（自然地理学专业论文）1988～2002年开封城市景观格局变化研究.pdf

摘要 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的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。 通过研究揭示城市景观格局特征及变化规律， 对于城市景观格局 的优化和城市土地的合理利用具有重要的意义。 在e r d a s , a r c i n f o等软件的支持下， 以开封市1 9 8 8 年和2 0 0 2 年两期遥感影像 为基础数据源， 通过选取合理的景观指数， 分析了开封市景观格局变化规律。 结果表明: ( 1 ) 1 9 8 82 0 0 2年开封市景观破碎度加大、多 样性指数提高、整体分维略有增加， 城 市景观整体上趋于复杂破碎化。 城市景观格局与城市化水平和人类活动有着一定的相关 关 系。 ( 2 ) 建设用地面积增加和耕地减小幅度较高， 建设用地的斑块破碎度略有减小， 分 布区 域集中; 而耕地破碎度 增加， 形状趋于复 杂 水域和城市 f , c 地增幅也较高， 园 地 和未利用土地的面积减小。 ( 3 ) 开封城市景观格局深受黄河的影响， 如引黄淤灌使的未 利用土地转变为耕地， 引黄水利建设使的水域面积增加， 建设用地受到黄河的影响向北 发展受到一定的限制。 ( 4 ) 低密度建设用地主要转变为高密度建设用地， 低密度建设用 地有耕地转变而来， 未利用土地主要转变为耕地、 城市绿地和水域，园地主要转变为建 设用地和耕地。 本文共分9 部分: 第一部分:研究的背景和意义，研究区域的选择和研究的基本框架。 第二部分:国内外城市景观格局研究的内容和方法进展。包括研究内容方面和 研究方法的进展。 第三部分:景观格局变化的理论基础。 包括景观、 景观生态学、 城市景观和景观 格局等基本概念，并简单介绍了遥感分类的基本原理。 第四部分: 研究区域的概况， 包括研究的空间范围、 水文、气候、土壤等自 然地 理概况和社会经济概况。 第五部分: 研究的方法和步骤， 包括景观分类、 遥感影像分类的方法和数据的处 理以及景观指数的合理选择。 第六部分: 研究结果。 包括景观格局的变化特点、 斑块面积变化、 斑块空间构型 变化和景观斑块的转移矩阵等分析结果。 第七部分:开封城市景观生态，特别是绿地景观生态建设的措施。 第八部分:结论和讨论。 第九部分: 致谢。 关键词:景观格局:城市景观;变化;开封 a b s t r a c t s e e n f r o m l a n d s c a p e e c o l o g y , u r b a n e n v i r o n m e n t p o l l u t i o n , e c o l o g i c a l d e s t r u c t io n . e t c w e r e c a u s e d b y n o - c o o r d i n a t i o n o f u r b a n l a n d s c a p e e l e m e n t a n d b a d l a n d s c a p e p a t t e rn . i t g r e a t l y a g g r a v a t e d t h e f u n c t i o n o f u r b a n l a n d s c a p e . s o t h e ru l e s o f k a i f e n g c i t y l a n d s c a p e c h a n g e w e r e a n a l y z e d i n t h e h e l p o f e r d a s a n d a r c inf o s o ft w a r e b a s e d o n r s i m a g e o f 1 9 8 8 a n d 2 0 0 2 . t h e r e s u l t o f t h e r e s e a r c h s h o w e d : ( 1 ) t h e w h o l e u r b a n l a n d s c a p e fr a g m e n t d e g r e e a n d d i v e r s i t y in c r e a s e d i n 1 9 8 8 - 2 0 0 2 , t h e u r b a n l a n d s c a p e p a t t e rn i n d e x h a d r e l e v a n c e w i t h t h e u r b a n i z a t i o n a n d h u m a n a c t i v i t y . ( 2 ) t h e c o n s