进展 1 3 1 研究内容进展 城市景观格局研究起步较晚，直到2 0 世纪8 0 年代末期，才陆续运用土地 利用现状图、遥感影像对城市景观格局进行研究。这些研究主要集中在城市景观 格局特征及动态变化、城市景观格局变化的生态环境影响、城市景观生态调控和 建设、城市景观格局动态变化的驱动机制等方面。 1 3 1 1 景观分类研究 由于对景观定义的理解不同，并且目前国内外不同专业背景的学者基于不同 4 的研究目的，采用不同的分类方法。例如，肖笃宁等( 1 9 9 8 ) 认为景观分类应该 明确景观单元的等级，体现景观的空间分异和组合，反映控制景观形成过程的主 要因子，应按照人类影响强度进行分类p 川。韩荡( 2 0 0 3 ) 以深圳市为例，对城市 景观生态分类进行了研究，从我国传统城市景观分类出发，在分析城市景观生态 特征的基础上，指出理想的城市景观生态分类应当从人地关系出发，充分反映景 观中的人类活动方式、人类活动对景观的“干扰”程度以及景观的抗“干扰”能 力【3 “彭建等( 2 0 0 6 ) 基于研究发现，土地利用的分类对景观格局指数、景观格 局都具有显著的影响【3 2 】 目前，景观分类的理论和方法的研究，主要是针对大、中尺度的分类，而小 尺度的景观生态分类的理论和方法的研究尚不成熟。在景观生态分类方法确定的 基础上，景观生态分类的原则、单位、系统、指标、术语尚待规范和统一。 1 3 1 2 景观格局指数的选择、改进 景观格局指数是高度浓缩的景观格局信息，是反映景观结构组成、空间配置 特征的简单量化指标 3 3 1 。景观指数作为一种有效地表征景观格局及变化的定量研 究方法，在研究中得到广泛使用和不断发展刚。由于遥感与g i s 技术的发展，加 上计算各种景观格局指数的免费软件的出现，使得研究者很容易对景观格局进行 定量化分析，使研究更深入和得出有意义的结论【3 5 硐。 现有的景观指数非常多，其中，大量景观指数相关性大。陈文波( 2 0 0 2 ) 判 定了景观指数的优劣及景观指数应用的一般性原则1 3 4 。r i i t t e r s 等对5 5 个景观指 数的统计独立性进行分析，认为5 5 个指数中的信息可以压缩为6 个指数就能包容 鲫布仁仓( 2 0 0 5 ) 对3 9 个景观格局指数进行了相关分析口柳；李秀珍等就景观 格局指数对不同景观格局的反应进行了分析，指出大量的景观指数所指示的格局 特征往往是不全面的，也各有其局限性1 3 9 。彭建等( 2 0 0 6 ) 经行了关于土地利用 分类对景观格局指数的影响【3 2 1 。不同的指数对空间幅度和粒度有不同的敏感性， 表现出显著的尺度效应 4 0 4 5 1 。因此，在选择合适的景观指数时，必须充分考虑 其不确定性和置信度。未来应发展能反映生态过程的景观指数。 1 3 1 3 尺度的研究 尺度性是生态系统的自然属性。景观格局发生在不同的尺度，而尺度又影响 格局的研究。因此尺度问题是景观生态学的核心问题之一。如何确立合适的观察 尺度以及景观格局的尺度效应问题，是当前景观生态学研究的热点，国外许多学 者在这方面开展了大量的工作 4 扣s a l 。m a t t h e wl u c k 和j i a n g u ow u ( 2 0 0 2 ) 以 美国亚利桑那州凤凰城为例，以遥感影像为信息源，分析了城市景观格局与空间 幅度大小的关系，得出景观指数随空间幅度和粒度的变化而变化，因此，在使用 这些指数时必须明确指出分析尺度【5 l 】。