基于秦嶺南麓商洛市景觀格局動態的城市格局優化探究

張芊樺 房舒 趙培

商洛學院城鄉規劃與建筑工程學院 陜西 商洛 726000

近年來，我國城市化進程迅猛發展，這對自然環境造成了巨大的干擾。人類活動的不斷增加改變了城市景觀的分布模式，影響了景觀的連通性和聚集性等因素，對區域水土保持、溫度調節、固定碳源以及多樣性維持等生態系統服務功能產生了深遠的影響[1-2]。然而，隨著我國生態環境保護和生態文明建設的推進，城市綠地面積逐漸擴大，分布也趨向均勻，這在降低城市景觀的破碎度和提高連接度方面起到了重要的作用[3-5]。因此，在城市化快速發展和生態環境保護雙重背景下，研究城市景觀格局的動態變化對于制定城市發展策略和優化景觀格局具有重要意義。

秦嶺地區作為我國南北氣候的分界線和重要的生態屏障，其生態環境的保護勢在必行[6]。商洛市作為秦嶺南麓的典型代表城市，其大部分面積被山水所覆蓋，享有良好的生態環境。然而，商洛市也存在局部生態破壞和環境風險增加的問題[7]。盡管城市化建設、人口增長和經濟發展取得了一定成就，但商洛市的生態安全問題依然堪憂[8]。

因此，我們選擇商洛市作為研究區域，運用景觀格局指數法對近20年來商洛市的景觀級別和斑塊類型級別的景觀格局動態進行研究。這項研究旨在為秦嶺山地城市的可持續發展以及生態安全保障提供科學的數據支持。通過分析商洛市景觀格局的變化情況，我們可以為制定城市發展策略和優化景觀格局提供科學依據。

在研究中，我們將收集大量的相關數據，并使用景觀格局指數法對商洛市的景觀格局進行評估。該方法可以通過計算各種景觀指標，如斑塊面積、邊緣長度、形狀復雜度等，來揭示景觀的空間特征和時空變化趨勢。通過比較不同時間段的景觀格局指數，我們可以了解商洛市景觀格局的動態變化，并進一步分析其原因。

這項研究的結果將有助于我們深入了解商洛市近年來的城市景觀演變情況，揭示城市化對景觀格局的影響程度，并為秦嶺山地城市的可持續發展提供科學依據。希望通過這項研究能夠引起政府和公眾對生態環境保護的重視，促進城市發展策略的制定，并推動優化商洛市的景觀格局，以實現生態安全與可持續發展的目標。

1 研究方法

為了研究商洛市近20年來的景觀格局變化動態，我們進行了以下步驟。首先，我們下載了商洛市2000年至2020年的五期夏季Landsat遙感影像，并在ENVI5.3軟件中對影像進行了預處理和增強處理。然后，我們運用非監督ISODATA分類方法對影像進行了土地利用類型的劃分，將商洛市的土地利用分為了6類，并確保分類的總精度大于90%。

在景觀級別上，我們選擇了8個景觀格局指數來描述商洛市的景觀特征。這些指數包括最大斑塊指數（LPI）、周長面積分維指數（PAFRAC）、斑塊密度（PD）、分離度指數（SPLIT）、散布與并列指數（IJI）、聚集指數（AI）、景觀形狀指數（LSI）和香農均勻度指數（SHEI）。而在斑塊類型級別上，我們選擇了6個景觀格局指數，包括最大斑塊指數（LPI）、斑塊所占景觀面積的比例（PLAND）、周長面積分維指數（PAFRAC）、斑塊密度（PD）、斑塊數目（NP）和聚集指數（AI）。通過計算這些景觀指數，我們可以了解商洛市景觀格局的動態變化。

在計算景觀指數時，我們選擇了最優粒度為90米，并借助FRAGSTATS軟件對2000年至2020年商洛市的景觀格局指數進行計算。通過分析這些指數的變化趨勢，我們可以揭示商洛市近20年來景觀格局的動態變化情況。這將為商洛市未來的城市發展提供重要的方向和科學依據。

通過這項研究，我們希望能夠深入了解商洛市近年來的景觀變化情況，并為城市規劃和生態環境保護提供科學參考。這將有助于制定合理的城市發展策略，促進商洛市的可持續發展，同時保護和改善其景觀格局，以實現生態安全和可持續發展的目標。

2 結果與分析

2.1 景觀級別景觀格局變化

2000-2020年商洛市的LPI指數都小于10，表明商洛市不存在優勢度較大的斑塊，整個區域斑塊較為破碎；2000-2010年LPI指數有變小的趨勢，2010-2015幾乎無變化，而2020年又有所上升，但整體來說2020年相比于2000年斑塊的破碎程度增加了18%。PAFRAC能反映斑塊形狀復雜性，2000-2020年商洛市的PAFRAC都在1.56-1.57之間，整體景觀形狀復雜程度處于中等水平；2000-2020年間變化不大，其中2005景觀形狀最復雜，2015年最簡單。2000-2020年商洛市的PD在0.52左右，斑塊密度變化不大，均勻程度較好；變化趨勢與PAFRAC正好相反，2005年均勻程度最差，2015年均勻程度最好；2000-2020年整體斑塊密度提高了1%。SPLIT表示景觀的細化程度，2000-2020年商洛市的SPLIT指數相對較高，景觀細化度較高；2020年景觀的整體細化程度比2000年增加了25%，其中2005-2015年期間增加的幅度最大，增加了38%。IJI表示景觀的聚集程度，商洛市的指數IJI指數在2000-2020年屬于中等偏低，在44.71-45.43之間；2000-2020之間斑塊之間的聚集程度增加了2%，但是2015年到2020年聚集程度有輕微的下降。AI表示斑塊的聚合程度，即斑塊間通用共同邊界的情況，2000-2020年商洛市的AI指數值都高于81，斑塊聚合程度較高；2000-2020之間聚合度有波動下降的趨勢，說明斑塊之間的連接性減弱。2000-2020年商洛市的LSI指數在147.41-149.19之間，表明商洛市景觀整體發育程度較為成熟；2000-2020年景觀的發育程度整體提高了1%，但是在2010-2015年有所下降。2000-2020年商洛市的SHEI景觀豐富水平一般；變化不大，整體處于一個豐富度增加的過程，但是2015-2020年有所下降。