t ru c t i o n l a n d i n c r e a s e d g r e a t l y w i t h f r a g m e n t d e g r e e d e c r e a s i n g , t h e f a r m l a n d d e c r e a s e d a l o t w i t h fr a g m e n t d e g r e e i n c r e a s i n g , a n d w a t e r , g r a s s l a n d i n c re a s e d , o r c h a r d a n d n o n - u s e d l a n d i n c re a s e d a l o t . ( 3 ) t h e l a n d s c a p e p a tt e r n o f k a i f e n g c it y w e re a ff e c t e d b y y e l l o w r i v e r , s u c h a s m a n y n o - u s e d l a n d w e r e tr a n s f o r m e d t o f a r m l a n d l a n d t h r o u g h i r r i g a t i o n d i v e r t i n g w a t e r f r o m y e l l o w r i v e r , t h e d e v e l o p i n g d i r e c t i o n o f c o n s t ru c t i o n l a n d w a s r e s t r i c t e d b y y e l l o w r i v e r . ( 4 ) l o w - d e n s i t y c o n s t ru c t i o n l a n d t r a n s f o r m e d m a i n l y t o h i g h - d e n s i t y c o n s t r u c t io n l a n d , t h e s o u r c e o f lo w - d e n s i t y c o n s t ru c t i o n l a n d i s f a r m l a n d , n o - u s e d l a n d t r a n s f o r m e d t o f a r m l a n d , g r e e n b e l t a n d , w a t e r l a n d , o r c h a r d t r a n s f o r m e d t o lo w - d e n s i t y c o n s t ruc t i o n a n d f a r ml a n d . t h e p a p e r c o n s i s t s o f 9 s e g m e n t s t h e f i r s t s e g m e n t i n t r o d u c e d t h e b a c k g r o u n d a n d m e a n in g o f t h e r e s e a r c h , t h e s t u d y i n g a r e a a n d re s e a r c h f r a g m e n t . t h e s e c o n d p a r t s u m m a r i z e d t h e r e s e a r c h a b o u t u r b a n l a n d s c a p e p a t t e rn a n d p r e s e n t t h e m a i n r e s e a r c h , i n c l u d i n g t h e r e s e a r c h c o n t e n t a n d m e t h o d o f u r b a n l a n d s c a p e p a t t e rn t h e t h i r d s e g m e n t in t r o d u c e d t h e t h e o r y b a s i s o f l a n d s c a p e p a t t e r n , i n c l u d i n g t h e c o n c e p t i o n o f l a n d s c a p e , l a n d s c a p e e c o l o g y , u r b a n e c o l o g y a n d l a n d s c a p e p a t t e r