苏锡常地区景观格局动态变化过程定量分析

苏锡常地区景观格局动态变化过程定量分析苏锡常地区景观格局动态变化过程定量分析 摘摘 要要 景观扩张指数能够反映景观格局变化的过程信息 它与传统景观指数相结合 有 助于更全面 系统地理解区域景观的静态格局及动态变化特征 基于苏锡常地区多时相遥感 数据 本文从景观数量结构 传统景观指数 景观扩张指数 3 个方面 综合分析了 1990 2010 年区域景观格局的动态变化过程 结果表明 区域景观格局经历了快速变化 缓慢变化 加速变化的历史过程 耕地大量流失 建设用地急速扩张是其主要特征 1990 1995 年 为景观快速变化期 水田 旱田的面积减少了 6 16 8 48 水库坑塘增长 6 53 城镇 用地 农村居民点 其他建设用地的增长率分别为 76 61 41 17 53 39 扩张方式以 填充式 边缘式为主 1995 2000 年为缓慢变化期 水田流失率降至 2 97 3 类建设用 地的增长率分别为 11 50 14 73 62 78 期间飞地式扩张迅猛发展 填充式扩张受到 抑制 2000 2010 年区域景观格局加速变化 水田 旱田流失率上升至 14 27 11 04 水库坑塘的面积猛增 17 91 3 类建设用地的面积分别增长 63 00 39 10 123 61 空间扩张模式趋于紧凑 纵观整个研究期 水田的破碎化 程度显著上升 旱田则有所下降 城镇用地的紧凑式发展导致斑块规模不断扩大 聚集程 度显著提高 飞地式扩张则使得农村居民点的斑块密度上升 布局更为离散 优化土地利用 配置 提高土地集约利用水平 加强土地管理体制创新 是苏锡常地区未来经济社会发展 应重点采取的规划举措 关键词关键词 景观格局 景观扩张指数 耕地流失 城市化 苏锡常地区 中图分类号中图分类号 Q149 文献标识码文献标识码 A Quantitative analysis of the landscape pattern dynamics in Su Xi Chang region China Abstract Land use activities caused primarily by regional urbanization process have a profound and far reaching impact on landscape pattern and ecosystem services This paper analyzes characteristics of landscape pattern dynamics in Su Xi Chang region based on an integrated research method of traditional landscape index and landscape expansion index Based on RS derived maps four change matrices were constructed for detecting landscape dynamics between 1990 and 2010 The outcomes indicated that paddy fields and dryland decreased by 6 16 and 8 48 from 1990 to 1995 by 2 97 and 12 05 from 1995 to 2000 and by 14 27 and 11 04 from 2000 to 2010 respectively In contrast the following increased greatly from 1990 to 1995 urban settlements by 76 61 rural settlements by 41 17 and construction land by 53 39 and the pattern of urban growth were dominated by the edge expansion and infilling type From 1995 to 2000 these land covers increased by 11 50 14 73 and 62 78 respectively and the outlying type growth took a predominant role From 2000 to 2010 three land covers increased by 63 00 39 10 and 123 61 respectively and the infilling growth type became dominated For the whole area fragmentation index of paddy fields significantly increased and the dryland slightly declined The urban morphology became more compact as a result of continuous edge expansion and infilling growth meanwhile rural