吕一河，傅伯杰( 2 0 0 1 ) 研究了生态学中 的尺度及尺度转换方法【5 2 1 ；赵文武，傅伯杰( 2 0 0 2 年) 谈到了尺度推绎研究中的几 点基本问题1 5 3 】；申卫军等( 2 0 0 3 ) 进行了空间粒度变化对景观格局分析的影响蚓： 谈文琦等( 2 0 0 5 ) 认为空间自相关与自相似性是城市景观的基本特征，具有明显 的尺度依赖性。因此研究了城市景观空间自相关与自相似性的尺度特征【4 】；岳文 泽等( 2 0 0 5 ) 进行了不同尺度下城市景观综合指数的空间变异特征研究【5 5 】；朱明 等( 2 0 0 6 ) 对上海市景观格局梯度分析的空间幅度效应进行了研究【5 6 】；龚建周等 ( 2 0 0 6 ) 进行了广州市土地覆被格局异质性的尺度与等级特征的研究【5 7 l 。 1 3 1 4 城市景观格局特征及动态变化研究 目前城市景观格局动态变化，主要是以土地利用图、航片和高分辨率卫片为 基本数据源，在地理信息系统和遥感软件的支持下，利用景观指数和景观变化模 型进行景观动态研究。 比较有代表性的有，b a t t ym ( 1 9 9 7 ) 在介绍细胞自动机模型原理的基础上， 详细探讨了细胞自动机模型与城市格局形成的机理t s s j 。r a u lr o m c r o - c a l c e r r a d a ( 2 0 0 4 ) 以三期遥感影像为数据源，研究了西班牙e n c i n a r e s 城市景观格局变化 并解释了变化的原因【铆。肖笃宁( 1 9 9 6 ) 在国内最早开展了城市景观生态方面的 研究，运用景观格局指数和马尔柯夫模型对沈阳西郊景观格局进行了分析和预 测，取得了较好的效果 6 0 1 。高竣、宋永昌( 2 0 0 3 ) 以上海西南城乡交错带3 个时 相的航空遥感图像为主要信息源，在a r c i n f 0 软件的支持下，建立景观数据库， 运用景观格局指数对1 9 8 4 1 9 9 4 年上海西南城乡交错带的景观特征及其动态变化 进行研究。分析表明，1 9 8 4 - 1 9 8 9 年和1 9 8 9 1 9 9 4 年两个时期各种景观的结构特征 有明显的差异，景观格局常常受到经济政策的影响，不合理的景观格局是城市生 态问题产生的症结所在【6 l 】。此外，傅伯杰( 1 9 9 6 ) 、曾辉( 2 0 0 0 ) 、田光进( 2 0 0 2 ) 、 张秋菊( 2 0 0 3 ) 、王永军( 2 0 0 5 ) 等人也对景观格局动态变化进行了大量的研究 【醯删。 6 i 3 i 5 城市景观格局变化的生态环境影响 近年来，景观格局变化所带来的生态环境影响成为大家关注的热点。景观格 局变化对生态环境的影响极为深刻，不仅改变了景观空间结构，影响景观中能量 分配和物质循环，而且不和谐的土地利用造成土地退化、非点源污染和海水入侵 等严重的生态环境问题，对社会和经济产生严重的影响。景观格局变化的生态影 响研究主要集中在景观格局变化对区域土壤、气候、水环境和生物等方面的影响。 如y u - p i nl i n ( 2 0 0 2 ) 以台湾长化县为例，分析了城市土壤中c d 、c r 、c u 、 h g 、n i 、p b 和z n 几种重金属离子与城市化、城市景观指数之间的关系 6 7 1 周 志翔等( 2 0 0 2 ) 年对武钢厂区绿地景观类型的空间结构及滞尘效应进行了研究侧。 景观生态学者非常重视城市景观格局变化对城市森林、湿地和公园等自然空 间的影响研究。比较典型的有：p i r n a t j ( 2 0 0 0 ) 研究了高速公路的建设对城市森 林斑块的影响，指出高速公路严重影响和切断了城市森林斑块和乡村斑块之间的 连接，降低了斑块之间的连接度嗍。