城市化水平与都市农业景观生态质量的关系——以西安市南郊为例

李梦桃，周忠学，王明，韩晔

（陕西师范大学旅游与环境学院，陕西 西安 710119）

城市化水平与都市农业景观生态质量的关系
——以西安市南郊为例

李梦桃，周忠学*，王明，韩晔

（陕西师范大学旅游与环境学院，陕西 西安 710119）

都市农业景观受城市化作用日益显著，揭示城市化水平对都市农业景观生态质量的影响规律对科学规划都市农业用地、协调城市化与都市农业发展具有指导意义。本文以西安市南郊为例，运用RS、GIS技术和FRAGSTATS软件、GWR模型，通过测评城市化水平、都市农业景观生态质量及其相关关系，分析了城市化对都市农业景观生态质量的影响。结果表明：①2013年西安市的经济发展水平、社会发展水平、居民生活质量及生态环境投资情况以及综合城市化水平在空间上均表现出从主城区向远郊区降低的递减格局。②城市化导致区域都市农业景观生态质量总体下降，都市农业景观生态质量由城市核心区向外围乡村地域上升，表现出与城市化空间格局相反的空间梯度变化特征，二者呈显著的负相关。③城市化对都市农业景观的占用、分割破碎以及对景观格局与过程的巨大干扰，使得都市农业景观的抗干扰能力与稳定程度降低，导致景观生态质量下降。城市化水平与都市农业景观干扰程度呈显著正相关，与都市农业稳定程度呈显著负相关。

城市化水平；都市农业景观；景观生态质量；景观；西安市

李梦桃， 周忠学， 王明， 韩晔. 城市化水平与都市农业景观生态质量的关系——以西安市南郊为例［J］. 农业现代化研究，2016， 37（5）: 863-870.

Li M T， Zhou Z X， Wang M， Han Y. Impact of urbanization on ecological quality of urban agricultural landscape: A case study in the Southern suburbs of Xi’an City［J］. Research of Agricultural Modernization， 2016， 37（5）: 863-870.

景观生态质量是指景观尺度生态系统维持自身结构与功能稳定性的能力，景观生态系统的稳定性主要取决于景观生态系统受干扰程度和稳定程度［1-2］。近年来，城市化的快速推进对区域景观生态质量产生了显著的负面影响，因而也逐渐成为当前景观生态学的一个研究热点［3-4］。国内主要从土地利用及其变化、城市化等角度对区域景观生态质量进行测评、评估研究［5］。如孟伟等［5］从土地利用角度对黄河源区、深圳城市景观生态质量进行综合评估，徐嘉兴等［6］研究土地复垦对矿区景观生态状况的影响，表明土地复垦工程对矿区生态环境起到了一定的改善作用，但由于城市化的快速发展，部分区域生态环境质量仍在下降。安静［7］以南京仙林新市区为例对城市化进程中的区域景观生态质量进行测评。国外主要集中在对农业景观演变的研究［8-9］，Tian等［8］进行的城市化过程中绿地景观生态评价研究，结果均表明人类对地区生态环境的干扰使生态景观不断发生变化且部分地区景观生态质量呈下降趋势。McKenzie等［9］进行的北爱尔兰农业景观演变研究，表明北爱尔兰农村建筑在1998年和2007年之间增加了30.43%，当前土地利用规划政策和实践不能充分保护绿地栖息地。景观生态质量的研究内容趋向综合化发展方向，且集中于城市绿地系统、湿地系统、矿区以及整个区域景观等方面的研究。综上，目前国内外的研究仅集中于单方面对景观生态质量的评价，有些研究提到了城市化，但并未把城市化相关指标与其做相关分析，更未出现城市化水平与都市农业景观生态质量相关关系的研究。本文选取城市化的相关指标，并运用GWR模型揭示了城市化水平对都市农业景观生态质量的空间关系，对科学规划都市农业用地、协调城市化与都市农业发展具有指导意义。