從景觀級別的景觀指數變化來看，2000-2020年期間，商洛市景觀較為破碎，景觀形狀、聚集度、處于中等水平，聚合度較高。2000-2020年商洛市景觀破碎化程度、細化程度、聚集程度，發育程度、豐富程度增加，聚合程度減弱，但是在2015年后有逆向變化的趨勢。

2.2 斑塊類型水平景觀格局

總體來看，不同斑塊類型的景觀格局指數差異較大。商洛市草地斑塊的面積、數量、密度都最大，且2000-2020年比例有小幅度的增加；但是草地斑塊的形狀有變得規則的趨勢，同時斑塊的破碎程度增加，聚合性減弱。林地斑塊的面積、數量、密度都略小于草地；2000-2020年雖然面積有輕微上升，但是斑塊的數量、密度都有所減小；形狀更為復雜，破碎化程度輕微增加；聚合程度都有輕微減弱。耕地是商洛市面積、數量和密度第三大的斑塊；2000-2020耕地斑塊面積減少，數量增加，形狀更為規則，破碎程度增加，聚合度減弱。居民地在商洛市所占面積比例不大；2000-2020年居民地面積增加，但是數量和密度明顯減少，面積較小的居民用地逐漸集中聚集甚至合并；形狀變得更為復雜；破碎化程度明顯減弱。水域斑塊所占面積比例不大，2000-2020年有面積增大、數量增多、密度增大、破碎化程度減弱，形狀更為復雜，聚合度增加的趨勢。未利用地面積比例不足0.50%，2000-2020變化不明顯。

3 結論與討論

商洛市地處山區，植被覆蓋度高，景觀破碎度高，聚合度較高[9]。一區六縣均位于我國南水北調中線工程水源地生態保護規劃區內[10]，土地利用以草地和林地為主，具備良好的資源環境和生態文明建設水平。同時土地開發投資、經濟發展水平和土地利用程度在陜西省10個地市中雖均表現為最低[11]，城市景觀格局動態主要受自然景觀的變化主導和影響。

商洛市是全國生態環境建設重點試點示范區，上世紀90年代實施了“天然林保護工程”和“退耕還草還林”兩大治理工程后，生態環境變化穩定。1990-2009年隨著政策的導向，林地景觀面積增大，商洛市呈現出景觀分離度逐漸降低，聚集度逐漸升高的趨勢[12]。本文的研究表明2000-2020雖然這種趨勢還在繼續延伸，但退耕還林、封山育林等生態建設工程建設的成果逐漸趨于穩定，草地林地面積變化不大，景觀動態變化受自然景觀的變化影響逐漸削弱。同時隨著2000-2020商洛市城市化的推進，商洛市居民地面積增加迅速，數量逐漸減少，形成一定的區域規模，增加了商洛市景觀的連通性，而城市建設過程中人工綠地斑塊的增大、也有利用城市景觀破碎度降低，但由于居民地所占面積比例較少，商洛市整體的破碎化程度仍在增高。另外城市化的進一步發展和推進，也引起了耕地面積不斷減少且破碎化程度顯著增加的現象。此外商洛市礦產資源豐富，礦產資源的開發會導致斑塊的數量增大，景觀破碎性程度增加，近年來隨著商洛市對礦區，尤其是按開采的治理，商洛市景觀破碎化增加的程度有所減緩[13]。

商洛市是南水北調中線工程重要的水源地，2003年12月，南水北調中線工程開工。2006年3月開始實施《陜西省漢江、丹江流域水污染防治條例》，對水污染進行治理，2007年、2012年分別實施丹江口庫區及上游水土保持治理Ⅰ期工程和II期工程進行水污染防治、生態清潔小流域建設、梯田建設、退耕還林等工作，2014年12月，南水北調中線工程正式通水后，商洛市繼續展開水源地生態文明建設。因此在2000-2020年期間，水域斑塊的面積、數量、密度都有所增加，同時破碎化程度減弱，連通性、聚合度增加。

可以看出，近20年來隨著商洛市生態文明建設的發展逐步穩定和城市化建設的大力推薦，商洛市景觀格局動態受自然景觀的影響程度變弱，但由于自然景觀所占面積比例較大，仍是商洛市景觀格局動態變化的主要主導因素。2021年商洛市入選“2021年國家級全域森林康養試點建設市”，2023年3月商洛市成為全國首個被授予“美麗中國深呼吸”之都的地級城市。未來，商洛市城市發展的定位為依托“22℃商洛”帶來的氣候環境優勢，打造中國康養之都。因此基于商洛市景觀格局動態和城市未來發展的定位，未來商洛市需在不破壞自然環境，穩固生態文明建設成果的基礎上，加快城市化發展建設和進程。