settlements became more dispersed because of enormous outlying growth These findings can help to improve understanding of regional ecological conditions and provide policy makers with useful information for an effective landscape management program Key words landscape pattern landscape expansion index farmland loss urbanization Su Xi Chang region 2010 年前后 世界与中国的人口城市化率双双突破 50 1 2 未来几十年 该比例将 加速攀升 3 城市化作为最重要的社会现象之一 对城市 区域乃至全球尺度上的生态系统 都有重要的影响 逐渐成为全球环境变化与可持续发展的核心研究论题 4 区域尺度上 以 城市化过程为特征的土地利用活动 对区域景观格局 功能及过程产生了深刻的影响 加 速的工业化与城镇化进程 增加了区域景观的破碎度与结构的复杂度 景观格局的变化进 一步影响区域生物地球化学循环 能量流动 种群动态等生态学过程 5 对区域景观格局及 其动态变化过程进行定量分析 是揭示城市化背景下区域生态状况及空间变异特征的有效 手段 传统景观指数是目前景观格局分析最为常用的方法 在城市景观格局变化 土壤侵蚀 格局演变等方面取得了较好的应用 6 9 但这些指数大多只侧重于对景观格局几何特征的分 析和描述 忽略了景观格局动态变化过程的信息 刘小平等 10 发展了一种新的景观指数 景观扩张指数 其中包涵了景观格局的过程信息 可用于分析多时相景观格局的动态变化 对于理解城镇化时空过程及其机制 促进区域景观格局的优化配置具有重要意义 但目前实 际的应用案例较少 11 13 尤其在大规模城市群中的应用更有待丰富与验证 传统景观指数与景观扩张指数相结合 有助于更全面 系统地理解区域景观的静态格 局及动态变化特征 本文基于苏锡常地区多时相遥感数据 从景观数量结构 传统景观格局 指数 城镇景观扩张指数 3 个不同方面 综合分析了该区域 1990 2010 年景观格局的动态 变化过程 不但丰富了区域景观格局的分析框架与案例研究 同时能够为区域制定中长期 发展规划提供决策依据和参考 1 研究区域与研究方法研究区域与研究方法 1 1 研究区概况 苏锡常地区位于江苏省南部 长三角城市群核心地带 由苏州 无锡 常州的 25 个县 市区组成 面积 1 75 万 km2 图 1 平均海拔低于 50m 区域属亚热带湿润气候 四季分 明 水系发达 淡水资源丰沛 地势平坦 具有适宜发展的自然条件 改革开放以来 苏锡 常地区在国家沿海开放 沿江发展战略的引领下 在全国范围内率先建立起开放型经济体 系 14 以制造业为主体的乡镇企业和合资企业大量涌现 推动经济总量迅速攀升 1990 2010 年均增长率高达 20 区域内所有县级市均位列全国百强县前列 在快速经济发展的 带动下 区域城镇人口总量不断攀升 2010 年人口城市化率近 70 远高于同期全国 49 7 的 平均水平 15 图图 1 苏锡常地区的地理位置 Fig 1 Location of Su Xi Chang region 1 2 研究资料获取 为研究区域景观格局特征与动态变化过程 本研究选取 1990 1995 2000 2005 2010 年 5 个时相的 Landsat TM 影像作为基本数据源 行列号 为 119 038 成像时间均为 7 8 月份 影像质量良好 首先 在 ENVI 4 8 中完成影像的几 何校正 裁剪拼接等预处理操作 然后 结合面向对象 人工目视判读的遥感分类方法进 行区域景观要素分类 将研究区景观类型划分为 10 类 分别为 水田 旱田 林地 草地 自然水体 水库坑塘 城镇用地 农村居民点 其他建设用地 厂矿 大型工业区 道路 基础设施等 以及未利用地 在耕地流失特征分析中 将水田 旱田合并为耕地类型 在城 镇景观扩张分析中 将城镇用地 农村居民点 其他建设用地合并为城镇景观类型 影像分 类结果总体精度均高于 90 能够满足研究需要 1 3 研究方法 1 3 1 景观数量结构变化测算 根据遥感分类结果 综合运用 GIS 空间分析功能计算 1990 1995 1995 2000 2000 2005 2005 2010 年 4 个时期的土地利用转移矩阵 测算各个时期 10 种景观类型的总量及变化率 并分析主要的景观转换类型及其空间分布特征 1 3 2 静态景观格局指数计算 景观指数能够高度浓缩景观格局信息 反映其结构组成和空 间配置特征 可以在斑块水平 类型水平 景观水平三个层次上进行分析 5 参考相关研究 16 17 本文选取了最大斑块指数 平均斑块大小 斑块密度 景观形状指数 聚集度指数 5 个传统景观指数 分析水田 旱田 城镇用地 农村居民点 4 类主要景观类型的格局特 征 特别地 由于耕地破碎度是联合国粮农组织倡导的 PSR Pressure State Response 耕地质量评价模型中一个重要的指标项 18 因此水田 旱田景观格局分析中加入破碎度指 