邢 龍,王志泰,涂燕茹

1 貴州大學(xué) 林學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025 2 安徽信息工程學(xué)院, 蕪湖 241000 3 貴州大學(xué) 風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心, 貴陽(yáng) 550025

快速城市化促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文明進(jìn)步的同時(shí),伴隨著人口急劇增長(zhǎng)和城市快速擴(kuò)張,引發(fā)環(huán)境污染、生境破碎化、生態(tài)功能退化、生物多樣性減退、暴雨洪澇、熱島效應(yīng)等一系列城市問(wèn)題,導(dǎo)致城市人居環(huán)境質(zhì)量下降,成為制約城市健康發(fā)展的重要因素,也是當(dāng)前我國(guó)建設(shè)小康社會(huì)和高質(zhì)量發(fā)展所面臨的重大挑戰(zhàn)[1]。城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是高強(qiáng)度人為干擾對(duì)城市景觀格局的改變,在城市擴(kuò)張過(guò)程中,自然、半自然狀態(tài)景觀被改造為不透水硬質(zhì)景觀,城市水文過(guò)程被阻斷,既影響了城市地表熱環(huán)境[2],也導(dǎo)致了城市生態(tài)系統(tǒng)功能退化,自我調(diào)節(jié)能力衰退[3]。并且,隨著城市化的持續(xù)快速發(fā)展,城市景觀格局還將受到強(qiáng)烈的干擾,所帶來(lái)的城市土地利用/覆蓋劇變,生態(tài)用地大量流失,對(duì)城市生態(tài)環(huán)境造成巨大沖擊,嚴(yán)重影響城市生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展。大量研究結(jié)果表明,城市生態(tài)空間是提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、維持城市生態(tài)平衡的物質(zhì)基礎(chǔ),對(duì)于緩解各類“城市病”、維護(hù)城市生態(tài)安全、改善城市人居環(huán)境及促進(jìn)城市的健康可持續(xù)發(fā)展有重大意義[4- 5]。而城市內(nèi)殘存自然生境作為城市生態(tài)空間的重要組成部分,為城市帶來(lái)的諸如固碳釋氧、凈化空氣、調(diào)節(jié)城市小氣候、涵養(yǎng)水源、增加城市吸引力以及為城市生物提供棲息地等多種生態(tài)服務(wù)功能優(yōu)于人工綠地[6- 7],且在構(gòu)建城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中發(fā)揮著“源-匯”關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及廊道連通的重要作用[8],具有不可替代的生態(tài)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、歷史價(jià)值和美學(xué)價(jià)值。目前,在“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”的精明化城市發(fā)展理念下,如何對(duì)城市殘余自然生境進(jìn)行有效保護(hù)及合理利用,實(shí)現(xiàn)城市中人工環(huán)境子系統(tǒng)和自然環(huán)境系統(tǒng)的有機(jī)融合,構(gòu)建一個(gè)健康的城市生態(tài)系統(tǒng),已成為城市管理決策和空間規(guī)劃亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

中國(guó)山地面積占國(guó)土面積的2/3,地域遼闊,不同區(qū)域山地城市形態(tài)各異[9]。黔中山地城市在巖溶地區(qū)擴(kuò)展過(guò)程中,很多喀斯特小山丘逐漸被割裂入城,建成區(qū)內(nèi)遺存大量自然山體,形成具有黔中地域特色的喀斯特山地城市景觀格局[10]。城市遺存自然山體是喀斯特山地城市得天獨(dú)厚的生態(tài)資源,但其生態(tài)系統(tǒng)脆弱、穩(wěn)定性差,易受外界干擾且遭到破壞極難恢復(fù)[11],規(guī)劃管理更需要嚴(yán)謹(jǐn)縝密的考量。但在已有的城市景觀格局動(dòng)態(tài)變化研究中,研究對(duì)象多是城市整體土地利用/覆蓋或人工綠地系統(tǒng)[12- 13],少有以城市遺存自然山體等殘余自然生境作為城市特殊景觀類型的針對(duì)性研究,喀斯特城市遺存自然山體的相關(guān)基礎(chǔ)理論研究十分薄弱。近年來(lái),在快速向外擴(kuò)展及內(nèi)部致密的城市化建設(shè)過(guò)程中,對(duì)于城市遺存自然山體侵占和破壞依然嚴(yán)重,圍繞山體進(jìn)行的各種城市建設(shè)和低效的公園化利用嚴(yán)重破壞了山體生態(tài)斑塊,導(dǎo)致城市遺存自然山體景觀格局發(fā)生劇烈變化,其生態(tài)系統(tǒng)受到強(qiáng)烈的干擾和脅迫,嚴(yán)重影響了其生態(tài)過(guò)程及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[14]。為全面了解近十年來(lái)黔中地區(qū)城市建設(shè)對(duì)先后被包圍入城的城市遺存自然山體造成的影響,本文以典型的黔中喀斯特城市——安順市為研究對(duì)象,在空間信息技術(shù)平臺(tái)上,綜合運(yùn)用景觀格局指數(shù)法和緩沖區(qū)分析法,解析快速城市化背景下城市遺存自然山體景觀動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其與城市建設(shè)之間的交互作用關(guān)系,為后期規(guī)劃管理提供決策支持與理論依據(jù),同時(shí)也為進(jìn)一步深入開(kāi)展以城市遺存自然山體為對(duì)象的科學(xué)研究提供前期基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

