（环境科学专业论文）广州城市生态安全岛森林景观生态特征研究.pdf

大：城市生态安全岛分布在1 2 5 米3 0 0 米高程段的面积大于5 0 ；生态安全岛坡度组成与 研究范围内其它区域的坡度组成有差别，7 0 以上的生态安全岛坡度小于1 5 。；生态安全 岛坡向相对集中地分布在南和东南。 ( 4 ) 离中心城区距离增大，城市生态安全岛数量增加，斑块总面积，平均斑块面积、最 大斑块面积增大；位子内环路和外环路间的生态安全岛的斑块形状在生态安全岛中最为简 单，反映出此地段人为干扰较大的特征；随着距离城市中心越远，生态安全岛的团聚程度增 加，破碎化趋势减缓。随着面积增大，f r a c 和s h a p e 等衡量复杂程度的指数增人，说明 面积小的城市生态安全岛林地景观更容易受到干扰的影响，面积人的生态安全岛呈现更自然 的边界特征。 ( 5 ) 生态安全岛的景观生态特征与可达性和面积大小有关。地形和距离两个因素通过可 达性影响人类干扰强度；面积则影响生态安全岛抗干扰、维持稳定性的能力。 关键词：城市生态安全岛残存近自然生境景观格局分析森林景观广州 f o r e s tl a n d s c a p e a n a l y s i so f u r b a n e c o l o g i c a ls a f e t yi s l a n di ng u a n g z h o uc i t y m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：z h a n gs u i y u s u p e r v i s o r ：p r o f og u a nd o n g s h e n g a b s t r a c t w i t ht h eg r e a t e rp r e s s u r eo fu r b a n i z a t i o nt h e s ey e a r s ，t h ec o n s e r v a t i o no fu r b a n r e m n a n ts e m i - n a u l r a lh a b i t a t sb e c o m e sm o r ea n dm o r eu r g e n t a nu r b a ne c o l o g i c a l s a f e t yi s l a n di sa f o r e s tp a t c hl e f td u r i n gt h eu r b a n i z a t i o n , w h i c hi sn a t u r a lo r s e m i - n a t u r a l 、析mt h ef u n c t i o no fp r o t e c t i n gb i o - d i v e r s i t ye s p e c i a l l yi n d i g e n o u s s p e c i e s ，a n dr e s t o r i n gt h ee c o s y s t e m g u a n g z h o ui sac i t y 、 ，i t l lr a p i du r b a n i z a t i o ni n t h e s ey e a r sa n dw h e r et h ep a t c h e so fu r b a ne c o l o g i c a ls a f e t yi s l a n da l er a r e t h e r e f o r e t h er e s e a r c hp r o v i d e dl a n d s c a p ep a t t e r ni n f o r m a t i o no fu r b a ne c o l o g i c a ls a f e t yi n o u a n g z h o u ，w h i c hw o u l db eh e l p f u li nr e s e a r c h e sa b o u ti n d i g e n o u ss p e c i e s ， e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o n , l a n dc o v e rc h a n g eo re c o l o g i c a ls e c u r i t y 1 1 1 i sp a p e ri n t r o d u c e aw a yt oa n a l y z et h ep a t t e mo ft h e s eu r b a ne c o l o g i c a ls a f e t yi s l a n dp a t c hi n g u a n g z h o uc i t y n eu s eo fr e m o t es e n s i n g , g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m