数 上述景观指数的计算方法与描述如表 1 所示 表表 1 研究中主要景观指数的数学表达与描述研究中主要景观指数的数学表达与描述 Tab 1 Explanation of landscape pattern index selected in this study 景观指数 Landscape index 定义 Definition 描述 Explanation 最大斑块指数 Largest patch index A aaMax n 1 景观中最大斑块的面积除以景观总面积 再转换成百分比 取 值范围为 0 100 平均斑块大小 Mean patch size NA 景观中所有斑块的总面积除以斑块数 取值无上限 斑块密度 Patch density AN 每 km2的斑块数 取值无上限 景观形状指数 Landscape shape index A E25 0 景观中所有斑块边界的总长度 m 除以景观总面积 m2 的 平方根 再乘以正方形校正常数 当景观中斑块形状不规则或 偏离正方形时 该取值增大 聚集度指数 Aggregation index 100 max ii ii g g 基于景观像元邻接矩阵计算获得 是同类型像元的邻接对 ii g 数 是同类型像元邻接对数的最大取值 取值 ii g max 范围为 0 100 数值越大 景观聚集度越高 破碎度指数 Fragmentation index NA AN 采用斑块密度与平均斑块大小的比值 取值无上限 数值越大 景观破碎化程度越高 1 3 3 城镇景观扩张指数 刘小平等 19 针对目前景观指数在城市扩张过程分析中的不足 提出景观扩张指数来识别景观扩张类型 从而获取景观变化的过程信息 城镇景观扩张的空 间模式有三种 即填充式 边缘式 飞地式 填充式景观扩张是指新增景观斑块填充原有 景观斑块 图 2a 边缘式景观扩张是指新增景观斑块沿着原有景观斑块的边缘向外扩张 图 2b 飞地式景观扩张指新增景观斑块与原有景观斑块处于分离状态 图 2c 其他扩 张模式都可以看作是上述三种基本模式的变种或者混合体 图图 2 城镇景观扩张的空间模式 Fig 2 Three types of urban landscape expansion 城镇景观扩张指数是通过缓冲区分析来定义的 10 该方法以新增城镇斑块特定距离 通 常为 1m 的缓冲区为统计单元 统计单元内部的原有城镇斑块面积和空白区域 除城镇外 的其他景观类型 面积 并预设了一系列规则来识别新增城镇斑块的扩张类型 1 如果缓冲 区单元大部分被原有城镇斑块覆盖 则该新增斑块为填充式扩张 图 2a 2 如果缓冲区 单元同时被原有城镇斑块和空白区域覆盖但后者在比例上占优 该新增斑块为边缘式扩张 图 2b 3 如果缓冲区单元全部被空白区域覆盖 那么该新增斑块属于飞地式扩张 图 2c 某个新增城镇斑块的扩张指数计算公式如下 1 VO O AA A LEI 100 式中 LEI 是某个新增城镇斑块的景观扩张指数 取值范围为 0 100 Ao是缓冲区单元被 原有城镇斑块覆盖的面积 Av是缓冲区单元被空白区域覆盖的面积 参考相关研究的分级标准 10 19 LEI 值介于 50 100 之间的新增城镇斑块确定为填充式 扩张 0 50 之间为边缘式扩张 LEI 值等于 0 的新增城镇斑块 由于与原有城镇斑块完全 分离 因而被确定为飞地式扩张 对于景观级别 刘小平等 10 19 定义了平均斑块扩张指数 MEI 和面积加权平均斑块 扩张指数 AWMEI 计算公式如下 2 N i i N LEI MEI 1 式中 LEIi为新增城镇斑块的景观扩张指数 N 为新增斑块总数 MEI 的值越大 表示景观 扩张的方式更趋于紧凑 同样 面积加权平均斑块扩张指数的计算公式如下 3 N i i i A a LEIAWMEI 1 式中 LEIi为新增城镇斑块的景观扩张指数 ai为该斑块的面积 A 为所有新增斑块的总 面积 2 结果与分析结果与分析 2 1 区域景观数量结构变化特征与分布格局 16 年间 苏锡常地区景观格局变化总体上呈明显的波动趋势 经历了快速变化 缓慢 变化 加速变化的过程 1990 1995 年为区域景观快速变化期 区域内的景观格局发生了显著变化 统计土地利 用转移矩阵发现 发生变化的景观占总面积的比例超过了 5 图 3 其中 3 种景观转换 类型在比例上占优 分别为 水田转为建设用地 旱田转为建设用地 水田转为水库坑塘 三者相加占到了变化总面积的 87 9 该时期内 包括城镇用地 农村居民点 厂矿 道路 基础设施等在内的建设用地迅速扩张 表 2 三者的变化率均超过了 40 其中城镇用地 增长最快 达到了 76 61 建设用地扩张的土地来源主要是大量流失的耕地 5 年间苏锡常 地区水田 旱田的流失率达到了 6 16 8 48 流失总量巨大 水田转为水库坑塘在景观 变化总面积中也占有一定的比例 7 是一类较特殊的转换类型 它与农业内部结构调 整紧密相关 其他景观转换类型的比例较低 1995 2000 年为区域景观缓慢变化期 发生变化的景观占总面积的比例降至 2 5 其中 最显著的变化是耕地流失量大幅降低 建设用地扩张得到了有效控制 表 3 水田 旱田 5 年间的净流失量仅为 270 126 km2 大幅低于前一阶段 该时期城镇用地 农村居民点的 增长率急剧降低 