n . a n d s i m p l y i n t r o d u c e d t h e m a i n t h e o ry o f r s c l a s s i f i c a t i o n . t h e f i f t h p a rt i n t r o d u c e d t h e m e t h o d a n d p a c e o f r e s e a r c h , i n c lu d i n g l a n d s c a p e c l a s s i fi c a t i o n , t h e m e t h o d o f c l a s s i f i c a t i o n a n d t h e s e l e c t i o n o f l a n d s c a p e i n d e x t h e s i x t h p a r t i n t r o d u c e d t h e i n c l u s i o n o f t h e r e s e a r c h , i n c l u d i n g t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e l a n d s c a p e p a t t e rn c h a n g e , t h e a r e a c h a n g e o f p a t c h e s , t h e s p a t i a l c o n fi g u r a t i o n c h a n g e o f p a t c h e s , a n d t h e t r a n s f o r m a t i o n m a t r i x . t h e s e v e n t h p a rt e x p o u n d e d t h e c o n s t r u c t i o n m e a s u r e s o f u r b a n g r e e n l a n d . t h e e i g h t p a rt s u m m a ry t h e r e s u lt o f r e s e a r c h a n d d i s c u s s i o n t h e n i n t h p a rt i s a c k n o w l e d g e m e n t . k e y w o r d s : l a n d s c a p e p a tt e rn; u r b a n l a n d s c a p e ; d y n a m i c s ; k a i f e n g c i t y 四 1 引言 1 . 1 研究问题的提出及意义 城市生态系统是人类在改造和适应自 然环境的基础上建立的特殊的自 然一社 会 一经济复合系统 。由 于受到人 类活动的 影响， 城市的自 然条件， 从水文、 气 象到地表结构和动植物区系都发生了很大变化，城市生态系统的物质、能量和信 息的交换，主要是靠人类来协调，因此具有先天的不稳定性和依赖性。但是长期 以来，我国城市规划和建设一直遵循着一套传统的还原论模式，只注重城市景观 的经济和社会价值，而基本上忽略了 环境和生态功能，导致了一系列生态环境和 社会经济问题。从景观生态学角度出发，城市所面临的环境污染、生态破坏、交 通堵塞、热岛效应等问题，大多是由于不合理的景观格局所导致的城市内部各要 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 c 2 l 城市景观格局是由各种大小和形状的城市要素相互作用形成的空间配置结 构，是包括人类干扰在内的各种生态过程在不同尺度上作用的结果。景观格局决 定着景观过程，景观格局的变化影响着景观生态过程和景观流，导致景观功能发 生 变 化7 。 今 天的 格局 是 过 去 的 景 观 流( 自 然、 社 会、 经 济 和 各 种 生 态 过 程) 形 成 的，其又是今后景观格局形成的基础。因此，通过研究景观格局可以更好地理解 生态学过程，通过分析景观格局随时间的变化可以反映景观生态过程，揭示景观 演替的机制和规律，进而预测景观的变化趋势，最终实现资源的可持续利用。因 此，深入研究城市景观格局及其变化规律，对于揭示城市景观功能变化的特征和 城市合理规划以及现代城市问题的解决具有重要的意义。 1 .2 研究对象的选取 本研究区域开封是我国一座历史名城， 至今己有2 7 0 0 多年的历史。 从夏朝老 丘城市的建立、战国时期的大梁、北宋东京国际大都市的繁荣到明末黄河的大淹 没和经济政治地位的衰退，可以说开封经历了从县城一地方行政中心一国家首都 一地方 行政中心的演变过程， 城市景 观也发生了巨 大的 变化4 1 。 