生态建设背景下林地变化对景观格局的影响与适应性设计研究

毕晓叶

(北京市大兴区林业工作站，北京 100026)

1 引言

北京经历了快速的城市发展时期，城市空间格局发生了很大变化。与此同时，国家对于生态文明建设的重视程度也到达了前所未有的高度。为了合理利用平原地区特有的种植条件，加快推进造林绿化，建设大规模、大尺度的城市森林，北京市开展了大规模的平原造林工程。截至2018年底，大兴区的造林面积就达到了25万亩。大量新增的林地、绿地提升了城市生态效益，也对原有景观格局有一定程度影响。研究林地的增加对景观格局带来的影响有助于对新增的林地效益进行空间上的分析和评价，从而为后续生态文明的建设提供参考。

2 研究区概况

大兴区位于北京市南部，全境属永定河冲积平原，地势自西向东南缓倾，境内景观类型较为单一，过去几十年建设用地和耕地一直是占据主导优势的景观类型，随着近些年生态环境的建设力度的加大，林地的面积增速显著。大兴区内共有6条主要河道，分别是永定河、凉水河、天堂河、大龙河、小龙河和新凤河(凤碱河)，但随着地下水位的降低和水资源的缺乏，大兴区境内的河流多处于干涸状态。

3 研究数据与方法

3.1 数据来源

本研究以北京市大兴区边界为研究范围，选取质量较优质的，分辨率为30 m的美国陆地资源卫星LandsatTM影像(2010、2018两年)为基础数据，以2010年和2018年的北京市土地利用现状图、大兴区林业工作站调研生成的不同时期林地、湿地数据图为辅助数据。

景观类型的划分以国家级土地一级分类标准为基础，将研究区域的景观划分为耕地、林地、公共绿地、水域、建设用地5种景观类型。在ArcGIS软件的支持下采用人工目视判读方法对遥感影像进行解译，并结合北京市土地利用现状图和北京市大兴区林业工作站调研生成的不同时期林地、湿地数据图分别对两个时期景观数据进行修正，生成两个时间段的景观类型分布图。景观类型分布图如图1所示。

图1 大兴区不同时期景观类型分布图

3.2 研究方法

分析区域景观格局对于研究区域景观的生态功能变化情况具有重要意义。在景观格局研究中，以国内外目前广泛使用的景观指数应用最为广泛。本研究将2010年及2018年的景观类型分布图转化为30 m×30 m的栅格图像，利用FRAGSTATS软件从斑块类型和景观水平两个方面对大兴区景观空间格局指数进行分析。

在斑块类型分析上，本文从斑块规模和景观异质性两个角度进行分析。其中，斑块规模分析选取斑块类型面积(CA)、斑块百分比(PLAND)、最大斑块指数(LPI)3个指标。其中斑块类型面积反应研究时间段内大兴区各类土地利用类型的变化和转移情况；斑块百分比表示了各景观类型占整个景观面积百分比的变化情况，反映了景观的优势程度；最大斑块指数表示最大斑块占景观面积比例，反映了大兴区景观的优势景观类型及其变化趋势。景观异质性分析选取斑块密度(PD)、景观边缘密度(ED)、斑块凝聚度(COHESION)、聚集指数(AI)4个指标。其中斑块密度表示单位面积的景观斑块数量，它的数值代表整体斑块的分化程度，反映景观的破碎程度，指数越大，破碎程度越高。景观边缘密度指单位面积上某景观要素斑块与其相邻异质斑块之间的边缘长度。边缘长度值越大，景观被边界割裂的程度越高，景观破碎化程度越大，反之则景观保存完好连通性较高。斑块凝聚度反映了斑块类型的物理连接度；聚集指数反映了斑块、景观的空间聚集度和连接程度，指数越大，则聚集连接程度越大。

在景观水平分析上选取平均斑块密度(PD)、最大斑块指数(LPI)、景观形状指数(LSI)、蔓延度指数(CONTAG)、香农多样性指数(SHDI)、作为分析特征。其中景观形状指数可以显示出斑块的聚散程度，指数越大，斑块的离散程度越高；蔓延度指数反映的是斑块间的聚集程度，指数越高，斑块间的离散程度越低；香农多样性是景观多样性指标，反映了景观的丰富程度和复杂程度，SHDI值的增加表示斑块类型越丰富，均衡度越高。