两者均低于 15 与前一阶段相比形成了强烈反差 尽管其他建设用地的 增长量仅有 30 6 km2 但由于基数小 因而增长率快于前一阶段 水田转为水库坑塘的面积 约为前一阶段的 1 2 变化趋势与总体基本一致 其他景观转换类型占景观变化总面积的比 重显著提高 由前一时期的 12 提升至 31 且转换类型趋于多样化 2000 年以后 苏锡常地区的整体景观格局开始加速变化 2000 2005 年 发生变化的景 观占总面积的比例回升至 4 7 水田转为建设用地占景观变化总面积的比重较前两个阶段 进一步加大 达到了 69 净流失量高达 675 km2 2005 年水田保有量较 2000 年减少了 7 67 是该时期内变化最剧烈的景观类型 表 4 大量流失的水田 主要转换为两类景 观类型 一类是城镇用地 农村居民点等建设用地 562 km2 另一类则是水库坑塘 131 7 km2 该阶段城镇用地 农村居民点的增长率分别为 32 61 20 07 明显快于 1995 2000 年 其他建设用地的增长率与前两个阶段基本持平 水田转为水库坑塘的面积高 达 131 7 km2 超出了前两个阶段变化量的总和 表明该时期区域的水产养殖业发展较为迅 速 其他景观转换类型占景观变化总面积的比例回落至低水平 2005 2010 年 区域景观格 局的变化趋势与前一时期基本一致 但变化强度略有减弱 发生变化的景观占总面积的比 例下降至 3 8 水田仍是景观流失的主体 5 年间减少了 581 km2 其中的 266 211 38 km2分别转换为城镇用地 农村居民点和其他建设用地 此外 旱田的流失量与前一阶段 持平 水库坑塘的增长量有大幅降低 但仍高达 67 km2 0 1 2 3 4 5 6 90 9595 0000 0505 10 景观变化面积比例 Percentage of total underwent change 时间段 Period 图图 3 主要景观转换类型的面积比例及时间变化 Fig 3 Major components of landscape changes in Su Xi Chang region in 1990 2010 水田转为建设用地 Paddy field to built up area 旱田转为建设用地 Dryland to built up area 水田转为水库坑塘 Paddy field to artificial ponds 其他变化类型 Other conversions 从景观变化强度的分布格局来看 主要考虑耕地的非农利用 图 4 呈现市辖区高 于周边县市 区域东北部高于西南部的规律性 苏州 无锡 常州市辖区是城市发展的核心 区域 物质 能量 人口 资本等要素高度集中 高强度的土地开发迅速改变了城市边缘 区的景观格局 相比之下周边县市的城市建设相对较弱 同时它们之间也存在显著的差异 性 区域东部与北部的县市如昆山 太仓 常熟 张家港 江阴等 东靠上海 北临长江 区位优势明显 在国家沿海开放 沿江发展战略的带动下 工业与服务业的增长十分迅速 城镇化与工业化水平较高 景观结构变化较为剧烈 西南部的溧阳 金坛 宜兴是苏锡常 地区的粮食主产地 农业在 GDP 中仍占有较大比重 耕地得到了较好的保护 景观结构变 化较慢 图图 4 苏锡常地区 1990 2010 年耕地转为其他景观类型的空间分布 Fig 4 Conversion of farmland to other major landscape types in Su Xi Chang region during 1990 2010 表表 2 苏锡常地区苏锡常地区 1990 1995 年土地利用转移矩阵年土地利用转移矩阵 Tab 2 Land use conversion matrix in Su Xi Chang region in 1990 1995 km2 1995 年景观类型 Landscape type in 1995 1990 年景观类型 Landscape type in 1990 PFDLFLGLLRAPUSRSCLULTotal 1990 1995 年变化率 Change rate PF9072 26 760 0230 9286 915 70 19672 5 6 16 DL951 41 4154 231 61 31139 9 8 48 FL938 70 11 20 4940 6 0 20 GL41 641 7 0 09 LR91 73322 03413 8 2 49 AP4 1870 00 10 2874 36 53 US504 3504 376 61 RS0 10 6774 9775 641 17 CL0 431 331 753 39 UL6 86 81 28 Total9076 41043 2938 741 63328 8931 5890 61094 948 66 917401 2 PF 水田 Paddy field DL 旱田 Dryland FL 林地 Forest land GL 草地 Grassland LR 自然水体 Lakes and rivers AP 水库坑塘 Artificial ponds US 城镇用地 Urban settlements RS 农村居民点 Rural settlements CL 其他建设用地 Industrial