sa n d g p si sb e c o m i n gi n d i s p e n s a b l ef o rl a n d s c a p ep a t t e r na n a l y s i s w i t l lt h eh e l po fr s i m a g e ，g p s ，g o o g l ee a r t hs y s t e ma n da r c g i s ，t h eb a s i ci n f o r m a t i o no fu r b a n e c o l o g i c a ls a f e t yi s l a n dc a l lb ep r o v i d e d i na d d i t i o n , t h en d v id a t ao f t h er e s e a r c h a r e ac a nb ec a l c u l a t e db a s e do nt h er si m a g et oa n a l y z et h el a n dc o v e ri nu r b a n s a f e t yi s l a n d s ，a n dd e mt o p o g r a p h i cd a t as h o w st h ee l e v a t i o nd i f f e r e n c e so ft h e m ， a n ds o m el a n d s c a p ei n d e x e sc a l lb ec a l c u l a t e dw i t ht h eh e l po ff r a g s t a t st os t u d yt h e p a t t e r no ft h e s es a f e t yi s l a n d s n 圮m a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h e r ea r e9 4u r b a ne c o l o g i c a ls a f e t yi s l a n d si ng u a n g z h o uc i t y , t h et o t a la r e ao f w h i c hi s8 4 9 6 6 h a ( 11 91 o ft h ew h o l er e s e a r c ha r e a ) u r b a ne c o l o g i c a ls a f e t y i s l a n d sl o c a t ei nl u o g a n g ，t i a n h e ，y u e x i u , b a i y u na n dh u a n g p ud i s t r i c t i s t h ea r e a o fu r b a ne c o l o g i c a ls a f e t yi s l a n dv a r i e sf r o mp a t c ht op a t c h 1 1 h em i np a t c hi s 1 01h a , w h i l et h em a xo n ei s5 6 2 0 7 9 h a ( 2 ) t h en d v ii sa f f e c t e db yt h el o c a t i o na n d a r e ao fu r b a ne c o l o g i c a ls a f e t yi s l a n d n l es a f e t yi s l a n d si nt h ei n n e rl o o ph i g h w a ys h o wl o w e rn d v it h a nt h o s eo u t s i d e t h eh i g h w a y n 蟛s a f e t yl a r g e rt h a n3 0 h as h o w st h a ta l lu r b a ns a f e t yi s l a n dw i t h l a r g e ra r e at e n d st oh a v eah i g h e rn d v i ( 3 ) t o p o g r a p h i cc o n d i t i o n sa r eo fg r e a ti m p o r t a n c et ot h ed i s t r i b u t i o no fu r b a ns a f e t y i s l a n d s m o s tu r b a ns a f e t yi s l a n d sa l ef o u n di nt h ea r e aw i t hh i g h e re l e v a t i o n l b e t w e e n12 5 m 3 0 0 m 7 0 o ft h eu r b a ns a f e t yi s l a n d sa r ew i t has l o