北京“三山五园”地区景观格局研究与分析

陈 静，李 娜

(1. 北京联合大学 应用文理学院，北京 100191； 2. 吉林大学 地球科学学院，长春 130061；3. 中国地质大学(北京)，北京 100083)

北京“三山五园”地区景观格局研究与分析

陈 静1，2，李 娜1，3

(1. 北京联合大学 应用文理学院，北京 100191； 2. 吉林大学 地球科学学院，长春 130061；3. 中国地质大学(北京)，北京 100083)

“三山五园”是北京西郊一带皇家行宫苑囿的总称，是从康熙朝至乾隆朝陆续修建起来的，凭借其宏大的规模和卓越的艺术成就，已然成为北京历史文化名城不可或缺的组成部分和重要标识。景观格局分析与研究对建设生态文明、文化中心具有重大意义，同时对促进城市的生活质量和自然环境的协调，丰富与优化城市景观结构以及生物多样性的维护，具有重要的作用。以遥感影像为信息源，利用ArcGIS 10和FRAGSTATS 4.2，从景观生态学角度选取斑块面积、斑块平均面积、斑块密度、分维数、丰富度、优势度、均匀度、斑块数破碎化等指数，分析“三山五园”地区景观的构成、多样性、破碎化和聚集度，探讨其景观格局和特征，得出结论并提出建议，为“三山五园”地区的景观整体保护及布局改善提供参考。

景观格局；景观指数；三山五园；北京

0 引言

景观是人类生活的载体, 区域景观格局的特征会改变区域生态功能特征, 格局与过程是景观生态学研究的核心内容[1]。一个地区的景观格局不仅影响并决定着各种生态过程，也影响并改变着地区的环境效应。在经济迅猛发展，人民生活水平不断提高的今天，景观格局的研究对于丰富景观内涵和改善生活环境质量具有显著作用。“三山五园”以其宏大的规模和卓越的艺术成就，已成为北京历史文化名城不可或缺的组成部分，是“人文北京”的突出体现。其景观格局分析与研究对建设生态文明、文化中心具有重大意义，从更大尺度来看，“三山五园”地区是颐和园等文化遗产的外围缓冲地带，是“绿色北京”的重要组成部分。随着城市规模的急剧增长，位于城市近郊的“三山五园”地区受到极大的冲击。因此，对这个地区的景观变迁及整体保护开展研究刻不容缓。同时，作为海淀区典型的公园绿地系统，“三山五园”地区景观格局的研究对促进城市的生活质量和自然环境的协调，丰富与优化城市景观结构以及生物多样性的维护，具有重要的作用。

目前国内外对“三山五园”研究主要侧重两个方面，一是历史文化旅游景区的保护与规划问题，如阙镇清[2]探讨了“三山五园”在城市化过程中受到的整体格局的破坏和影响；岳升阳[3]提出“三山五园”规划建设必须充分尊重当地的历史文化遗产和自然文化景观，以免带来开发性破坏等观点。另一方面侧重于“三山五园”的历史变迁和价值定位问题，如刘剑[4]等对核心园林鼎盛时的规模、由清代至今景观类型的面积变化以及相互转化情况进行了研究；张宝秀[5]提出三山五园的价值是“五位一体”的，包括文化价值、经济价值、生态价值、政治价值和社会价值等。