e s t e b a n ( 2 0 0 1 ) 以西班牙m a d r i d 与芬兰o u l u 和r o v a n i e m i 的城市公园为案例，研究表明景观格局破碎化对鸟类保护的危害很 大，应该提高城市林地的连接度，以确保鸟类在繁殖季节获取足够的食物。并探 讨了城市鸟类保护的景观生态措施，指出生态学中的生境岛理论是城市鸟类保护 和管理的基本指导方针嗍。u l l am m o r t b e r g ( 1 9 9 9 ) 在瑞典首都s t o c k h o l m 的城 市乡村选取5 1 个2 7 0 0 h m 2 大小不等的森林样地，以5 种留鸟为观察对象，分析了 城市和乡村不同栖息地中5 种鸟类的繁殖率。研究表明城市化导致鸟类生境破碎 化，并对鸟类的繁殖及其它生理生态具有严重的影响【7 ”m a r kh o s t e t l e r ( 2 0 0 1 ) 以北美多个城市为例，分析了鸟类种类数量与斑块空间尺度和林冠覆盖率之间的 关系，指出斑块面积与鸟类种类数有直接的关系【7 2 l 。此外，李团胜( 2 0 0 2 ) 、张涛 ( 2 0 0 2 ) 、刘洪杰( 2 0 0 3 ) 、周志翔( 2 0 0 5 ) 、陈彩虹( 2 0 0 5 ) 等也进行了有意义 的研究 7 3 - r 月。 1 3 1 6 城市景观生态调控和建设研究 景观生态学是一门应用性很强的学科，在资源保护、区域规划、土地利用和 自然保护区建设等领域应用很广。其中在城市景观生态调控和建设方面具有很强 的应用价值，国内外学者进行了大量的案例研究。 宗跃光( 1 9 9 8 ) 以北京市区为例，研究了大都市空间扩展的廊道效应与景观 7 结构优化，认为由于存在城市中心梯度场和廊道效应梯度场，在单纯经济利益驱 动下，城市本质上存在摊大饼倾向，这将严重破坏城市合理景观结构与生态平衡。 作者运用廊道效应理论，研究人工廊道与自然廊道相互作用过程，结合北京市区 不同时期的空间扩展格局，分析城市景观8 个方位的廊道扩展量、扩展速度及变 化趋势，提出将自然廊道体系纳入北京大都市区规划，形成人工廊道与自然廊道 相间分布的星状分布集团式景观格局，以有效阻止建成区摊大饼过程 t s l 。c y j i m ( 2 0 0 2 ) 以南京市为例，提出了南京市城市绿地空间的景观生态规划，指出 南京城市绿色空间应该在三个尺度上进行规划，并提出了具体的措施嗍。c o o ke a ( 1 9 9 1 ) 在总结城市生态规划研究的基础上，提出了一个新的城市规划模式一 城市生态网络模式，并进行了介绍和分析 s o l 。周华荣( 2 0 0 1 ) 对乌鲁木齐进行 了景观生态功能区划及生态调控研究1 8 1 】。马严等( 2 0 0 3 ) 、李团胜( 1 9 9 8 ) 、张惠 远( 2 0 0 1 ) 、王利民( 2 0 0 3 ) 等也进行了相关的研究盼州。 1 3 1 7 景观格局变化的驱动机制研究 景观格局变化的驱动机制对于揭示景观格局交化的原因、基本过程、内部机 制、预测未来变化方向以及制定相应的管理对策具有重要意义。目前，关于景观 格局变化的驱动机制研究主要是通过大量的案例分析及其比较来进行，还没有形 成较系统的方法。但景观格局变化的驱动因子仍具有一定的时空规律，较大的时 空尺度上，地貌与气候等自然因子和人口、文化与区域社会经济环境等人文驱动 因子对景观格局变化起主导作用，而在中小时空尺度上，植被与土壤和技术革新 等因子起主导作用。傅伯杰将引起景观格局变化的驱动因子归纳为自然与人文因 子两类【豁】：( 1 ) 自然驱动因子，气候、水文、生物和土壤等被认为是主要的自然 驱动力：( 2 ) 人文驱动因子，包括人口变化、技术进步、政治经济体制的变革、 文化和价值观念改变等因子。 