基于景觀格局指數(shù)分析的北京美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃評價研究

陳 喆 ，范 忱

(北京工業(yè)大學(xué)，北京 100029)

0 前 言

在我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的過程中，長期的城鄉(xiāng)二元制，造成了城市與鄉(xiāng)村發(fā)展的不平衡，這在一定程度上引發(fā)了一系列自然環(huán)境與社會問題。生態(tài)環(huán)境是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)，而目前很多美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃著重于滿足人的需求，缺乏在城鄉(xiāng)一體化發(fā)展視角下的城鄉(xiāng)生態(tài)空間統(tǒng)籌規(guī)劃。本文從生態(tài)環(huán)境出發(fā)，運(yùn)用柵格化分析方法與景觀格局指數(shù)的概念，將評價指標(biāo)量化，對北京美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃進(jìn)行客觀的評價并提出科學(xué)的指導(dǎo)意見。

1 美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃新思路

1)鄉(xiāng)村規(guī)劃指導(dǎo)思想。在區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)籌發(fā)展背景下，首先應(yīng)確立在生態(tài)安全前提下城鄉(xiāng)一體化發(fā)展的規(guī)劃指導(dǎo)思想。景觀中存在潛在的特定生態(tài)安全格局，對維護(hù)特定地段的主要生態(tài)過程有著重要意義。而本文的研究目的，就是為所評價的城鄉(xiāng)空間主要生態(tài)過程建立其對應(yīng)的生態(tài)安全格局。

2)景觀規(guī)劃研究理論。人們越來越認(rèn)識到生態(tài)環(huán)境是經(jīng)濟(jì)社會的基石，生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與合理利用也有利于經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。為此，景觀生態(tài)學(xué)提出了多尺度景觀格局分析的規(guī)劃理論。該理論的操作途徑是在不同尺度上建立景觀的“斑塊-廊道-基質(zhì)”模型進(jìn)行分析。該模型為形象描述景觀結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)提供了一種空間語言。

3)景觀格局分析方法。景觀生態(tài)研究可以通過上述方法來定量描述空間格局，確定景觀格局和功能過程的相互關(guān)系。景觀格局指數(shù)能高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征。得益于計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，采用柵格化分析以網(wǎng)格來表示景觀表面特征，便于計算機(jī)對空間非連續(xù)性變量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 景觀格局指數(shù)分析

分析景觀格局一般由以下基本步驟組成：收集和處理景觀數(shù)據(jù)；數(shù)字化景觀；選取景觀格局指數(shù)進(jìn)行分析；對分析的結(jié)果加以解釋和綜合。

本文以北京市門頭溝區(qū)潭柘寺鎮(zhèn)為例，進(jìn)行景觀格局分析和規(guī)劃。北京市門頭溝區(qū)潭柘寺鎮(zhèn)位于京西山區(qū)。轄區(qū)面積約8 100 ha，人口約11 700人，交通相對便利，林木覆蓋率達(dá)79.5%。

2.1 收集和處理景觀數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，經(jīng)過收集整理，得到衛(wèi)星遙感圖像和土地使用類型文檔。

2.2 數(shù)字化景觀。

通過ArcGIS軟件處理得到tiff、grids數(shù)據(jù)和土地利用類型圖(見圖1)。

圖1 潭柘寺鎮(zhèn)土地利用類型

2.3 用景觀格局指數(shù)方法分析景觀格局

景觀格局指數(shù)分三大類上百種。眾多的指數(shù)均可以用于量度景觀格局,但最多可描述6個相對獨(dú)立的方面。統(tǒng)計分析表明,其中后5個指數(shù)可以說明絕大部分的景觀差異,這6個獨(dú)立因子分別為斑塊數(shù)量(NP)，表征景觀異質(zhì)性和破碎度,同時為理解其他指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義提供了參照；最大斑塊占景觀面積比例(LPI)，表征景觀中基質(zhì)或優(yōu)勢斑塊類型，反映干擾強(qiáng)度；斑塊平均面積(AREA_MN)，表征景觀格局的尺度及斑塊分布的離散程度；斑塊形狀指數(shù)(SHAPE_AM)，表征斑塊邊緣形狀的復(fù)雜程度、邊緣效應(yīng)強(qiáng)度；Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)，綜合表征了景觀異質(zhì)性的絕對水平。適度的異質(zhì)性是景觀生態(tài)學(xué)理論的核心，也是景觀生態(tài)安全格局規(guī)劃的原則導(dǎo)向；Shannon均勻度指數(shù)(SHEI)，表征景觀異質(zhì)性的相對水平。后5個指數(shù)對空間格局可提供相對獨(dú)立的量化指標(biāo)，其他格局指數(shù)大多與此相關(guān)。