p el e s st h a n 15 0 n o r t ha n dn o r t h e a s ta r et h em o s tp o s s i b l ea s p e c tf o u n di na nu r b a ns a f e t y i s l a n d ( 4 ) t h ep a t c hn u m b e r , a r e a , a v e r a g ep a t c ha r e aa n dt h em a xp a t c ha r e ai nt h es a n l e c l a s sa l ei n c r e a s e dw i t ht h ed i s t a n c ef r o mt h ec i t yc e n t e ri n c r e a s e d t h es h a p eo f t h es a f e t yi s l a n d si nt h ei n n e rl o o ph i g h w a yi ss i m p l e rb e c a u s eo ft h eu r b a n i z a t i o n w j t ha l o n g e rd i s t a n c ef r o mc i t yc e n t e r , t h ec o n n e c t i v i t yo fu r b a ne c o l o g i c a ls a f e t y i s l a n d sa t ei n c r e a s e da n dt h es p l i ti n d e xb e c o m e ss m a l l f r a ci si n c r e a s e d f r o m1 0 7t 01 1 5 a n ds h a p ei si n c r e a s e df r o m1 3 9t o3 4 3w h e nt h ea r e ao f s a f e t yi s l a n d sc h a n g e t h es m a l l e ru r b a ns a f e t yi s l a n ds h o w s as i m p l e rs h a p e b e c a u s ei ti sm u c he a s i e rt ob ei n f e c t e d ( 5 ) ml a n d s c a p ep a t t e r no fu r b a ns a f e t yi s l a n di ng u a n g z h o ui sa f f e c tb yt h e a v a i l a b i l i t ya n dt h ep a t c ha r e a t h et o p o g r a p h i cc o n d i t i o na n dd i s t a n c ef r o mu r b a n c e n t e rl i m i tt h ea v a i l a b i l i t ya n dd i s t u r b a n c ef r o mh u m a na c t i v i t yw h i l et h ea l e ai s c o n s i d e r e da saf a t o rt or e s i s td i s t u r b a n c e k e y w o r d s ：u r b a ns a f e t yi s l a n d ，u r b a nr e m n a n t ，u r b a ne c o l o g i c a ls y s t e m ， l a n d s c a p ep a t t e ma n a l y s i s ， f o r e s tl a n d s c a p e ，g u a n g z h o u i v 论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：，一夏；磊众 日期：砷年孑月g 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名葱么沙 e t 期：2 研p 年6 月塞日 广州城市生态安伞岛森林景观生态特征研究 1 1 研究背景与研究意义 1 1 1 “城市生态安全岛“的提出 1 绪论 随着经济和社会的发展，城市化进程不断加快。然而城市高速“大发展”同 时也带来了“大破坏”。工业革命以来，城市化过程可看作是人类快速改造自然的 过程。城市扩张的同时带来了生态危机、资源危机、环境污染等。 如火如荼的城市建设吞噬着城市中的自然生态系统，城市原本的自然植被遭 受破坏，众多自然生境破碎成块，生物多样性剧减，环境质量下降，城市生态危 机凸显。因此，保留城市中高质量的自然、半自然生境显得尤为重要，其特有的 生态系统服务功能对维持城市生态安全有重要作用。目前城市绿化中以人工绿化 为主，虽然美观，但种类相对贫乏，结构简单，稳定性差，其广泛分布和发展离 不开农药、除草剂、化肥的使用和大量灌溉、剪护措施的支持。 