2021-4-9 | 生態質量論文
城市化是全球社會、經濟發展的必然趨勢,對促進社會、經濟發展,提高人們生活質量和城市文明水平具有重要作用。然而,隨著城市化發展,原有景觀結構和格局發生巨大改變。尤其是建筑(非廊道性質)和道路等景觀面積不斷擴張,綠地系統、濕地等自然景觀類型面積不斷減少[1],其結果往往增加了各種自然景觀破碎度和隔離度,從而對生態環境和生態質量產生巨大影響[2-3]。
景觀生態質量(LEQ,LandscapeEcologicalQuality)是指景觀尺度生態系統維持自身結構與功能穩定性的能力,其衡量標準主要是景觀生態系統的穩定性[4]。近年來,隨著城市化對區域景觀結構影響的日益增加,城市景觀生態質量研究越來越受到重視,成為當前景觀生態研究的一個熱點[5-7]。如胡忠行和李鋒等對城市綠地景觀系統進行質量評估[8-9];孟偉等從城市多種土地利用角度、對景觀質量進行綜合評估等[10],研究內容向綜合化方向發展。與此同時,景觀生態質量的評估方法也呈多樣性,并且處于積極探討過程中。本文基于對區域景觀結構特征的理解與認識,通過建立景觀生態評估模型,并且利用GIS技術實現其空間化研究,為城市景觀規劃、建設提供科學參考。
1研究區概況與研究方法
1.1研究區概況南京仙林新市區(32.059°—32.147°N,118.867°—119.013°E)位于南京東北部,紫金山東麓,北抵312國道,南達滬寧高速公路,東西分別以七鄉河和繞城公路為界,面積為84.59km2。近年來,受到南京市中心經濟的輻射作用,該區自2003年開始建設大學城。短短幾年,快速城市化發展得到迅速蔓延。目前,該區景觀已經從農村景觀逐漸轉變為城市景觀。土地利用類型發生巨大變化。道路網絡十分發達,居民用地、商業用地以及高校建設用地占據優勢地位,林地、草地和濕地等原有類型面積不斷減少。據南京市政府的統計,目前該區人口高達24萬,并且不斷增大,預計到2050年人口將達到50萬。區域土地利用類型的改變必然使其景觀結構發生變化,從而對景觀生態質量產生影響。
1.2研究方法
1.2.1基礎數據來源和處理采用2003年和2009年兩期QuickBird(分辨率為0.61m)影像為基礎信息源,經過幾何校正、圖像處理后,建立遙感解譯標志并對遙感信息資料進行判譯。圖像解譯在ArcGIS9.2中完成。由于對研究區自然環境和土地利用現狀比較熟悉,大大提高了解譯精度,使得各種景觀類型野外驗證精度達到91%以上。參照建設部1991年頒布的《國家標準GBJ137-905城市用地與規劃建設用地標準》中的城市用地分類體系,再根據研究區的具體特征,將研究區景觀分為10個類型:自然林地、水塘、草地、河流、耕地、綠地、建筑用地、道路、養殖塘和未利用地。
1.2.2景觀生態質量評價指標選取景觀生態質量變化主要取決于兩方面因素,一是人類對景觀結構的干擾;二是景觀維持穩定性的程度[11]。根據研究區域特征,選擇能夠反映人類對景觀干擾的指標包括三個:景觀破碎度指數、建筑用地干擾指數和道路密度指數。這三個指數的生態意義在于自然景觀破碎成形狀不同、大小各異的斑塊,導致了生態系統內部生境面積變小、阻礙能量流動和物質循環,造成物種喪失[11-13];建筑用地興起導致了原始土地結構破壞,以及釋放出的“三廢”也對環境造成破壞;道路的存在,阻隔了原有的物種交流,阻礙了物種遷移和能量流動,而且道路上汽車尾氣的排放也污染了環境。另外,構建能夠反映景觀穩定性的指標三個:高功能景觀多度指數、濕地密度指數和土地利用結構指數。它們的生態意義為:高功能組分指的是對生態環境有積極作用的景觀類型,本文包括自然林地、河流、水塘、綠地、草地5種。研究區濕地數量眾多,生態功能不能忽視,其對調節氣候、沉積凈化和豐富物種有重要作用;區域景觀是由各種土地利用類型根據一定的結構配置而得,結構合理可以使得區域景觀生態質量提高。本文根據前人的研究[4],利用公式得到各指標的計算方法,并利用層次分析法(AHP)確定各指標權重,詳見表1。
