大都市边缘区土地利用规划对景观格局的影响

2015-10-09慕卫东杨庆媛

湖北农业科学 2015年17期

慕卫东++杨庆媛

摘要：以重庆市两江新区古路镇为例，运用景观生态学原理和方法，以土地利用规划时点（2009年）、中期（2012年）、末期（2020年）3年的土地利用矢量图为基础，从斑块类型水平和景观水平两个层次选取景观格局指数，定量分析土地利用规划对景观格局的影响。结果表明，规划期内耕地面积减少最为明显，比例由46.12%下降到28.96%，城镇村及工矿用地的比例由8.30%增长到26.58%，增加面积最大；研究区城镇村及工矿用地的聚集度不断增加，形状变得规则，优势度增加，而耕地的破碎化程度加剧，平均斑块面积和最大斑块指数均减小；区域整体景观蔓延度下降，景观多样性、均匀度增加，各景观类型较规划前趋于均衡，一种或几种景观占优势的情况减少。大都市边缘区以建设用地扩张为特征的城镇化过程是影响区域景观格局变化的最主要因素，具有生态价值的景观类型优势度下降，因此，在土地开发利用过程中应融入景观设计和生态保护的理念。

关键词：土地利用规划；景观格局；影响；都市边缘区

中图分类号：F301.24 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）17-4199-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.17.023

景观格局是指景观的空间结构特征，即形状和大小不一的景观斑块、廊道在空间上的排列组合，包括景观组成单元的多样性和空间配置[1，2]。景观格局是景观异质性的具体表现，是自然、生物和社会要素之间相互作用的结果[3]。空间格局影响生态学过程，格局与过程又是相互联系的，因此研究景观空间格局可以更好地理解生态学过程。

景观格局变化是人类活动导致的必然结果[4]，近年来景观生态学被广泛地应用于土地利用/覆被变化和环境保护等领域[5-7]，研究中一般采用可以反映景观结构变化的指数分析土地利用对景观格局的影响[8]。土地利用规划是对土地利用、开发、整治、保护等方面的统筹安排，是对一定区域内未来用地的总安排，必将影响区域未来景观生态的变化。由于中国的规划环境影响评价制度执行不久，目前的土地利用规划环境影响研究也刚刚起步，尚未建立科学系统的评价体系[9]。应用景观生态学指标，研究土地利用规划对区域景观格局的影响，是分析宏观生态环境状况的有效手段。

城镇化是经济社会发展的必然过程，在土地利用景观上的表现则是大量农用地转化为城市建设用地的过程[10]。大都市普遍面临耕地保护、城市扩张与生态休闲的三重困境[11]，在大都市边缘区，人类活动对景观格局的影响十分强烈。国内学者对过去时段城市边缘区的景观格局变化进行了研究，得出城市边缘区景观破碎度增加、优势度减少，不同土地利用类型变化呈现不同趋势，农用地分离度增加，形状趋于分散，建设用地聚集度增加，形状变得简单规则[6，10，12]。关于土地利用规划对景观格局的影响，现有的研究认为土地利用规划后景观破碎度减小，斑块形状规则，景观多样性降低[13，14]。不同区域土地利用规划对景观格局的影响呈现不同态势，而国内对都市边缘区的研究较少。因此本文以乡镇为研究对象，分析都市边缘区土地利用规划对景观格局的影响，以反映出都市边缘区的特点，丰富国内相关研究。

重庆市两江新区是中国内陆地区第一个国家级新区，古路镇是重庆市两江新区的工业拓展区，如何协调经济发展和生态环境保护的关系是该镇面临的重要问题。本文应用景观生态学原理，以土地利用规划时点年（2009年）、中期评估年（2012年）、远期目标年（2020年）三期的土地利用图为基础，对古路镇的土地利用景观格局变化进行分析，评价土地利用规划的景观格局效应，探讨该镇未来发展过程中景观生态建设的对策，以期为土地利用规划和环境影响评价提供参考。

1 研究区概况

古路镇位于东经106°39′36″-106°48′6″，北纬29°44′53″-29°54′6″，行政上属重庆市渝北区，是重庆两江新区未来发展的重要区域（图1），渝邻高速纵贯镇域南北。古路镇地处江北向斜丘陵区，地势东南高、西北低。该镇属北亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量充沛；土壤多为紫色土，较肥沃，平均厚度25～150 cm，略偏酸性。2009年，古路镇年末总人口4.4万人，其中城镇人口0.3万人。农作物总播种面积5 744 hm2，全年粮食总产量19 950 t，现价农业总产值14 432万元，农民年人均纯收入5 751元。

