魏亞男，張?jiān)?/p>

(1.西南大學(xué)，重慶 400700;2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210095)

隨著城市化的快速推進(jìn)，大量的土地資源被占用[1]，城市的景觀格局也將隨之發(fā)生變化。對(duì)土地資源有限的城市來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的城市景觀是否與城市發(fā)展前景相適應(yīng)，下一步推動(dòng)怎樣的政策進(jìn)行格局變動(dòng)會(huì)給城市發(fā)展提供更充足的動(dòng)力?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)城市景觀格局的研究較為豐富，大部分學(xué)者采用遙感影像、GIS和統(tǒng)計(jì)軟件等對(duì)景觀格局進(jìn)行分析[2-3]，研究方向多集中在對(duì)風(fēng)景區(qū)的景觀格局變動(dòng)[4]，城市格局的時(shí)空變動(dòng)上[5-7]以及土地資源利用方面[8]，但未將現(xiàn)有的景觀格局和下一步的城市發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合。文中以山東省濟(jì)南市為例，通過(guò)分析近10年的景觀格局指數(shù)變動(dòng)，分析城市現(xiàn)階段的景觀格局變動(dòng)規(guī)律，以期為今后濟(jì)南市城市規(guī)劃發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

濟(jì)南市位于山東省北部地區(qū)，植被覆蓋率較高，城區(qū)南面為山地，中部為平原，北部以黃河為界限，岸邊為沖擊平原，耕地資源豐富。由于山地地形和黃河的限制，城區(qū)只能向東西發(fā)展，土地資源利用受限，形成了獨(dú)特的景觀格局。本研究以濟(jì)南主城區(qū)為研究范圍，包括長(zhǎng)清區(qū)、歷城區(qū)、歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)和天橋區(qū)在內(nèi)的6區(qū)，總面積3 257.46 km2。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所使用的遙感數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云，拍攝時(shí)間盡量選擇在4—7月份植物生長(zhǎng)茂盛，且云量在2%以下的影像。2007年遙感數(shù)據(jù)來(lái)自Landsate5 TM影像，2013年和2017年遙感數(shù)據(jù)來(lái)自Landsate8OLI影像，分辨率皆為30 m。

研究區(qū)域需2景遙感影像圖進(jìn)行覆蓋，將3期遙感影像在ENVI5.3中進(jìn)行2%拉伸、輻射定位、大氣校正、多幅影像疊加鑲嵌、行政區(qū)適量裁剪等預(yù)處理，并進(jìn)行假彩色合成，得到3期的假彩色融合影像(圖1)。

圖1 2007—2013—2017年假彩色影像圖

考慮景觀生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型分類(lèi)、遙感影像的光譜波段特征以及研究區(qū)有黃河流經(jīng)等現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)，對(duì)2007年、2013年和2017年3期的遙感影像進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)(圖2)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器將濟(jì)南市主城區(qū)土地覆蓋類(lèi)型分為林地、耕地、水域、黃河、建設(shè)用地和未利用地6大類(lèi)，結(jié)合水經(jīng)注歷史地圖、Google Earth高分辨率影像及外業(yè)調(diào)查對(duì)監(jiān)督分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，3期的監(jiān)督分類(lèi)總精度分別為89.759%、86.5928%、92.3019%，kappa分別為0.8698、0.8735和0.9055，滿足本研究的需要。

2.2 景觀格局分析

景觀格局指數(shù)是對(duì)景觀格局信息的高度凝練，主要包括結(jié)構(gòu)的組成、空間配置的特征，是景觀格局研究的重要指標(biāo)[1]。為分析濟(jì)南市主城區(qū)景觀演變的原因，參考已有研究的景觀指標(biāo)選取規(guī)則，在類(lèi)型水平和景觀水平上分別選取指標(biāo)，研究濟(jì)南市主城區(qū)10年間的景觀格局變化特征。利用Fragstats4進(jìn)行以下指標(biāo)的計(jì)算：

圖2 2007—2013—2017年監(jiān)督分類(lèi)

2.2.1類(lèi)型水平

1)斑塊面積(CA)：景觀區(qū)域一般由不同類(lèi)型斑塊組成，類(lèi)型斑塊面積反映同一類(lèi)型斑塊的總面積。計(jì)算公式為：

(1)