城市内能满足生物安全、稳定栖息繁衍的自然或半自然的高质量生境斑块， 是保持生态完整性的基本单元，对维持城市生态安全有重大意义。此类自然或半 自然生境斑块在城市人造环境基底中往往呈相对破碎的岛状。然而目前对这类城 市中的“城市生态安全岛”，其定义尚不明晰，针对性研究不多。 本文认为，城市生态安全岛( u r b a ne c o l o g i c a ls a f e t yi s l a n d ) 是城市中具有 一定面积的自然、半自然斑块，表现出人工干扰少、人工投入少、自维持、按自 然规律演替的特征，功能上能满足物种安全、稳定繁衍的需要。与“城市生态安 全岛”概念最为接近的生境，有“城市自然遗留地( r e m n a n t so f n a t u r a lh a b i t a t ) ” “城市自然保留地( u r b a nn a t u r a lr e s e r v e da r e a ) 天然岛状地”等【1 5 】。对此类 与生态安全岛相关的研究，尽管名称或定义不一，但其核心都是城市自然生境保 护。 在城市众多植被类型中，由于森林生产力水平最高、物种组成最为丰富，因 此本文研究对象为森林类型的城市生态安全岛，即城市中具有一定面积的自然、 1 广州城市生态安全岛森林景观生态特征研究 半自然林地斑块。本研究中识别的生态安全岛是基于遥感图像提取的面积大于 l h a 的自然、半自然林地斑块。 1 1 2 “城市生态安全岛 研究意义 作为一种特殊的残存斑块，城市生态安全岛具有自然属性，为当今工业化、 城市化进程而引起的环境变迁提供参照系。研究城市生态安全岛对保育乡土物 种、维持物种多样性、保持自然资源、生态恢复、土地覆被变化研究等具有重要 意义。 l 保育乡土物种，维持物种多样性。城市生态安全岛保存了乡土物种的遗传 基因，保留了当地植被特色，是维持城市中乡土物种生存的重要生境，是城市生 态系统中多样性最高的部分。其内乡土物种是长期自然选择的结果。目前，由于 人类活动的干扰，城市内乡土物种的种类、数量、分布都受到很大影响 6 - 引。半 自然和自然生境，在斑块尺度较大时比居住地的状况要稳定；通常受到的人为干 扰较少，更有利于罕见种和濒危种的保护。一般情况下，外来种的数量与人类干 扰强度j 下相关，而乡土种数量与人类干扰强度呈负相关。而总的植物多样性则在 轻度干扰下达到最大。城市安全岛作为干扰相对少的斑块，在受强干扰的城市环 境基底中，是乡土植物安全栖息繁衍的重要生境斑块，对维持城市物种多样性有 重要意义【9 1 【1 0 1 。 2 保持自然资源，改善城市环境，维护可持续的生态系统。城市安全岛作为 城市中残存的完整的自然、半自然生态单元，对涵养水源、保持水土、维持养分 循环、净化环境等方面有重要作用。虽然城市中的人工绿地也能提供相似的生态 功能，但其种类相对贫乏，结构简单，稳定性差，容易受自然灾害的影响，其广 泛分布和发展离不开农药、除草剂、化肥的使用和大量灌溉、剪护措施的支持。 其潜藏的生态风险往往引起更多问题。郊区的自然保护区固然重要，但其面积优 先，是多样性保护及生态安全的最后防线；城市绿地由于过于人工化的绿化手法， 其生态服务功能不强，城市人工植被稳定性差；因此，一系列年代久远的乡土生 境有非常重要的生态价值，有助于建设可持续、健康的国土生态系统。【l i 1 2 】 3 促进生态恢复及重建。城市生态安全岛是城市环境变化的参照系，对城市 生态安全岛的研究有助于揭示城市中生态系统退化的原因；城市生念安全岛内， 2 广州城市生态寅伞岛森林景观生态特征研究 自然群落可以自我维持和自我更新，有助于促进受损的生态系统恢复到理想的状 态；城市生态安全岛提供了当地各种自然属性的背景值，为生态恢复和重建提供 目标。a b r o a d s h a h , a 【1 3 】研究了城市中遗留的林地对重金属的作用：赖彦斌等【1 4 1 根据天然岛状地性质，结合土壤侵蚀信息和地貌图信息确定土壤侵蚀背景值。 4 促进土地覆被变化研究。城市生态安全岛的分布、形成过程、动态变化都 可以反映人类活动对土地覆被改造的强度、广度和规律。赖彦斌等【5 ，1 4 】基于天然 岛状地的形状和面积，反观人类活动对土地利用的方向和强度，研究了北方草地 与农牧交错带的变化，分析了人类在农牧交错带的活动规律以及相应的生态建设 意义。 1 2 研究进展 目前，与城市生态安全岛相关的城市残存近自然生境的研究，主要集中在研 究其特征、探讨其作用机制、论证其价值等方面。 1 2 1 生境因子研究 国内外许多学者对城市中残存的自然、半自然生境中单一因子( 植被、动物、 土壤等) 进行研究：史培军等【1 5 l 对北京自然、半自然生境的植被进行研究，发 现与城市内其它生境相比，这些城区残存生境的植物种类数目多，植被覆盖度大， 以中生植物为主，伴人植物、归化植物少；对北京不同干扰程度的土地利用类型 上的自生植被的研究发现，物种数目与生境数目间有显著对数相关，生境数目对 种类数目的影响大于土地面积对种类数目的影响。