古路镇位于渝北区城北近郊工业拓展区，2010年两江新区成立，古路镇被纳入两江新区范围，未来将依托外环立体交通枢纽、保税港区、空港工业园区的发展，打造现代新兴强镇。古路镇土地利用总体规划（2006-2020年）以2005年为规划基期年，2009年为规划时点（采用第二次全国土地调查数据），2012年为规划中期评估时点，2020年为规划远期目标年。

2 数据与方法

数据包括古路镇规划时点2009年土地利用现状图（第二次全国土地调查数据）、规划中期评估年2012年土地利用变更调查图、规划远期目标年2020年土地利用规划图、渝北区统计年鉴、古路镇农经报表等资料。在ArcGIS 9.3软件中，首先将矢量格式的土地利用图转换为栅格格式，栅格大小取20 m×20 m，确保面积较小的斑块不被遗漏。然后利用景观格局分析软件Fragstats 3.3进行土地利用景观格局分析，研究土地利用规划对景观格局的影响。

参照国土资源部《土地利用现状分类》（GB/T 21010-2007），将古路镇土地利用分为以下景观类型：耕地、园地、林地、其他农用地、城镇村及工矿用地、交通用地、水域、未利用地8类[15]。本文将研究土地利用规划对以上8种景观类型的斑块形状、数量及空间配置的影响。景观格局指数可分为斑块水平、斑块类型水平、景观水平三个层次[2]。斑块水平指数对生态学研究意义重大，而对整体景观结构的解释价值较低，本文重点从斑块类型水平和景观水平对景观格局进行分析。景观指数并不是运用越多越能说明问题，部分指数相关性较高，同时采用多个指数（尤其是同一类型的指数）进行比较往往并不能增加新的信息[16]。

综合相关研究，斑块类型水平上本文选取斑块类型面积（CA）、比例（PLAND）、斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）、平均斑块面积（MPS）、散布与并列指数（IJI）、聚合度（AI）等，景观水平上选取蔓延度指数（CONTAG）、景观分离度（DIVISION）、景观形状指数（LSI）、香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（SHEI）等指标[17，18]。斑块类型水平上，斑块类型面积、比例、斑块数量、斑块密度可以直观反映出土地规划对各斑块类型的面积、斑块大小、数目的影响，平均斑块面积、最大斑块指数可以衡量斑块类型的破碎化程度和优势度，景观的聚集程度用聚合度指数来表达，散布与并列指数用于衡量斑块类型之间的混杂程度。景观水平上，蔓延度反映景观里不同斑块类型的团聚程度或延展趋势，景观分离度反映所有斑块分布的离散程度，景观形状指数越小，说明景观中斑块的形状越规则，也可反映出景观聚集度越大；香农多样性指数可以反映景观的异质性，香农均匀度指数用来表示整体景观中各斑块类型分布的均匀程度。景观格局指数的计算方法参考文献[19]和文献[20]。

3 结果与分析

3.1 斑块类型水平上的分析

3.1.1 斑块类型及结构组成古路镇土地利用景观类型及结构变化见表1。从表1可以看出，2009年区域景观类型按照面积比重排序为：耕地（46.12%）>林地（34.68%）>城镇村及工矿用地（8.30%）>园地（6.11%）>水域（2.01%）>交通用地（1.26%）>未利用地（0.80%）>其他农用地（0.72%）。2012年景观类型面积比重排序与2009年相同，而到规划期末2020年，由于耕地面积减少，城镇村及工矿用地面积增加，研究区林地面积最大，占总面积的32.99%，其次为耕地（28.96%）和城镇村及工矿用地（26.58%），其后为园地>交通用地>水域>未利用地>其他农用地。

从表1可以看出，规划期末耕地和城镇村及工矿用地变化剧烈，耕地面积锐减，城镇村及工矿用地面积持续增加，园地、林地面积也呈减少趋势。古路镇属于两江新区先进制造业基地，保税港区和空港工业园区的建设，导致该镇城镇村及工矿用地将增加1 824.12 hm2，占用了大量的耕地面积，且低丘缓坡土地资源的开发也将占用部分的林地和园地。规划期内交通用地面积持续增加，主要原因是江北机场的扩建。水域主要包括水库水面和河流水面，规划期内水域面积没有变化。由于古路镇属于山区丘陵地带，境内有铜锣山等中低山，因此到2020年仍有未利用地未被开发，作为自然保留地保持原有性状不变。