4 研究结果与分析

4.1 景观斑块类型水平空间格局变化分析

4.1.1 基于斑块规模的景观格局指数分析

斑块类型面积(CA)斑块百分比(PLAND)和最大斑块指数(LPI)可以很好地表现景观斑块的规模及变化动态。从表1中可以看出，2010～2018年间大兴区各类土地利用类型均出现了较大的变化和转移情况。其中林地和城市绿地的面积增幅较大，水域也有一定程度的增加，而耕地类型的面积则大幅减少，建设用地面积整体上变化不大。相应地，在研究时段内，林地、城市绿地在大兴区景观中的占比在不断提高，耕地和建设用地的占比在不断降低。

表1 基于斑块规模的2010～2018年景观格局指数

从最大斑块占景观面积比例可以看出，2010年耕地和建设用地在大兴区整体景观中占据主导优势，而在2018年景观优势度减弱，相反，林地、城市绿地和水域的优势度则大幅增加。说明近些林地和城市绿地的建设成为城市发展的主要方向。

4.1.2 基于景观异质性的景观格局指数分析

从斑块密度和景观边缘密度可以看出，研究时段内各景观类型的斑块密度和景观边缘度指数均有所上升。从斑块凝聚度指数和聚集指数方面来看，耕地和建设用地的凝聚度和聚集度指数均有所下降，水域、林地和城市绿地斑块的凝聚度有所提升，其中水域、城市绿地的聚集指数有所提升。说明近些年来随着城市建设和发展，虽然不同景观类型的面积和数量有不同程度的增减，但整体分化程度在进一步的增加，景观斑块的破碎程度较之前也有变高的趋势，景观连通性降低。但在空间分布上，水域、林地和城市绿地斑块则有向集中发展的趋势(表2)。

表2 基于景观异质性的2010～2018年景观格局指数

4.2 景观水平的空间格局变化分析

景观水平的空间格局变化如表3所示，2010～2018年间，大兴区景观斑块密度整体有所增加，最大斑块指数降低，说明大兴区整体景观的破碎化程度有所上升。景观形状指数增加，蔓延度指数降低，香农多样性指数增加，说明了随着时间变化，大兴区景观斑块类型的多样性更高，景观内组分分布更加均匀。

表3 大兴区2010～2018年景观格局指数

4.3 小结

研究结果表明，大兴区林地的增加景观格局的影响作用明显。增长的林地和绿地面积一方面提高了绿色空间的景观格局优势度，另一方面也因其斑块数量较多、不连续的特点，导致域景观破碎程度增加。在空间分布上，水域、林地和城市绿地斑块的分布上有向集中发展的趋势，这为后续的绿化建设中提升景观的连续性提供了较好基础条件。

5 适应性设计策略探索

5.1 规划选址兼顾景观连通性

在城市生态建设中，景观的连通性一直备受关注，因为景观的连通性代表了各斑块之间物种间流动的便利程度，是保护生物多样性和维持生态系统稳定的关键因素之一。大兴区的景观格局分析显示，在近几年的开发建设过程中，林地和城市绿地的建设成为大兴区的主要建设方向，林地和城市绿地的斑块数量增加，整体面积增加，进一步加强了城市生态功能建设。与此同时，增加的林地和城市绿地斑块割裂了以往占据主导优势的建设用地和耕地，出现了景观破碎度较高的现象。因此，在未来林地和城市绿地规划选址中，应考虑现有的景观斑块特性，兼顾景观的连通性。

5.2 加强绿色廊道的建设力度

绿色廊道是城市关键的景观结构要素，它的的线性特征可以将离散的景观斑块进行连通，实现生态物质、能量和信息的交换，从而达到保护生物多样性的作用。除此之外，绿色廊道还具有过滤污染物、防止水土流失、防风固沙等生态功能。因此，在城市绿化建设过程中，可加强绿色廊道的建设力度，通过绿色廊道提高中小型斑块间的连接作用，从而提升景观的连通性，进一步保护生物多样性和维持城市生态系统稳定。

5.3 加强林地植物配置及多样性保护

进行各类林地植物多样性研究和林地结构配置的细化是发挥林地生态作用与维持城市生态系统平衡的关键。因此，应加强林地植物的多样性研究，根据林地的立地条件和实际情况，选择合适的植物和树种进行种植，同时结合林地植被的生长特点对林地空间种植结构进行科学的规划设计。从而达到优化城市生态网络、保护生物多样性、恢复景观格局和提升城市景观品质的目的。

6 结论与讨论

近年来林地的变化对大兴区的景观格局影响较大，针对改善生态环境的增绿举措，在建设过程中不仅要关注绿色空间的增长量，还要关注其保护生物多样性、实现生态物质、能量和信息的交换的重要作用。因此，在后续的绿化建设中，应从选址和设计上进行深入研究，从而进一步加强绿色空间的生态作用，维持城市生态系统健康稳定。