使用Fragstats軟件，計算潭柘寺鎮(zhèn)轄區(qū)主要景觀格局指數(shù)(見表1)。

表1 潭柘寺鎮(zhèn)轄區(qū)主要景觀格局指數(shù)表

2.4 結(jié)果說明與評價指導(dǎo)意見

案例選取了上述6個指數(shù)進(jìn)行計算，分析景觀的空間分布特征。斑塊數(shù)量NP=1272,區(qū)域內(nèi)景觀總體多樣性良好，生境破碎化程度略高，不利于保持穩(wěn)定的斑塊特質(zhì)；最大斑塊占景觀面積比例LPI=8.8281，區(qū)域內(nèi)生態(tài)基質(zhì)不穩(wěn)定，人類活動干擾強(qiáng)度偏大；斑塊平均面積AREA_MN=6.2763，表明本研究過程貼近實(shí)際，數(shù)據(jù)作用機(jī)制敏感有效。其次，區(qū)域內(nèi)生境破碎化程度偏高，但同時該值表明維持了一定程度的景觀異質(zhì)性，可以保證基本的斑塊邊緣-內(nèi)部面積比，有條件維持斑塊基本的物質(zhì)能量涵養(yǎng)；斑塊形狀指數(shù)SHAPE_AM=2.5651，在區(qū)域內(nèi)生境破碎化程度較高的背景下，該值表明了在保證邊界物質(zhì)能量流動的同時維持了較為完整的斑塊內(nèi)部生境；Shannon多樣性指數(shù)SHDI=4.5940，區(qū)域內(nèi)的景觀異質(zhì)性偏高，綜合上述及其他景觀格局指數(shù)如土地覆蓋類型數(shù)量的情況，判斷這主要是由于斑塊分布離散度大，生境破碎化程度較高導(dǎo)致的；Shannon均勻度指數(shù)SHEI=0.6733，應(yīng)選擇降低景觀破碎度，提高景觀連通度的傾向作為生態(tài)安全格局規(guī)劃總體目標(biāo)。

綜上所述，潭柘寺鎮(zhèn)轄區(qū)景觀格局總體上異質(zhì)性良好，但生物多樣性尚未處在最大可能值；存在生境破碎化程度偏高、斑塊特質(zhì)不穩(wěn)定的隱患，也有斑塊個體較為完整，斑塊內(nèi)部環(huán)境良好的優(yōu)勢。而這主要是因?yàn)閰^(qū)域內(nèi)人類活動強(qiáng)度大，干擾強(qiáng)度普通但干擾頻率較高；所以應(yīng)設(shè)立提高景觀斑塊連通程度，減少不必要的人類活動的總目標(biāo)。

在此原則指導(dǎo)下，可以采取以下措施。

1)劃定生態(tài)紅線，限制一二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)活動，設(shè)立生態(tài)保護(hù)區(qū)；

2)規(guī)劃景觀廊道，提高斑塊連通程度，在保持現(xiàn)有的土地覆蓋類型的前提下，通過合并或溝通來減少斑塊數(shù)量，提高斑塊特質(zhì)穩(wěn)定性，但同時應(yīng)注意保證斑塊分布離散程度以限制干擾(如蟲害，火災(zāi)，地質(zhì)災(zāi)害等)的蔓延；

3)提高保護(hù)意識，提高居民生活設(shè)施和方式的現(xiàn)代化水平以消減生態(tài)壓力，在進(jìn)行生態(tài)建設(shè)的同時改善居民生活水平。

3 次級尺度景觀格局分析

建立有利于生態(tài)學(xué)過程的生態(tài)安全格局是本研究的核心問題，而格局與過程的相互作用依賴于尺度。在不同的空間幅度和粒度上建立景觀的“斑塊-廊道-基質(zhì)”模型進(jìn)行分析規(guī)劃，是本研究應(yīng)用的關(guān)鍵。

當(dāng)前很多地區(qū)村莊尺度下景觀中的自然斑塊所剩無幾，人地矛盾突出。要在保證人口承載力的同時保護(hù)生態(tài)環(huán)境，就要求村莊形成生態(tài)安全格局，其理想景觀特征是：有一組巨型自然斑塊，寬闊的植被廊道保護(hù)水域，并為巨型斑塊間關(guān)鍵物種的遷移提供連接，小型斑塊和廊道為整個景觀提供某些自然異質(zhì)性。根據(jù)上述理論原則和景觀格局指數(shù)分析結(jié)果，我們對規(guī)劃范圍內(nèi)的試點(diǎn)實(shí)施區(qū)域草甸水村進(jìn)行了景觀格局評價并提出規(guī)劃指導(dǎo)意見。

