城市化水平與都市農業景觀生態質量的關系
——以西安市南郊為例

李夢桃，周忠學，王明，韓曄

（陜西師范大學旅游與環境學院，陜西 西安 710119）

城市化水平與都市農業景觀生態質量的關系
——以西安市南郊為例

李夢桃，周忠學*，王明，韓曄

（陜西師范大學旅游與環境學院，陜西 西安 710119）

都市農業景觀受城市化作用日益顯著，揭示城市化水平對都市農業景觀生態質量的影響規律對科學規劃都市農業用地、協調城市化與都市農業發展具有指導意義。本文以西安市南郊為例，運用RS、GIS技術和FRAGSTATS軟件、GWR模型，通過測評城市化水平、都市農業景觀生態質量及其相關關系，分析了城市化對都市農業景觀生態質量的影響。結果表明：①2013年西安市的經濟發展水平、社會發展水平、居民生活質量及生態環境投資情況以及綜合城市化水平在空間上均表現出從主城區向遠郊區降低的遞減格局。②城市化導致區域都市農業景觀生態質量總體下降，都市農業景觀生態質量由城市核心區向外圍鄉村地域上升，表現出與城市化空間格局相反的空間梯度變化特征，二者呈顯著的負相關。③城市化對都市農業景觀的占用、分割破碎以及對景觀格局與過程的巨大干擾，使得都市農業景觀的抗干擾能力與穩定程度降低，導致景觀生態質量下降。城市化水平與都市農業景觀干擾程度呈顯著正相關，與都市農業穩定程度呈顯著負相關。

城市化水平；都市農業景觀；景觀生態質量；景觀；西安市

李夢桃， 周忠學， 王明， 韓曄. 城市化水平與都市農業景觀生態質量的關系——以西安市南郊為例［J］. 農業現代化研究，2016， 37（5）: 863-870.

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景觀生態質量是指景觀尺度生態系統維持自身結構與功能穩定性的能力，景觀生態系統的穩定性主要取決于景觀生態系統受干擾程度和穩定程度［1-2］。近年來，城市化的快速推進對區域景觀生態質量產生了顯著的負面影響，因而也逐漸成為當前景觀生態學的一個研究熱點［3-4］。國內主要從土地利用及其變化、城市化等角度對區域景觀生態質量進行測評、評估研究［5］。如孟偉等［5］從土地利用角度對黃河源區、深圳城市景觀生態質量進行綜合評估，徐嘉興等［6］研究土地復墾對礦區景觀生態狀況的影響，表明土地復墾工程對礦區生態環境起到了一定的改善作用，但由于城市化的快速發展，部分區域生態環境質量仍在下降。安靜［7］以南京仙林新市區為例對城市化進程中的區域景觀生態質量進行測評。國外主要集中在對農業景觀演變的研究［8-9］，Tian等［8］進行的城市化過程中綠地景觀生態評價研究，結果均表明人類對地區生態環境的干擾使生態景觀不斷發生變化且部分地區景觀生態質量呈下降趨勢。McKenzie等［9］進行的北愛爾蘭農業景觀演變研究，表明北愛爾蘭農村建筑在1998年和2007年之間增加了30.43%，當前土地利用規劃政策和實踐不能充分保護綠地棲息地。景觀生態質量的研究內容趨向綜合化發展方向，且集中于城市綠地系統、濕地系統、礦區以及整個區域景觀等方面的研究。綜上，目前國內外的研究僅集中于單方面對景觀生態質量的評價，有些研究提到了城市化，但并未把城市化相關指標與其做相關分析，更未出現城市化水平與都市農業景觀生態質量相關關系的研究。本文選取城市化的相關指標，并運用GWR模型揭示了城市化水平對都市農業景觀生態質量的空間關系，對科學規劃都市農業用地、協調城市化與都市農業發展具有指導意義。

