城市土地利用景观格局演变及驱动力研究进展

徐艳芳　王浩天　李鑫　赵迅　张婷婷

摘要：城市土地利用景观格局的演变反映了人类潜在的活动对城市生态环境的影响，也反映了城市化的发展进程。文章借助CiteSpace研究工具，将2007—2023年在WOS数据库中与城市土地利用景观格局相关的703篇文献作为数据基础进行分析，量化解析出“景观指数”“生态系统服务”“驱动力机制”“城市热岛效应”等研究热点，归纳出三个主要研究方向：一是利用3S技术与景观生态学对景观格局进行量化分析；二是利用多模型对景观格局动态演变进行预测；三是探究不同驱动因素在土地利用景观格局演变中的作用。并提出风景园林学科应深入研究城市景观生态理论与风景园林规划的过程耦合机制，为城市用地结构优化、城市景观规划等工作提供科学依据。

关键词：城市土地利用；景观格局；驱动力；CiteSpace；风景园林

中图分类号：TU984.1 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2023）18-00-03

0 引言

在风景园林规划设计中，人地关系互为依存、互为影响，土地资源作为设计的本底，两者联系紧密。在景观生态学中，景观是地貌、植被、土地利用和人类居住格局的特殊动态结构，其结构和功能随时间而发生变化。其中，城市景观类型可以按照土地利用类型划分为耕地、园地、林地、草地、水域等［1］。景观格局的变化是由多个驱动因素在多尺度时空上共同运作并发生相互作用形成，常见有自然因素和人文因素这两类。研究者利用多种技术模型识别驱动因素并探究其机制，旨在对城市景观格局动态演变趋势进行模拟预测，从而实现对景观格局变化过程的控制。

利用可视化软件CiteSpace对城市土地利用景观格局演变与驱动力的相关研究文献进行梳理、分析和评价，可归纳总结出城市土地利用景观格局的研究视角与手段，将研究成果应用于城市景观生态研究和风景园林规划，能为制定科学、有效的土地利用管理策略提供支持和借鉴。

1 数据处理

1.1 研究方法

选用CiteSpace软件将Web of Science数据库中的相关数据进行格式化转换，绘制各类知识图谱，针对采集的数据进行合作网络、共现网络、共被引分析和突现分析等。时间分片间隔为1年。

1.2 数据来源

以WOS数据库中的核心数据库为数据来源，检索时间为2023年4月6日，检索主题词为TS=（Landscape

pattern of land use） AND TS=（Driving forces），时间跨度为所有年份，共检索到相关文献708篇，包含研究性论文、综述、社评、会议论文和书籍章节这五种类型。筛选出研究性论文、综述与会议论文这三类有效样本共703篇。

2 外部特征分析

分析样本发现，关于土地利用景观格局演变及驱动力的文献最早发表于2007年，随后发文数量逐渐增加，平稳上升至2023年，相关文献总被引次数高达20 394次，研究规模不断扩大。这些文献出自83个国家和地区，其中来自我国的学者及研究机构以415篇的发文量占据第一；发文量前20的研究机构中，中国有12所高校入围，说明其在国内研究中受到关注。从出版物角度分析发现，发表期刊涉及环境科学与工程、生态学、地理学、城乡规划学、风景园林学等眾多学科，学科扩散性良好。

3 文献共被引聚类分析

对一个文献空间数据集合进行文献高被引关系挖掘的过程称为文献共被引分析［2］，此分析可筛选出与多篇文献形成共引关系的文献，进而反映出某个研究领域的论文被引情况和学术共同体。

利用CiteSpace对有效样本进行共被引分析，得到5个聚类，并按照其规模大小编号，最终得到文献共被引图谱。以下选择前三个聚类展开分析。

3.1 #0聚类：驱动力（Driving forces）

城市景观格局变化的驱动因素直接影响土地利用格局形成和演变进程，是城市土地利用景观格局演变研究中的重点。研究者多采用建立回归模型定量确定驱动因素占比，并运用CA-Markov模型模拟未来演变趋势，有研究在对伊朗德黑兰大都市区的郊区扩张研究中应用了上述双模型，对不同驱动因素占比进行了计算和预测模拟。该方法具有应用范围广、数据精度高等优势，但政策等人文驱动因素涉及较少。

我国学者刘小平等在土地利用和土地覆盖变化模拟模型中侧重于自然因素中气候因子的研究，利用系统动力学和元胞自动机在预测期间交互耦合构建出“未来土地利用模拟模型FLUS”，提高了模拟未来土地利用模式的准确度。FLUS模型弥补了驱动因素中对气候因子影响研究的不足，使驱动力机制的研究更全面、更契合实际。