草甸水村位于潭柘寺鎮(zhèn)西部。轄區(qū)面積255.09 ha，人口429人，村莊交通相對便利，林木覆蓋率達(dá)96.6%。

3.1 數(shù)據(jù)收集處理與景觀分析結(jié)果

數(shù)據(jù)收集處理方式同前文得到土地利用類型見圖2。

圖2 草甸水村土地利用類型

3.2 分析結(jié)果說明(見表2)

表2 草甸水村轄區(qū)主要景觀格局指數(shù)表

從景觀總體狀況看，草甸水村村域斑塊數(shù)量NP=149，區(qū)域內(nèi)多是小型林地斑塊，建設(shè)用地斑塊共3個，分布在村域東部?？傮w上斑塊類型少、規(guī)模小，且分布不均勻，致使景觀整體異質(zhì)性較差；最大斑塊占景觀面積比例LPI=27.5323，區(qū)域內(nèi)灌木林地作為景觀基質(zhì)連通度高。其面積占村域總面積的96.6%。但因灌木林地的物質(zhì)能量涵養(yǎng)低，對整體景觀的控制程度不高，生態(tài)環(huán)境脆弱；斑塊平均面積AREA_MN=17.1562，表明本研究過程貼近實(shí)際，數(shù)據(jù)作用機(jī)制敏感有效。其次，區(qū)域內(nèi)生境破碎化程度較低，同時該值表明村域景觀異質(zhì)性較差，可能存在景觀抗干擾能力不足，不利于維持景觀環(huán)境承載力的穩(wěn)定；斑塊形狀指數(shù)SHAPE_AM=2.7608，在區(qū)域內(nèi)生境連通度較高的背景下，該值表明目前的景觀格局對邊界物質(zhì)能量流動起到促進(jìn)作用；Shannon多樣性指數(shù)SHDI=2.4112，區(qū)域內(nèi)的景觀異質(zhì)性低于鎮(zhèn)域范圍，主要由于斑塊分布集中，板塊類型單一造成；Shannon均勻度指數(shù)SHEI=0.5192，遠(yuǎn)低于鎮(zhèn)域平均值，應(yīng)選維持景觀連通度，增強(qiáng)景觀異質(zhì)性作為生態(tài)安全格局規(guī)劃總體目標(biāo)。

草甸水村廊道主要由“大坨-塔嶺”林地廊道、刺猬河河流廊道、潭王路南趙路道路廊道、村西山林廊道組成(見圖3)。其格局具有良好的連通性，廊道寬度多樣，圍合性強(qiáng)。其中以山地林地帶為主，同時河沿線綠化和道路附屬綠地形成少量分散的綠化廊道，林帶形成的廊道連通性強(qiáng)，但是植被類型單一，生境質(zhì)量較差。草甸水村的河流廊道具有一定的生態(tài)優(yōu)勢，有條件讓陸地生物與水生生物進(jìn)行物質(zhì)能量交換。

圖3 草甸水村景觀廊道分布示意圖

總體而言，草甸水村整體景觀格局在東側(cè)的村莊附近較為豐富，適宜居??；但其余部分景觀類型單一。整體景觀區(qū)域內(nèi)斑塊蔓延度不足，生態(tài)脆弱，能量涵養(yǎng)不足。

在此原則指導(dǎo)下，可以采取以下措施：①對景觀不宜過多人為干涉，應(yīng)設(shè)為生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)；②利用現(xiàn)有基礎(chǔ)，加強(qiáng)廊道建設(shè)，形成廊道網(wǎng)絡(luò)以避免單一方向廊道隔絕兩側(cè)斑塊物質(zhì)能量交換；③結(jié)合地質(zhì)地貌對村莊建設(shè)用地進(jìn)行規(guī)劃，在達(dá)到防范和疏導(dǎo)地質(zhì)災(zāi)害，保障居民生命財產(chǎn)安全的同時，減弱人類活動干擾強(qiáng)度；④對大面積的灌木林區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜藶楸Ｗo(hù)，加強(qiáng)景觀異質(zhì)性，削弱可能的強(qiáng)干擾，以提高景觀的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

本文以北京市門頭溝區(qū)潭柘寺鎮(zhèn)為例，依據(jù)景觀生態(tài)與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)科的原理，利用景觀格局指數(shù)分析方法與計算機(jī)柵格化分析技術(shù)進(jìn)行了研究，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)結(jié)論性原則對規(guī)劃試點(diǎn)區(qū)草甸水村提供了具體規(guī)劃措施參考。這種具有針對性和系統(tǒng)性的對鄉(xiāng)村生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)方法，對實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全前提下的鄉(xiāng)村發(fā)展具有重要意義。

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