安順市,素有“黔之腹、滇之喉、蜀粵之唇齒”之稱,具有重要的戰(zhàn)略地位,是貴州歷史上開(kāi)發(fā)最早的區(qū)域。位于東經(jīng)105°13′ —106°33′,北緯25°21′ —26°37′之間。地處長(zhǎng)江水系烏江流域和珠江水系北盤(pán)江流域的分水嶺地帶,是世界上典型的喀斯特地貌集中地區(qū),屬于典型喀斯特山地城市。東鄰省會(huì)貴陽(yáng)市,西靠六盤(pán)水市,南連黔西南布依族苗族自治州,北接畢節(jié)地區(qū)。地勢(shì)呈北高南低,海拔在1200—1400 m之間,屬典型的高原型濕潤(rùn)亞熱帶季風(fēng)氣候,雨量充沛,年平均降雨量1360 mm,年平均氣溫14℃,冬無(wú)嚴(yán)寒,夏無(wú)酷暑,氣候溫和宜人。城市坐落于大量錐狀喀斯特山丘分布的黔中盆地,建成區(qū)內(nèi)及周邊山體多以孤峰和峰叢形式為主,隨著建成區(qū)不斷外擴(kuò),城市內(nèi)遺存了大量大小不等的喀斯特自然山體,尤其是近十年來(lái),快速城市化使得自然生境不斷被建設(shè)用地侵占,周邊山體不斷被隔裂入城,城-山鑲嵌型景觀結(jié)構(gòu)愈發(fā)明顯,城市遺存自然山體景觀格局發(fā)生劇烈變化,因此安順市是開(kāi)展本研究的理想?yún)^(qū)域。研究區(qū)位置示意如圖1。

圖1 區(qū)位示意 Fig.1 Location of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

以2017年安順市中心城區(qū)建成區(qū)范圍為主要研究區(qū)域,選用2007年、2012年、2017年3期Pleiades高分辨率歷史遙感影像圖(0.5 m空間分辨率)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。參照《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21010—2017)》《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)(GB 50137—2011)》等相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況及研究需要,將土地利用分為不透水建設(shè)用地(非綠化建設(shè)用地)、城市人工園林綠地(綠化建設(shè)用地)、在建用地、待建用地、自然水域、城市遺存自然山體6個(gè)景觀類型。參照安順市中心城區(qū)規(guī)劃區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖(2015) 、安順市城市總體規(guī)劃(2015—2030)等規(guī)劃資料,在ArcMap 10.2平臺(tái)上對(duì)3期遙感影像進(jìn)行人工目視解譯,結(jié)合實(shí)地調(diào)查,對(duì)各景觀斑塊進(jìn)行復(fù)查和修正,建立城市土地利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 研究方法

1.3.1城市遺存自然山體分期與分級(jí)

根據(jù)自然山體入城時(shí)間順序,將城市遺存自然山體分為2007年前期入城、2007—2012年入城和2012—2017年入城3個(gè)不同時(shí)間段,根據(jù)各時(shí)間界面不同時(shí)期入城自然山體斑塊特征變化情況,分析城市化發(fā)展建設(shè)對(duì)城市遺存自然山體造成的影響；參照有關(guān)城市綠地景觀格局的研究?jī)?nèi)容及劃分標(biāo)準(zhǔn)[15],結(jié)合安順市自然山體綠地的實(shí)際規(guī)模,將每個(gè)時(shí)間段入城的自然山體斑塊按面積劃分為：小型斑塊(小于3 hm2)、中型斑塊(3—10 hm2)、較大型斑塊(10—20 hm2)和大型斑塊(大于20 hm2)4個(gè)等級(jí),分析不同等級(jí)城市遺存自然山體數(shù)量、面積占比情況及空間分布特征。