总体上，国内外关于“三山五园”景观格局方面的研究成果还不是很丰富，而景观格局方面的研究重点在于以生态学理论为基础，结合实际案例对景观格局空间特征的量度及其指标体系的建立。李贞[6]等比较了广州市8个城区绿地景观的结构特征，提出斑块大、分布均匀的绿地空间结构能更有效地发挥绿地的生态功能；车生泉[7]和孙冰[8]等借助RS、GIS技术分别探讨了城市及绿地景观的布局特征。在绿地景观的空间布局上，魏斌[9]、吴弋[10]等提出将城市绿地景观异质性和景观均一度作为衡量城市绿地空间分布合理性及绿化水平的指标；周延刚[11]等以上海市为例进行了城市绿地系统景观生态综合评价；高峻[12]等通过对上海城市绿地景观格局分析，认为城市绿地景观是通过一系列的景观生态学数量指标加以反映的，研究绿色斑块的数量、覆盖面积、空间分布格局及动态特征等对认识城市绿化景观的总体特征十分重要；孔凡亭[13]等探讨了 RS 和 GIS 技术相结合在湿地景观格局变化监测研究、湿地景观格局指数选取与应用以及自然和人为共同作用的驱动机制问题中的应用；杨瑞卿[14]等探讨了景观格局的数量研究方法，从单个斑块特征分析、单一景观要素的格局分析及景观镶嵌体特征分析等三方面介绍了数量分析方法。周志翔、邵天一、王鹏程[15]等利用破碎化、斑块优势度指数、廊道密度指数等对湖北省宜昌城区的绿地进行了景观格局分析；邬建国[16]认为景观格局的特征应该从3个层次上分析：单个斑块、由单个斑块组成的斑块类型和斑块类型组成的景观镶嵌体；张馨艺[17]研究了景观指数的分类，并介绍了在科学研究中常用的景观指数以及提出了选取景观指数的四个原则。

参照上述景观生态学的格局分析指标和国家土地利用分类标(GBT21010—2007)，根据研究区土地资源利用的实际情况，建立“三山五园”地区土地利用分类系统，将其土地利用类型分为水体、林地、草地、公共、商服、民居用地和其他7个地类；采用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术，目视解译得到“三山五园”地区的景观格局现状；通过“三山五园”地区斑块面积、斑块平均面积、斑块密度、分维数、丰富度、优势度、均匀度、斑块数破碎化指数的计算来分析“三山五园”地区景观的多样性、构成，破碎度和聚集度；最后，探讨“三山五园”地区景观格局特征，并提出相应的结论和建议，为“三山五园”地区的景观整体保护及布局改善提供参考。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域

“三山五园”是北京西郊一带皇家行宫苑囿的总称，是从康熙朝至乾隆朝陆续修建起来的，主要包括香山、玉泉山、万寿山和圆明园、颐和园、静宜园、静明圆、畅春园。“三山五园”是一个历史上形成的地域概念，为有效保护和合理利用“三山五园”这一历史文化旅游区，2011年海淀区和北京市党代会将“三山五园”历史文化旅游区建设确立为“十二五”重点建设工程，明确了其四至范围①参见：北京市城市规划设计研究院．北京城市总体规划(2004 —2020 年)实施评估．内部资料，2011.。“三山五园”历史文化旅游区北部、东北部及东部以京密引水渠和地铁13号线为界，南部以闵庄路和西北四环路为界，西部以海淀区行政区界山脊线为界(图1)。从行政区域角度看，“三山五园”地区主要位于北京市海淀区内，面积约68.5平方公里， 是海淀区内较典型的绿地生态系统。

1.2 数据来源与处理

北京城区街道、地区办事处和乡镇界限根据北京市规划委员会编制的“北京市行政区域界线基础地理底图”进行数字化。结合土地类型分类标准 (GB-2007)，对“三山五园”地区划分出水体、林地、草地、公共、商服、民居用地和其他7个地类(如图2)，建立“三山五园”地区景观格局数据库。地类景观数据获取步骤如下：首先，利用ERDAS8.7软件平台将北京市2010年spot遥感卫星影像(分辨率15 m)和QuickBird卫星影像(分辨率0.61 m)进行数据融合和校正，处理并创建墨卡投影坐标系统(Universal transverse mercator projection UTM)；其次，在ArcGIS 10中行政边界数据配准，参考北京市测绘设计研究院绿地分布图和地形图，采用目视判读解译及实地调查的方法提取出地类景观的地块边界范围，为保证遥感数据精度，本研究选取规模为大于100 m2的景观斑块为研究对象。结合土地利用分类和解译结果，将所得数据转化为栅格数据( 格网分辨率 10 m ×10 m)，应用景观生态软件 FRAGSTATS 4.2，计算相应的景观生态指数，进行景观格局分析，探讨出其景观格局特征，为后续的保护和开发提出建设性意见。

