城鄉結合部土地利用景觀格局及生態保護度評價——以常州市新北區為例

湯富平

（浙江省第二測繪院，杭州310012）

土地利用既受自然因素的制約和作用，又受經濟、技術、人類活動等社會條件的重大影響。土地利用斑塊是人類與自然共同作用的結果，具有顯著的類型、數量、大小、形狀等自然特征，且隨著人地關系相互作用的強度與方向的變化而改變［1－2］，景觀格局包括景觀組成單元的多樣性與空間配置，是景觀生態學研究的基礎內容，是土地利用空間異質性的具體表現［3］，是土地利用景觀演變過程中的瞬間表現，因而成為景觀生態學研究的熱點之一［4－8］。

分析景觀格局是進行區域景觀生態評價應用的基礎，利用景觀生態學對土地持續利用進行景觀生態評價，有助于綜合評價時空尺度上土地利用的持續性，已有部分學者在這方面開展了初步研究［9－11］。土地利用總體規劃擔負著協調城鄉建設、資源利用與生態保護的社會責任［12］，需要以景觀生態學為理論基礎，以支持規劃的編制［13］，然而這方面的研究還比較少見，值得深入探討。新北區是在常州市國家高新技術產業開發區的基礎上于1995年正式成立的，2002年常州市調整了部分行政區劃，形成了目前的常州市新北區，具有典型的城鄉結合部特征。本文的目的是服務于土地利用總體規劃，以常州市新北區為研究區，選擇遙感影像、土地利用、基礎地理信息以及專題信息等為數據源，解譯該區域的土地利用現狀，運用景觀格局指數分析該區域的土地利用景觀格局，參考已有景觀生態評價方法，在分析景觀格局異質性與穩定性的基礎上，將土地利用景觀格局納入研究區土地利用生態保護評價指標體系中，綜合評價研究區景觀生態保護度，以期為優化土地利用空間格局、保障土地的可持續利用提供科學依據。

1 數據與方法

1.1 研究區概況

常州市新北區位于常州市北部，介于北緯31°48′—32°03′，東經119°46′—120°01′，北瀕長江，與泰州市隔江相望，東與江陰市相鄰，西與揚中市、丹陽市接壤，南接常州市老城區。常州市新北區屬于長江三角洲沖積平原，地勢平坦，區域內水網密布，河流縱橫。全區下轄3個街道（河海街道、三井街道、龍虎塘街道）和6個鄉鎮（新橋鎮、春江鎮、薛家鎮、羅溪鎮、西夏墅鎮、孟河鎮）。

區內的常州國家高新技術產業開發區是1992年11月經國務院批準最早成立的全國52個國家級開發區之一，經濟發達，2007年，全區實現地區生產總值258億元，二三產業增加值占GDP的比重達97.5%。

1.2 數據來源與處理

（1）數據源。研究數據按照類型可分為遙感影像數據、土地利用數據、基礎地理數據、專題數據等。遙感影像數據包括2007年的SPOT 2／4衛星遙感影像（全色，10 m空間分辨率）和Landsat T M衛星遙感影像（多光譜，30 m分辨率），土地利用數據為2006年土地利用更新調查數據，用于評價遙感影像解譯的精度；基礎地理數據來自測繪部門，主要有數字高程模型（DEM）；專題數據主要來自各專題數據對口管理部門，包括建成區、水網、植被類型分布、自然災害、土壤等數據。

（2）土地利用景觀類型。依據遙感影像空間分辨率對景觀類型提取的情況，結合土地利用總體規劃任務與常州市新北區實際土地利用情況，將土地利用景觀劃分為7種類型：耕地、非耕農用地、水面、荒地、城鎮用地、村莊用地及基礎設施用地。

（3）遙感影像的預處理與土地利用信息提取。以1∶5萬地形圖為基準，對遙感影像進行幾何校正。分析待解譯遙感圖像的光譜、圖像特征及空間分布，參考常州市新北區現狀資料，確定各類用地的解譯標志，包括用地的色調、紋理、形狀、空間分布，建立完整的解譯標志體系，通過目視判譯遙感影像，建立常州市新北區土地利用景觀數據，借助Arc GIS 9.2將土地利用矢量數據轉換成Grid柵格數據。

1.3 景觀格局指數

土地利用／土地覆被圖的景觀格局指數是土地利用景觀空間格局分析的重要方法［14－15］，它能夠高度濃縮景觀格局信息，反映土地資源結構組成和空間配置等方面的特征，被廣泛應用于景觀格局研究。本文根據研究區特點以及研究的實際情況和需要，選取了斑塊數、面積變異系數、形狀指數、分維數、Shannon多樣性指數（SHDI）、Shannon均勻度指數（SHEI）6個指標［16－17］，在 Fragstats 3.3軟件中計算各項景觀格局指數。