都市農業景觀主要指城區、郊區及其延伸區域內包括的耕地、林地、園地、草地、水域等多種景觀鑲嵌體，作為城市景觀的組成部分，是受城市化過程影響最為深刻的景觀生態系統［10-11］。隨著城市化進程的加快，都市農業景觀結構和格局發生巨大改變，尤其是建筑和道路等景觀面積的不斷擴張導致都市農業景觀類型面積急劇減少，景觀破碎化程度加大，生物多樣性降低，同時，加劇水質污染及土壤退化［12-13］，影響區域都市農業景觀生態系統的穩定性，威脅到區域都市農業的可持續發展。因此，開展城市化對都市農業景觀生態質量影響研究，探討城市化對都市農業景觀生態質量的影響機制與規律，對合理保護和利用土地資源、協調城市化與都市農業發展、充分發揮都市農業景觀生態系統功能具有重要作用。但目前對城市化過程中都市農業景觀生態系統的變化關注較少，本文選擇西安市南郊的城鄉過渡帶為樣區，從鄉鎮尺度研究城市化與都市農業景觀生態質量的空間格局及其相互關系，實證分析城市化對都市農業景觀生態質量的作用程度及規律，這對快速城市化區域的都市農業發展規劃及都市農業景觀生態安全及可持續發展研究等具有一定的理論意義。

1　研究區概況

近十年來，西安城市化對農業景觀產生很大影響，西安市南部郊區近年來基礎設施逐漸完善，商貿旅游度假區、高科技產業園、大學城以及住宅區等大規模開發建設，土地利用結構發生了顯著變化進而對都市農業景觀生態質量產生了巨大沖擊，因此選取南部郊區為樣區研究城市化水平與都市農業景觀生態質量的關系具有代表性和典型性。研究區位于關中平原中部，北到西安市南二環路，南至秦嶺北麓，東到浐河與藍田縣為界，西至新河及灃河上游以西與戶縣相鄰，行政上隸屬西安市長安區和雁塔區，包括雁塔區8個鄉鎮街辦、長安區16個鄉鎮街辦的全部及其余9個鄉鎮街辦的北部平原地區，總面積1 739 km2（圖1）。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫13.3 ℃，年平均降水量660 mm。2013年總人口185.77萬人，GDP產值1 307.90億元。

圖1　研究區域Fig. 1　Study area

該區地形從東南向西北傾斜，南部秦嶺山區有森林覆蓋，且地勢較高，北部地勢高差小，平均海拔約450 m，主要以渭河平原、黃土臺塬為主，是重要的糧食、蔬菜、水果生產區及養殖區，都市農業發展迅速，2013年區域第一產業生產總值36.46億元，農林牧漁及服務業總產值54.09億元。近年來，受到西安市城市經濟的輻射作用，區內商貿旅游度假區、高科技產業園、基礎設施、大學城以及住宅區等大規模建設，2013年建設用地面積達352.68 km2，非農業人口92.18萬人，城市化水平迅速提高到49.62%。目前，在城市化過程中景觀逐漸從農村景觀轉變為城市景觀，土地利用發生巨大變化，耕地、林地、草地等面積不斷減少，據統計，農業用地面積從2000年的1 554.53 km2降至2013年的1 375.60 km2，年減少速度為0.89%。城鎮擴張及交通設施建設對農田景觀生態切割破碎嚴重，工農業發展導致本區水體與土壤污染、耕地與水資源壓力加劇等問題突出，對農業景觀生態系統格局、過程及其生態質量產生巨大負面沖擊，因此，以本區為樣區研究城市化對都市農業景觀生態質量的影響具有一定的典型性。