1.3.2景觀格局分析

將各期的城市土地利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行矢量化與柵格化處理后,根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn),參照前人研究,景觀水平上選擇景觀面積(TA,Total Landscape Area)、景觀破碎度指數(shù)(FI,Fragmentation Index)、斑塊豐富度密度(PRD,Patch Richness Density)、Shannon多樣性指數(shù)(SHDI,Shannon′s Density Index)、Shannon均勻度指數(shù)(SHEI,Shannon′s Evenness Index)和景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(DI,Dominance Index)等景觀格局指數(shù),分析近10年來(lái)城市景觀格局變化規(guī)律及其對(duì)城市遺存自然山體的影響；類型水平上選擇斑塊數(shù)量(NP,Number of Patches)、類型面積(CA,Class Area)、平均斑塊面積(MPS,Mean Patch Size)、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差(PSSD,Patch Size Standard Deviation)、平均斑塊形狀指數(shù)(MSI,Mean Shape Index)、平均最鄰近距離(MNN,Mean Nearest Neighbor Distance)、聚集度指數(shù)(AI,Aggregation Index)等景觀格局指數(shù),分析城市遺存自然山體格局對(duì)城市建設(shè)的響應(yīng)規(guī)律；對(duì)不同時(shí)期入城的自然山體,分別統(tǒng)計(jì)和測(cè)算其在各時(shí)間界面的斑塊數(shù)量、面積、形狀等指標(biāo)。上述景觀格局指數(shù)計(jì)算公式及含義參見(jiàn)軟件Fragstats 4.2及文獻(xiàn)《景觀生態(tài)學(xué)—格局、過(guò)程、尺度與等級(jí)》[16]。

1.3.3城市遺存自然山體周邊緩沖區(qū)城-山交互作用分析

對(duì)2007年、2012年和2017年3個(gè)時(shí)間界面的每個(gè)城市遺存自然山體,以邊界為基準(zhǔn),按50 m步長(zhǎng)向外設(shè)置空間梯度緩沖區(qū),分別統(tǒng)計(jì)各梯度緩沖區(qū)內(nèi)的城市建設(shè)用地占比、城市人工園林綠地占比,并計(jì)算出各時(shí)期自然山體不同梯度緩沖區(qū)內(nèi)平均城市建設(shè)用地占比和平均城市人工園林綠地占比。統(tǒng)計(jì)山體各緩沖區(qū)城市建設(shè)用地占比和城市人工園林綠地占比發(fā)現(xiàn),在第9—10級(jí)緩沖區(qū)后,基本趨于穩(wěn)定,因此本研究將山體緩沖區(qū)設(shè)置到總寬度為500 m,共10個(gè)空間梯度緩沖區(qū),分析城-山交互作用。隨后在SPSS 21.0軟件中分別對(duì)各時(shí)期自然山體不同距離緩沖區(qū)與緩沖區(qū)內(nèi)建設(shè)用地占比進(jìn)行相關(guān)分析和多元線性回歸分析。

城市建設(shè)用地占比(%)=(緩沖區(qū)內(nèi)不透水建設(shè)用地+城市人工園林綠地+在建用地面積)/緩沖區(qū)總面積×100%；

城市人工園林綠地占比(%)=緩沖區(qū)內(nèi)城市人工園林綠地/緩沖區(qū)總面積×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市景觀格局動(dòng)態(tài)

圖2 城市景觀類型組成Fig.2 Composition of landscape types in Anshun City

統(tǒng)計(jì)分析不同時(shí)期安順市建成區(qū)6類景觀類型斑塊面積占比時(shí)空變化特征,可以看出(圖2)：不透水建設(shè)用地是研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)斑塊類型,始終占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位；其次為城市遺存山體類型,且面積占比持續(xù)增大。具體而言,2012年,由于老城區(qū)更新改建和城市向外擴(kuò)張建設(shè),不透水建設(shè)用地斑塊面積占比下降了3.75%,城市人工園林綠地斑塊面積占比下降2.21%,在建用地、待建用地及城市遺存自然山體斑塊面積占比均不同程度增大；2017年不透水建設(shè)用地斑塊面積占比與2012年基本持平,同時(shí),城市人工園林綠地斑塊面積占比增長(zhǎng)3.43%,說(shuō)明在城市更新和擴(kuò)展過(guò)程中逐漸認(rèn)識(shí)到城市生態(tài)環(huán)境的重要性,加強(qiáng)了城市園林綠化建設(shè),但由于山地城市用地極為緊張,城市人工園林綠化水平相對(duì)偏低,斑塊面積占比均不足15%。10年間,城市遺存自然山體斑塊面積持續(xù)增長(zhǎng),斑塊面積占比由2007年的16.49%遞增至2017年的21.20%,高于同時(shí)期城市人工園林綠地面積占比,并且2012—2017年增長(zhǎng)幅度明顯高于2007—2012年,這一方面反映出喀斯特丘陵地形地貌背景下的山地城市景觀格局特征,也表現(xiàn)出研究區(qū)建成環(huán)境綠地生態(tài)系統(tǒng)主要以城市遺存自然山體為主的特點(diǎn)。而在空間分布方面(圖3),安順市近10年城市擴(kuò)展方向以“東北—西南”向?yàn)橹饕獢U(kuò)展軸,并且在該擴(kuò)展方向上分布有大量的喀斯特錐狀山體丘陵[17],反映出隨著城市建成區(qū)規(guī)模增大,城-山互嵌的喀斯特山地城市特征愈加明顯的趨勢(shì)。