1.4 生態保護度評價

本文采用綜合指數法，綜合評價景觀生態保護度。即在確定一套合理評價指標體系的基礎上，對各項評價指標個體指數加權平均，計算出評價指標綜合值。

式中：Ei——第i個評價單元的景觀生態綜合指數；Xij——第i個單元第j個專題指標要素的標準量化值；Wj——權重值。

2 結果與分析

2.1 景觀格局特征

（1）景觀結構特征。斑塊面積變異系數這一指標可以表示區域內各景觀斑塊面積大小的差異程度或離散程度，綜合反映景觀斑塊面積大小的變動程度以及各景觀斑塊在平均水平下面積大小的離散程度。研究區中面積變異系數最大的為水面，說明區內水面斑塊的面積最不均勻，這與研究區內既有密布的江南水網，又有大面積的長江水面這樣的實際情況相符。而城鎮用地、非耕農用地與村莊用地等景觀面積變異系數最小，說明這三類景觀的斑塊面積大小比較均勻（表1）。

（2）景觀形狀特征。斑塊的幾何形狀是景觀空間結構度量中另一個很重要的特征。在分析景觀形狀特征時，選擇了分維數、形狀指數兩個指數，探索斑塊的形狀特征。分維數取值介于1～2之間，其值愈接近于1，則斑塊形狀就愈簡單，斑塊的自我相似性愈強，表明受人類干擾的程度愈小；其值愈接近于2，則斑塊形狀愈復雜，受人類活動干擾程度愈大。形狀指數常用來表示斑塊形狀的不規則程度、斑塊邊界的復雜程度，形狀指數值愈大，說明斑塊愈不規則，形狀指數值愈接近于1，說明斑塊形狀愈規則。

表1 常州市新北區土地利用景觀指數

通過計算，新北區平均斑塊分維數為1.10，從圖1可知，各類型景觀斑塊的分維值基本相當，保持在1.10左右，相差較小，與全區分維值基本一致，表明它們受人類活動的干擾程度較為相似。常州市新北區總體平均形狀指數為1.77，各類景觀指數差異明顯，水面與荒地的形狀指數最高，分別為2.52與2.48，這是由于當地水網密布，多數水面呈線狀分布，形狀指數很大。區內其他土地利用類型的形狀指數相差不大，均分布在1.50～2.00之間，城鎮用地的形狀指數最小，為1.50，說明區內城鎮用地斑塊形狀比較緊湊，斑塊本身較為規整。

圖1 土地利用形狀特征指數

（3）景觀異質性。景觀異質性是形成不同景觀結構和功能的基礎，景觀異質性的存在決定了景觀格局的多樣性和斑塊的多樣性。通過景觀多樣性指數、優勢度指數、景觀均勻度指數等，可以從景觀鑲嵌體層次上揭示土地利用景觀異質性。

本文以鎮（街道）為單位，計算SHDI與SHEI，定量分析常州市新北區土地利用景觀的異質性特征。景觀多樣性指數是景觀中各類斑塊復雜性和變異性的度量，其大小反映了景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化；景觀均勻度指數反映景觀由少數幾個主要景觀類型控制的程度。經計算，研究區景觀多樣性指數為1.48，與新橋鎮的多樣性指數1.51最為接近；9個鎮（街道）中多樣性指數以春江鎮最大，為1.53，說明其景觀組分相差比較大，類型多樣，河海街道最低，為0.60，景觀組分比較單一，以城鎮用地為主（圖2）。從均勻度來看，各鎮（街道）景觀組分分布不均勻，研究區總體均勻度為0.76，以春江鎮與新橋鎮為最大，均達到了0.78，其次為薛家鎮，多樣性指數接近于0.78，最小的是河海街道，這與河海街道內城鎮建設用地多，而其它類型用地少有關，因此均勻度指數僅為0.37。

圖2 常州市新北區土地利用景觀格局指數

景觀多樣性分析表明，研究區景觀多樣性層次明顯。河海街道與三井街道景觀多樣性比較低，主要由于這兩個街道基本已經城鎮化，土地利用類型以城鎮用地為主。而孟河鎮、羅溪鎮河西夏墅等鎮以耕地景觀為主，景觀多樣性也不是很高。新橋鎮、龍虎塘街道、春江鎮河薛家鎮等鎮多樣性較高，其原因在于區內各類景觀面積分布相對均勻，處于城市與農村的交錯地帶。總體來說，新北區南部是常州市主城區的一部分，城市特征明顯，北部主要以農業生產為主，土地利用的城鄉梯度特征顯著，具有非常明顯的城鄉結合部特征。

2.2 生態保護度評價

空間異質性是自然界最普遍的特征，是景觀生態學的核心所在［17］。景觀格局功能穩定性是以景觀格局的空間異質性為基礎的，是土地生態可持續利用的重要影響因素［10］。一般來說，空間異質性不明顯的區域，景觀穩定性較差，需要加強生態保護。對于土地利用總體規劃來說，還需要考慮景觀的受脅度與生產力，綜合評價區域土地利用需要保護的程度，以科學、合理調控土地利用與保護的關系。