特别是近十几年 来随着开封市经济的发展和人类活动的影响，城市景观的变化更为突出。本研究 的范围包括开封市区和郊区，作为城市和乡村交接地带，人类影响更为严重，城 镇扩展明显，而且研究区近邻黄河，深受黄河的影响，具有特殊的地理背景，景 观格局和结构动态变化较大，城市景观生态功能和过程也发生了很大的变化，因 此，对该区的研究不仅能揭示本区域的城市景观变化的规律，为城市景观合理规 划提供依据，而且为黄河影响区城市的景观格局研究提供一定的借鉴作用。 1 .3 研究的框架 本文应用 1 9 8 8年 3月 1 1日的 l a n d s a t - 5 t m 影像和 2 0 0 2年 3月 2 9日的 l a n d s a t - 7 e t m影像为数据源，以1 4 年为研究时 段，在景观格局变化研究的 基本 理论和方法的指导下， 借助e r d a s 和a r c i n f o等软件， 研究了开封市景观格局 及其变化特征，初步揭示了开封城市景观格局变化的规律，并对变化的原因进行 了的分析。 图1 本文研究的框架 2 城市景观格局研究进展 2 . 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 设和城市景观格局动态变化的驱动机制等方面。目 前城市景观格局研究已成为城 市景观生态学研究的热点。 2 . 1 . 1 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 y m ( 1 9 9 7 ) 在 介绍 细 胞自 动 机 模 型的 原 理的 基 础 上， 详 细 探 讨了 细 胞自 动 机 模 型 与 城 市 格 局 的 形 成的 机 理 5 1 . m a t t h e w l u c k 和j ia n g u o wu ( 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16 1 . r a u l r o m e 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 7 l 。肖 笃宁( 1 9 9 0 ) 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。高峻、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 o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 41 9 9 4年上海西南 城乡交错带的景观特征及其动态进行研究。分析表明， 1 9 8 41 9 8 9 年和1 9 8 91 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 8 1 。 谢志霄、肖 笃宁( 1 9 9 6 ) 以 沈阳 市东陵区 为 例， 对城郊景观动态模型 进行了 研 究，基于渗透理论、马尔柯夫过程理论，采用中性模型方法，建立了 3个不同的 城郊景观动态模型，模型中分别介入了不同自然因子和决策因子，利用模型对研 究区景观进行了动态变化模拟，并对模拟结果进行了评价，该研究对模型合理的 选 取 进 行了 有 意义的 探讨19 1 。 此 外， 傅 伯 杰( 1 9 9 6 ) 、 王家 骥等( 1 9 9 7 ) 、 曾 辉( 1 9 9 8 ) , 田 光 进 ( 2 0 0 2 ) 也对景观格局动态变化 进行了 研究 p 0 - 1 3 1 2 . 1 . 2 城市景观格局变化的生态环境影响 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【 1 4 1 。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 n l i n ( 2 0 0 2 )以台湾长化县为例，分析t城市土壤中 a s , c d , c r , c u , h g , n i , p b 和z n 8 种重命 属 离 子 与 城 市 化、 城 市景 观指 数之0 1 的 关 系 is 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。 结果表明， 武钢厂区绿地斑块数目 多， 破碎化指数高， 以乔木为主的防护林斑块 平均面积大， 滞尘效果好。专类园和观赏草坪斑块的植物种类丰富、景观效果好， 但滞尘效果较差。