生態建設背景下林地變化對景觀格局的影響與適應性設計研究

畢曉葉

(北京市大興區林業工作站，北京 100026)

1 引言

北京經歷了快速的城市發展時期，城市空間格局發生了很大變化。與此同時，國家對于生態文明建設的重視程度也到達了前所未有的高度。為了合理利用平原地區特有的種植條件，加快推進造林綠化，建設大規模、大尺度的城市森林，北京市開展了大規模的平原造林工程。截至2018年底，大興區的造林面積就達到了25萬畝。大量新增的林地、綠地提升了城市生態效益，也對原有景觀格局有一定程度影響。研究林地的增加對景觀格局帶來的影響有助于對新增的林地效益進行空間上的分析和評價，從而為后續生態文明的建設提供參考。

2 研究區概況

大興區位于北京市南部，全境屬永定河沖積平原，地勢自西向東南緩傾，境內景觀類型較為單一，過去幾十年建設用地和耕地一直是占據主導優勢的景觀類型，隨著近些年生態環境的建設力度的加大，林地的面積增速顯著。大興區內共有6條主要河道，分別是永定河、涼水河、天堂河、大龍河、小龍河和新鳳河(鳳堿河)，但隨著地下水位的降低和水資源的缺乏，大興區境內的河流多處于干涸狀態。

3 研究數據與方法

3.1 數據來源

本研究以北京市大興區邊界為研究范圍，選取質量較優質的，分辨率為30 m的美國陸地資源衛星LandsatTM影像(2010、2018兩年)為基礎數據，以2010年和2018年的北京市土地利用現狀圖、大興區林業工作站調研生成的不同時期林地、濕地數據圖為輔助數據。

景觀類型的劃分以國家級土地一級分類標準為基礎，將研究區域的景觀劃分為耕地、林地、公共綠地、水域、建設用地5種景觀類型。在ArcGIS軟件的支持下采用人工目視判讀方法對遙感影像進行解譯，并結合北京市土地利用現狀圖和北京市大興區林業工作站調研生成的不同時期林地、濕地數據圖分別對兩個時期景觀數據進行修正，生成兩個時間段的景觀類型分布圖。景觀類型分布圖如圖1所示。

圖1 大興區不同時期景觀類型分布圖

3.2 研究方法

分析區域景觀格局對于研究區域景觀的生態功能變化情況具有重要意義。在景觀格局研究中，以國內外目前廣泛使用的景觀指數應用最為廣泛。本研究將2010年及2018年的景觀類型分布圖轉化為30 m×30 m的柵格圖像，利用FRAGSTATS軟件從斑塊類型和景觀水平兩個方面對大興區景觀空間格局指數進行分析。

在斑塊類型分析上，本文從斑塊規模和景觀異質性兩個角度進行分析。其中，斑塊規模分析選取斑塊類型面積(CA)、斑塊百分比(PLAND)、最大斑塊指數(LPI)3個指標。其中斑塊類型面積反應研究時間段內大興區各類土地利用類型的變化和轉移情況；斑塊百分比表示了各景觀類型占整個景觀面積百分比的變化情況，反映了景觀的優勢程度；最大斑塊指數表示最大斑塊占景觀面積比例，反映了大興區景觀的優勢景觀類型及其變化趨勢。景觀異質性分析選取斑塊密度(PD)、景觀邊緣密度(ED)、斑塊凝聚度(COHESION)、聚集指數(AI)4個指標。其中斑塊密度表示單位面積的景觀斑塊數量，它的數值代表整體斑塊的分化程度，反映景觀的破碎程度，指數越大，破碎程度越高。景觀邊緣密度指單位面積上某景觀要素斑塊與其相鄰異質斑塊之間的邊緣長度。邊緣長度值越大，景觀被邊界割裂的程度越高，景觀破碎化程度越大，反之則景觀保存完好連通性較高。斑塊凝聚度反映了斑塊類型的物理連接度；聚集指數反映了斑塊、景觀的空間聚集度和連接程度，指數越大，則聚集連接程度越大。

在景觀水平分析上選取平均斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(LPI)、景觀形狀指數(LSI)、蔓延度指數(CONTAG)、香農多樣性指數(SHDI)、作為分析特征。其中景觀形狀指數可以顯示出斑塊的聚散程度，指數越大，斑塊的離散程度越高；蔓延度指數反映的是斑塊間的聚集程度，指數越高，斑塊間的離散程度越低；香農多樣性是景觀多樣性指標，反映了景觀的豐富程度和復雜程度，SHDI值的增加表示斑塊類型越豐富，均衡度越高。

