基于秦嶺南麓商洛市景觀格局動(dòng)態(tài)的城市格局優(yōu)化探究

張芊樺 房舒 趙培

商洛學(xué)院城鄉(xiāng)規(guī)劃與建筑工程學(xué)院 陜西 商洛 726000

近年來，我國城市化進(jìn)程迅猛發(fā)展，這對(duì)自然環(huán)境造成了巨大的干擾。人類活動(dòng)的不斷增加改變了城市景觀的分布模式，影響了景觀的連通性和聚集性等因素，對(duì)區(qū)域水土保持、溫度調(diào)節(jié)、固定碳源以及多樣性維持等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響[1-2]。然而，隨著我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，城市綠地面積逐漸擴(kuò)大，分布也趨向均勻，這在降低城市景觀的破碎度和提高連接度方面起到了重要的作用[3-5]。因此，在城市化快速發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙重背景下，研究城市景觀格局的動(dòng)態(tài)變化對(duì)于制定城市發(fā)展策略和優(yōu)化景觀格局具有重要意義。

秦嶺地區(qū)作為我國南北氣候的分界線和重要的生態(tài)屏障，其生態(tài)環(huán)境的保護(hù)勢在必行[6]。商洛市作為秦嶺南麓的典型代表城市，其大部分面積被山水所覆蓋，享有良好的生態(tài)環(huán)境。然而，商洛市也存在局部生態(tài)破壞和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增加的問題[7]。盡管城市化建設(shè)、人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了一定成就，但商洛市的生態(tài)安全問題依然堪憂[8]。

因此，我們選擇商洛市作為研究區(qū)域，運(yùn)用景觀格局指數(shù)法對(duì)近20年來商洛市的景觀級(jí)別和斑塊類型級(jí)別的景觀格局動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究。這項(xiàng)研究旨在為秦嶺山地城市的可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)安全保障提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。通過分析商洛市景觀格局的變化情況，我們可以為制定城市發(fā)展策略和優(yōu)化景觀格局提供科學(xué)依據(jù)。

在研究中，我們將收集大量的相關(guān)數(shù)據(jù)，并使用景觀格局指數(shù)法對(duì)商洛市的景觀格局進(jìn)行評(píng)估。該方法可以通過計(jì)算各種景觀指標(biāo)，如斑塊面積、邊緣長度、形狀復(fù)雜度等，來揭示景觀的空間特征和時(shí)空變化趨勢。通過比較不同時(shí)間段的景觀格局指數(shù)，我們可以了解商洛市景觀格局的動(dòng)態(tài)變化，并進(jìn)一步分析其原因。

這項(xiàng)研究的結(jié)果將有助于我們深入了解商洛市近年來的城市景觀演變情況，揭示城市化對(duì)景觀格局的影響程度，并為秦嶺山地城市的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。希望通過這項(xiàng)研究能夠引起政府和公眾對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，促進(jìn)城市發(fā)展策略的制定，并推動(dòng)優(yōu)化商洛市的景觀格局，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

1 研究方法

為了研究商洛市近20年來的景觀格局變化動(dòng)態(tài)，我們進(jìn)行了以下步驟。首先，我們下載了商洛市2000年至2020年的五期夏季Landsat遙感影像，并在ENVI5.3軟件中對(duì)影像進(jìn)行了預(yù)處理和增強(qiáng)處理。然后，我們運(yùn)用非監(jiān)督ISODATA分類方法對(duì)影像進(jìn)行了土地利用類型的劃分，將商洛市的土地利用分為了6類，并確保分類的總精度大于90%。

在景觀級(jí)別上，我們選擇了8個(gè)景觀格局指數(shù)來描述商洛市的景觀特征。這些指數(shù)包括最大斑塊指數(shù)（LPI）、周長面積分維指數(shù)（PAFRAC）、斑塊密度（PD）、分離度指數(shù)（SPLIT）、散布與并列指數(shù)（IJI）、聚集指數(shù)（AI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）和香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）。而在斑塊類型級(jí)別上，我們選擇了6個(gè)景觀格局指數(shù)，包括最大斑塊指數(shù)（LPI）、斑塊所占景觀面積的比例（PLAND）、周長面積分維指數(shù)（PAFRAC）、斑塊密度（PD）、斑塊數(shù)目（NP）和聚集指數(shù)（AI）。通過計(jì)算這些景觀指數(shù)，我們可以了解商洛市景觀格局的動(dòng)態(tài)變化。