park mine transport UL 未利用地 Unused land 下同 The same below 表表 3 苏锡常地区苏锡常地区 1995 2000 年土地利用转移矩阵年土地利用转移矩阵 Tab 3 Land use conversion matrix in Su Xi Chang region in 1995 2000 km2 2000 年景观类型 Landscape type in 2000 1995 年景观类型 Landscape type in 1995 PFDLFLGLLRAPUSRSCLULTotal 1995 2000 年变化率 Change rate PF8802 6 0 7 0 6 0 1 33 3 90 0 134 3 14 8 9076 4 2 97 DL3 4 915 2 1 2 88 1 5 3 8 8 14 7 6 4 1043 2 12 05 FL0 3 1 2 914 6 0 1 1 7 1 9 9 9 8 6 0 4 938 7 2 35 GL40 3 0 2 0 2 0 5 0 4 41 6 1 15 LR0 6 3325 3 2 2 0 2 0 2 0 3 3328 8 2 54 AP0 3 0 4 927 3 1 4 2 1 0 1 931 5 4 14 US890 6 0 1 890 6 11 50 RS0 1 0 2 0 1 1094 4 1094 9 14 73 CL48 6 48 6 62 78 UL6 8 6 9 4 82 Total8806 8 917 5 916 6 41 1 3413 4 970 0 993 1 1256 2 79 2 7 3 17401 2 表表 4 苏锡常地区苏锡常地区 2000 2005 年土地利用转移矩阵年土地利用转移矩阵 Tab 4 Land use conversion matrix in Su Xi Chang region in 2000 2005 km2 2005 年景观类型 Landscape type in 2005 2000 年景观类型 Landscape type in 2000 PFDLFLGLLRAPUSRSCLULTotal 2000 2005 年变化率 Change rate PF8108 00 44 20 5131 7284 7239 038 48806 8 7 67 DL0 2859 50 19 627 213 67 3917 5 6 25 FL913 90 31 01 4916 60 26 GL40 90 20 141 1 0 57 LR2 00 13400 48 50 40 71 43413 4 0 37 AP18 20 3933 37 31 0970 012 16 US0 10 4992 30 2993 132 61 RS3 20 20 54 11 31245 91 01256 220 07 CL0 278 979 261 67 UL7 37 3 0 01 Total8131 7860 2919 040 93400 91088 01316 91508 3128 07 317401 2 表表 5 苏锡常地区苏锡常地区 2005 2010 年土地利用转移矩阵年土地利用转移矩阵 Tab 4 Land use conversion matrix in Su Xi Chang region in 2005 2010 km2 2010 年景观类型 Landscape type in 2010 2005 年景观类型 Landscape type in 2005 PFDLFLGLLRAPUSRSCLULTotal 2005 2010 年变化率 Change rate PF7544 5 2 2 0 4 66 8 265 6 211 1 41 1 8131 7 7 15 DL4 8 814 0 1 0 5 3 21 8 7 7 5 7 860 2 5 12 FL915 3 0 9 0 9 1 0 0 9 919 0 0 25 GL37 7 0 0 3 1 0 1 40 9 7 98 LR1 1 3398 7 0 0 0 3 0 7 3400 9 0 06 AP1067 7 13 2 6 4 0 7 1088 0 5 12 US1316 9 1316 9 22 92 RS0 2 1508 1 1508 3 15 01 CL128 0 128 0 38 36 UL7 2 7 3 0 40 Total7550 4 816 2 916 7 37 7 3398 7 1143 7 1618 7 1734 7 177 1 7 2 2 2 主要景观类型的格局指数分析 研究期内加速的工业化与城镇化进程 增加了苏锡常地区景观镶嵌体的破碎度和景观 结构复杂度 农业用地 水田 旱田 和建设用地 城镇用地 农村居民点 是区域内最主 要 同时也是变化最剧烈的景观类型 它们的景观格局变化呈现出各自显著的特征 破碎化是农业景观研究的重点之一 1990 2010 年 水田景观的破碎度指数快速上升 1990 年 2 03 2010 年 5 97 表明破碎化是该时期区域水田景观变化最显著的特征 表 6 1990 年 水田的最大斑块指数 平均斑块大小分别为 32 573 1653 4 到了 2010 年两者仅为 25 333 852 2 与此同时 