道路绿带的优势度和破碎化指数最高，构成了厂区绿色廊道网 络，并在阻滞交通污染中起着重要作用，其中多行复层绿带的滞尘率比单行乔木 绿 带 的 滞 尘 率 高 1 1 6 1 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 m 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t 斑块之间的 连接度1 1 7 1 e e s t e b a n ( 2 0 0 1 ) 以 西班牙m a d r id 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。作者 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1 1 8 1 0 u l l a m . m o rt b e r g ( 1 9 9 9 ) 在瑞典首都 r t o c k h a l n n 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 1 9 1 . m a r k h o s t e t le 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 2 0 1 。此外，李团胜 ( 2 0 0 2 ) 、 张涛 ( 2 0 0 2 ) 、 刘洪杰 ( 2 0 0 3 ) 等也进行了 有意义的 研究 2 1 - 2 3 1 a 2 . 1 . 3 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 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 星状分布的集团式景观格局，以 有效阻止建成区 摊大 饼过程2 4 . 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2 s 1 a c o o k e .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!2 6 1 。 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 2 7 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 2 8 -3 1 1 2 . 1 .4 景观格局变化的驭动机制研究 景观格局变化的驱动机制对于揭示景观格局变化的原因、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3 2 1 : ( 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 n p 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 年间景观格局变 化同自 然 驱 动 力 ( 土壤类型) 间 的 相 关 关 系 3 3 1 。 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 抹 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。同时对诱发 该区域景观生态演化的因素进行了定量诊断，并对区域生态月 镜 的景观过程进行 了 探讨 3 4 。 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 3 5 1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3 6 1 。 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。 2 . 2 研究方法进展 目 前，关于景观格局变化的分析方法主要有景观格局指数比较法和景观动态 模型。 2 .2 . 1 景观格局指数比较法 景观格局指数是高度浓缩的景观格局信息，是反映景观结构和空间配置特征 的量化指标。其分为两个水平:斑块水平指数 ( 如斑块面积、周长、斑块形状指 数、斑块密度、斑块聚集度等) 、景观水平指数 ( 如景观丰富度指数、景观多样性 指数、景观破碎度指数、景观优势度指数等) 。通过比较景观格局指数在时间维上 的变化，是目前景观格局变化研究的主要方法之一。发展能够反映生态过程的景 观格局指数，或将景观格局变化与其所引起的生态过程变化相结合进行研究，会 使景观格局指数比较法更有理论与实践意义，这应该是景观格局指数比较法发展 的方向。 2 .2 .2 景观动态模型 景观动态模型是研究景观格局和过程在时间和空间上的整体动态， 它有助于 建立景观结构、功能和过程之间的相互关系，是预测景观未来变化的有效工具。 其中马尔柯夫链模型是一种常用的景观空间动态模型，采用转移矩阵来模拟景观 从一 种 类型 转变为另一种类型的 动 态规律3 7 1 。马 尔柯夫链是一 种特殊的 随 机运动 过程，它反映的是系统由t时刻向t + 1 时刻状态转化的一系列过程。