進(jìn)一步分析不同時(shí)期安順市城市景觀格局指數(shù)變化特征,可以發(fā)現(xiàn)(表1)：10年間,安順市建成區(qū)面積呈2007—2012年“溫和增加”和2012—2017年“急劇增加”的持續(xù)擴(kuò)大趨勢(shì),至2017年建成區(qū)規(guī)模是2007年的3.2倍,是2012年的2.2倍。同時(shí),FI指數(shù)遞增,PRD指數(shù)遞減,說(shuō)明在快速城市化發(fā)展過(guò)程中,城市內(nèi)部景觀整體趨于破碎化,單位面積上的景觀類型單元減少,景觀斑塊豐富度降低；而SHEI指數(shù)和SHEI指數(shù)呈“先增后減”,但DI指數(shù)呈“先減后增”的變化趨勢(shì),表明在前后兩個(gè)時(shí)期,向外擴(kuò)張及內(nèi)部致密耦合的城市化建設(shè)不斷改變著安順市景觀類型組成情況,導(dǎo)致城市景觀格局發(fā)生波動(dòng)性變化特征；并且在建成區(qū)規(guī)模擴(kuò)張較溫和的時(shí)期(2007—2012年)景觀格局呈良性變化,而隨著建成區(qū)規(guī)模劇增(2012—2017年)景觀同質(zhì)化現(xiàn)象突出?？傮w來(lái)說(shuō),城市景觀格局在不同速率的城市擴(kuò)張影響下會(huì)發(fā)生不定向的變化,但整體始終處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖3 城市規(guī)模及景觀類型空間分布Fig.3 Urban size and spatial distribution of landscape type

表1 景觀格局指數(shù)

2.2 城市遺存自然山體景觀動(dòng)態(tài)

2.2.1城市遺存自然山體斑塊類型景觀指數(shù)

由不同時(shí)間界面城市遺存自然山體斑塊類型水平上景觀指數(shù)測(cè)算結(jié)果可知(表2),2007—2012年城市遺存自然山體斑塊數(shù)量增長(zhǎng)2.2倍,總面積增長(zhǎng)1.7倍,平均斑塊面積、PSSD減小,景觀趨于破碎化,斑塊面積離散程度降低；2012—2017年城市遺存自然山體斑塊數(shù)量增加1.6倍,總面積增加2.4倍,平均斑塊面積、PSSD大幅增大。表明安順市為解決城市建設(shè)受周邊山體限制和用地需求不斷增加的矛盾,城市采取跳躍模式開(kāi)拓發(fā)展空間,將以前阻礙城市空間擴(kuò)張的大型山體也包圍入城,使得城市遺存自然山體景觀破碎化程度降低,斑塊面積離散程度升高；此外,從景觀斑塊形狀、連通性和聚散性指標(biāo)變化趨勢(shì)來(lái)看,2007—2017年安順市城市遺存自然山體,MSI低且微弱遞減、MNN遞增明顯、AI高但變化不明顯。反映出城市快速擴(kuò)展對(duì)城市遺存自然山體景觀格局的塑造作用,主要表現(xiàn)在斑塊數(shù)量和面積激增,斑塊形狀趨于規(guī)則化,連通性降低,空間集群分布,景觀格局穩(wěn)定性降低。在研究期前5年城市內(nèi)部的致密化建設(shè)不斷對(duì)山體進(jìn)行侵占,對(duì)外擴(kuò)張主要沿阻力較小的小型山體方向發(fā)展,山體平均斑塊面積呈下降趨勢(shì),且PSSD也隨之下降,后5年城市化促進(jìn)城市擴(kuò)展力度加大,受基本農(nóng)田保護(hù)和城市建設(shè)用地緊張約束,“向山要地”成為城市擴(kuò)展的主要途徑,較大規(guī)模的山體峰叢被割裂鑲嵌入城,導(dǎo)致山體平均斑塊面積躍增、PSSD也成倍數(shù)增大。

