基于空间梯度的珠三角城市群森林景观格局分析_杨文溱.pdf

基于空间梯度的珠三角城市群森林景观格局分析杨文溱,陈玉婷(广州大学地理科学与遥感学院,广东广州 510006)摘要 目的为合理开展珠三角区域的生态环境管理和提高城市居住质量提供建议与依据,为其他城市森林景观建设提供借鉴。方法以珠三角为研究对象,基于研究区 2000、2010 与 2020 年的土地利用数据,解析珠三角景观时空演变特征与珠三角森林景观格局的演变特征。结果20002020 年,珠三角森林面积总体呈现先增后减的趋势,且森林面积的增减变化具有地域差异性;珠三角整体的景观格局呈现破碎化的趋势,同样具有地域差异性,具体体现在珠三角中部斑块密度降低,珠三角两翼的斑块密度较高;珠三角整体呈现景观破碎化的趋势,但珠三角中森林景观整体的连通性在 20 年间不断优化,其斑块密度逐年下降,平均斑块大小逐年上升,森林景观同样也具有地域差异性。结论研究结果可为珠三角持续建设森林城市群,构筑城市生态安全屏障和提高城市居住质量提供建议与依据。关键词 景观格局;移动窗口;空间梯度;珠三角城市群中图分类号 TU984 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2023)03-0128-04doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2023.03.028 开放科学(资源服务)标识码(OSID):Forest Landscape Pattern Analysis of Pearl River Delta Urban Agglomeration Based on Spatial GradientYANG Wen-zhen,CHEN Yu-ting(School of Geography and Remote Sensing,Guangzhou University,Guangzhou,Guangdong 510006)Abstract ObjectiveTo provide suggestions and basis for the rational development of ecological environment management and improvement of urban living quality in the Pearl River Delta region,and provide reference for other urban forest landscape construction.MethodBased on the land use data of 2000,2010 and 2020 in the Pearl River Delta,this paper analyzed the temporal and spatial evolution characteristics of the landscape in the Pearl River Delta and the evolution characteristics of forest landscape fragmentation in the Pearl River Delta through the analysis of land use structure,transfer and landscape pattern.ResultDuring 2000-2020,the Pearl River Delta(PRD)was transformed and changed.The forestland area showed a trend of increasing at first and then decreasing,and the change of forestland area showed regional differ-ences.The overall landscape pattern of the Pearl River Delta presents a trend of fragmentation,which also has regional differences.This is reflected in the fact that the patch density in the central part of the Pearl River Delta decreases while the patch density in the two wings of the Pearl River Delta is higher.Although the PRD presents a trend of landscape fragmentation,the overall connectivity of the forestland landscape in the PRD has been continuously optimized in the past 20 years.The patch density has decreased year by year,and the average patch size has increased year by year.The forestland landscape also has regional differences.ConclusionThis paper provides suggestions and basis for the sustainable construction of forest urban agglomeration,the construction of urban ecological safety barrier and the improvement of urban living quality in the Pearl River Delta.Key words Landscape pattern;Moving window;Spatial gradient analysis;Pearl River Delta Urban Agglomeration基金项目 广州大学 2020 年省级大学生创新创业训练计划项目(S20-2011078002)。