水田的斑块密度增加了 51 聚集度指数的持续降 低 景观形状指数的快速升高同样验证了水田景观的破碎化 聚集度指数的下降反映了景 观连接度的降低 景观形状指数的升高反映了人类活动干扰下景观斑块形状的复杂化趋势 与水田不同 旱田的破碎度指数呈现下降的趋势 1990 年 93 63 2010 年 79 37 原因 是城镇内部的小型旱田斑块被建设用地大量填充 尽管最大斑块指数 平均斑块大小有小幅 降低 但景观形状更趋于规则 同时斑块密度有所下降 聚集度指数变化较小 城镇用地 农村居民点空间扩张的方式具有显著的差异性 研究期内 市辖区 重点城 镇的空间范围不断外扩 部分建成区逐渐连为一体 因而最大斑块指数 平均斑块大小的 增长十分迅速 两者的增长率分别达到了 300 918 城镇用地的集中蔓延式发展 导致 斑块密度迅速下降 同时聚集度指数不断攀高 农村居民点的用地规模较城镇小 最大斑块 指数 平均斑块大小仅为 0 137 17 5 但增长同样十分迅速 空间分布上农村居民点也较 城镇更为分散 斑块密度从 1990 年的 0 525 上升至 2010 年的 0 570 但斑块聚集程度有所 加强 聚集度指数有一定程度的上升 表表 6 苏锡常地区主要景观类型的格局指数变化苏锡常地区主要景观类型的格局指数变化 Tab 6 The landscape pattern index for four major types in Su Xi Chang region during 1990 2010 水田 Paddy field旱田 Dryland城镇用地 Urban settlements农村居民点 Rural settlements景观格局指数 Landscape index19902010199020101990201019902010 最大斑块指数 Largest patch index 32 57325 3330 8900 5980 3491 3970 0080 137 平均斑块大小 Mean patch size 1653 4852 283 676 952 0529 08 517 5 斑块密度 Patch density 0 0340 0510 0780 0610 0560 0180 5250 570 景观形状指数 Landscape shape index 82 1104 074 471 450 436 4133 6133 7 聚集度指数 Aggregation index 97 5396 4493 4792 6093 3997 3585 7090 43 破碎度指数 Fragmentation index 2 035 9793 6379 37 2 3 城镇景观扩张指数变化及空间模式分析 依据计算出来的城镇景观扩张指数获取了 4 个时期 LEI 的直方图 图 5 无论从新增 斑块数还是分布格局来看 每个时间段城镇景观扩张呈现出不同的发展模式 进一步分析发 现 新增城镇斑块的景观扩张指数均存在 4 个峰值 峰值对应的 LEI 区间分别为 0 2 48 50 50 52 98 100 4 个峰值区间的斑块数占各个时间段总斑块数的比例分别为 27 34 53 03 28 30 24 33 0 200 400 600 800 1000 1200 0612 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 90 96 斑斑块块数数目目 Number of patch 景景观观扩扩张张指指数数 Landscape expansion index a 1990 1995 0 400 800 1200 1600 2000 2400 06121824303642485460667278849096 斑斑块块数数目目 Number of patches 景景观观扩扩张张指指数数 Landscape expansion index b 1995 2000 0 100 200 300 400 500 600 06121824303642485460667278849096 斑斑块块数数目目 Number of patches 景景观观扩扩张张指指数数 Landscape expansion index c 2000 2005 0 50 100 150 200 250 300 06121824303642485460667278849096 斑斑块块数数目目 Numbers of patches 景景观观扩扩张张指指数数 Landscape expansion index d 2005 2010 图图 5 不同时期城镇景观扩张指数的直方图 Fig 5 The histograms of urban landscape expansion index for four periods 图 6 是各个时期不同城镇扩张类型的空间分布图 从图中可以看出 1990 1995 年 城 镇景观扩张强度较大 主要以边缘式 填充式为主 两者的新增斑块数占总体的比例分别 为 54 57 34 52 面积比例分别为 58 99 28 10 图 7 相比之下 飞地式扩张较 弱 斑块数目比例 面积比例约为 10 1995 2000 年 区域城镇化速率明显放缓 新增城 镇景观面积仅为前一时期的 40 8 边缘式 填充式扩张受到人为抑制 增长量仅为 