2　研究方法與數據來源

2.1城市化水平測評方法

以鄉鎮、街道辦為單元，運用綜合指標法進行城市化水平測評。依據綜合性、主導性、可操作性、數據可獲得性以及指標的代表性原則從經濟發展水平、社會發展水平、居民生活質量和生態環境投資4個方面遴選出12個指標構建城市化水平測度指標體系，選取城市化水平測度指標時不僅考慮到了各個功能的內涵，由于涉及的指標較多，數據的可獲取性是一個非常重要的問題［14-15］。首先，通過層次分析和專家咨詢法確定各指標權重（表1）；其次，按照極差標準化法對原始數據進行標準化處理；最后，依據加權平均法計算綜合城市化水平指數，用以測度西安市南郊各鄉鎮、街道辦的城市化水平［16-17］。

表1　城市化水平測度指標體系及權重Table 1　Evaluation indexes of new urbanization levels and their weights

2.2都市農業景觀生態質量測評方法

景觀生態質量主要取決于兩方面因素，一是人類對景觀結構的干擾，二是景觀生態系統維持穩定性的程度。相關研究表明：景觀多樣性降低、景觀破碎化程度加大、土地損毀等與景觀生態系統的破壞程度呈較大的正相關［18-20］；草地、林地等生態用地能提高景觀基質的穩定性［9］。因此，本文根據都市農業景觀格局、土地利用、植被景觀類型現狀，從生態系統的景觀穩定與干擾程度兩個方面構建都市農業景觀生態質量評價指標體系，指標權重采用層次分析法確定（表2）。

測評中所選取的景觀破碎度指數、斑塊密度、景觀分離度指數應用FRAGSTATS4.1軟件，基于土地利用數據進行計算，并在對原始數據進行標準化處理的基礎上，采用綜合評價模型測度都市農業景觀生態質量，計算過程如下。

式中：LEQI為都市農業景觀生態質量指數，LSI、LDI分別為都市農業景觀生態系統穩定度指數及干擾度指數，wi、di是干擾度各指標權重及標準化指標值，wj、dj是穩定程度各指標的權重及標準化指標值，n為評價指標總個數。若LEQI〈1，表明都市農業景觀生態質量較低，景觀生態系統處于不穩定狀態，且LEQI值越小，生態環境越差，當都市農業景觀生態系統的穩定程度是干擾程度的0.5倍時，認為景觀生態系統處于極不穩定狀態；若1≤LEQI〈2，表明都市農業景觀生態質量較高，景觀生態系統處于較穩定狀態，且LEQI值越大，都市農業景觀生態質量越高，越穩定；若LEQI≥2，表明都市農業景觀生態系統的穩定程度是干擾程度的2倍，認為都市農業景觀生態質量處于穩定狀態［1，9］。

表2　都市農業景觀生態質量評價指標體系Table 2　Evaluation indexes of ecological quality of urban agricultural landscape

2.3數據來源

城市化水平測算數據主要來自2014年《雁塔區統計年鑒》、《雁塔區經濟統計年鑒》、《長安區統計年鑒》、《長安區經濟統計年鑒》。由于文中采用的以鄉鎮為基本單位的研究單元，以往的有關城市化統計數據未統計到鄉鎮單位，所以只選取2013年一年為研究時段。都市農業景觀生態質量的測評數據主要采用由2013年西安市南郊的TM遙感影像（http:/earthexplorer.usgs.gov/）解譯的精度為30 m×30 m的土地利用圖，植被類型圖（陜西省地圖集）、DEM數據和2013年西安市土地利用現狀圖數據資料并結合野外調研，在ERDAS9.0中解譯得到西安市南郊土地利用圖（圖2）。