都市农业景观主要指城区、郊区及其延伸区域内包括的耕地、林地、园地、草地、水域等多种景观镶嵌体，作为城市景观的组成部分，是受城市化过程影响最为深刻的景观生态系统［10-11］。随着城市化进程的加快，都市农业景观结构和格局发生巨大改变，尤其是建筑和道路等景观面积的不断扩张导致都市农业景观类型面积急剧减少，景观破碎化程度加大，生物多样性降低，同时，加剧水质污染及土壤退化［12-13］，影响区域都市农业景观生态系统的稳定性，威胁到区域都市农业的可持续发展。因此，开展城市化对都市农业景观生态质量影响研究，探讨城市化对都市农业景观生态质量的影响机制与规律，对合理保护和利用土地资源、协调城市化与都市农业发展、充分发挥都市农业景观生态系统功能具有重要作用。但目前对城市化过程中都市农业景观生态系统的变化关注较少，本文选择西安市南郊的城乡过渡带为样区，从乡镇尺度研究城市化与都市农业景观生态质量的空间格局及其相互关系，实证分析城市化对都市农业景观生态质量的作用程度及规律，这对快速城市化区域的都市农业发展规划及都市农业景观生态安全及可持续发展研究等具有一定的理论意义。

1　研究区概况

近十年来，西安城市化对农业景观产生很大影响，西安市南部郊区近年来基础设施逐渐完善，商贸旅游度假区、高科技产业园、大学城以及住宅区等大规模开发建设，土地利用结构发生了显著变化进而对都市农业景观生态质量产生了巨大冲击，因此选取南部郊区为样区研究城市化水平与都市农业景观生态质量的关系具有代表性和典型性。研究区位于关中平原中部，北到西安市南二环路，南至秦岭北麓，东到浐河与蓝田县为界，西至新河及沣河上游以西与户县相邻，行政上隶属西安市长安区和雁塔区，包括雁塔区8个乡镇街办、长安区16个乡镇街办的全部及其余9个乡镇街办的北部平原地区，总面积1 739 km2（图1）。属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温13.3 ℃，年平均降水量660 mm。2013年总人口185.77万人，GDP产值1 307.90亿元。

图1　研究区域Fig. 1　Study area

该区地形从东南向西北倾斜，南部秦岭山区有森林覆盖，且地势较高，北部地势高差小，平均海拔约450 m，主要以渭河平原、黄土台塬为主，是重要的粮食、蔬菜、水果生产区及养殖区，都市农业发展迅速，2013年区域第一产业生产总值36.46亿元，农林牧渔及服务业总产值54.09亿元。近年来，受到西安市城市经济的辐射作用，区内商贸旅游度假区、高科技产业园、基础设施、大学城以及住宅区等大规模建设，2013年建设用地面积达352.68 km2，非农业人口92.18万人，城市化水平迅速提高到49.62%。目前，在城市化过程中景观逐渐从农村景观转变为城市景观，土地利用发生巨大变化，耕地、林地、草地等面积不断减少，据统计，农业用地面积从2000年的1 554.53 km2降至2013年的1 375.60 km2，年减少速度为0.89%。城镇扩张及交通设施建设对农田景观生态切割破碎严重，工农业发展导致本区水体与土壤污染、耕地与水资源压力加剧等问题突出，对农业景观生态系统格局、过程及其生态质量产生巨大负面冲击，因此，以本区为样区研究城市化对都市农业景观生态质量的影响具有一定的典型性。

2　研究方法与数据来源

2.1城市化水平测评方法

以乡镇、街道办为单元，运用综合指标法进行城市化水平测评。依据综合性、主导性、可操作性、数据可获得性以及指标的代表性原则从经济发展水平、社会发展水平、居民生活质量和生态环境投资4个方面遴选出12个指标构建城市化水平测度指标体系，选取城市化水平测度指标时不仅考虑到了各个功能的内涵，由于涉及的指标较多，数据的可获取性是一个非常重要的问题［14-15］。首先，通过层次分析和专家咨询法确定各指标权重（表1）；其次，按照极差标准化法对原始数据进行标准化处理；最后，依据加权平均法计算综合城市化水平指数，用以测度西安市南郊各乡镇、街道办的城市化水平［16-17］。

表1　城市化水平测度指标体系及权重Table 1　Evaluation indexes of new urbanization levels and their weights

2.2都市农业景观生态质量测评方法

景观生态质量主要取决于两方面因素，一是人类对景观结构的干扰，二是景观生态系统维持稳定性的程度。相关研究表明：景观多样性降低、景观破碎化程度加大、土地损毁等与景观生态系统的破坏程度呈较大的正相关［18-20］；草地、林地等生态用地能提高景观基质的稳定性［9］。因此，本文根据都市农业景观格局、土地利用、植被景观类型现状，从生态系统的景观稳定与干扰程度两个方面构建都市农业景观生态质量评价指标体系，指标权重采用层次分析法确定（表2）。