在計(jì)算景觀指數(shù)時(shí)，我們選擇了最優(yōu)粒度為90米，并借助FRAGSTATS軟件對(duì)2000年至2020年商洛市的景觀格局指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過分析這些指數(shù)的變化趨勢，我們可以揭示商洛市近20年來景觀格局的動(dòng)態(tài)變化情況。這將為商洛市未來的城市發(fā)展提供重要的方向和科學(xué)依據(jù)。

通過這項(xiàng)研究，我們希望能夠深入了解商洛市近年來的景觀變化情況，并為城市規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)參考。這將有助于制定合理的城市發(fā)展策略，促進(jìn)商洛市的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)保護(hù)和改善其景觀格局，以實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀級(jí)別景觀格局變化

2000-2020年商洛市的LPI指數(shù)都小于10，表明商洛市不存在優(yōu)勢度較大的斑塊，整個(gè)區(qū)域斑塊較為破碎；2000-2010年LPI指數(shù)有變小的趨勢，2010-2015幾乎無變化，而2020年又有所上升，但整體來說2020年相比于2000年斑塊的破碎程度增加了18%。PAFRAC能反映斑塊形狀復(fù)雜性，2000-2020年商洛市的PAFRAC都在1.56-1.57之間，整體景觀形狀復(fù)雜程度處于中等水平；2000-2020年間變化不大，其中2005景觀形狀最復(fù)雜，2015年最簡單。2000-2020年商洛市的PD在0.52左右，斑塊密度變化不大，均勻程度較好；變化趨勢與PAFRAC正好相反，2005年均勻程度最差，2015年均勻程度最好；2000-2020年整體斑塊密度提高了1%。SPLIT表示景觀的細(xì)化程度，2000-2020年商洛市的SPLIT指數(shù)相對(duì)較高，景觀細(xì)化度較高；2020年景觀的整體細(xì)化程度比2000年增加了25%，其中2005-2015年期間增加的幅度最大，增加了38%。IJI表示景觀的聚集程度，商洛市的指數(shù)IJI指數(shù)在2000-2020年屬于中等偏低，在44.71-45.43之間；2000-2020之間斑塊之間的聚集程度增加了2%，但是2015年到2020年聚集程度有輕微的下降。AI表示斑塊的聚合程度，即斑塊間通用共同邊界的情況，2000-2020年商洛市的AI指數(shù)值都高于81，斑塊聚合程度較高；2000-2020之間聚合度有波動(dòng)下降的趨勢，說明斑塊之間的連接性減弱。2000-2020年商洛市的LSI指數(shù)在147.41-149.19之間，表明商洛市景觀整體發(fā)育程度較為成熟；2000-2020年景觀的發(fā)育程度整體提高了1%，但是在2010-2015年有所下降。2000-2020年商洛市的SHEI景觀豐富水平一般；變化不大，整體處于一個(gè)豐富度增加的過程，但是2015-2020年有所下降。

從景觀級(jí)別的景觀指數(shù)變化來看，2000-2020年期間，商洛市景觀較為破碎，景觀形狀、聚集度、處于中等水平，聚合度較高。2000-2020年商洛市景觀破碎化程度、細(xì)化程度、聚集程度，發(fā)育程度、豐富程度增加，聚合程度減弱，但是在2015年后有逆向變化的趨勢。

2.2 斑塊類型水平景觀格局

總體來看，不同斑塊類型的景觀格局指數(shù)差異較大。商洛市草地斑塊的面積、數(shù)量、密度都最大，且2000-2020年比例有小幅度的增加；但是草地斑塊的形狀有變得規(guī)則的趨勢，同時(shí)斑塊的破碎程度增加，聚合性減弱。林地斑塊的面積、數(shù)量、密度都略小于草地；2000-2020年雖然面積有輕微上升，但是斑塊的數(shù)量、密度都有所減??；形狀更為復(fù)雜，破碎化程度輕微增加；聚合程度都有輕微減弱。耕地是商洛市面積、數(shù)量和密度第三大的斑塊；2000-2020耕地斑塊面積減少，數(shù)量增加，形狀更為規(guī)則，破碎程度增加，聚合度減弱。居民地在商洛市所占面積比例不大；2000-2020年居民地面積增加，但是數(shù)量和密度明顯減少，面積較小的居民用地逐漸集中聚集甚至合并；形狀變得更為復(fù)雜；破碎化程度明顯減弱。水域斑塊所占面積比例不大，2000-2020年有面積增大、數(shù)量增多、密度增大、破碎化程度減弱，形狀更為復(fù)雜，聚合度增加的趨勢。未利用地面積比例不足0.50%，2000-2020變化不明顯。