3　結果與分析

3.1城市化水平測評與都市農業景觀生態質量評價

圖2　2013年西安市南郊土地利用圖Fig. 2　Land use in the Southern suburbs of Xi’an City in 2013

3.1.1城市化水平測評 西安市南郊研究區城市化率2013年為49.62%，地跨西安建成區與南部鄉村，景觀由北向南逐漸從城市景觀過渡為鄉村景觀，各鄉鎮街道辦城市化水平空間分異明顯（圖3）。城市化高水平區主要以靠近主城區的小寨、長延堡等5個街辦為主，城市化水平均高于0.6，位于西安市建成區南部，農用地比例小、人口密度高、商貿發達；低水平區則主要以王莽、楊莊、引鎮等13個靠近南部秦嶺山區的鄉鎮為主，城市化水平均低于0.2，屬以點狀城鎮發展為主的鄉村地域；處于新開發的城市帶或西安市擴展的外緣地帶，如曲江、韋曲及王寺、斗門等15個鎮街辦城市化水平指數介于0.6到0.2，屬中等城市化水平，該區域各類住宅區、開發區、大學城等建設用地相對成片或成帶且輻射延伸于鄉村地域，人口密度較高，商貿服務及教育等水平較高。總體上，無論從經濟發展水平、社會發展水平、居民生活質量、生態環境投資還是城市化水平來看，西安市南郊城市化表現出從主城區向遠郊區梯度遞減的空間格局。

圖3　2013年西安市南郊各鄉鎮街道辦城市化水平Fig. 3　New urbanization levels of towns， townships and districts in the Southern suburbs of Xi’an City in 2013

3.1.2都市農業景觀生態質量評價 根據測算方法計算出都市農業景觀生態質量指數，并參考相關文獻［1，9］將都市農業景觀生態質量劃分為4個等級，利用ARCGIS10.1軟件生成2013年都市農業景觀生態狀況分級圖（圖4），統計出各景觀生態質量等級的面積及比例（表3）。

圖4　都市農業景觀生態質量分級圖Fig. 4　Zoning map of ecological quality of urban agricultural landscape

表3　2013年都市農業景觀生態質量分級面積及比例Table 3　Area and percentage in ecological quality classifying zone of urban agricultural landscape in 2013

2013年的都市農業景觀生態質量指數變化介于0.144 2-10.944 1，其中，LEQI≥1的有21個鄉鎮，面積為124 945.11 hm2，主要分布在秦嶺山區及其北麓的沖擊洪積扇、黃土臺塬等遠郊地區，該區城市化水平普遍較低，自然林地分布較廣，植被覆蓋度、高功能組分景觀多度指數以及土地利用結構指數均較高，有利于景觀生態系統維持自身穩定性，景觀生態質量較高；其余12個鎮街道辦LEQI〈1，面積為12 614.13 hm2，主要分布在城鎮用地及其延伸的近郊地區，城市化水平高，都市農業景觀的破碎度指數、斑塊密度以及景觀分離度指數均大于遠郊地區，都市農業景觀受到的干擾性較強，景觀生態系統呈現不穩定狀況，景觀生態質量低，表明城市化的快速發展導致的土地利用變化對都市農業的生態環境影響較大。

3.2城市化水平與都市農業景觀生態質量的關系

研究中以各鄉鎮街道辦對應的2013年城市化水平指數和都市農業景觀生態質量指數為樣本數據，通過GWR模型分析了城市化水平對都市農業景觀生態質量及對其穩定、干擾影響程度的空間差異性（圖5）。

城市化水平與都市農業景觀生態質量具有負相關關系（圖5a），城市化水平與都市農業景觀的穩定程度亦成負相關關系（圖5b），回歸系數整體呈現出由近郊向遠郊圈層遞減的趨勢，這與城市化水平的空間分布趨勢大體相同，即隨著城市化水平的提高，都市農業景觀生態質量下降、穩定性降低。而城市化水平與都市農業景觀的干擾程度成正相關關系（圖5c），即城市化水平越高都市農業景觀受到人類的干擾程度越大，回歸系數越大。