表2显示的是规划期末2020年土地利用类型由规划时点2009年转入的比例。面积增加最多的城镇村及工矿用地，其中56.32%来自耕地，10.72%来自林地，只有0.44%来自未利用地开发；交通用地的增加主要来自城镇村及工矿用地和农用地的转用；农用地面积虽然总体上减少，但是通过农村居民点整理、废弃工矿用地复垦，仍有城镇村及工矿用地复垦为农用地；农用地内部也存在着零星的结构调整。未利用地除少部分开发为建设用地外，其余未发生变化。

3.1.2 各斑块类型的景观特征变化斑块是景观尺度上最小的均质单元，主要通过大小、数量和位置3个指标进行分析和区别[21]。人类的土地利用活动将改变不同斑块类型的位置、大小、形状[22]，进而导致整体景观格局和功能的变化。本文应用景观格局指数，对古路镇规划期内斑块类型水平上的景观特征变化进行分析（表3）。

1）耕地。耕地景观在规划期内是变化较大的景观类型，面积呈持续减少趋势，到2020年减少到2 889.80 hm2，斑块数量、斑块密度先增加后降低，平均斑块面积呈降低趋势。最大斑块指数明显降低，从2012年的13.17骤降到2020年的5.45，周长面积分维数、散布与并列指数、聚合度也略有降低。这些指标的变化说明，在规划期内属于两江新区先进制造业基地的古路镇，由于工业园区、道路交通的开发建设，建设用地将占用大量耕地，导致耕地景观的破碎化程度加重，耕地景观的优势度有所降低，耕地的形状依然比较复杂，分布也比较分散（图2）。耕地景观的变化不利于现代农业的发展以及生物多样性的保护，耕地的生态环境保护功能也将减弱。

2）园地。园地面积在规划期内呈减少趋势。2012年园地面积减少，但斑块数量、斑块密度却略有增加，平均斑块面积减少到1.188 8 hm2，说明2012年园地景观破碎度增加，分布较为分散。到2020年园地面积继续减少，斑块数量、斑块密度也呈减少态势，最大斑块指数由0.28降低到0.21，分维数、散布与并列指数降低的幅度不大。平均斑块面积和聚合度在规划期内先降低后增加，到2020年分别增加到1.253 8 hm2和76.09。总体来说，园地景观格局指数变化幅度不大，到2012年，由于建设占用使得园地的聚集程度小幅度下降；而通过农村土地整治，部分农村居民点转变为园地，到规划期末破碎化、离散程度略有减小，分布较之前相对集中。

3）林地。古路镇地形为低山丘陵，因此区域林地面积较多，在规划期内都是该区域的主要景观类型。规划期内林地面积持续减少，但减少幅度相对较小，面积比例由34.68%降低到32.99%。斑块数量、斑块密度大幅度减少，分维数持续降低，平均斑块面积增加到3.12 hm2，散布与并列指数增加到57.23，聚合度小幅度上升，最大斑块指数变化不大。由于耕地面积大量减少，林地成为区域内面积最大的景观要素，在整体景观中呈优势地位，与其他景观类型的混杂程度也略有提高，且城镇建设占用了部分斑块面积较小的林地，部分农用地调整为林地，农村建设用地复垦也增加了一定的林地面积，使得林地景观破碎化程度有所降低，分布相对集中。

4）其他农用地。研究区内其他农用地主要为设施农用地和坑塘水面，占景观总面积的比例最小，到2020年仅占0.58%。2012年其他农用地面积略有增加，而到规划期末则减少到58.12 hm2，斑块数量、斑块密度持续减低，分维数也由2009年的1.240 8降低到2020年的1.198 2，散布与并列指数、聚合度上升幅度也较大。这些指标变化说明其他农用地破碎化程度降低，聚集程度增加，形状也变得稍微规则，与其他斑块的混杂程度增加。

5）城镇村及工矿用地。由于两江新区的高速发展，城镇村及工矿用地景观是规划期内变化最为剧烈的景观类型，面积急剧增加，其他景观类型的变化主要原因也是建设用地占用导致的。景观类型面积由2009年的828.36 hm2增加到2 652.48 hm2，斑块数量、斑块密度、分维数降低；平均斑块面积由2012年的0.332 7 hm2增加到2020年的2.649 8 hm2，最大斑块指数由0.52增加到9.28，散步与并列指数增加到64.81，聚合度由62.74增加到92.11，各项指数增加幅度均很大。规划期末，城镇村及工矿用地景观优势度显著增加。空港工业园区、保税港区的开发建设以及农村居民点复垦、拆并，使得该景观类型的破碎化程度明显降低，景观聚集程度增加。并且与其他景观类型的混杂程度也明显提高，易对其他景观造成不利影响。