表2 不同時(shí)間界面城市遺存自然山體斑塊類型景觀指數(shù)

2.2.2不同等級(jí)城市遺存自然山體斑塊

2007年、2012年和2017年研究區(qū)不同等級(jí)城市遺存自然山體斑塊的分布特征表現(xiàn)為斑塊面積和數(shù)量分布極不平衡且空間分布不均(圖4,圖5)。在斑塊數(shù)量方面,10年間城市遺存自然山體斑塊均以中型和小型斑塊為主,二者之和占各時(shí)期山體斑塊數(shù)量的76%—79%,且以中型斑塊占絕對(duì)數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)(數(shù)量占比均超過(guò)45%)；而不同等級(jí)的城市遺存自然山體斑塊面積占比則以大型和中型斑塊為主,二者面積占比之和超過(guò)山體斑塊總面積的65%,尤其是斑塊數(shù)量最少的大型斑塊(斑塊數(shù)量占比6.5%—11.6%),其斑塊面積占比達(dá)28.89%—52.24%。不同等級(jí)山體斑塊的空間分布,主要表現(xiàn)出大型和較大型斑塊 “東西兩翼多,中心少”、中型和小型斑塊“環(huán)老城區(qū)分布,邊緣較少”的特征,老城區(qū)中部缺少可作為“源-匯”關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的大型自然山體斑塊存在。

圖4 不同等級(jí)城市遺存自然山體斑塊分配Fig.4 Distribution of urban natural remnant mountain patches at different levels

圖5 不同等級(jí)城市遺存自然山體空間分布Fig.5 Spatial distribution of natural mountains of different grades

2.3 城-山交互作用

城市遺存自然山體與城市建設(shè)用地空間交互作用主要表現(xiàn)為城市建設(shè)對(duì)遺存自然山體持續(xù)的侵占破壞及自然山體能夠?qū)Τ鞘薪ㄔO(shè)產(chǎn)生一定的吸引力。

由表3可知,2007年前期入城及2012—2017年入城自然山體斑塊數(shù)量、總面積、平均斑塊面積、平均斑塊形狀指數(shù)減小,2007年前期入城自然山體,斑塊面積受損度先后分別達(dá)12.08%、4.03%,總受損度達(dá)16.11%,有2個(gè)自然山體斑塊完全消失；2007—2012年入城自然山體斑塊面積受損度達(dá)16.07%,近20%的自然山體斑塊完全消失,表明入城后自然山體仍持續(xù)遭到城市建設(shè)用地的蠶食、侵占,直接造成其斑塊規(guī)模不斷變小,斑塊形狀趨于規(guī)則化,且越來(lái)越多的城市遺存自然山體斑塊完全消失；相較于2007年前入城的自然山體,2007—2012年及2012—2017年后期入城的自然山體平均斑塊形狀指數(shù)相對(duì)較低,表明隨著城市發(fā)展重心由中心老城區(qū)逐漸向外圍新城區(qū)轉(zhuǎn)移,后期入城的自然山體受到了更高強(qiáng)度的人工干擾,其山體受損情況也更為嚴(yán)重；2012—2017年入城自然山體平均斑塊面積、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差明顯較高,說(shuō)明其斑塊規(guī)模相對(duì)較大,斑塊面積離散程度較高,斑塊面積差異較大,存在部分大面積的自然山體斑塊。結(jié)合圖6可以看出,近5年原本阻礙城市向外擴(kuò)張的大型山體被城市以跳躍式的空間拓展模式圈入城中,建成區(qū)范圍大幅擴(kuò)大的同時(shí),城市遺存自然山體景觀優(yōu)勢(shì)也大幅增大,城-山互嵌的山地城市景觀格局特征愈發(fā)明顯。

表3 不同時(shí)期入城自然山體斑塊特征

圖6 不同時(shí)期入城自然山體空間分布Fig.6 Spatial distribution of natural mountains entering the city at different times