3.2 #1聚类：城市扩张（Urban growth）

城市扩张现在已经成为一个全球性问题，作为一种“不受欢迎”的土地利用模式，城市扩张的负面影响通常更为明显。从城市扩张成为人们关注的焦点以来，学者们已试图从位置、密度、空间格局、土地利用、影响和驱动力等不同维度的特征来定义它。

政策因素对城市化进程中的土地利用景观格局具有显著影响。有学者研究了1995—2005年杭州市城市土地利用景观格局现状与城市规划的不一致性，讨论了关键政策对杭州城市扩张的作用，提出了以“城市蔓延指数”来确定城市蔓延特征的方法。该研究方法在定量研究景观格局的同时，全面定性地描述了城市规划政策对城市扩张的驱动影响。

有学者以上海为例研究，确立了一个多维指数来衡量1990—2010年上海城市蔓延的时空特征。研究发现，21世纪的城市蔓延比20世纪90年代更为严重，而且城市不同地区的蔓延呈现出空间异质性。在量化规划在城市蔓延中的作用的同时，研究采用了基于地理层空间变化分析的地理检测器来评估规划对城市蔓延的影响，并发现规划与城市蔓延密切相关，最后提出了实现更可持续、更紧凑的发展模式所需的未来规划政策。

3.3 #2聚类：土地利用变化（Land-use changes）

土地利用变化是景观格局的表征，研究土地利用变化的本质是对其潜在技术、体制和经济驱动因素的探讨。有研究分析了1996—2016年大不里士都市区的土地利用变化、城市化对景观格局变化的影响，利用普通最小二乘法和地理加权回归法这两种方法，归纳了土地利用变化、城市化和景观格局演变之间的关系，为可持续区域规划提供了科学支持。彭建［3］等研究了1990—2010年深圳市城市生态用地在数量、质量和空间分布上发生的显著变化，揭示出快速城市化进程中城市生态用地的变化特征，为构建城市景观生态安全格局提供了依据。对土地利用变化各种驱动因素（包括突发事件）共同影响过程的研究，可为生态安全格局构建及城市可持续发展规划提供帮助。

4 关键词共现与突现分析

4.1 关键词共现分析

关键词是作者对文献核心内容的提炼，在学科领域中高频出现的关键词常被视为热点研究领域［4］。关键词共现时间线图谱可以直观反映某一研究领域在特定时间的发展状态，从而间接推演出该研究领域的研究热点及发展趋势。

通过对时间线图谱的分析，2007—2012年“城市土地利用、覆盖改变、驱动力、土地利用管理、空间格局”等关键词高频出现，表明该时段是城市土地利用景观格局演变及驱动力研究的繁盛期。这些高频词与后期的研究形成了频繁交接连线，反映出这些关键词依然是后续的研究热点。2012年起，高频关键词中增加了“景观指数、生态系统服务、城市热岛效应、湿地与河流流域、景观格局动态演变”等词，标志着研究进入新活跃时期。

结合共被引文献分析可见，近年来城市土地利用景观格局演变及驱动力研究主要集中在三个方向：一是利用地理遥感信息技术与景观生态学对景观格局进行量化分析；二是获得土地利用变化的驱动因素，并利用多模型对景观格局动态演变进行预测；三是通过土地利用变化数据服务于生态系统测算。

4.2 关键词突现分析

CiteSpace可以通过关键词的时间分布，筛选出频次变化较大的关键词，以总结出研究前沿和发展趋势。通过分析发现，2007—2015年，“GIS、遥感、景观动态、景观格局、景观指数”等关键词突现程度较高，表明当时的研究重点在于如何量化城市土地利用变化格局。2017年之后，“随机森林、城市扩张、地理加权回归、河流流域、城市热岛效应”等关键词相继涌现。其中“随机森林”与“地理加权回归”的研究突现值最高，说明国内外研究者使用现有土地利用数据来推测过去的驱动因素，并利用机器学习等方法训练样本以预测未来的土地利用特征。从2021年至今，“河流流域”与“城市热岛效应”的突现强度均为最高，说明分析城市土地利用格局已逐渐成为多样化研究的基本手段，对其变化本身的研究已趋于成熟。

