城市景观格局研究综述

罗雯，曹福祥

（湖南农业大学风景园林与艺术设计学院，湖南长沙 410128）

国家GDP 快速增长而导致的快速城市化背景下，城市扩展是城市化的主要表现形式，根据中科院发布的城市扩展遥感数据库：至2020 年中国75 座典型城市面积在50 年间扩大了7.46 倍。城市作为人类主要居住环境，一般来说，城市景观往往具有以下几个特点：人口密度大、建成结构复杂，被人为改变的气候和空气条件，以及受人类活动影响的城市生态系统。在城市迅速扩展的背景下，由于城市规划的不合理以及人类活动对城市生态景观的干扰，对人类赖以生存的城市生活环境造成了巨大困扰，而城市景观格局研究通过定量分析城市景观格局演变过程，能够更加清晰、理性地看待城市面临的各种生态问题。

1 城市景观格局研究方法

根据景观生态学观点，城市是由住宅、商务、绿地、工业、河流、街道等各种斑块、廊道、基质镶嵌而成，是满足人类生活、生产和生态需求的人工景观生态系统[1]。由于城市人口密度大，并且受经济社会文化各方面的影响，使得城市生态系统比其他自然生态系统更加复杂，需要使用多种研究方法对其进行综合分析。

1.1 景观类型划分

量化分析景观类型的结构，首先需要分类景观[2]。预处理获取的多时相遥感影像，再根据景观分类系统在ENVI、Arcgis 等环境下操作获得景观分类图。景观分类系统通常是研究者根据研究目的、研究区特点，结合选取合适的土地利用分类标准进行制定，一般选取研究区所在地区的土地分类标准、《土地利用现状分类》（GB/T 21010-2007）或者是其他特定地域的分类标准。

1.2 景观格局指数分析

在景观分类图基础上，需要定量化分析不同时期的景观格局，景观格局指数法是最常用的一种定量化研究方法，通过选取具有不同生态学含义的景观格局指数以达到把控整体景观格局变化特征。景观指数分为3 个级别：斑块、类型、景观级别。类型级别指标反映景观中不同斑块类型各自的景观特征；景观级别指标则是描述整体景观结构；斑块级别指标反映了微观尺度的景观特征，也是另两个级别指标的基础，在景观格局研究中通常不会使用。根据研究目的和内容选取景观格局指数后在Fragstats 软件包中快速计算所选景观指数。

1.3 景观类型转移矩阵

景观类型转移矩阵也是对景观格局演变定量化研究的一种形式，不仅能够对比不同时期各景观类型的面积，还能得到不同时期不同景观类型之间的流向，以此分析出研究区景观类型转移特征。制作景观类型转移矩阵的方式有很多，其中常用的是在ENVI、ArcGIS 或者ERDAS 环境下操作，不同软件环境下需要的文件格式可能不同，需要对其进行转换。

2 基于不同地域类型的城市景观格局

2.1 人工景观

人工景观主要是指大城市，如中国上海、杭州等这类经济发展快速、城市化水平较高的典型城市，这类景观具有人为干扰力度大、生态系统复杂等特点。由于景观格局在短时间内并不能发生明显改变，国内学者通常对人工景观进行长时序研究。研究者郝亮[3]通过景观格局指数法和景观格局转移矩阵，分析了上海市2000-2017 年景观格局变化，结果表明，耕地显著减少，耕地景观在人为干预下趋于破碎化分布，建设用地大幅度增加，并且趋于集中分布。整体景观趋于破碎化分布。田鹏等[4]分析1995-2015 年杭州市景观格局得出，建设用地剧增、耕地大幅度减少，并且建设用地的增长大部分是由耕地景观转化而来。王波等[5]分析银川市得出，1980-2018 年研究地建设用地大幅度增长，且在人为操控下建设用地连接度变高，景观破碎化降低，城市发展趋于合理化，生态环境变好。根据文献整理发现，人工景观格局演变结果一般表现为建设用地的增多和非建设用地的减少，这也符合城市化进程背景。国外对人工景观的研究近年来较少，主要集中于对一些生态区、区域景观的研究。