1.2.3各指標數據處理由于各指標系數量綱、性質不同[14]。因此,所有的數據都需先經過無量綱化預處理過程,采用以下方法:對于越大越安全的指標(包括高功能景觀多度指數、濕地密度指數、土地利用結構指數)通過公式(1)來計算;對于越小越安全的指標(包括景觀破碎度指數、建設用地干擾度指數、道路密度指數)通過公式(2)來計算。式中:xij———實測值;rij———標準化后的數值;ximax,ximin———最大值、最小值。
1.2.4景觀生態質量評價模型的建立城市景觀生態質量的評價主要從兩個方面來看,即受到外界環境的干擾程度以及自身的穩定程度。確定景觀生態質量的評價模型如下:LEQ=0.5Di+0.5Si(3)式中:LEQ———景觀生態質量評價模型;Di———受干擾程度的評價子模型;Si———景觀穩定程度的評價子模型;i———空間采樣單元。1.2.5空間數據的處理和量化將兩期遙感影像進行網格化(1km×1km)處理,并計算出每個小柵格的各指標數值,再進行插值運算,將干擾程度和穩定程度的各自三個指標根據所設置的權重進行GIS空間疊加,根據等間距空間分級方法對景觀生態質量進行分級(見表2),此方法作為一個簡單便于理解的分類方法,被眾多學者廣泛應用于生態安全評價、景觀生態健康評價的研究中[15-16],適用于同類研究比較,同樣適合景觀生態質量評價。分別得到受干擾程度和穩定程度的空間分異圖(見圖1—2)。根據景觀生態質量模型,將受干擾程度評價子模型和穩定程度評價子模型進行空間疊加,根據等距離空間分級方法,得到景觀生態質量空間分異圖(圖3)。
2結果與分析
2.1景觀干擾及其變化
城市景觀所受到的干擾比較復雜,自然和人為因素均可以對城市發展行為特別是組分變化情況產生顯著影響,但是人為因素對于城市景觀變化顯然具有支配性作用[11]。本文選取景觀破碎度指數、建筑用地干擾度指數、道路密度三個指標來詮釋研究區所受到的干擾狀況,通過GIS空間插值分析以及空間疊加得到干擾指標空間分異圖(見圖1),圖中顏色越深表示外界環境對景觀生態影響的程度越大。從圖1中可以明顯看出,2003年仙鶴片區相對于其他三個區域受干擾程度最深,表明城市化從該區開始,白象和青龍片區大部分區域受干擾程度都在2級(較弱)以下水平;由于城市化影響,到了2009年仙鶴片區作為大學城的集中地變化最為明顯,城市化作用最強,建筑用地和道路面積增加破壞了原有的土地利用方式,區域受干擾程度處于4級(較強)以上水平,白象片區和麒麟片區也由以耕地為主導作用的景觀變成以建設用地為主導的區域,受干擾程度處于3級(一般)以下水平。青龍區域依然以耕地為主導景觀,受干擾程度屬于2級(較弱)以下水平。對景觀干擾程度評價結果進一步統計分析發現(表2),2003年整個區域受干擾程度達到5級(強)的面積比例為4.2%,受干擾程度達到1級(弱)的區域面積比例為45.2%,整個區域受到干擾程度不強。然而到了2009年,受干擾程度達到5(強)的區域面積比例為9.9%,而集中在1(弱)、2(較弱)、3(一般)、4(較強)的面積比例較均勻。2003—2009年期間,受干擾程度處于3(一般)及以上的面積比例增加96.9%。總的來說,研究區受干擾程度增大,各個區域受干擾程度變化不均衡。