170 1 km2 25 7 km2 填充式扩张的斑块 面积比例均低于 10 但边缘式仍占据着较大比重 该时期最显著的变化是飞地式扩张增强 这主要源于农村居民点的离散发展 且集中于太 湖东岸的吴江市与西岸的宜兴市 城镇景观扩张在经历短暂的停滞期后 2000 2005 年迎来 了新一轮加速期 这一时期的增长量达到了 633 4 km2 边缘式 填充式重新成为城镇扩张 的主要形式 两者的斑块数 面积相加占总体的比例达到了 89 6 95 0 尤其以填充式 增长最为显著 同时 飞地式扩张大幅锐减 农村居民点的发展趋于集中 2005 2010 年基 本延续了前一时期的发展趋势 但填充式逐渐取代边缘式 成为城镇景观扩张最重要的途 径 其面积比例 斑块数目比例达到了 73 2 59 6 此外 飞地式扩张进一步减弱 总 体而言 该时期区域城镇化步入了稳定发展阶段 城镇景观扩张由最初的蔓延性逐渐趋向 紧凑性 图图 6 各时期不同城镇扩张类型的空间分布 Fig 6 The spatial distribution of three urban growth types in the four periods 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 9595 0000 0505 10 时间段 Period 面积百分比 Percentage of area 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 9595 0000 0505 10 时间段 Period 斑块数量百分比 Percentage of patch number 图图 7 三种城镇扩张类型在不同时间段内所占的面积比例以及斑块数目比例 Fig 7 The percentages of grown area and patch number for the three urban growth types in the four periods 填充式扩张 Infilling growth 边缘式扩张 Edge expansion growth 飞地式扩 张 Outlying growth 依据公式 2 3 分别计算了苏锡常地区各个时期的平均斑块扩张指数 MEI 和 面积加权平均斑块扩张指数 AWMEI 表 7 MEI 在 4 个时期内的值分别为 39 62 17 54 42 02 56 50 呈波动上升趋势 AWMEI 在 1990 2010 年期间的变化趋势 与 MEI 类似 城镇景观的紧凑度有所提高 表表 7 苏锡常地区各个时期的苏锡常地区各个时期的 MEI 和和 AWMEI Tab 7 MEI and AWMEI of newly grown urban patches in Su Xi Chang region during 1990 2010 时期 Period1990 19951995 20002000 20052005 2010 MEI39 6217 5442 0256 50 AWMEI41 4420 1244 5664 20 2 4 区域景观格局动态变化的驱动机制分析 区域景观格局的动态变化过程 是各种社会 经济 政策因素综合作用的结果 其中 起决定作用的为政策驱动 经济发展驱动和人口增长驱动 20 22 上世纪 80 年代中后期 国家先后实施了沿海开放 沿江发展战略 带动了苏锡常地区 经济的快速增长 城市建设 经济发展对土地资源产生了强烈的需求 国家开始逐步开放土 地使用市场 在这样的背景下 城市边缘区的农业用地开始大规模向建设用地转化 1990 1995 年耕地特别是优质水田的流失量较大 同时耕地破碎度显著升高 逐渐影响区域的农 业生产 为了遏制耕地大量流失 保障粮食总体安全 1994 年国家出台了强有力的耕地保护 政策 基本农田保护条例 因而 1995 2000 年耕地流失量大幅锐减 城镇景观的边缘 式 填充式扩张得到了有效控制 政策效果有明显的显现 进入 21 世纪 区域的工业化与 城镇化进一步加快 开发区建设成为城市发展的新模式 开发区建设在带动本区经济高速增 长的同时 也引发盲目圈占大量耕地的现象 直接导致了新一轮耕地流失高峰的出现 经济结构对区域景观格局的变化具有重要影响 23 苏锡常地区处于工业化加速阶段 第 二产业在地区 GDP 中占有绝对比重 厂矿 大型工业区是耕地资源的消费大户 近来年 随着现代物流 仓储 商贸等服务业的兴起 第三产业占用耕地的比重也在逐渐增大 工 业 服务业的发展促进了公路 铁路等基础设施的建设 其占用的耕地数量同样不容小视 水田大量转为水库坑塘是 1990 2010 年景观结构变化的一大特征 这主要源于农业内部结 构调整 21 随着收入水平的提高 城镇居民对于蔬果 肉禽等的需求量持续猛增 比较经济 效益驱使农民将水田开辟为鱼塘 近年来以大闸蟹为代表的水产养殖项目在区域内日趋兴 盛 人口增长及收入水平的提高也是驱动区域景观格局变化的重要因素 20 外来人口的大量 涌入 满足了制造业等劳动密集型产业对劳动力的需求 但同时也产生了巨大的住房 出 行等生活需求 城镇边缘区的住房开发逐渐升温 同时伴随着各种配套设施建设 城镇扩张 趋势进一步加强 此外 农民收入水平的提高所引发的建房热潮 加速了农村地区耕地的流 