6）交通用地、水域和未利用地。这3种景观类型占总面积的比例均比较小。规划期内，由于江北机场的扩建，导致交通用地景观面积增加，因此除分维数外，其余景观格局指标均呈现增加趋势。机场的扩建使得交通用地景观形状变得规则，因此分维数由1.580 6降低到1.494 7。水域景观类型在规划期内面积没有发生变化，是由于在规划期内将水域作为生态环境安全控制区，对其保护比较重视。未利用地面积减少，主要是开发为工矿用地和交通用地。水域和未利用地两种景观类型的散布与并列指数较其他景观类型高，到2020年分别为68.99和67.47，说明这两种景观与其他景观类型的混杂程度较高，容易受到其他景观类型的影响，因此，在利用过程中应特别保护这两种景观。

3.2 景观水平上的分析

表4反映了规划期内3个时点景观水平上景观格局特征的变化情况。蔓延度越大表明景观中有连通度高的优势斑块类型存在，值小表明景观中存在连通性差的小斑块。规划期内蔓延度指数持续降低，但幅度不大，反映了规划期内景观类型仍然分散，破碎化的现象没有缓解。规划期内景观分离度均比较高，且呈增加态势，同样说明景观分布细化程度高。景观形状指数可以反映景观类型的规则程度，2012年该指数小幅度下降，为44.96，但到2020年，该指数显著降低，减小到35.51，说明景观形状趋于简单规则。这些指标的变化说明未来人类活动对景观的影响较为剧烈，尤其是景观的破碎化和斑块形状的简单化，在短期内自然条件的变化对其影响是微小的[23]。由于建设用地的扩张占用了大量的农用地，使得景观的破碎化程度加剧，整体景观形状变得规则。

香农多样性指数增大，说明景观中各斑块类型呈均衡化分布趋势。香农均匀度指数与优势度呈完全负相关关系[19]，可以反映出景观的优势程度，其值趋近于1时，说明景观内没有明显的优势类型，各斑块在景观中分布均匀。规划期内，香农多样性指数和香农均匀度指数均持续上升，到2020年分别上升到1.48和0.71，反映出各斑块类型在整体景观中呈均衡化趋势，景观异质程度上升，优势度下降。在规划期内，大量的农转非导致耕地和林地的面积急速下降，城镇村及工矿用地和交通用地的面积增加，使得各景观类型的面积比重较规划前均衡，而具有环境调节作用的耕地和林地景观优势度下降。

4 小结与讨论

1）由于城镇化的高速发展，大都市边缘区土地利用规划对景观格局的影响十分剧烈，土地利用规划实施后，建设用地扩张、农村土地整治、工矿用地复垦、未利用地开发等活动改变了景观中各斑块类型的数目、斑块大小、斑块形状及空间配置，对景观格局产生影响。研究区建设用地的快速扩张对景观格局和功能的影响尤为显著，规划后城镇村及工矿用地的聚集度增加到92.11、交通用地的聚集度增加到89.92，形状变得规则，而耕地的聚集度由85.79减小到83.95，呈现破碎趋势，说明规划期内农村土地综合整治对景观格局变化的积极作用未充分发挥出来。因此，应加大农村土地综合整治力度，在经济发展过程中注重城市支持农村、工业反哺农业，促进城乡统筹发展和可持续发展。

2）土地利用规划实施后，研究区景观多样性和均匀度指数均增加，这表明随着古路镇城镇化的发展，城镇村及工矿用地增加，农用地面积减少，城市景观逐步进入以农业景观为基质的区域，导致各景观类型面积比重趋于均衡，景观多样性增加，也反映出原本具有优势的耕地和林地景观在整体景观中的优势度大大减小。所以，在城镇化、工业化发展中应融入景观生态保护的思想，加大对林地、河流、水库等具有生态调节功能的景观进行保护和治理力度，实施生态建设与环境保护工程，提高景观的生态效益。

3）景观指数高度浓缩了景观格局信息，能够反映出景观的结构组成和空间配置。本文以两江新区边缘区域古路镇为例，应用景观指数对比分析了土地利用规划时点、中期、末期的区域景观格局特征，简单而全面地表达了土地利用规划的实施对土地利用景观格局的影响。通过应用景观生态学方法分析土地规划的景观格局效应，既丰富了景观格局的应用范围和研究内容，也可以为土地利用规划的环境影响评估提供借鉴，为未来土地利用活动中景观生态的保护提供指导，为下一轮土地利用规划各景观类型的合理布局和配置提供参考。

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