w o o d ! j 研究了城市中遗留的 4 3 5 公顷未垦林中鸟类的数量变化；c a v i ar 【1 7 】则研究城市中自然保留地、公园、 陋屋、居民地及工业用地的臼齿类动物，发现城市化程度的加深导致多样性和本 地种数量减少。 1 2 2 景观生态研究 从景观生态学的角度，目前对城市生态安全岛及类似生境斑块的研究集中在 破碎化、土地利用变化研究等方面。彭少麟n 8 l 认为，强调以生态系统为基点的 3 广州城市生态安伞岛森林景观生态特征研究 景观尺度表达是近年来恢复生态学研究的重要发展趋势。 国外对城市中残存生境破碎化及其影响的研究起步早，不少基于此的自然生 境整体保护得到实践。f 1 2 0 世纪8 0 年代，英国、德国、澳大利亚等发达国家就 有城市近自然生境破碎化的研究【1 9 五1 1 。s t e n h o u s er 阎对澳大利亚p e r t h 市内残 存乡土植物的生境破碎化和干扰程度作了详细调查，提出城市的人口密度、人 类干扰程度与近自然生境斑块面积呈负相关，城市中人口密度高的小自然遗留 地表现出破碎程度高、植被状况不佳的特点，强调了城市中自然遗留地保护的 重要性。m o n d a l t 2 3 】通过研究森林覆被的变化发现自然保护区往往嵌在未纳入保 护范围的林地生境中，保护区外的自然生境对保持生态系统完整性有重要作用。 k a d l e c t 2 4 l 在研究中发现城市蝶类数量变化与自然遗留地边界周长、连接程度、 地形多样性等因素有关。d f i n n a n l 2 5 】的研究表明自然遗留地的周长面积比表征了 边缘效应、分离度与生境斑块间呈负的线性相关、生境走廊连接提供了连接生 境的网络结构。 而国内从景观生态的角度对此类生境的研究还很少。有学者【2 1 2 6 - 3 0 1 从景观 规划等较为宏观的角度对其价值进行定性说明，而进一步的定量研究则不足。虽 然对城市生态安全岛或类似生境的景观生态研究很有限，然而对林地或绿地斑块 等单一生境斑块分布的研究很多。研究内容包括绿地林地分布、城市化与破碎 化、绿地可达性、森林自然度、土地利用变化等方面。对此类生境的研究方法、 技术手段等，对生态安全岛的景观生态研究有一定参考价值。 单一生境的景观生态研究多数采用计算景观指数的方法。生境斑块分布是点 格局分布，其分析方法相对简单，采用的景观指数大致可分为表征大小、密集度、 形状、蔓延度、多样性等类型【3 1 。卯。杨燕琼【3 6 l 的研究认为广州中心城区公园绿 地覆盖率差异较大，公园绿地建设重点放在天河、白云和黄埔区；龚建周等1 3 7 。3 9 l 对广州市植被覆盖度时空格局特征作了一系列研究，以探讨生态安全格局；管东 生【4 2 】等研究了广州城市绿地斑块的破碎化情况和广州地区森林景观多样性分 析；张慧霞1 4 3 】等则对番禺作了绿地景观梯度变化的研究。大多数研究都表明， 广州目前城市进程正在加快，无论绿地斑块或城市森林斑块均趋于城市化人工斑 块特征，在时间上和空间上均发生较明显的变化。 斑块可达性关系着斑块生态服务功能的实现。目前评价绿地可达性的方法多 4 广州城市生态安伞岛森林景观生态特征研究 种多样，交通路径、人口分布、景点吸引力等均可成为评价指标，目前还没有统 一的标准。而其计算的过程大多可借助g i s 完成 4 4 4 3 1 。蔡佩恒【4 9 l 等对深圳的景 观可达性与林地植被动态变化的关系进行了研究，发现总体上可达性程度与林地 覆盖率呈负相关，除了高程、道路等影响外，政策和经济利益的驱动对城市林地 覆盖也有重要影响。 城市生态安全岛的形成与城市化过程、土地利用覆被变化有关。赖彦斌等【5 ， 1 4 】将天然岛状地划分为为孤岛型、群岛型、环型、半环型、弧型和直线型6 类， 结合其演变面积的大小，分析了天然林岛状地的空间分布格局，反观人类活动 对土地利用的方向和强度。 此外，对森林景观的研究也形成了一门新的学科一森林景观生态学。森林 景观是指以森林生态系统为主体，与其它相互联系的生态系统共同构成的地理空 间单元。森林是陆地生态系统的主体，具有最高的生产力水平和最丰富的物种组 成。因此森林景观也成为景观生态学的重要内容1 5 0 1 。森林景观生态学( f o r e s t l a n d s c a p ee c o l o g y ) 是一个比较新的景观生态学分支，其发展将森林资源管理和 森林生物多样性保护上升到了景观管理层次，而郭晋平等人的森林景观生态研 究中首次对森林景观生态进行了比较全面和系统的研究，是我国该领域内第一 部专著【5 l l 。该学科正处于初级发展阶段，且研究森林景观生态的学者来源广泛， 因此森林景观生态学研究有明显的广泛性和不确定性，基于森林景观生态学的新 思想、新观点比较多【5 2 ，5 3 1 。目前，森林景观生态学的研究内容包括：森林景观 格局分析、森林景观动态变化、森林景观结构与功能的关系、森林景观生态模拟 等。森林景观破碎化、干扰与森林景观异质性、森林内源演替对景观结构和功能 的影响等是森林景观生态的热点问题。而目前我国森林景观生态的研究方法集中 在对各类景观指数的计算和分析上，“3 s ”技术在森林景观生态研究方面的应用同 益增多1 5 0 , 5 2 - 5 5 。