（1）指標體系構建。土地利用生態保護度評價是對一定范圍內的土地資源進行評價，為優化調控土地提供決策依據，對生態環境脆弱，敏感性極高的地方進行重點保護，對生態敏感性較弱、自我修復能力較強的地方可以優先開發。

應用景觀生態學原理，考慮土地利用持續性的動態性特征、常州市新北區土地利用的一般特點與人類活動特征，以及土地持續利用的景觀生態內涵，從景觀穩定性、景觀生產力與景觀受脅度三方面構建常州市新北區土地利用生態保護度評價指標體系。采用層次分析法（A HP）確定常州市新北區土地利用生態保護度影響因子的權重（表2）。

表2 常州市新北區土地利用生態保護度影響因子權重

景觀穩定性包括景觀功能的穩定性與空間結構的穩定性，功能穩定性是以景觀格局的空間異質性為基礎。選擇景觀多樣性、景觀均勻度、景觀分維數與景觀破碎度4個因子。

景觀生產力反映景觀生態系統的生產能力。選擇水網密度、土地利用程度與植被覆蓋度等3個因子。反映土地利用的生物物質生產力目標，景觀生產力越高，土地為人類提供生物物質產品的能力越強。

景觀受脅度指景觀受人類活動的脅迫程度，主要反映人類與景觀之間的相互作用關系。選擇坡度、土壤侵蝕、洪害與建成區距離等個因子。

（2）數據量化與標準化。定量因子，如坡度、多樣性指數等，采用數值量化方法，從相關資料直接獲取進行數值量化；對于定性因子，如洪災、土壤侵蝕強度等，在因子強度分級圖定性分析的基礎上，通過分級量化。

指標體系中有正作用和負作用兩種類型的指標，為了突出景觀的地域差異性，采取不同極差標準化進行處理。① 對土地利用生態保護度起正作用的指標（坡度、土壤侵蝕、洪災、土地利用程度），采用Ai＝（Xi－Xi，min）／（Xi，max－Xi，min）進行標準化；② 對土地利用生態保護度起負作用的指標（建成區距離、植被覆蓋度、水網密度、分維數、多樣性指數、破碎度指數與均勻度指數），則采用 Ai＝（Xi，max－Xi）／（Xi，max－Xi，min）進行標準化。通過標準化使所有因子值統一在（－1，1）間。

（3）評價結果。評價單元是分值計算和評價的基本空間單位，考慮到研究所收集的資料情況和常州市新北區評價因素的特性，以及GIS空間疊置分析的有效性，本研究采用100 m×100 m的柵格單元（即1 k m2）進行土地利用生態保護度評價分級。在對除建成區（90.09 k m2）以外的區域進行影響因素因子作用分值計算的基礎上，采用加權疊加方法分別求取各單元的綜合作用分值。采用自然斷裂（nat ural break）分級法，對綜合作用分值進行空間聚類分析，最終將常州市新北區土地利用生態保護度劃分為4個等級：嚴格保護、中度保護、適度保護和輕度保護。① 嚴格保護面積為38.47 k m2，占全區土地總面積的8.50%，主要分布在常州市新北區的西北部，孟河鎮內小黃山周圍，該范圍是新北區內唯一地形起伏較大的區域，地質條件差，有災害發生的可能，需要進行重點保護。② 中度保護面積為115.22 k m2，占全區土地總面積的25.45%，主要分布在常州市新北區西北部的孟河鎮。③ 適度保護區面積為192.06 k m2，占全區土地總面積的42.43%，面積最大，主要分布在新北區南部的城區周圍與鎮區周圍；④ 輕度保護區面積為16.83 k m2，占全區土地總面積的3.72%，主要分布在新閘鎮，該區域靠近常州主城區，是未來城市擴展的主要區域，交通等基礎設施條件較好，開發的重要性高于保護性（圖3）。

圖3 常州市新北區土地利用生態保護度分級

3 結論與討論

選取6項景觀格局指數，分別從總體格局、斑塊形狀與景觀多樣性3個方面定性定量地分析了常州市新北區土地利用景觀格局，從總體上說，耕地是該研究區的景觀基質，研究區內水面與荒地的形狀最為復雜，而城鎮用地的形狀最為簡單，區內景觀異質性差異明顯，春江鎮的土地利用景觀異質性最為顯著，而河海街道的景觀比較單一，由西北向東南景觀穩定性逐步降低。

以景觀生態學理論為基礎，以景觀格局指數為主要評價指標，同時考慮土地利用景觀受脅度與景觀生產力，篩選了多項評價指標、確定權重，建立評價模型。從土地利用景觀生態保護的角度出發，將全區劃分為嚴格保護、中度保護、適度保護和輕度保護4個土地生態保護度級別，以優化調控區內土地利用景觀格局，協調土地利用與保護的關系，服務于土地利用總體規劃的編制與實施。

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