这种转化要 求t + 1 时刻的状态只与t时刻的状态有关， 这一点用于景观格局动态变化的分析 预 测是合 适的。 成功运用马氏 模型的 关 键在于 转移 概率的 确定。以 景 观中的 基质、 斑块与廊道的相互转换概率为元素构建的转移矩阵模型: 刀勺r (1 ) 凡几二-.几 吕 只 其中， p 。 为 景 观要素i 转化为j 的 转 移 概 率， 式 子有 两个 重要的 特点: ( t ) 0 水域 未利用土地 园地 城市绿地。 其中 耕地面积2 2 2 4 2 . 5 h m 2 ， 占 景观面积的5 5 .4 8 %， 远远大于其它景观要素的面积， 可以认为是景观的基质。 2 0 0 2 年 耕地 面 积1 7 8 8 7 .8 7 h m , 虽 然比 较1 9 8 8 年有 所 减 少， 但是 仍 然占 景 观总 面 积 的 4 4 .6 5 %，大于其它景观要素的面积，仍然是景观的基质。可以看出开封城市景观 呈现出以耕地为基质，建设用地、水域、城市绿地和园地等其它景观要素作为斑 块单元镶嵌在其中的格局。 斑块面积的变化可以反映景观格局的变化，从 1 9 8 8 年到 2 0 0 2年 1 4年间，开 封城市各类景观斑块面积的变化主要表现为:高密度建设用地、低密度建设用地、 水域、城市绿地、早地和灌溉田的面积增加，水浇地、园地、菜地和未利用土地 的面积减小 ( 图8 ) e 各类斑块面积的变化与自 然因子和经济政策、人类活动的影响密切相关。近 年来开封市提出建设 “ 北方水城”和大力发展旅游事业的政策，政府加大了水体 治理、疏通河沟、水利建设和城市绿化的力度，如2 0 0 0 年实施城市河流和湖泊的 疏通工程，2 0 0 1年完成了金明大道和金明广场绿化工程;为了防止风沙灾害和治 理沙丘，近年来大力植树造林， 2 0 0 0 年完成植树造林8 1 . 3 万株，基本建成了黄河 大堤、护城大堤、 3 1 0 国道等骨千防护林带:在农业结构调整方面，又加大了引黄 工程建设、农田水利建设和水产养殖力度，因而水域和林地面积显著增加。水域 面积由1 9 8 8 年的4 7 5 6 .8 6 h m 2 增至2 0 0 2 年的6 4 8 6 .2 1 h m 2 ， 所占 景 观面 积的比 例也 由 1 1 h m 2 , .9 % 增至1 6 . 1 8 % ; 城市绿地由1 9 8 8 年的1 0 7 6 . 3 1 h m 2 增至2 0 0 2 年的2 1 2 5 . 5 2 所占景观面积的比 例由2 . 6 9 % 增至5 .3 %a 在建设用地中，高密度建设用地也由1 9 8 8 年 1 5 4 0 .2 6 h m 2 增加到2 0 0 2 年的 2 6 0 1 .5 4 h m 2 。 低密 度建 设用地增幅较大， 由1 9 8 8 年的6 5 0 9 . 7 1 h m 2 猛增至2 0 0 2 年 9 2 5 1 .0 6 h m 2 ， 增 加 了2 7 4 1 .3 5 h m 2 , 增 幅 为4 2 . 1 1 % 。 这 主 要 是因 为 乡 村居民 点 大 量 占用村外良田，而且分布比较分散;城镇建设容积率较低，如 1 9 9 6 年平均容积率 仅为 0 .3 0 ;乡镇企业占地过多，闲置土地现象普遍;另外非农业与农业经济效益 的强烈反差，诱发个别地方轻农意识抬头，非法占用耕地办工业、非法专用集体 土地从事房地产开发时常发生， 致使大量耕地流失， 建设用地的猛增. 由于建设用地，特别是城市的扩张和农村居民点等低密度建设用地大量占用 周边的 水浇地， 导 致水 浇地减少幅度很大，由1 9 8 8 年1 0 9 3 7 .9 7 h m 2 减 至2 0 0 2 年 的4 2 0 6 .4 2 h m 2 ， 减幅 高 达6 1 .5 4 % .自1 9 8 8 年 来， 早 地 和灌 溉田 虽 然有一 部分 转 变为建设用地，但许多背河盐碱洼地和荒草地等未利用土地，通过引黄灌淤，改 造成为稻麦生产基地，早地和灌溉田地有所增加。园地和未利用土地的面积有所 减少， 1 9 8 8 年面积分别为1 4 5 4 . 6 7 h m 和2 5 0 0 . 5 6 h m 2 ， 到2 0 0 2 年分别 减至6 2 3 . 8 3 h m z 和1 1 0 4 .8 4 h m z 。 菜 地主 要分 布在东 郊 乡 和 南 郊乡 ， 虽 然建设 用 地的占 用， 面 积有所减少，但由于城乡交错带承担着向城市居民 提供蔬菜等副食品的功能，菜 地仍保留一定的规模。 可以 看出，1 9 8 8 年到2 0 0 2 年的1 4 年间，开 封城市景观变化主要表现为建设 用地、城市绿地和水域等面积的增加， 耕地、园地、未利用土地等面积的大幅减 少。 6 .3 斑块空faj构型变化分析 6 .3 . 