2 景观格局指标

2.1 景观多样性指数

1) 丰富度H(Diversity)

丰富度一般采用Shannon-Weaver公式计算，反映景观元素在结构、功能以及随时间变化方面的多样性，丰富度值越大表示景观多样性程度越高[18]。

，

式中，H为丰富度，Pi是i种景观类型所占面积的比例，n是景观类型数目。

2) 景观优势度指数D(Dominance)

景观优势度指数表示景观多样性对最大景观多样性指数偏离程度，亦即少数几种景观元素类型支配景观的程度[15]。其值越大，表示偏离程度或重要程度越大，其值为 0 时，表示景观完全均质。

，

式中，Hmax=log2n，意为研究区各类景观所占比例相等时，景观拥有的最大多样性指数。

3) 均匀度指数E(Evenness)

均匀度指数描述景观中各景观类型分配的均匀程度[18]，它与优势度指数呈负相关，其主要衡量不同等级斑块在区域中的比例是否协调，其计算公式为

E=H/Hmax，

式中，H为Shannon 多样性指数，Hmax的含义同前。

2.2 景观形态指数

景观形态指数可以通过分维数(FRAC)表示。分维数理论范围为1.0～2.0，FRAC值越大，表明斑块形状越复杂，其值趋近于1，斑块形状越有规律，表明斑块的几何形状越趋近于简单，受干扰程度越大；其值趋近于2.0，则表示在同等面积时，边界复杂，受干扰程度越小[19]。其计算公式为

，

式中，P为斑块周长；A为斑块面积。

2.3 景观破碎化指数

破碎化程度表征景观被分割的破碎程度，反映景观空间结构的复杂性，在一定程度上反映了人类对景观的干扰程度，一般用斑块破碎化指数计算[18]，计算公式为

FN=(NP-1)/Nc。

FN是斑块数破碎化指数；NP是研究区斑块总数目；Nc是研究区总面积除以最小斑块面积。FN取值在 0～1 之间，0 表示景观完全整合，1 表示完全破碎。

2.4 景观聚集度指数

斑块密度指数即单位面积上所有的斑块个数，反映斑块的复杂程度及聚集程度[20]。其计算公式为

Ci=Ni/Ai。

式中，Ni为景观i的斑块数，Ai为景观i的总面积。

3 “三山五园”地区景观格局分析

3.1 景观构成分析

“三山五园”地区景观构成情况及空间分布状况如表1和图3所示，这些指标可以反映“三山五园”地区景观的基本状况。“三山五园”地区总面积为10 697.97 hm2，其中草地总面积为2 287.06 hm2，占总面积的21.38%，林地面积为3 836.55 hm2，占总面积的35.86%。可见，林地和草地构成“三山五园”地区最主要的景观类型。从斑块的数量比较来看，草地>民居>公共>水体>林地>商服。其中，草地主要集中在“三山五园”的西南区域，斑块小，分布不均匀。林地除西南部斑块较大之外，其余的斑块也较小。“三山五园”地区水体的面积为331.35 hm2，仅占3.10%，相对最小，主要分布在颐和园的昆明湖及其周边。民居面积为1 851.06 hm2，占总面积的17.30%，而公共、商服及其他的面积是2 391.96 hm2，占总面积的22.36%。

通过“三山五园”各景观类型斑块平均面积比较表 (表2) 可以看出，“三山五园”地区整体上各景观类型的斑块平均面积大小排列为：林地>公共>其他>民居>商服>草地>水体，而且不同景观类型之间的斑块平均面积大小相差很大，其中斑块平均面积最大的林地是斑块平均面积最小的水体的近13倍，表明区域内景观类型分布差异显著。空间分布上看，“三山五园”中的林地景观主要分布在研究区的西南部，而水体主要分布在东南部，位于颐和园的昆明湖附近，导致景观格局从整体上表现出嵌套性比较差特征，不同景观区域主导性功能差别较大。