城市生态安全岛森林景观可以作为城市森林景观的特殊类型进行 研究，从而丰富森林景观生态学的内容。 1 2 3 生态功能与作用机制研究 城市中残留的自然、半自然生境是物种的重要栖息地，对物种的安全、稳定 s 广州城市生态安伞岛森林景观生态特征研究 繁衍，受损生态系统的恢复有重要意义 t u r n e r t 5 9 】将h a l i f a x 市内居住区的城市森林的植被与公园内的近自然植被作比 较，居住区林地中有更丰富的物种数，但本地种的数目少于公园内的近自然林， 居住区中植被是某些外来植物繁衍的“踏脚石”，而公园内近自然植被对本地物种 的天然的保护区。自然遗留地还有吸附重金属、降解环境污染物的作用， a h m a d s h a h 1 3 】探讨了城市遗留的森林对重金属吸附的机制。达良俊【删尝试在上 海进行“近自然森林”的建设，通过实践发现以乡土物种为主的近自然林在促进群 落演替方面有积极作用。王军等【6 1 】对广州华南农业大学内长岗山森林凋落物层 土壤动物群落进行了为期1 年调查，认为城市森林凋落物的保留对维持土壤动物 多样性有重要意义。 从景观生态的角度，景观格局和生态过程相互影响，其作用机制一直是景观 生态学的研究重点。自然、半自然生境作为城市人工环境中残存的斑块，景观格 局对种群分布有影响，k i m b e r l y 6 2 】认为对鸟类而言此类斑块提供了“源”和“汇” 的作用。r a m pd 6 3 】研究了在r o y a l 国家公园中道路的作用，认为自然遗留地中 道路对自然生境中的种群有较强的干扰。城市中自然遗留地的面积也与物种保护 有关，d r i n n a n 2 5 】针对城市环境总结了满足某些物种繁衍的最小城市自然生境面 积，认为植被、鸟类、珍稀内部种的保护分别需要2 h a 、4 h a 和5 0 h a 的生境面积。 1 2 4 综合价值研究与城市生态安全岛的保护 对城市自然、半自然生境的综合研究大部分仅停留在定性讨论其价值和生态 服务功能的层面，定量化研究比较少。针对某些物种的生境保护的研究多，而针 对城市中残存自然半自然生境的整体保护的研究少f 1 ，2 ，2 1 1 。1 9 8 4 年伦敦制定了 自然保护导则及保护策略，对内城大于o 5 公顷、外城大于1 公顷的野生生物生 境展开调查，调查内容包括生境类型、优势种、物种丰度、罕见种数量等，并基 于此提出了分级保护方法【6 4 1 。香港为保护生物、生态系统、地质地貌保留了一 系列科研点( s i t e so f s p e c i a ls c i e n t i f i ci n t e r e s t ) ，面积由l 公顷到数百公顷不等【4 1 。 o o o d eda 提出城市自然保护需要生态学家、规划人员、景观设计人员、社会学 家等专业人士的参与以及群众组织、当地居民的共同合作，强调了公众参与在城 市自然遗留地保护中的作用f 6 5 1 。z e r b e 2 1 1 认为，城市中生物多样性的保护，应上 6 广州城市生态安伞岛森林景观生态特征研究 升到保护景观、保护栖息地的角度，而不仅仅是保护物种。g e o r g e 利用红外线 摄影机研究了自然遗留地中人类休闲娱乐活动对野生动物的影响，认为夜间漫 步、骑自行车等娱乐行为都受应规范。1 6 6 国内的学者中，宫宾、车生泉等开展了对城市自然遗留地的综合评价1 2 , 3 , 6 0 , 6 7 】， 评价准则包括环境价值、游憩价值、社会文化价值和科研价值等；俞孔坚等提出 保护和建立多样化的乡土生境系统是城市建设的重要景观战略，认为城市中过于 人工化的绿化方式，使得绿地的综合生态服务功能并不很强，而城市生态安全岛 作为城市中的乡土生境，对维持城市生态安全有重要意义，并基于此提出了一系 列“反规划，的景观设计方案【1 1 ，1 2 ，鹋】。丁圣彦则认为，应在城区或周围选择有可 能恢复原来生态系统的次生生境，将其划定为自然保护区，以进行自然恢复、保 护城市的生物多样性，实现可持续发展的同时达到自然保护的目的 6 9 , 7 0 1 。 5 0 f h a l 一 表2 - 5 按区位划分城市生态安全岛类型 t a b l e 2 - 5 c l a s s 晦o f u r b a n o l o g k a l 女鲫i s l a n db y l o c a t i o n 类型 ii ii 厉位内环路内 内环路与外环路间外环路外 闰倒 图2 - 8 基于环形公路划分区位图 f l z 2 - $ t h e t i p s i l y o f l o c a t i o n t y 畔b a s e d o n t h e l o o p h i g h w a y s 2 4n d v i 的计算 本研究的遥感数据是2 0 0 6 年1 2 月2 5 日摄取的广州市中巴资源2 号卫星影 像平均云量覆盏为0 。影像是系统校正产品，已经过辐射校正和系统级几何校 正处理。