关于景观格局变化的驱动机制研究比较典型的有：d a i y u a np a n ( 1 9 9 3 ) 采 用典型相关分析了加拿大魁北克h a u t - s a i n t - l a u r e n t 地区1 9 5 8 1 9 9 3 年问景观 格局变化同自然驱动力( 土壤类型) 间的相关关系i s 6 。张明( 2 0 0 0 ) 利用榆林地 区1 ：4 5 万土地利用现状图，选取分维数、形状指数、景观优势度、多样性指数 及破碎度等景观空间格局特征指标，在g i s 软件的支持下进行图形数据处理和 空间数据的分析，结合大型统计软件s p s s 实现景观空间格局特征的计算和分析。 8 同时对诱发该区域景观生态演化的因素进行了定量诊断，并对区域生态环境的景 观过程进行了探讨i s 7 。陈利顶、傅伯杰( 1 9 9 6 ) 以我国黄河三角洲地区东营市为 研究区域，通过选取景观多样性、优势度、景观破碎度和景观分离度作为评价指 标，分析了该区人类活动和景观结构之间的关系。研究表明人类活动对景观格局 具有显著的影响，随着人类活动的加强，景观多样性降低，人类活动的强度与景 观的破碎度成正比关系喁明。曾辉等( 2 0 0 0 ) 以深圳市龙华地区为例，对快速城市 化景观的空间结构特征及其成因进行了研究【8 9 】。分析表明研究区内的地形条件差 异是景观空间分布格局成因的背景性因素，而快速城市化过程中人类活动强烈改 造作用，是导致景观结构发生显著差异的根本性影响。 1 3 1 8 景观生态规划研究 景观生态规划( 1 a n d s c a p ee c o l o g i c a lp l a n n i n g ) 是景观生态学研究的一 个重要内容，它是景观生态学重要的实践领域，也是景观管理的一种重要手段同。 许多科学家都认为提高可持续性是景观生态规划最突出的目的，常表现在为保护 和合理使用土地、自然资源而进行的规划刚。规划的主要对象是土地利用，它强 调景观空间格局对过程的控制和影响，试图通过格局的改变来维持景观功能流的 健康与安全，尤其强调景观格局与水平运动和流的关系【9 1 1 。景观生态学的原理和 规律为人工设计和优化景观格局、提高土地利用效率以及生态系统稳定性提供了 理论框架。2 0 世纪6 0 年代以来以m c h a r g 、o d u m 和f o r m , a n 等人为代表的生态 学家在探索生态学与景观规划结合方面做出突出贡献，研究提出了许多各有特点 和侧重点的景观生态规划方法。g c h a r g 基于适宜性分析所提出的“千层饼”规 划模式，o d u m 以系统论思想为基础提出的区域生态系统发展战略及f o r m a n 等 研究提出的以格局优化为核心的景观格局规划模式构成景观生态规划方法的三 大主要发展方向i 竭。就景观生态规划的基本内容而言，不同学者有不同的理解， 但都大同小异。肖笃宁认为应包括景观生态分类、景观生态评价、景观生态设计、 景观生态规划和实施四方面的内容【1 9 1 ，王仰麟则将其表述为区域景观生态系统的 基础研究、景观生态评价、景观生态规划与设计及生态管理建议四部分嗍。 在当今世界经济快速发展过程中，城市景观的变化对城市和乡村居民有着深 刻的社会和生态影响，因此城市地区的环境质量和长期可居住性也是当前规划师 关注较多的问题【舛j ，因而景观生态规划也将更多的目光对准了对城市景观的研 究。在国外，关于城市的结构、功能及其调控的研究是景观生态学研究中十分活 跃的领域。大量当前的工作集中在城市内自然斑块、现存绿地的保护，新的公园 及其他形式绿地景观的