1 斑块破碎化程度的变化 斑块破碎化程度可以用斑块数量、斑块平均面积、斑块最大面积和斑块密度 来反映。1 9 8 8 年研究区景观斑块总数为2 8 7 8 4个，其中低密度建设用地斑块数量 最多， 为5 9 7 7 个，占 总数的2 0 . 7 6 % ; 水浇地、 未利用土地的斑块数量也较高， 分 别为5 6 5 3 和3 7 1 1 个;高密度建设用地的 斑块数量最少， 仅为4 7 8 个，占 斑块总 数的1 .6 6 %。到2 0 0 2 年研究区景观斑块数量增加至3 2 3 1 1 个，其中水域的斑块数 量最多， 高达7 1 0 2 个、占斑块总数的2 1 .9 8 %， 低密度建设用地、 灌溉田、 城市绿 地的斑块数量也较高，分别为4 3 4 0 . 3 6 8 1 和3 2 5 0 个。 可以看出 研究区内斑块数量的变化非常明显 ( 图9 ) ，其中早地、水域、 城市 绿地、高密度建设用地、灌溉田斑块数量迅速增加，尤其水域、城市绿地、旱地 增 加 最 快。 早 地由1 9 8 8 年 的7 7 0 个 猛 增 至2 0 0 2 年3 0 0 9 个， 增 幅 为2 9 0 .7 7 % ， 增 加速度最快。 水域由2 9 2 0 个增加至7 1 0 2 个， 增加绝对数量最大，为4 1 8 2 个， 增 幅也 高 达1 4 3 .2 2 % . 城市 绿 地也由1 9 8 8 年 的1 8 4 4 个 增 加至2 0 0 2 年的3 2 5 0 个。 而 低密度建设用地、未利用土地、园地、菜地、水浇地斑块数量减少，其中水浇地、 低密度建设用地、 菜地变化最为明显。 如水浇地减少2 7 8 7 个， 减幅为4 9 .4 7 % , 减 少数量和减幅均为最大;低密度建设用地斑块数量减少1 6 3 7 个， 减幅为2 7 . 3 9 %: 菜地减少8 6 9 个，减幅为3 5 . 5 4 0% 8 0 0 0 1 0 0 0 6 0 0 0 5 0 00 4 0 0 0 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 : 19 8 80 2 0 0 2 目1匀划子 沪 e e-v 图9 1 9 8 8 - 2 0 0 2 年各 类型斑块数是变化图 : : ;: : : 只3月，几 县匆、划誉 沪沪扩 尹 4 ; 尹 v,0 图1 0 1 9 8 8 - 2 0 0 2 年各类型 斑块平均面积变化图 在景观斑块数量发生变化的同时，各类型斑块的平均面积也有不同程度的 增 减。除高密度建设用地、 低密度建设用地和城市绿地的斑块平均面积增加外， 其 余景观斑块的平均面积明显减少 ( 图1 0 ) ， 如 1 9 8 8 年高密度建设用地的斑块平均 面积为3 .2 2 h m 2 , 2 0 0 2 年增加为4 .7 7 h m 2 ; 低密 度建设用 地由1 .0 9 h m 2 增为2 .3 2 h m 2 , 城 市 绿 地 斑 块 平 均 面 积 也 略 有 增 加， 由1 9 8 8 年的0 .5 8 h m 2 增 加 到2 0 0 2 年 的。 .6 5 h m 2 : 早地的斑块平均面积明显减少， 1 9 8 8 年为9 . 1 7 h m 2 , 2 0 0 2 年锐减为2 .4 3 h m 2 , 水 域 也由1 9 8 8 年 的1 .6 3 h m 2 减 至2 0 0 2 年 的0 .9 1 h m 2 。 这 主 要 是 近 年 来 建 设 用 地 的 迅猛增加，形成了集中成片、摊大饼式的发展，造成了建设用地平均斑块面积的 增加，特别是农村低密度建设用地的建设密度增加，很大程度上也促进了建设用 地平均斑块面积的增加。而早地、水域等斑块类型由于受到人类活动特别是建设 工程的影响，斑块平均面积明显减少。 4 0 0 0 3 5 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 2 0 0 0 1 5 0 0 1 0 0 0 口 1 9 8 8 0 2 0 02 登翻划恐 沪 扩扩 1 40p r* x/ 图 1 1 1 9 8 8 - 2 0 0 2 年各类型斑块最大面积变化图 在斑块最大面积方面，高密度建设用地、低密度建设用地、灌溉田、城市绿 地呈现增加的特点， 其余斑块类型都大幅度减少( 图1 1 ) . 其中高密度建设用地的 斑 块 最大 面 积 增 加明 显， 由1 9 8 8 年的1 2 0 7 .7 8 h m 2 增 加到2 0 0 2 年的2 3 8 9 h m 2 ， 低 密度建设用地斑块最大面积增加也较为明显;而水浇地斑块最大面积减少最大， 1 9 8 8 年为2 0 3 7 . 