2)斑塊數(shù)量(NP):反映同一類(lèi)型的所有斑塊的數(shù)目。當(dāng)?shù)扔?時(shí)，說(shuō)明該類(lèi)型景觀只有1個(gè)斑塊組成。計(jì)算公式為：

NP=ni

(2)

3)景觀形狀指數(shù)(LSI)：反映景觀元素形狀不規(guī)則程度，當(dāng)?shù)扔?時(shí)，說(shuō)明景觀中只有1個(gè)斑塊，且形狀規(guī)則；當(dāng)斑塊越多，形狀越不規(guī)則，計(jì)算結(jié)果越大。計(jì)算公式為：

(3)

2.2.2景觀水平

1)分維度(PAFRAC):對(duì)于非常簡(jiǎn)單的周長(zhǎng)，如正方形，PAFRAC的值接近1，而對(duì)于高度旋繞的周長(zhǎng)，其值則趨近于2。計(jì)算公式為：

(4)

2)蔓延度(CONTAG):描述的是景觀里不同斑塊類(lèi)型的團(tuán)聚程度或延展程度。斑塊類(lèi)型呈極度分散時(shí)，CONTAG接近0；當(dāng)所有斑塊在最大程度上聚集，CONTAG趨近于100。計(jì)算公式為：

(5)

3)香濃多樣性指數(shù)(SHDI):當(dāng)景觀中只有1個(gè)斑塊時(shí)，等于0；隨著斑塊類(lèi)型和數(shù)量增多，值越來(lái)越大，也反映了生態(tài)系統(tǒng)多樣性的增加。計(jì)算公式為：

(6)

4)香濃均勻性指數(shù)(SHEI):反映景觀中不同類(lèi)型的斑塊面積均勻程度。當(dāng)?shù)扔?時(shí)，景觀由1個(gè)斑塊組成；等于1時(shí)，各類(lèi)型景觀面積相同。計(jì)算公式為：

(7)

2.3 質(zhì)心變化分析

景觀的質(zhì)心分析可以用來(lái)分析不同類(lèi)型的景觀在時(shí)間上的動(dòng)態(tài)變化，利用質(zhì)心在空間位置上的動(dòng)態(tài)遷移可以演繹不同類(lèi)型的景觀在時(shí)空中的變化特征。各類(lèi)型景觀以面積加權(quán)的質(zhì)心計(jì)算方法如下：

(8)

(9)

式中：Xc和Yc是按面積加權(quán)的景觀的質(zhì)心坐標(biāo)，Xi和Yi是該類(lèi)景觀的第i個(gè)斑塊的質(zhì)心坐標(biāo)，Ci是第i個(gè)斑塊的面積，n是該類(lèi)景觀的總斑塊數(shù)量。

3 結(jié)果分析

3.1 景觀格局

在景觀層面上，斑塊的分維度在10年間基本持平，表示各類(lèi)型斑塊的外邊界穩(wěn)定；香濃多樣性指數(shù)和香濃均勻性指數(shù)在2007—2013年的5年間均呈上升趨勢(shì)，表示斑塊的豐富度不斷增加，生態(tài)系統(tǒng)趨于多樣化，同時(shí)2013—2017年指數(shù)均趨于穩(wěn)定，各類(lèi)型景觀斑塊有趨于均衡發(fā)展的態(tài)勢(shì)。蔓延度指數(shù)先呈下降后上升的趨勢(shì)，表示濟(jì)南市主城區(qū)的6類(lèi)用地由分散轉(zhuǎn)為集中(圖3，圖4)。

圖3 2007—2013—2017年景觀層面指數(shù)變化

圖4 2007—2013—2017年景觀層面指數(shù)變化

在類(lèi)型層面上，耕地和林地的面積和斑塊數(shù)量保持穩(wěn)步上升，且二者的形狀指數(shù)也趨于上升的態(tài)勢(shì)，景觀形狀趨于多樣化，這與濟(jì)南市生態(tài)環(huán)境不斷改善、綠化面積穩(wěn)步增長(zhǎng)的現(xiàn)狀相貼合；也與自2013年以來(lái)國(guó)土資源部門(mén)在全市范圍內(nèi)推進(jìn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤工作，拆除零散村落、集中規(guī)劃新型社區(qū)模式的政策推動(dòng)相契合。