無論是穩定程度、干擾程度還是綜合都市農業景觀生態質量，雁塔區的小寨、大雁塔、電子城等城市化水平高的街道辦回歸系數都最高，分別在-0.404 8到-0.310 5、125.119 4到125.146 8、-0.042 4到-0.023 5之間，城市化對都市農業景觀質量影響大，原因是該地區人口密集，交通、工商、人類活動頻繁、文教商業發達，耕地、林地、草地、水體等隨著人口的激增及相應人類生活、生產用地規模的迅速擴大而快速減少。該地區都市農業用地比例僅占11.30%，以城市綠地為主，景觀種類構成單一，高功能組分景觀多度、植被覆蓋度指數均小于0.08，土地利用結構指數小于0.2，都市農業景觀的穩定程度較差；同時，該區都市農業景觀嵌塊在城市化過程中逐漸變小，都市農業景觀破碎度指數均大于0.15，破碎化程度較高，植被的生產力及生物多樣性降低，從而導致其改善氣候及凈化環境的能力下降，小面積的農田、林地，因物種單一、食物鏈簡單，缺乏一定數量的頂部動物控制害蟲的爆發性增長，也可能造成嚴重的災害性損失［21］，使都市農業嵌塊體的結構及功能更加脆弱。此外，都市農業景觀聯系通道由于人工景觀的擴張、壓迫而受到削弱甚至阻斷，使都市農業景觀的通達性變低，分離度變大，城市化高水平區域的分離度較大，易阻礙生態系統間物質和能量的交換及交流，并影響小氣候，綜合起來看人類對都市農業景觀的干擾程度較大。可見城市化對都市農業景觀的占用以及景觀格局與過程形成巨大干擾，使得都市農業景觀的穩定程度降低，導致景觀生態質量大幅下降；隨著離中心城區距離的增加，城市化水平逐漸降低，回歸系數也逐漸減小，都市農業景觀質量受城市化的影響愈來愈小，回歸系數最小的地區則主要以東大、五臺、引鎮等7個靠近南部秦嶺山區的鄉鎮為主。隨著城市化水平、城市化發展速度的降低，人類活動強度降低、人工景觀變少，都市農業景觀的破碎度指數降低，而且都市農業景觀的通達性增強、分離度變小，生態系統間物質和能量的交換受阻礙程度變小，使得都市農業景觀的穩定程度增強；同時人類對都市農業景觀的干擾程度降低，景觀的覆蓋度指數、高功能組分的景觀多度愈大、景觀種類的構成愈復雜，景觀生態質量下降較少。因此景觀生態質量、穩定程度、干擾程度回歸系數隨著城市化水平的降低而減小。

圖5　城市化水平對都市農業景觀生態質量、穩定程度、干擾程度影響的空間差異性Fig. 5　Spatial differentiation of the impacts of the new urbanization to the ecological quality， the stability degree， and the interference degree of urban agriculture

總體上，城市化對都市農業景觀生態質量的影響在空間變化上表現較深刻，對都市農業景觀的占用、分割破碎以及對景觀格局與過程的巨大干擾，使都市農業景觀的穩定程度降低；人口和工商的聚集，不僅增加了相應行業用地需求，也使得各種生產、生活資源及能源大量消耗，以及生產、生活廢棄物堆積及污水的排放，導致都市農業景觀污染加大，使生態系統服務功能變差。

4　結論與討論

4.1結論

1）2013年西安市的經濟發展水平、社會發展水平、居民生活質量及生態環境投資情況以及綜合城市化水平在空間上均表現出從主城區向遠郊區降低的遞減格局。

2）城市化導致區域都市農業景觀生態質量總體下降，空間上表現出與城市化格局相反的空間變化趨勢，即距離西安主城區愈遠，都市農業景觀生態質量愈高；綜合城市化水平與都市農業景觀生態質量呈顯著負相關。在空間上，城市化水平的差異決定了都市農業景觀生態質量下降程度的空間格局分布。

3）城市化對都市農業景觀的占用、分割破碎以及對景觀格局與過程的巨大干擾，使得都市農業景觀的穩定程度降低，導致景觀生態質量下降。城市化與都市農業景觀干擾程度呈顯著正相關，與都市農業穩定程度呈顯著負相關。