4 研究結果與分析

4.1 景觀斑塊類型水平空間格局變化分析

4.1.1 基于斑塊規模的景觀格局指數分析

斑塊類型面積(CA)斑塊百分比(PLAND)和最大斑塊指數(LPI)可以很好地表現景觀斑塊的規模及變化動態。從表1中可以看出，2010～2018年間大興區各類土地利用類型均出現了較大的變化和轉移情況。其中林地和城市綠地的面積增幅較大，水域也有一定程度的增加，而耕地類型的面積則大幅減少，建設用地面積整體上變化不大。相應地，在研究時段內，林地、城市綠地在大興區景觀中的占比在不斷提高，耕地和建設用地的占比在不斷降低。

表1 基于斑塊規模的2010～2018年景觀格局指數

從最大斑塊占景觀面積比例可以看出，2010年耕地和建設用地在大興區整體景觀中占據主導優勢，而在2018年景觀優勢度減弱，相反，林地、城市綠地和水域的優勢度則大幅增加。說明近些林地和城市綠地的建設成為城市發展的主要方向。

4.1.2 基于景觀異質性的景觀格局指數分析

從斑塊密度和景觀邊緣密度可以看出，研究時段內各景觀類型的斑塊密度和景觀邊緣度指數均有所上升。從斑塊凝聚度指數和聚集指數方面來看，耕地和建設用地的凝聚度和聚集度指數均有所下降，水域、林地和城市綠地斑塊的凝聚度有所提升，其中水域、城市綠地的聚集指數有所提升。說明近些年來隨著城市建設和發展，雖然不同景觀類型的面積和數量有不同程度的增減，但整體分化程度在進一步的增加，景觀斑塊的破碎程度較之前也有變高的趨勢，景觀連通性降低。但在空間分布上，水域、林地和城市綠地斑塊則有向集中發展的趨勢(表2)。

表2 基于景觀異質性的2010～2018年景觀格局指數

4.2 景觀水平的空間格局變化分析

景觀水平的空間格局變化如表3所示，2010～2018年間，大興區景觀斑塊密度整體有所增加，最大斑塊指數降低，說明大興區整體景觀的破碎化程度有所上升。景觀形狀指數增加，蔓延度指數降低，香農多樣性指數增加，說明了隨著時間變化，大興區景觀斑塊類型的多樣性更高，景觀內組分分布更加均勻。

表3 大興區2010～2018年景觀格局指數

4.3 小結

研究結果表明，大興區林地的增加景觀格局的影響作用明顯。增長的林地和綠地面積一方面提高了綠色空間的景觀格局優勢度，另一方面也因其斑塊數量較多、不連續的特點，導致域景觀破碎程度增加。在空間分布上，水域、林地和城市綠地斑塊的分布上有向集中發展的趨勢，這為后續的綠化建設中提升景觀的連續性提供了較好基礎條件。

5 適應性設計策略探索

5.1 規劃選址兼顧景觀連通性

在城市生態建設中，景觀的連通性一直備受關注，因為景觀的連通性代表了各斑塊之間物種間流動的便利程度，是保護生物多樣性和維持生態系統穩定的關鍵因素之一。大興區的景觀格局分析顯示，在近幾年的開發建設過程中，林地和城市綠地的建設成為大興區的主要建設方向，林地和城市綠地的斑塊數量增加，整體面積增加，進一步加強了城市生態功能建設。與此同時，增加的林地和城市綠地斑塊割裂了以往占據主導優勢的建設用地和耕地，出現了景觀破碎度較高的現象。因此，在未來林地和城市綠地規劃選址中，應考慮現有的景觀斑塊特性，兼顧景觀的連通性。

5.2 加強綠色廊道的建設力度

綠色廊道是城市關鍵的景觀結構要素，它的的線性特征可以將離散的景觀斑塊進行連通，實現生態物質、能量和信息的交換，從而達到保護生物多樣性的作用。除此之外，綠色廊道還具有過濾污染物、防止水土流失、防風固沙等生態功能。因此，在城市綠化建設過程中，可加強綠色廊道的建設力度，通過綠色廊道提高中小型斑塊間的連接作用，從而提升景觀的連通性，進一步保護生物多樣性和維持城市生態系統穩定。

5.3 加強林地植物配置及多樣性保護

進行各類林地植物多樣性研究和林地結構配置的細化是發揮林地生態作用與維持城市生態系統平衡的關鍵。因此，應加強林地植物的多樣性研究，根據林地的立地條件和實際情況，選擇合適的植物和樹種進行種植，同時結合林地植被的生長特點對林地空間種植結構進行科學的規劃設計。從而達到優化城市生態網絡、保護生物多樣性、恢復景觀格局和提升城市景觀品質的目的。

6 結論與討論

近年來林地的變化對大興區的景觀格局影響較大，針對改善生態環境的增綠舉措，在建設過程中不僅要關注綠色空間的增長量，還要關注其保護生物多樣性、實現生態物質、能量和信息的交換的重要作用。因此，在后續的綠化建設中，應從選址和設計上進行深入研究，從而進一步加強綠色空間的生態作用，維持城市生態系統健康穩定。