3 結(jié)論與討論

商洛市地處山區(qū)，植被覆蓋度高，景觀破碎度高，聚合度較高[9]。一區(qū)六縣均位于我國南水北調(diào)中線工程水源地生態(tài)保護(hù)規(guī)劃區(qū)內(nèi)[10]，土地利用以草地和林地為主，具備良好的資源環(huán)境和生態(tài)文明建設(shè)水平。同時(shí)土地開發(fā)投資、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和土地利用程度在陜西省10個(gè)地市中雖均表現(xiàn)為最低[11]，城市景觀格局動(dòng)態(tài)主要受自然景觀的變化主導(dǎo)和影響。

商洛市是全國生態(tài)環(huán)境建設(shè)重點(diǎn)試點(diǎn)示范區(qū)，上世紀(jì)90年代實(shí)施了“天然林保護(hù)工程”和“退耕還草還林”兩大治理工程后，生態(tài)環(huán)境變化穩(wěn)定。1990-2009年隨著政策的導(dǎo)向，林地景觀面積增大，商洛市呈現(xiàn)出景觀分離度逐漸降低，聚集度逐漸升高的趨勢[12]。本文的研究表明2000-2020雖然這種趨勢還在繼續(xù)延伸，但退耕還林、封山育林等生態(tài)建設(shè)工程建設(shè)的成果逐漸趨于穩(wěn)定，草地林地面積變化不大，景觀動(dòng)態(tài)變化受自然景觀的變化影響逐漸削弱。同時(shí)隨著2000-2020商洛市城市化的推進(jìn)，商洛市居民地面積增加迅速，數(shù)量逐漸減少，形成一定的區(qū)域規(guī)模，增加了商洛市景觀的連通性，而城市建設(shè)過程中人工綠地斑塊的增大、也有利用城市景觀破碎度降低，但由于居民地所占面積比例較少，商洛市整體的破碎化程度仍在增高。另外城市化的進(jìn)一步發(fā)展和推進(jìn)，也引起了耕地面積不斷減少且破碎化程度顯著增加的現(xiàn)象。此外商洛市礦產(chǎn)資源豐富，礦產(chǎn)資源的開發(fā)會(huì)導(dǎo)致斑塊的數(shù)量增大，景觀破碎性程度增加，近年來隨著商洛市對(duì)礦區(qū)，尤其是按開采的治理，商洛市景觀破碎化增加的程度有所減緩[13]。

商洛市是南水北調(diào)中線工程重要的水源地，2003年12月，南水北調(diào)中線工程開工。2006年3月開始實(shí)施《陜西省漢江、丹江流域水污染防治條例》，對(duì)水污染進(jìn)行治理，2007年、2012年分別實(shí)施丹江口庫區(qū)及上游水土保持治理Ⅰ期工程和II期工程進(jìn)行水污染防治、生態(tài)清潔小流域建設(shè)、梯田建設(shè)、退耕還林等工作，2014年12月，南水北調(diào)中線工程正式通水后，商洛市繼續(xù)展開水源地生態(tài)文明建設(shè)。因此在2000-2020年期間，水域斑塊的面積、數(shù)量、密度都有所增加，同時(shí)破碎化程度減弱，連通性、聚合度增加。

可以看出，近20年來隨著商洛市生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展逐步穩(wěn)定和城市化建設(shè)的大力推薦，商洛市景觀格局動(dòng)態(tài)受自然景觀的影響程度變?nèi)?，但由于自然景觀所占面積比例較大，仍是商洛市景觀格局動(dòng)態(tài)變化的主要主導(dǎo)因素。2021年商洛市入選“2021年國家級(jí)全域森林康養(yǎng)試點(diǎn)建設(shè)市”，2023年3月商洛市成為全國首個(gè)被授予“美麗中國深呼吸”之都的地級(jí)城市。未來，商洛市城市發(fā)展的定位為依托“22℃商洛”帶來的氣候環(huán)境優(yōu)勢，打造中國康養(yǎng)之都。因此基于商洛市景觀格局動(dòng)態(tài)和城市未來發(fā)展的定位，未來商洛市需在不破壞自然環(huán)境，穩(wěn)固生態(tài)文明建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，加快城市化發(fā)展建設(shè)和進(jìn)程。