利用了d e m 与已有正射校正影像对其进行正射校正( w g s 8 4 大地坐标 系，u t m 投影) ，校正精度为01 7 个像元；然后进行了辐射标定，使用的大气校 正模型为c o s t 模型；最后进行地形校】下。通过上述的预处理过程可以利用 2 1 广州城市生态安全岛森林景观生态特征研究 c b e r s 影像提取归一化植被指数( n d v i 指数) 。 在卫星遥感成像过程中，由于大气散射和吸收，遥感器的测量值与目标物的 真实值问存在一定程度的差异，在很大程度上影响了遥感信息的提取和参数反演 的精度，因此计算植被指数前需对遥感数据进行大气校正，以获得真实的植被反 射光谱信息。c 1 l a v e z 7 9 1 使用c o s t 模型对获得的地面反射率与卫星过境时测得 的反射率进行了验证，结果表明二者之间的差异在0 1 以下。c o s t 模型是基 于影像特征进行的大气校正模型，因方法简单、参数易于获取等优点被广泛运用 于植被遥感研究，因此本文选择c o s t 模型进行大气校正。 t i t a n i m a g e 7 0 软件提供n d v i 的计算方法： 归一化植被指数n d v i = ( n i r r e d ) ( n i r + r e d ) n i r 为近红外波段值，r e d 为红外波段值。在c b e r s 影像中，波段4 ( 0 7 7 0 8 9 微米) 是相应的n i r ，波段3 ( 0 6 3 0 6 9 微米) 是相应的r e d 。计算后自动生成 影像的n d v i 栅格图，可直接导入a r c g i s 。栅格图中，用由深到浅的变化表示 n d v i 值由低到高的变化。 n d v i 可以综合反映植被类型、植被的覆盖度、生长状况等信息。 n d v i 与植被覆盖度有关。一般认为，区域植被覆盖度f 与n d v i 存在如下关 系： n d 一n d m m i 一o 。o o o o 。1 。一 n d v i m a x n d v i m l n n d v i m a x 与n d v i m i n 为整个生长季中植被n d v i 的最大值与最小值。在高 植被覆盖( f 大于8 0 ) 的区域，n d v i 会出现被压缩的现象，n d v i 随植被密 度的变化并不是均匀的【8 0 】 史培军、何原荣、万雪等的研究都认为，下挚面的性质可粗略反映在n d v i 值上，例如通常水体的n d v i 值小于o ，建筑用地n d v i 约为0 0 1 ，大于o 1 的值说明地表有植被，0 2 0 5 表示地表植被与裸土混合，o 5 0 6 代表植被近似 完全覆盖，0 6 0 6 3 有可能是草原的完全覆盖或者植被覆盖度达到7 5 ，0 6 3 0 6 5 有可能是阔叶林，o 6 8 附近是茂密灌丛，o 6 9 有可能是针叶林，0 7 以上可能是 混交林【1 5 , 8 1 , 8 2 】。下垫面性质与n d v i 的关系并不完全确定，n d v i 值还受温度、 植被生长情况等因素影响。研究范围内n d v i 值从0 到0 8 2 不等。本研究参考 广州城市生态蜜令岛森林景观生态特征研究 了n d v i 与相关下垫面性质的相关文献，结合本研究特点将n d v i 的值划分为9 个等级( 见表2 6 ) 。本研究将按n d v i 等级对广州城市生态安全岛森林景观进行 梯度分析。 表2 - 6 n d v ! 级别的划分 t a b l e2 - 6c l a s s i f yo fn d v i 2 5 地形图层 本研究采用l ：5 0 0 0 0 地形图生成了研究区的d e m 。进行裁剪后得到研究范 围内高程图。研究范围内海拔最低为1 米，最高为3 7 2 米；而研究范围内起伏的 地形坡度最缓为0 0 ，最陡为3 7 6 0 。为了研究地形与城市生态安全岛森林景观分 布的关系，将区域内高程分成1 0 个等级，坡度分为7 个等级。坡度等级的划分 参考了相关研究资料，并结合研究需要进行分级【3 3 ，州。坡向分为平地、北、东 北、东、东南、南、西南、西、西北9 个方向；高程等级图、坡度等级图、坡向 图分别矢量化后与城市生念安全岛森林景观矢量图进行叠置( i n t e r e s t ) ，按地形 ( 包括高程、坡度、坡向三方面) 对广州城市生态安全岛森林景观进行梯度分析。 此外，利用衍生的坡度、坡向数据集研究坡度、坡向对生态安全岛森林景观分布 的影响。 表2 7 高程、坡度、坡向的分段、分级与分类 t a b l e2 - 7c l a s s i f yo fe l e v a t i o n ，s l o o pa n da s p e c t 广州城市生态安会岛森林景观生态特征研究 2 6 景观指数计算 f r a g s t a t s 是由美国俄勒冈州立大学的森林科学系开发的一款景观指标计算软 件。本研究采用栅格版本的f r a g s t a t s 3 3 。软件设定了3 种分析的层次：斑块层 次( p a t c h ) 、斑块类型层次( c l a s s ) 、景观层次( l a n d s c a p e ) ，提供了各式各 样指数以满足研究需要。