緩沖區(qū)距離與緩沖區(qū)內(nèi)平均城市建設(shè)用地占比及平均城市人工園林綠地占比進(jìn)行相關(guān)性分析結(jié)果(表4)表明：1—10級(jí)緩沖區(qū)(即500 m總寬緩沖區(qū)內(nèi)),各時(shí)期平均城市建設(shè)用地占比和平均城市人工園林綠地占比與緩沖區(qū)離山體距離顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),超過(guò)500 m后平均城市建設(shè)用地占比與平均城市人工園林綠地占比變化不明顯(圖7)。說(shuō)明城市遺存自然山體周邊500 m范圍內(nèi)城-山交互作用明顯,主要表現(xiàn)為城市遺存自然山體周邊多為居住用地,而按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定居住用地附屬綠地綠地率不低于30%,因此自然山體周邊緩沖區(qū)人工綠地占比也較高,所以對(duì)城市建設(shè)及其人工綠化都產(chǎn)生了一定的吸引力。

由SPSS 21.0多元線性回歸分析結(jié)果可知(圖7),各時(shí)期城市遺存自然山體緩沖區(qū)內(nèi)平均城市建設(shè)用地占比與山體距離最佳擬合回歸方程均為一元二次多項(xiàng)式方程(R2>0.99),分別為：

Y2007=0.0024X2-0.0521X+0.8775 (R2=0.9988);

Y2012=0.0015X2-0.034X+0.746 (R2=0.9984);

Y2017=0.0022X2-0.0433X+0.8106 (R2=0.9968);

式中,自變量X為山體不同距離緩沖區(qū),因變量Y為緩沖區(qū)內(nèi)平均城市建設(shè)用地占比。

各時(shí)期城市遺存自然山體緩沖區(qū)內(nèi)平均城市人工園林綠地占比與山體距離最佳擬合回歸方程為對(duì)數(shù)或乘冪方程(R2>0.99),分別為：

Y2007=0.1478X-0.134(R2=0.9929);

Y2012=-0.013In(X)+0.1326 (R2=0.9916);

Y2017=0.222X-0.214(R2=0.9953);

式中,自變量X為山體不同距離緩沖區(qū),因變量Y為緩沖區(qū)內(nèi)平均城市人工園林綠地占比。

由SPSS 21.0多元線性回歸分析結(jié)果可知(圖7),2007、2012、2017年不同等級(jí)城市遺存自然山體各梯度緩沖區(qū)與緩沖區(qū)內(nèi)平均城市建設(shè)用地占比最佳擬合回歸方程均為一元二次多項(xiàng)式方程(R2>0.99),與緩沖區(qū)內(nèi)平均城市人工園林綠地占比最佳擬合回歸方程為對(duì)數(shù)或乘冪方程(R2>0.97)。各時(shí)期不同等級(jí)城市遺存自然山體緩沖區(qū)內(nèi)平均城市建設(shè)用地占比均表現(xiàn)為小型斑塊>中型斑塊>大中型斑塊>大型斑塊,說(shuō)明由于城市遺存自然山體面積越小對(duì)于城市建設(shè)阻力越小,與城市建設(shè)用地相關(guān)程度表現(xiàn)為小型斑塊>中型斑塊>較大型斑塊>大型斑塊,即城市遺存自然山體斑塊規(guī)模等級(jí)越小,對(duì)周邊城市建設(shè)用地產(chǎn)生的吸引作用越強(qiáng)(本研究中規(guī)模最小的城市遺存自然山體斑塊面積為0.61 hm2,仍能起到吸引作用)；各時(shí)期不同等級(jí)城市遺存自然山體緩沖區(qū)內(nèi)平均城市人工園林綠地占比分別表現(xiàn)為中型斑塊>小型斑塊>大型斑塊>較大型斑塊(2007年)、中型斑塊>大型斑塊>小型斑塊>較大型斑塊(2012年)、中型斑塊>大型斑塊>小型斑塊>較大型斑塊(2017年),主要由于小型城市遺存自然山體斑塊多位于綠化水平極其有限的老城區(qū)周邊,中型斑塊多位于建設(shè)完善的新建成區(qū)域,較大斑塊多位于建成區(qū)邊緣,大型斑塊多位于綠化水平較高的開(kāi)發(fā)新區(qū),總的來(lái)說(shuō),不同等級(jí)自然山體所在空間位置差異使得其與城市人工綠化相關(guān)程度表現(xiàn)為中型斑塊最高、較大型斑塊最低。