4.3 基于共现与突现的研究热点分析

4.3.1 景观格局动态演变模型预测

景观格局可以直接表示景观要素的空间分布，景观要素不可避免地会受到人类或自然条件的干扰而产生变化，因此景观格局是以动态形式表现，其动态变化体现了景观的生态过程与功能。土地利用类型及结构的差异性等同于景观格局结构及空间的差异性。运用景观生态学理论和方法，结合RS与GIS的技术手段分析土地利用/覆盖变化、景观格局等方面已成为近年来基本的研究模式。在快速城市化进程中，深入研究土地利用变化特征并预测未来的发展具有重要意义，用多种模型预测土地利用变化的方法被广泛运用于景观格局动态演变过程的研究中。

4.3.2 驱动力研究

快速城市化进程中，土地利用结构和城市景观布局的不合理变化造成了一系列城市病，降低了城市人居环境质量的同时影响城市的可持续发展。系统分析城市中土地利用与景观格局特征变化的驱动力是解决城市病的理论基础，城市景观格局受地理、社会、经济、政策等多重因子的共同制约。前期研究成果中学者们多使用地理加权回归、相关数据分析等传统统计方式确定驱动力，但这些以假设为前提的认知方式影响了驱动力评估的权威性。近年来，基于决策树的集成学习方式突破了传统计算方式的局限，为景观格局演变及驱动力研究提供了新的思维式样，如增强回归树与随机森林等方法被成功运用于对多重因子影响的定量研究中［5］。

4.3.3 生态系统服务

景观生态学的“格局－过程耦合”理论，为生态安全的保护与生态系统的有效管理提供了重要的空间研究范式。针对生态安全研究以生态系统服务为导向及对生态过程的调控研究，研究者提出了“生态安全格局”的概念。构建区域生态安全格局可以保障生态功能充分发挥，实现土地等自然资源及绿色基础设施的合理配置，达到保障生态安全的终极目标。风景园林规划遵循因地制宜的设计理念，需要对场地格局与生态过程有清晰认知，对景观格局内在驱动力机制的研究也是对根源性动态的自然、社会、经济、文化过程的关注［6］。

5 结语

本文利用可视化软件CiteSpace分析了城市土地利用景观格局演变及驱动力研究的相关文献，研究量化解析出“景观指数”“生态系统服务”“驱动力机制”“城市热岛效应”等热点，归纳出利用3S技术与景观生态学对景观格局进行量化分析、利用多模型对景观格局动态演变进行模拟预测、探究不同驱动因素在土地利用景观格局演变中的作用等三个主要研究方向。本研究在城市景观生态理论与风景园林规划的过程耦合机制上还有所不足，需要在充分认识景观指数的自然、人文、社会内涵的基础上，因地制宜地提出解决方案，为城市用地结构优化、城市绿色可持续发展提供科学依据。

参考文献：

［1］ 彭建，王仰麟，张源，等.土地利用分类对景观格局指数的影响［J］.地理学报，2006（2）：157-168.

［2］ 范燕敏，徐艳芳，柳懿真，等.城市公园小气候热舒适性研究进展［J］.建设科技，2021（10）：89-92.

［3］ 彭建.城市生态用地的时空动态和相关驱动力：以中国深圳市为案例研究［J］.国际栖息地，2017（60）：81-90.

［4］ 赵蓉英，许丽敏.文献计量学发展演进与研究前沿的知识图谱探析［J］.中国图书馆学报，2010（36）：60.

［5］ 车通，李成，罗云建.城市扩张过程中建设用地景观格局演变特征及其驱动力［J］.生态学报，2020，40（10）：3283-3294.

［6］ 康世磊，岳邦瑞.风景园林规划中的格局-过程关系理论研究综述［J］.西安建筑科技大学学报（自然科学版），2020，52（1）：139-143.

作者简介：徐艳芳（1979—），女，山东济南人，硕士，副教授，研究方向：风景园林规划设计及其理论、园林建筑设计。

王浩天（1999—），男，河北石家庄人，硕士在读，研究方

向：風景园林规划设计与理论。

李鑫（1972—），女，山东济南人，硕士，副教授，系本文通讯作者，研究方向：风景园林规划设计及理论。

赵迅（1999—），男，贵州毕节人，硕士在读，研究方向：风景园林规划设计与理论。

张婷婷（1997—），女，山东临沂人，硕士在读，研究方向：风景园林规划设计与理论。

基金项目：本论文为2021年度山东省住房和城乡建设厅软科学研究项目“基于3S技术的城市森林碳汇潜力与生态补偿能力研究”成果，项目编号：2021-R2-1