失速率 3 结论与讨论结论与讨论 本文从景观数量结构 传统景观格局指数 城镇景观扩张指数 3 个不同角度 综合分 析了区域景观格局的动态变化过程 主要特征可概括如下 1 区域景观格局经历了快速变化 缓慢变化 加速变化的历史过程 主要受国家土地政策 社会经济发展水平的综合作用 2 耕地大量流失 建设用地急剧扩张是区域景观变化最显著的特征 水田 旱田的净流失 量分别为 2122 324 km2 同期城镇用地 农村居民点 其他建设用地的增长量分别 为 1114 959 145 km2 水田转为水库坑塘的总量也达到了 225 km2 反映了农业内 部结构加速调整 其他景观类型相对稳定 变化较慢 3 区域景观变化强度呈现市辖区高于周边县市 东北部高于西南部的空间规律 这主要与 社会经济发展水平 产业结构等因素密切相关 4 人类活动干扰下的水田景观连接度降低 破碎化程度显著增加 影响现代农业的规模 化生产 旱田景观的破碎度有所降低 景观形状更趋于规则 城镇用地趋于集中蔓延式 发展 最大斑块指数 聚集度指数不断攀高 农村居民点分布较为离散 斑块密度缓 慢上升 但聚集度有所加强 5 各个时期城镇景观扩张呈现出不同的发展模式 1990 1995 年 城镇景观扩张主要以边 缘式 填充式为主 城镇组团的规模骤增 1995 2000 年 边缘式 填充式扩张受到 政策限制 飞地式成为城镇扩张的主要途径 这源于农村居民点的离散发展 2000 年 以后 城镇用地发展处于聚合阶段 中心城区主要以填充式进行扩张 城区周围主要 以边缘式进行扩张 飞地式扩张大幅锐减 城镇化步入稳定发展阶段 城镇景观形态 逐渐趋向紧凑 制定科学的中长期发展规划 对于实现区域景观格局的优化配置 促进城镇化进程的 健康发展 以及区域社会经济的可持续发展具有重要的战略意义 基于苏锡常地区景观格局 动态变化过程的分析结果 文末提出若干区域经济 社会发展规划的政策建议 1 土地是经济社会发展的重要物质基础 未来应致力于实现区域土地利用由粗放型向集 约型的转变 24 除了强调经济效益之外 土地集约利用还应注重环境效益和社会效益 统筹协调城乡发展 25 加强沿江 沿湖生态敏感区的规划与保护 紧凑城市模式能够提 高土地的承载力和基础设施利用效率 有利于节约和统筹安排各种设施 被许多欧洲 国家作为城市规划标准执行 26 其核心思想值得借鉴 2 为保障区域粮食安全 应当严格控制耕地的非农转化 切实保护有限的耕地资源 相关 研究表明 23 耕地合并能够促进现代农业的发展 提高农业生产力 具体表现在 降 低耕地破碎度 提高农业生产效率 改善土壤质量 灌溉条件以及农业机械易达性 大幅提高亩产 通过土地资源再分配 形成理性 高效 集约的土地利用结构 促进 农业的产业化与规模化管理 苏锡常地区已具备发展该模式的初步条件 但具体实施仍 需进一步探索 3 在新农村建设与产业结构升级 改造的政策背景下 推行新村建设与旧村复垦相结合 搬迁安置零散工业企业 能够有效提高耕地复垦面积 满足城镇发展常规的土地需求 目前常州市已有探索性实践 但这方面的政府补偿 市场化管理体制仍有待完善 参考文献参考文献 1 United Nations World Urbanization Prospects The 2011 Revision New York United Nations Population Division 2011 2 National Bureau of Statistics of China 中华人民共和国国家统计局 China Statistical Yearbook Beijing China Statistics Press 2011 in Chinese 3 Grimm NB Faeth SH Golubiewski NE et al Global change and ecology of cities Science 2008 319 756 760 4 Liu J Y 刘纪远 Zhang Z X 张增祥 Xu X L 徐新良 et al Spatial patterns and driving forces of land use change in China in the early 21st century Acta Geographica Sinica 地理学 报 2009 64 12 1411 1420 in Chinese 5 Wu G J 邬建国 Landscape ecology Pattern process scale and hierarchy Beijing Higher Education Press 2007 in Chinese 6 Xu L H 徐丽华 Yue W Z 岳文泽 Cao Y 曹 宇 Spatial scale effect of urban land use landscape pattern in Shanghai City Chinese Journal of Applied Ecology 应用生态学报 2007 18 12 2827 2834 in Chinese 7 Fu B J 傅伯杰 Zhao W W 赵文武 Chen L D 陈利顶 et 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