表4 相關(guān)性分析

圖7 多元線性回歸分析Fig.7 Multiple linear regression analysis

3 討論

3.1 “城-山鑲嵌體”是黔中喀斯特山地城市景觀格局演變的主要特征

城市化是人類驅(qū)動(dòng)的最激烈的土地利用變化過(guò)程之一[18],對(duì)自然生境的影響主要以周邊生境的破碎化和喪失為主[19]。城市景觀格局的時(shí)空動(dòng)態(tài)分析,可以很直觀地反應(yīng)城市擴(kuò)展過(guò)程對(duì)周邊和內(nèi)部自然生境的空間格局塑造作用[20]。我國(guó)是多山國(guó)家,山地城鎮(zhèn)約占全國(guó)城鎮(zhèn)總數(shù)的一半以上,但我國(guó)幅員遼闊,不同地貌類型的山地城市表現(xiàn)出不同的城市空間形態(tài)[9]。黔中地區(qū)地貌類型主要為以大量喀斯特錐峰和塔峰集中連片分布的淺碟型峰叢洼地[17],歷史上由于發(fā)展滯后,城鎮(zhèn)聚落規(guī)模較小、主要分布于峰叢平地之間。隨著西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略和城市化戰(zhàn)略的實(shí)施,城市快速擴(kuò)展,黔中山地城市由“城在山間”演變?yōu)椤俺窃谏介g,山在城中”的城-山鑲嵌體景觀格局特征。安順市城市擴(kuò)張過(guò)程中景觀格局出現(xiàn)了同質(zhì)化傾向,這與大多數(shù)學(xué)者的研究成果基本一致[21-22],然而不同之處在于,城市內(nèi)部景觀格局隨著城市的發(fā)展出現(xiàn)了破碎化程度增加的情況,這也反映了黔中喀斯特山地城市景觀格局演變的特征,由于用地緊張,在向山要地思想下,城市在山體峰叢間擴(kuò)展,盡管不透水建設(shè)用地面積在增加,但鑲嵌其中的自然山體卻影響了其空間延展性,說(shuō)明建設(shè)用地景觀格局受到自然山體的塑造作用。

3.2 城市遺存自然山體景觀格局時(shí)空演變劇烈

一般情況下,大多數(shù)城市土地利用方式改變,自然生境轉(zhuǎn)化為城市建設(shè)用地,在城市擴(kuò)張的同時(shí)導(dǎo)致城市生境質(zhì)量下降、生態(tài)功能失衡[23]。安順市城市擴(kuò)張過(guò)程中,周邊生境破碎化,不宜開(kāi)發(fā)建設(shè)的自然山體鑲嵌于城市之中,成為城市內(nèi)部綠地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,其面積規(guī)模甚至超過(guò)了人工園林綠地。但研究結(jié)果表明,城市遺存自然山體持續(xù)受到城市建設(shè)的干擾,一方面城市擴(kuò)張使原生境破碎化,增加了遺存山體的斑塊數(shù)量和面積,2007—2017年10年間,城市遺存自然山體斑塊數(shù)量與面積同步增加3.5倍,另一方面,入城的自然山體隨時(shí)間推移斑塊數(shù)量、總面積、平均斑塊面積等都在減小,有些自然山體完全消失,表明入城后自然山體仍持續(xù)遭到城市建設(shè)用地的蠶食、侵占,直接造成其斑塊規(guī)模不斷變小,斑塊形狀趨于規(guī)則化,且越來(lái)越多的城市遺存自然山體斑塊完全消失。大量研究表明城市自然或近自然遺存能夠向城市提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[24],尤其在緩解城市熱島效應(yīng)[25-26]和維持城市生物多樣性[27]等方面,然而,城市自然遺存能否長(zhǎng)期提供生態(tài)服務(wù),取決于它們是否有能力維持其自身的穩(wěn)定性[6]。本研究結(jié)果反映出安順市城市遺存自然山體并未受到應(yīng)有的重視和保護(hù),在高度人工環(huán)境中,能否維持其生態(tài)過(guò)程、發(fā)揮其生態(tài)服務(wù)功能優(yōu)勢(shì)亟需進(jìn)一步深入研究。

3.3 “城-山”交互作用明顯

山地城市形態(tài)結(jié)構(gòu)較大程度受自然地形的制約[28],大多數(shù)山地城市周圍的山體是阻礙城市空間擴(kuò)展的主要因素[9],本研究結(jié)果表明在城市遺存自然山體周圍500 m范圍內(nèi)“城-山”交互作用明顯,這反映出黔中喀斯特山地城市空間擴(kuò)展的特殊性。貴州是我國(guó)唯一沒(méi)有平原支撐的山地省份,境內(nèi)92.5%的面積為山地和丘陵[29],基本農(nóng)田資源和適宜開(kāi)發(fā)建設(shè)的城市用地都十分緊張,因此快速城市化背景下的城市擴(kuò)展主要以“向山要地”為主要途徑,而且黔中地區(qū)山體多為峰叢和峰林,因此城市擴(kuò)展反而向山體方向發(fā)展。另外,從安順市中心城區(qū)規(guī)劃區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖(2015) 、安順市城市總體規(guī)劃(2015—2030)等規(guī)劃資料中可以看出其城市擴(kuò)展思路為“東聯(lián)西促”,向東融入貴陽(yáng)1.0小時(shí)經(jīng)濟(jì)圈,向西連接黃果樹(shù)景區(qū)促進(jìn)西部縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?？梢钥闯鲞@種“城-山”交互作用雖然是由人為主導(dǎo)城市規(guī)劃產(chǎn)生的,但從當(dāng)?shù)氐挠玫貤l件和黔中錐狀、塔狀喀斯特峰叢山丘集中連片分布的自然地形背景來(lái)看,這種城市發(fā)展方向也是其必然的選擇。近年來(lái),城市遺存自然山體的生態(tài)服務(wù)價(jià)值越來(lái)越受到重視,尤其在改善城市人居環(huán)境、方便居民親近自然,有益于城市居民的身心健康,因此在城市規(guī)劃中,將用地需求相對(duì)靈活的居住用地布置于城市遺存自然山體周邊也具有一定的合理性。