作者简介 杨文溱(1998),女,广东江门人,从事景观生态学研究。收稿日期 2022-03-17 土地利用及其覆被的变化是自然环境、社会经济状况以及城市规划共同作用的结果,人地关系的变化反映了不同时间和空间土地的使用方式和人类的活跃程度1-3,城市的土地利用状况之间的转变,也影响着城市的森林景观的变化。城市森林景观是城市景观的重要组成部分,维系着城市生态功能的运转,影响着城市区域内乃至全球环境的变化4-5,是城市生态系统服务的重要保障之一。景观连通性是指景观要素在其特定空间上的一种相互联系和相互作用的现象6,在 1984 年首次应用到景观生态学之后,随着生态学的发展以及景观连通性对破碎景观中的生物栖息地和物种多样性保护等方面的重要指导意义,其在景观生态学领域中得到了发展7-8。已有研究对连通性的表示方法有景观连通性指数量化和景观连通性模型 2 种6,国内外研究内容主要集中在生物环境破碎化景观斑块的连通性9、人类对景观的生物多样性保护干扰10以及保护区的景观规划上11;在研究方法上主要是利用遥感解译得到的土地利用数据为基础,通过景观格局指数和移动窗口的方法分析城市中森林景观演变情况及其破碎化程度,进而分析城市的扩张幅度与城市森林景观之间的关系12-15;以往对森林景观连通性的研究大都基于单个城市中某一时段内小尺度16-20,较少对城市群森林景观连通性12及流域内大尺度进行研究21,小尺度的研究范围难以反映森林连通性的动态变化趋势,不利于城市森林景观的检测,同时,其单个城市行政边界的约束也限制了人们对城市森林景观连通性变化的尺度效应的理解。珠三角的城市群经济发展迅速,经济的快速发展和生态环境的协调统一是当前生态文明体系和生命共同体研究的热点命题之一,随着 2016 年 8 月,国家林业局正式批复珠三角地区为“国家森林城市群建设示范区”起,国家对森林城市群的建设越发重视,珠三角地区城市森林群的建设也对其他区域城市群森林景观的建设有重要借鉴意义。因此,该研究以珠三角九大主要城市森林景观为研究对象,基于 ArcGIS平台及景观生态学定量评价 Fragstats 软件进行珠三角城市群的森林景观结构连通性分析以及各个市的森林景观结构连通性分析,旨在为合理开展珠三角区域的生态环境管理和提高城市居住质量提供建议与依据,为其他城市群森林景观建设提供借鉴。1 研究区概况与数据处理1.1 研究区概况 珠三角位于中国广东省中南部,包括广州、佛山、肇庆、深圳、东莞、惠州、珠海、中山、江门 9 个城市,位于 112111528E,21302424N。珠三角 9 市总面积 安徽农业科学,J.Anhui Agric.Sci.2023,51(3):128-131,135为 55 368.7 km2,聚集了国内经济第一大省 53.35%的人口,79.67%的经济总量,是我国重要的经济中心区域。珠三角大部分位于北回归线以南,地处南亚热带区,属亚热带海洋季风气候,雨量充沛,热量充足,雨热同季,形成了多层次分布的森林群落垂直结构,森林的生态系统从上往下依次有林上的高大乔木以及林下的热带、亚热带种属的灌木、藤木和草本植物。1.2 数据处理 采用珠三角九大城市 2000、2010 与 2020 年3 个时段的 30 m 空间分辨率的全球地表覆盖数据,在研究范围内共包括 8 个一级地类,分别为耕地、森林、草地、灌木地、湿地、水体、人造地表及裸地,为栅格数据。该栅格数据研制所使用的分类影像主要是 30 m 的多光谱影像,包括了美国陆地资源卫星(Landsat)的 TM5、ETM+、OLI 多光谱影像与中国环境减灾卫星(HJ-1)的多光谱影像。在选取影像时,尽量保障在无云或少云的天气环境下,择优选取植被生长季内的多光谱影像,并通过样本检验,总体精度达 80%以上,2010与 2020 年数据的 Kappa 系数分别为 0.78 与 0.82,有助于对于珠三角景观格局及森林景观连通性的相关研究。2 研究方法2.1 空间梯度分析 空间梯度分析方法同时也被称为环形系统分析方法,是通过建立一个围绕城市中心圈外等距扩散的缓冲带,同时将这些缓冲带作为分析城市功能用地扩展空间分异的基本单元,以此用来计算有关的空间度量指标,并分析不同时期城市化的过程所体现出来的空间行为特征,空间梯度分析法有助于对森林景观分布的形象化表达22。该研究基于研究区的实际状况,参照已有研究经验,依据珠江三角洲的几何中心为中心,选择半径为 6、15、30 km 对珠江三角洲地区各时期主要功能用地进行分区,通过数据统计得到最后各空间梯度的主要功能用地分布状况,并从时间和空间 2 个方面对主要功能用地类型进行空间梯度分析及其变化特征分析,从而分析总结出珠三角地区主要功能用地的时空规律。2.2 景观格局分析2.2.1 景观格局指数分析。为分析刻画景观的破碎化特征与分析森林的连通性,选取 2 个景观格局指数进行分析(表1),分别为:斑块密度(patch density,PD)与平均斑块大小(mean patch area,MPS)。并依据所选取的景观格局指数首先分析 2000、2010 及 2020 年珠三角全域景观格局的演变特征及其破碎化的程度分析,再对珠三角范围内的森林景观连通性进行着重分析。表 1 景观格局指数及其生态学含义12Table 1 Landscape pattern index and its ecological implications12景观格局指数Landscape pattern index计算公式Calculation formula定义Definition斑块密度 Patch densityPD=NiANi为第 i