水域面積10年來(lái)略有增長(zhǎng)，此得利于《濟(jì)南市總體規(guī)劃》中對(duì)城市藍(lán)線的嚴(yán)格把控：1)自2013年起在全市192條河道推行河長(zhǎng)制，改善水體環(huán)境，嚴(yán)防河道污染退化；2)對(duì)大明湖、濕地、水源地等特殊功能區(qū)實(shí)行特殊保護(hù)，嚴(yán)格控制總用水量，特別是地下水的開(kāi)采量，構(gòu)建節(jié)水型城市。

建設(shè)用地的面積和斑塊數(shù)量在2007—2013年的5年間呈下降趨勢(shì)，2013—2017年保持穩(wěn)定，表明在城市化進(jìn)程中，城市建設(shè)逐漸向整體化、集中化發(fā)展，在達(dá)到一定層級(jí)之后趨于后穩(wěn)定；未利用地的面積在2007—2013年的5年間呈現(xiàn)顯著下降，后逐漸趨于平穩(wěn)態(tài)勢(shì)，表明該類(lèi)土地早期或得到綠化或轉(zhuǎn)為耕地、建設(shè)用地，后期變化較小，濟(jì)南市的整體土地利用率顯著提高。

3.2 質(zhì)心變化

由2007—2017年景觀質(zhì)心空間位置變化可知(圖5)：未利用地、林地的質(zhì)心變化沒(méi)有顯著的運(yùn)動(dòng)方向，質(zhì)心整體在市中區(qū)范圍左右徘徊；水域的質(zhì)心10年間一直處于往南移動(dòng)的趨勢(shì)；建設(shè)用地的質(zhì)心先是往東南移動(dòng)，后往東北移動(dòng)，總體上趨于往市區(qū)中心移動(dòng)，切合濟(jì)南市對(duì)中部平原區(qū)域中部城市空間的定位目標(biāo)和政策驅(qū)動(dòng)；耕地的質(zhì)心整體上往北移動(dòng)，這也與濟(jì)南市“攜河發(fā)展”的“北跨”方針和著力構(gòu)建沿黃特色農(nóng)業(yè)區(qū)及黃河北高效農(nóng)業(yè)區(qū)的布局相契合。

圖5 2007—2013—2017年各類(lèi)型景觀質(zhì)心變化

4 結(jié)論

隨著城市化的快速推進(jìn)，大量的土地資源被占用，城市的景觀格局也將隨之發(fā)生變化。結(jié)合濟(jì)南市2007—2017年10年的城市發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)大力推動(dòng)農(nóng)村社區(qū)規(guī)劃，通過(guò)社區(qū)規(guī)劃，將零散的農(nóng)村居民點(diǎn)整合，不僅能提高村民的生活質(zhì)量和幸福指數(shù)，還能大大集約土地利用，村落拆舊后產(chǎn)生的土地經(jīng)過(guò)復(fù)墾后，有效地連接了周?chē)母?，在增加耕地面積的同時(shí)，也能形成耕地的規(guī)模效益，有利于集中建設(shè)綜合配套設(shè)施，為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)奠定良好的發(fā)展基礎(chǔ)。林地是林業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，是森林資源的重要組成部分，也是滿足城市人民群眾對(duì)生態(tài)環(huán)境需求的重要前提，嚴(yán)控林地占用，狠抓植被恢復(fù)，讓林地資源做到有計(jì)劃有規(guī)模的增長(zhǎng)，為城市亮起一道綠色的生命防護(hù)線。在進(jìn)行城市規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮城市在時(shí)間和空間上的雙重發(fā)展尺度，為其適當(dāng)“留白”，對(duì)建設(shè)用地的規(guī)劃更要做到用地結(jié)構(gòu)合理化、土地布局緊湊化、利用功能綜合化，以期充分發(fā)揮建設(shè)用地的集中效應(yīng)。