4 結(jié)論與展望

本研究通過(guò)分析2007—2017年黔中喀斯特山地城市安順市景觀水平和城市遺存自然山體類型水平的景觀格局變化情況,揭示城市擴(kuò)張及其景觀格局對(duì)遺存自然山體的影響,得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)2007—2017年安順市城市擴(kuò)張迅速,建成區(qū)面積擴(kuò)大了3.2倍,城市內(nèi)部景觀整體趨于破碎化,單位面積上的景觀類型單元減少,景觀斑塊豐富度降低,景觀同質(zhì)化現(xiàn)象突出,“城在山間,山在城中”的城市景觀格局特征愈加明顯。

(2)從2007年到2017年,城市遺存自然山體的斑塊數(shù)量和總面積均增加了3.5倍,增速超過(guò)了建成區(qū)面積的擴(kuò)大速度；平均斑塊形狀指數(shù)遞減,斑塊形狀趨于規(guī)則化、簡(jiǎn)單化,山體斑塊空間分布表現(xiàn)為集群分布,但各斑塊間連通性不斷降低。

(3)城-山之間具有明顯的交互作用,一方面為城市建設(shè)對(duì)自然山體持續(xù)侵占破壞,大多數(shù)山體斑塊面積發(fā)生不同程度受損縮減,部分山體更是直接消失,另一方面城市遺存自然山體對(duì)城市建設(shè)及其人工綠化均明顯具有吸引作用,城-山交互作用的有效范圍為山體周邊500 m范圍內(nèi),城市建設(shè)用地占比及其人工園林綠地占比均與山體距離呈顯著負(fù)相關(guān)。

隨著全球城市化的進(jìn)程,至2050年,全球約70%的人口將居住于城市中[30],人類與自然之間的聯(lián)系正在急劇減弱,給人類自身的健康和福祉帶來(lái)負(fù)面影響[31]。城市遺存自然山體不僅成為連接人與自然的重要紐帶,而且能夠向城市提供多種生態(tài)服務(wù)功能,是城市中非常珍貴的生態(tài)資源[6]。作為自然或近自然遺存在城市生態(tài)系統(tǒng)中的作用已引起了廣泛關(guān)注,但由于基礎(chǔ)理論研究滯后且薄弱,其作用和應(yīng)用在當(dāng)前開(kāi)展的城市生態(tài)修復(fù)和城市國(guó)土空間規(guī)劃中還缺乏科學(xué)依據(jù)和理論支撐。如何在城市發(fā)展過(guò)程中避免對(duì)入城自然山體的破壞,能否建立自然山體生態(tài)過(guò)程穩(wěn)定性與空間格局之間的關(guān)系,找到維持山體生態(tài)過(guò)程的最小空間需求閾值,并通過(guò)合理配置城市人工綠地,構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò),增加遺存自然山體之間的景觀連接度,指導(dǎo)城市建設(shè)和山體管理實(shí)踐,這些問(wèn)題值得進(jìn)行更深入的研究和探討。今后計(jì)劃在研究區(qū)深入分析城市景觀格局演變對(duì)殘余自然或近自然生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程影響的生態(tài)效應(yīng),如斑塊面積效應(yīng)、邊緣效應(yīng)、形狀效應(yīng)、廊道效應(yīng)、基質(zhì)效應(yīng)等方面的研究[32],并進(jìn)一步開(kāi)展城市遺存自然山體的生態(tài)過(guò)程及其維持機(jī)理,探討城市遺存自然山體生態(tài)資源保護(hù),以及黔中喀斯特山地城市生態(tài)空間優(yōu)化模式和調(diào)控方法。