Table 1 landscape composition of “Three Hills and Five Gardens” Region

景观类型斑块总面积/hm2斑块数量/NP面积构成/%草地2287.066721.38公共1101.702010.30林地3836.551535.86民居1851.064417.30其他1048.44239.80商服241.8262.26水体331.35163.10

表2 “三山五园”各景观类型斑块平均面积比较表

Table 2 Average Landscape Patch Size of “Three Hills and Five Gardens” Region

景观类型各类型斑块平均面积/hm2草地34.14公共55.08林地255.77民居42.07其他45.58商服40.30水体20.71

3.2 景观多样性分析

根据2.1景观多样性指数计算可知，“三山五园”地区景观斑块的多度密度是0.065，Simpson多样性是0.774 8。斑块的多度密度值和Simpson多样性值都较低，表明“三山五园”地区景观类型较少、丰富度较低。由于景观类型多样性少不利于区域生态环境的稳定和协调，因此，在未来的保护和利用中要加以重视。景观优势度水平一般与丰富度成反比。根据优势度的计算公式可知(表3)，“三山五园”地区景观的优势度为2.745，表明区域内有明显的主导景观。根据“三山五园”地区景观类型统计结果可知，面积比例最大，同时斑块面积最大的景观类型——林地是“三山五园”地区的主导景观类型。总体上，研究区域景观均匀度较小，仅为0.903 9，表明景观类型分布不均匀，不同程度地受到某种类型景观的控制，在未来的规划中，要根据优势景观斑块的大小，合理改善景观的布局，强化均匀度。

表3 “三山五园”地区景观优势度

Table 3 Landscape Dominance of “Three Hills and Five Gardens” Region

多样性Hmax优势度0.0652.812.745

3.3 景观形态分析

分维数反映景观斑块接近于正方形的程度，能直接表现景观形态特征。分维数值(FRAC)的范围在1.0～2.0之间，越接近于1.0，表明形状越是接近于简单的正方形。根据2.2中分维数指标计算结果(表4)可知，“三山五园”地区各类型景观的分维数差异较大，说明斑块的形状复杂程度各不相同。整体斑块分维数值(FRAC)为1.083，表明景观形状总体上相对规则。水体、商服和草地高于1.4，表明部分景观斑块形状复杂程度较高，水体周围有大量的人造景观，如步行街、观景廊等，人为活动痕迹明显。

表4 “三山五园”地区景观分维数

Table 4 Landscape Fractal Dimension of “Three Hills and Five Gardens” Region

类型分维数公共1.17其他1.07商服1.45林地1.24民居1.26水体1.48草地1.43

3．4 景观破碎化分析

景观的破碎化是指由于自然或人文因素的干扰所导致的景观斑块由简单趋向于复杂的过程，即景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体[21]。其中，对景观类型影响最大的是人类的干预，人类的干预不仅影响景观的发育方向，也影响景观的发展结构和特征。

斑块的破碎指数反映的是人类对于景观的干扰程度，干扰程度越大，景观的破碎化程度越严重。根据3.3斑块数破碎化指数(FN)计算结果(表5)可知，除居民地、商服用地空间分布较为零散和破碎之外，草地景观破碎化程度最高。表明草地景观空间分布零散、景观连通性差，受到人类的干扰程度较强。相对而言，林地景观完整性较好，受干预程度最低。

表5 “三山五园”地区景观斑块数破碎化

Table 5 Landscape Fragment Indexes of “Three Hills and Five Gardens” Region

景观类型FN草地0.024林地0.000014水体0.000012商服0.0226其他0.0001民居0.1397公共0.0274

3.5 景观聚集度分析

根据2.4斑块密度指数(Ci)统计结果(表6)可知，水体和草地的斑块密度最大，聚集程度最高。林地斑块密度最小，这与林地的整片分布有着较大的关联，林地分布在“三山五园”的西南部，人类活动影响明显较弱。水体平均斑块面积小、斑块密度大、聚集度高。作为改善生态环境质量和区域小气候的重要因素，在未来规划中应该予以足够重视。