2.2 自然景观

城市中的自然景观主要包括流域和生态区。在国内外对自然景观的研究主要集中于湿地和森林景观，这两者是人类活动与自然生态系统交互作用最为频繁的城市空间[6]，具有丰富的生物多样性和复杂的生态系统结构，也是我国需要重点保护的地域之一。因此，对其研究很有必要。国内学者韩腾腾等[7]通过研究武汉市2000-2016 年的湿地景观格局变化与驱动力因素，结果表明，其天然湿地面积呈先减少后增加，总体面积呈增加趋势，景观破碎度降低。而人工湿地与天然湿地则相反；基于此，武汉市湿地景观整体破碎度增加，景观类型分布趋向不规则发展。杨苗等[8]研究1980-2017 年白洋淀区域景观格局，结果表明，滩地景观优势度最大，形状也最为复杂，景观尺度的破碎度增加。罗紫薇等[9]分析湖南金童山片区森林景观，从自然因素和人为作用两个方面分别分析了景观级别和景观类型级别驱动景观格局演变的影响因子。结果表明，在自然和人为的双重作用下导致牧草地、耕地等景观类型发生转变。森林景观的演变过程是各类影响因子共同作用的结果。整体上，研究区景观格局的演变以自然因素影响为主。

国外学者通过非监督分类方法分类湿地景观，分析研究了景观水平上的研究区栖息地破碎化，研究表明，内陆湿地不如人工湿地的破碎化程度高，研究区中灌木为主的湿地最为破碎。以此结果帮助实现研究区湿地资源的生态保护和生态恢复。印度学者M Mandal 等[10]评估了1985-2015 年印度西孟加拉Jhargram 区森林景观格局，研究结果表明，区域内虽然只有少量非林地转化为林地景观，但森林覆盖度大幅提高，不仅增强了斑块之间的连通性，提高了生物多样性，还改善了研究区生态服务系统。

在自然景观研究中，常以景观格局研究为基础探索更多不同层次的生态环境问题，如英国学者对研究区附近的鸟类计数，评估研究区的景观结构、生态环境对鸟类群落的影响。美国研究者Mckinney RA 等[11]通过调查美国东北部城市和农村湿地及附近高地的繁殖鸟类群落，对比鸟类利用城市高地和城市湿地情况，发现城市湿地景观被鸟类的利用率更高，在城市湿地景观中，生物多样性更加丰富，以此为保护城市湿地提供了支撑依据。

2.3 中小型景观

中小型景观和上述人工景观的区别主要是尺度的不同，研究者们一般是对小型市域景观、县域景观以及区域景观进行研究。国内学者王婉颖[12]基于城市化背景下分析了临沂市中心城区景观格局变化，研究结果表明，1994-2019 年研究区建设用地增加剧烈，增速呈先增加后减缓模式，建设用地是研究区的优势斑块，耕地和林地面积大幅度减少，并且在人类活动干扰下，景观呈破碎化趋势发展。基于对城市生态问题的考虑和关注，2014-2019 年临沂市注重城市生态环境的建设，扭转了前期的快速城市化导致的建设用地剧烈增加的趋势。黄孟勤等[13]构建了人类活动强度与景观格局耦合模型，探讨三峡库区腹地奉节县的人地作用关系。

综合上述景观格局演变特征，总结出城市景观格局演变在城市化进程背景下，为满足人类居住需求，主要表现为建设用地早期的剧烈增加，后期出于对生态环境建设的重视，建设用地增速变缓；建设用地的转变主要由其他非建设用地，特别是耕地景观转换而来，所以在城市景观格局建设中，耕地景观普遍呈现减少趋势；一般情况下，耕地和建设用地是城市景观格局中的主要优势斑块，所以这两类景观的变化幅度也比其他景观类型表现得更加剧烈；在人为影响和自然因素的双重作用下，城市景观格局趋于破碎化发展。