7 8 h m 2 , 2 0 0 2 年锐减 到3 7 0 h m 2 a 在斑块密度方面，高密度建设用地、低密度建设用地和城市绿地在减小，高 密 度 建 设 用 地 有1 9 8 8 年 的3 1 个 / 1 0 0 h m 2 减 至 2 0 0 2 年 的2 1 个 / 1 0 0 h m 2 ， 低 密 度 建 设 用地 有 1 9 8 8 年的9 1 个 / 1 0 0 h m 2 降 至2 0 0 2 年的4 6 个 / l o o h m 2 ， 城市 绿 地由1 7 1 个/ i o o h m 2 降至 块密度在增加 1 5 2 个 / i o o h m 2 ， 而 早 地、 灌 溉田 、 水 域、园 地、未 利 用土 地的 斑 ( 图 1 2 ) 0 : 黑 八unnc以们门妇 九曰六曰0八uon 6户勺j，乌j，jli 圈一令0。1令月冬 沪 扩扩 沪 铲 7 图 1 2 1 9 8 8 - 2 0 0 2 年各类型斑块密度变化图 可以 看出高密度建设用地、低密度建设用地、城市绿地的斑块的总面积、斑 块平均面积和斑块最大面积都在增加，斑块密度在减小，斑块的破碎度在减少。 由于建设用地由零散逐渐转为集中，建设密度逐步增加，造成建设用地的破碎度 在减少;在大环境绿化工程实施和开封城市提出建设全国 优秀旅游的发展策略后， 城市绿地建设的力度得到了明显的加强，一方面绿地面积增加幅度较大，同时绿 地斑块也由小变大，破碎度减少，生态效益得到了 一定的提高。而早地、灌溉田、 水域、园地、未利用土地等被其它类型斑块占据分割，斑块的破碎度在增加。 6 . 3 . 2 斑块的形状变化 1 9 8 8 年各类型斑块的平均斑块分维由 大到小依次为:城市绿地 水域 未利用 土地 园地) 低密度建设用地 灌溉田 菜地 早地 高密度建设用地 水浇地。 城市 绿地、水域等由于其大多属于自 然景观，当时受到人类活动的影响较小，因此形 状比较复杂，自 相似程度比较低，分维数较高，建设用地是人类按照自己的意图 精心设计建造的， 其形状应该很规则，自 相似性程度较高， 但是1 9 8 8 年由于农村 低密度建设用地分布不规则，比较稀疏，因此分维也比较高，未利用土地大部分 分布在护城大堤以北，受人类活动较少，形状复杂:而灌溉田、菜地、早地、高 密度建设用地受到人为控制，形状较为规则，因此分维较低。 2 0 0 2年各类型斑块 的分维由大到小依次为灌溉田 水域 未利用土地 菜地 城市绿地 水浇地 旱地 园地 低密度建设用地 高密度建设用地。 旦 1 9 8 8 0 2 002 图1 3 1 9 8 8 - 2 0 0 2 年各类型斑块分维变化图 从图1 3 中可以 看出1 4 年间，高密度建设用地、 低密度建设用地、园地、 城 市绿地、水域和未利用土地的分维数减小，形状趋于简单和规则。这主要是因为 近年来建设用地越来越集中，而且形状越来越规则，导致分维减小。近年来由于 人工造林种草使得城市绿地面积大为增加， 在人类规划和干扰下形状趋于简单和 规则，分维减小。随着水产养殖业的发展， 致使人工鱼塘面积逐年增加， 如 1 9 9 4 年 淡 水 养 殖面 积为1 2 2 0 h m 2 , 2 0 0 0 年 增加 到1 5 4 0 h m 2 ， 另 外 人工 清 淤整 治河 道， 使的水域形状较为规则，导致水域斑块的平均分维减小，其形状趋于规则和简单 化。而早地、水浇地、灌溉田、菜地的分维在增加，表明其形状趋于复杂。主要 是因为近 1 4 年来建设用地等占用早地、 水浇地、 灌溉田和菜地， 并广泛分布其中， 形状变得复杂破碎，因此分维在增加。 从形状指数变化图 1 4中也能找出相同的规律。同时应该认识到农田斑块分维 较高，是因为这个结果根据宏观的卫片解译而来，不能按照田间的地块的标准来 进行衡量，其分维数高体现的是整体较低的自 相似性和不规则程度。 0 19 8 80 2 0 0 0 图1 4 1 9 8 8 - 2 0 0 2 年各类型斑块平均形状指数变化图 6 .3 .3 斑块空间质心变化分析 土地利用的空间变化，可以用土地资源分布重心变化情况来反映，同理可以 用各类斑块分布质心变化来研究各类斑块的空间 变化，本文仅对变化相对较大并 有代表性的建设用地、城市绿地和水域作了研究 ( 本文研究范围在同一经度和纬 度内，同时为了突出空间位置的变化，在图表的纵坐标和横坐标只表示出了经纬 度的分) 。 ( 1 )建设用地 ( 包括高密度建设用地和低密度建设用地) 。开封段黄河河道位于 开封的北部，距城不到 l o k m，而且正常水位高出开封市区5 - 8 m多，是著名的悬 河，在黄河大堤以南 1 - 6 k m的狭长地带为背河洼地，地势低洼，盐碱地和滩涂较 多，这样使得开封向北发展受到很大的限制。东部土质条件较好，为郊区主要农 业用地，因此，城市向东发展受到一定的限制。 南部陇海铁路横贯和南郊军用机 场的存在，城市向南发展，多有不便。城市西部特别是西郊乡，虽然沙地、劣地 较多，在基建施工方面有一定的影响，但从全局来看，是城