表6 “三山五园”地区景观斑块密度

Table 6 Landscape Patch Density of “Three Hills and Five Gardens” Region

景观类型斑块密度指数Ci/个·hm-2草地0.0327林地0.0052水体0.0513商服0.0144其他0.0191民居0.0211公共0.0196

4 结论与讨论

1) “三山五园”地区景观格局空间分布不均衡，景观类型分布差异显著。主导景观——林地主要分布在研究区的西南部，而水体主要分布在东南部，位于颐和园的昆明湖附近，导致景观格局从整体上表现出嵌套性比较差的特征，不同景观区域主导性功能差别较大。

2) 景观的破碎化程度较严重。除居民地、商服用地空间分布较为零散和破碎之外，破碎化程度最高的是草地，最低是林地。草地主要分布在景区内，受到人为干预程度较强，而林地位于西南部分，人类的参与机会比较小，则受到人类活动的影响相对小。

3) “三山五园”地区各类型景观的分维数差异较大，斑块形状复杂性不同。整体斑块分维数值(FRAC) 接近1，表明景观形状总体上相对规则。而在林地、草地和水体的分维数比较中，水体和草地分维数大于林地，表明水体和草地景观斑块形状复杂程度较高、边界不规则。水体和草地周围有大量的人造景观，如步行街、观景廊等，人为活动痕迹明显。

4) “三山五园”地区景观的多样性比较小，优势度比较大，均匀度较小，说明该地区有明显的主导景观——林地。景观多样性小不利于维持生态园林的平衡和区域景观的稳定协调性，单一景观类型一旦受到破坏，很难恢复，不利于林地的保护和可持续发展。在未来的规划中，要改善景观的多样性，加强对景观的管理和分类，不要随意减少和破坏景观类型。

针对上述“三山五园”地区景观特征及生态问题，提出以下几点建议：

1) 增强主导型景观——林地的利用。林地主要分布在西南部，面积大，斑块完整，利用相对不充分。考虑到平面空间的有限性，可以由平面化向立体化方向发展，如发展西南部山体的垂直景观，这样不仅保证了现有主导景观斑块的完整性，也有利于增强景观整体的生态功能。

2) 改善目前的草地景观结构现状。草地斑块破碎化程度高，边界复杂，可以在未利用地和荒地的开发保护中，适当增加草地开垦和建设，同时在现有零散休闲绿地之间建立绿色廊道，增加斑块之间的联系性，不仅有利于改善“三山五园”地区景观结构，也有利于生物多样性的维护。

3) 减少甚至要避免现有水体的再开发和再利用。研究区内现有水体景观存量小、斑块破碎度高、聚集度高、边界复杂，有明显人为干扰特征。水体作为改善生态环境质量和区域小气候的重要因素，在未来规划中，可适当扩大水域面积，减少周边人造景观的建设。

4) 注意景观类型的均衡利用。 “三山五园”属于城市生态园林，与人类的日常活动息息相关，人类的参与性强。不同类型景观破碎化程度严重和分维数大，表明其已受到人类活动的强制干扰。在未来的规划中，应合理、适当改善景观布局，以增强景观系统的整体功能为目的，采用“重保护，轻开发，减少人为干预”的原则来保护和发展。根据不同景观区主导功能的差异，“因地制宜”发挥最佳效益。

[1] 王根绪,郭晓寅,程国栋.黄河源区景观格局与生态功能的动态变化[J].生态学报,2002,22(10): 1587-1597.

[2] 阙镇清.再失一城——北京西北郊皇家园林集群:三山五园在城市化过程中的没落[J]. 装饰, 2007,175(17): 16-20.

[3] 岳升阳.三山五园历史文化景区的发展与文化遗产保护[J]. 北京联合大学学报：人文社会科学版，2014,12(1): 61-63.

[4] 刘剑,胡立辉,李树华.北京“三山五园”地区景观历史性变迁分析[J].中国园林,2011,2(5): 54-58.

[5] 张宝秀.三山五园的地位与定位[J].北京联合大学学报：人文社会科学版，2014,12(1):65-67.

[6] 李贞,管冬生,王丽容.广州城市绿地系统景观异质性分析[J].应用生态学报,2000，11(1):127-128.