3 基于不同研究内容的城市景观格局

在城市景观格局的研究中，结合多种不同内容形式，根据整理归纳文献，主要研究内容包括以下几类：驱动机制分析、景观格局动态模拟研究、生态系统服务等。

3.1 景观格局驱动机制分析

驱动机制分析是景观格局研究的基础分析，以此找出解决研究区景观格局存在问题的根本方法。目前，多集中从社会经济因素及自然因素进行统计分析景观格局的驱动力机制，国内学者王明[14]分别从农田变化、建设用地变化和绿地变化3 个角度，基于GIS-Logistic 耦合模型分析潍坊市辖区景观格局驱动机制，分析得出，农田用地的主要影响因素是坡度、农业机械总动力、农村居民人均纯收入、距道路距离；影响建设用地的主要驱动因素是人为因素；坡向、城镇人口比例、距河流距离、距道路、铁路距离是绿地景观变化的主要影响因素。

3.2 景观格局动态模拟研究

动态模拟景观格局能在更大时间和空间尺度上把控景观格局变化，达到预测研究区未来景观格局的效果。常用的景观动态模型有Markov 模型、CA 模型、CLUE 模型、FLUS 模型等，国内外学者们常以CA 模型和Markov 模型的结合，即CA-Markov 模型模拟景观格局动态，它结合了CA 模型的较强空间计算能力和Markov 模型的研究时间演变能力，并且操作难易程度适当。国内学者陈佳楠等[15]通过CA-Markov 模型模拟预测2021 年宁乡市森林景观格局构成，研究结果表明，研究区耕地增加，主要由乔、灌木林地转化而来，乔木林地的增多由部分其他林地转化而来；说明在这段时间内，为响应保护城市生态环境号召，在不断提高保护耕地的力度，也在不断推进造林绿化工作。国外学者基于CA-Markov 模型[8]对研究地区景观格局时空变化，模型揭示了研究区2018-2030 年间水域持续增加、植被和裸地都将持续减少，预示沿海自然环境被人为肆意破坏，应立即制定综合规划管理，该研究实现了指导规划管理的制定。随着分析过去景观格局变化，未来景观格局变化的预测也将会达到快速发展的模式，能够清晰识别人类对城市生态环境的干预，基于此，人类能提早实现预调控城市景观格局。

3.3 景观格局与生态系统服务

生物多样性下降和生态系统服务功能退化，是当今社会面临的主要环境危机之一。生态系统服务被定义为人类从生态系统中直接或间接获得利益，生态系统服务与人类之间存在相互作用关系。一方面，人类为了发展经济，努力提高生产水平会对生态系统造成消极影响；另一方面，人类对美好生活的向往和对可持续发展目标的追求，需要保护和恢复生态系统及其服务功能。量化生态系统服务能够使人们看清楚生态系统为人类创造的巨大福祉，价值评估生态服务系统能够有效促使人们保护生物多样性和响应可持续发展。国内学者杨婉清等[16]运用SPAM、InVEST 等模型分别评估了1980-2018 年北京市粮食供给、水质净化、气体调节等生态服务功能，并探索了景观格局演变对生态系统服务功能的影响。根据研究结果，能够为通过优化景观格局提升生态系统服务提供理论依据。徐烨等[17]通过构建“压力——状态——响应”模型生态健康评价雄安城市湿地，结果表明，研究地生态健康综合指数偏低，处于不健康状态，需及时调控，以达到保护生态系统服务功能需求。国外学者通过综合评估景观格局和生态系统服务，以此量化研究区的生态系统健康状况。景观格局与生态系统服务的耦合促成了人们对生态环境的认识，并以此保护和修复生态系统。

景观格局的研究是一个经久不衰的课题，因为它贴合人类最关心的生态环境问题，人类可以从中探索城市景观演变的特征、预测城市未来景观格局发展模式进行生态系统安全评估以及促进生态系统服务功能。以此解决城市面临的各种生态环境问题，让人类、其他生物的生存环境变得更加美好。

4 结语

目前，在城市景观格局研究中，主要集中于对典型大城市的研究，而中小型景观的研究比较空缺。中小型景观由于规模小、经济发展较慢、数据资料获取受限等问题，在往后研究中以期能为中小型景观提供规划建设依据。综上所述，城市景观格局主要在社会经济因素作用下趋于景观破碎化发展，各生态系统之间的连接度降低，影响了城市生态系统内部的物质流动和能量平衡，长此以往城市生态环境会变得更加恶劣。人类活动是影响景观格局的主要因素，需要尽早调控城市景观，以达到区域可持续发展、保护生物多样性、加强生态安全建设的目的。