本研究的对象是森林景观的城市生态安全岛，作为城市 中的残存斑块采用斑块层次和斑块类型层次的分析为主。将研究区域内城市生态 安全岛矢量斑块按不同的属性分为不同的类别，经过裁剪后转换为分辨率2 0 * 2 0 的栅格格式( g r i d ) 并导入到景观分析软件f r a g s t a t s 3 3 中。 景观指数计算中，背景的影响很重要，背景是有信息的单元才能被辨认并计 算。经过a r c g i s 的裁剪，f r a g s t a t s 能将景观背景与其它无信息的像元区分开来。 2 6 1 景观指数的选取 选取具有代表性、易量化，便于获取、对生态安全岛的分布格局有较强的解 释作用的景观指数进行计算。选取的指数共1 4 个，其中衡量斑块面积、密度、 边界等基础信息的指数共7 个；衡量斑块形状的指数共3 个；衡量斑块散布情况 的指数共4 个。选取的指数及说明详见表2 8 。 表2 - 8 选取的景观指数及其说明 t a b l e2 - 8d e f i n i t i o no fl a n d s c a p ei n d e x e s 简写名称 公式 盖 应用说明 要塞二c a蓑类型总面c a ：砉a 苛 h a 类型；的斑块总面积 巷( 口c 、l a s s a r e 的矫斑毒：的面积 眦犬一e 川“死删。叫。 t a 景观总面积t a = a h a 景观总面积 ( t o t a la r e a ) a ：景观总面积 一 p e r i m 竺警， p e 烈m ：翰 m 斑块周长 ( p e r i m e t e r ) p i j = 斑块i j 的周长 n p斑块数量n f n p ：n i 个 n p l ，类型i 斑块个( n u m b e r n p p a t c h e s ) 0 tn i ：i 类j 斑块个数 个 数 。一。 p a t c h e s )n i ： 类删斑块个数 一 2 4 广州城市生态安伞岛森林景观生态特征研究 形状 特征 s h a p e = 阜 s h a p e 1 1 ，接近i 表 s h a p e ( 鬻s h a p e 数一m m p 。j 。雾 而言其值往往趋近螈7 1 。：三币1 般凡 竺形分黼，2 地 2 s m ) ：萋淼雾凳芋羹 数f 弘c = 盖f 苦釜高；鬲篇簇：荟 f r a c ( f r a c t a l 。：。” 迸2 表示具有复杂鬲 d i m e n 蓟伽：塞篓i j 竺霍孥 蔷云孬瘟：”一。” i n d e x )内：斑块i j 的周艮 一。 l s i 景观形状指 数 ( l a n d s c a p e s h a p e i n d e x ) 吼 l s i = l _ m m e i e i ：类别i 的斑块边界周k 总和 m i n e i ：当类别i 的所有斑块 最人程度团聚成块时所具 有的周长。 l s i l 当类型i 斑块偏离方 形、有分散的趋势时， 其值越大。圆形与正 方形是结构最紧凑而 义简单的几何形状。 2 5 广州城市生态安伞岛森林景脱生态特征研究 连接比率 ( p e r c e n t a g e p l a d j0 fl i k e a d j a c e n c i e s ) p l a d ! = 去1 0 0厶k t l 若i k g i i ：类型i 的斑块间连接的像 元数量 g i k ：类型i 与类型k 的斑块 间连接的像元数量 仅可用于 p l a n d 类型 i i 类型i ( 图3 5 ) 。郑荣宝等【8 6 l 也研究了广州市土地利用与n d v i 变化的关系， 发现广州各行政区n d v i 值大小顺序为增城 从化 花都 白云 建成区，靠近城 市中心的区域n d v i 下降趋势明显。韩贵峰的研究发现【8 7 1 ，长三角植被受城市 化的影响明显：城市内植被的n d v i 小于城郊，n d v i 的年内极差变小，原因是 地表覆盖物的变化改变了土壤水分及营养组成，导致植被生长活动年内差异小， 植被光合作用能力减弱。此外城市中干旱、气温偏高的气候削弱了植被生长活动 和光合作用。由此可见，城市生态安全岛的土壤、养分、气候都或多或少受到城 市中人类的干扰。 3 2 2 面积不同的城市生态安全岛植被覆盖特征 为研究生态安全岛面积大小与其植被覆盖状况的关系，比较了面积不一的斑 块n d v i 的变化情况。按面积大小将生态安全岛分为7 类，统计每类斑块在9 个n d v i 等级中的面积。根据结果，城市生态安全岛面积与n d v i 数值高低有一 定关系。表3 5 中，在3 0 h a 以下的生态安全岛( 类型a 、b 、c 、d 、e ) ，其面积 与n d v i 数值关系不明显；面积3 0 h a 以上生态安全岛中，面积越大，n d v i 等 级结构越丰富。n d v i 达到等级5 或以上的区域占3 0 h a 以下的生态安全岛面积 3 7 9 8 7 6 s 4 3 2 1 o 广州城市生态安伞岛森林景观生态特征研究 的1 3 3 ，占3