[7] 车生泉,宋永昌.城市绿地景观卫星遥感信息解译——以上海市为例[J].城市环境与城市生态,2001, 14(2):10-12.

[8] 孙冰,粟娟,谢左章,等.广州市城市森林的空间特征与发展研究[J].城市环境与城市生态,1997, 10(2):50-53．

[9] 魏斌,王景旭,张涛.城市绿地生态效果评价方法的改进[J].城市环境与城市生态,1997(4):54-56.

[10] 吴弋,陈小卉.现代城市绿地系统规划特点——以宜兴市宜城城区绿地系统规划为例[J].中国园林,2000,16(3):64-66.

[11] 周延刚,陈云浩,郭达志,等.模糊综合法在城市绿地系统景观生态综合评价中的应用——以上海市为例[J].城市环境与城市生态,1999,12(4):23-25.

[12] 高峻,杨名静,陶康华.上海市绿地景观格局异质性分析[J].中国园林,2000,16(1):53-56.

[13] 孔凡亭,郗敏,李悦,等.基于 RS 和 GIS 技术的湿地景观格局变化研究进展[J].应用生态学报,2013,24(4):941-946.

[14] 杨瑞卿,薛建辉.城市绿地景观格局研究——以徐州市为例[J].人文地理,2006,89(3):14-16.

[15] 周志翔,邵天一,唐万鹏.城市绿地空间格局及其环境效应——以宜昌市中心城区为例[J].生态学,2004,24(2):186-192.

[16] 邬建国.景观生态学——格局、过程、尺度与等级[M].北京：高等教育出版社，2000．

[17] 傅伯杰, 陈利顶,马克明,等.景观生态学原理及应用[M].北京:科学出版社, 2001.

[18] 肖笃宁.景观生态[M].北京：科学出版社,1990：161-165.

[19] 周廷刚, 郭达志. 基于GIS的城市绿地景观空间结构研究——以宁波市为例[J]. 生态学报,2003, 23(5):901-907.

[20] 李哈滨,伍业纲.景观生态学的数量研究方法[M].北京:中国科学技术出版社, 1992：209-233.

[21] 郑淑颖,管东生,马灵芳,等.广州城市绿地斑块的破碎化分析[J].中山大学学报:自然科学版,2000,39(2):109-113.

(责任编辑 李亚青)

Analysis of the Landscape Pattern of “Three Hills and Five Gardens” Region in Beijing

CHEN Jing1，2, LI Na1，3

(1. College of Applied Arts & Science, Beijing Union University, Beijing 100191, China; 2. College of Earth Science,Jilin University, Changchun 130061, China; 3.China University of Geosciences, Beijing 100083,China)

As the general name of royal auxiliary palace in the western suburbs of Beijing area, the “Three Hills and Five Gardens” was gradually built up from Kangxi dynasty to Qianlong dynasty. By right of its grand scale and outstanding artistic achievement, the “Three Hills and Five Gardens” has become not only an indispensable part of Beijing’s historic city, but important symbol. The Landscape pattern analysis and research on the "Three Hills and Five Gardens” has profound significance on construction of ecological civilization and cultural center. Meanwhile it plays an important role in promoting the coordination between city’s life quality and natural environment, and optimizing the structure of urban landscape and enriching biodiversity maintenance. On the basis of RS image information and landscape ecology theory, the paper carried out the research on the patch characteristics, such as average patch area, patch density, fractal dimension, richness and diversity, dominance, evenness, fragmentation by using ArcGIS 10 and FRAGSTATS 4.2. Based on the analysis on the landscape composition, diversity, fragmentation and aggregation, we come to our own conclusions and put forward some proposals in hope to provide reference for the overall protection and landscape arrangement.

Landscape pattern; Landscape index; The “Three Hills and Five Gardens”; Beijing

10.16255/j.cnki.ldxbz.2016.01.007

2015-11-11

陈静，E-mail：chenjing@buu.edu.cn

K 928.701

A

1005- 0310(2016)01- 0026- 07