4.2討論

本文分析了城市化對都市農業景觀生態質量的作用程度及規律，這對該區域都市農業景觀生態安全及可持續發展研究等具有一定的理論意義，也對該區域的都市農業發展規劃及城鎮發展規劃具有較強的實踐指導意義。對于區域內城鎮的發展及都市農業的發展要有合理的規劃，要避免城市建設的無序蔓延，減少對都市農業景觀的過度破壞，保證其穩定性、通達性。在此過程中要保證一定數量的大斑塊都市農業景觀存在，減少景觀的破碎程度；對城市化水平低的地區無序小路進行合理規劃，增加農業景觀的通達性，減小分離度。但值得注意的是，都市農業景觀生態質量評價不僅包含現狀的描述，也要反映出區域農業生態環境的可持續性，應建立更綜合的評價指標體系進行測算，文章僅從景觀生態學與土地利用兩個視角出發選取可操作性較強的指標進行評價，因此需要加強都市農業景觀生態質量評價指標體系的構建研究，在此基礎上，深入探討城市化對都市農業景觀生態系統的作用機制，是進一步研究的方向。

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（責任編輯：王育花）

Impact of urbanization on ecological quality of urban agricultural landscape: A case study in the Southern suburbs of Xi’an City

LI Meng-tao， ZHOU Zhong-xue， WANG Ming， HAN Ye
（College of Tourism and Environment， Shaanxi Normal University， Xi’an， Shaanxi 710119， China）

There are increasingly significant impacts of urbanization on urban agricultural landscape. Identifying the changes occurring in the ecological quality of urban agricultural landscape during the process of urbanization is critical to the strategic planning for the usage of urban agricultural land and to the adjustment and optimization of the balanced development between urbanization and urban agricultural landscape. Based on the RS and GIS methods and applying the GWR model， this paper conducted an experimental study on the impacts of urbanization on the ecological quality of urban agricultural landscape after analyzing the level of urbanization， ecological quality of urban agricultural landscape and interrelations between them in the Southern suburbs of Xi’an City. Results showed that: 1） the level of economic development， the level of social development， the quality of life， the ecological environment， and the level of new urbanization of Xi’an City in space had an obvious gradient descending pattern from the inner urban area to the outer suburbs and rural area in 2013； 2） urbanization has led to generally the decrease in the ecological quality of urban agricultural landscape. From the inner urban area to the suburban and rural area， the level of ecological quality of urban agricultural landscape gradually increased in space， and the spatial pattern of urbanization showing the opposite trend. There was a strongly negative correlation between the urbanization level and the ecological quality of urban agricultural landscape； and 3） urban agricultural landscape was occupied， fragmentized and polluted during the process of urbanization， and a lot of changes occurred in landscape pattern and its process. These changes resulted in the decrease of the ecology quality of urban agriculture landscape， which further weakened the capacity of anti-interference and the stability of urban agricultural landscape ecosystem. There was a strongly positive correlation between the urbanization level and the anti-interference degree of urban agricultural landscape， and a strongly negative correlation between the urbanization level and the stability degree of urban agricultural landscape.

urbanization level； urban agricultural landscape； landscape ecological quality； landscape； Xi’an City

National Natural Science Foundation of China （41271550）； Humanities and Social Sciences Project of Ministry of Education in the West and the Frontier Areas （12XJC790003）.

ZHOU Zhong-xue， E-mail: zhouzhx@snnu.edu.cn.

1 December， 2015；Accepted 8 April， 2016

F299.27； P901

A

1000-0275（2016）05-0863-08

10.13872/j.1000-0275.2016.0098

國家自然科學基金項目（41271550）；教育部人文社會科學研究西部和邊疆地區項目（12XJC790003）。

李夢桃（1992-），女，河北衡水人，碩士研究生，主要研究區域開發與城鄉發展，E-mail：1310976851@qq.com；通訊作者：周忠學（1972-），男，甘肅崇信人，博士、副教授，主要從事區域經濟發展、資源環境評價等研究，E-mail：zhouzhx@snnu.edu.cn。

2015-12-01，接受日期：2016-04-08