测评中所选取的景观破碎度指数、斑块密度、景观分离度指数应用FRAGSTATS4.1软件，基于土地利用数据进行计算，并在对原始数据进行标准化处理的基础上，采用综合评价模型测度都市农业景观生态质量，计算过程如下。

式中：LEQI为都市农业景观生态质量指数，LSI、LDI分别为都市农业景观生态系统稳定度指数及干扰度指数，wi、di是干扰度各指标权重及标准化指标值，wj、dj是稳定程度各指标的权重及标准化指标值，n为评价指标总个数。若LEQI〈1，表明都市农业景观生态质量较低，景观生态系统处于不稳定状态，且LEQI值越小，生态环境越差，当都市农业景观生态系统的稳定程度是干扰程度的0.5倍时，认为景观生态系统处于极不稳定状态；若1≤LEQI〈2，表明都市农业景观生态质量较高，景观生态系统处于较稳定状态，且LEQI值越大，都市农业景观生态质量越高，越稳定；若LEQI≥2，表明都市农业景观生态系统的稳定程度是干扰程度的2倍，认为都市农业景观生态质量处于稳定状态［1，9］。

表2　都市农业景观生态质量评价指标体系Table 2　Evaluation indexes of ecological quality of urban agricultural landscape

2.3数据来源

城市化水平测算数据主要来自2014年《雁塔区统计年鉴》、《雁塔区经济统计年鉴》、《长安区统计年鉴》、《长安区经济统计年鉴》。由于文中采用的以乡镇为基本单位的研究单元，以往的有关城市化统计数据未统计到乡镇单位，所以只选取2013年一年为研究时段。都市农业景观生态质量的测评数据主要采用由2013年西安市南郊的TM遥感影像（http:/earthexplorer.usgs.gov/）解译的精度为30 m×30 m的土地利用图，植被类型图（陕西省地图集）、DEM数据和2013年西安市土地利用现状图数据资料并结合野外调研，在ERDAS9.0中解译得到西安市南郊土地利用图（图2）。

3　结果与分析

3.1城市化水平测评与都市农业景观生态质量评价

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

3.1.1城市化水平测评 西安市南郊研究区城市化率2013年为49.62%，地跨西安建成区与南部乡村，景观由北向南逐渐从城市景观过渡为乡村景观，各乡镇街道办城市化水平空间分异明显（图3）。城市化高水平区主要以靠近主城区的小寨、长延堡等5个街办为主，城市化水平均高于0.6，位于西安市建成区南部，农用地比例小、人口密度高、商贸发达；低水平区则主要以王莽、杨庄、引镇等13个靠近南部秦岭山区的乡镇为主，城市化水平均低于0.2，属以点状城镇发展为主的乡村地域；处于新开发的城市带或西安市扩展的外缘地带，如曲江、韦曲及王寺、斗门等15个镇街办城市化水平指数介于0.6到0.2，属中等城市化水平，该区域各类住宅区、开发区、大学城等建设用地相对成片或成带且辐射延伸于乡村地域，人口密度较高，商贸服务及教育等水平较高。总体上，无论从经济发展水平、社会发展水平、居民生活质量、生态环境投资还是城市化水平来看，西安市南郊城市化表现出从主城区向远郊区梯度递减的空间格局。

图3　2013年西安市南郊各乡镇街道办城市化水平Fig. 3　New urbanization levels of towns， townships and districts in the Southern suburbs of Xi’an City in 2013

3.1.2都市农业景观生态质量评价 根据测算方法计算出都市农业景观生态质量指数，并参考相关文献［1，9］将都市农业景观生态质量划分为4个等级，利用ARCGIS10.1软件生成2013年都市农业景观生态状况分级图（图4），统计出各景观生态质量等级的面积及比例（表3）。

图4　都市农业景观生态质量分级图Fig. 4　Zoning map of ecological quality of urban agricultural landscape

表3　2013年都市农业景观生态质量分级面积及比例Table 3　Area and percentage in ecological quality classifying zone of urban agricultural landscape in 2013

2013年的都市农业景观生态质量指数变化介于0.144 2-10.944 1，其中，LEQI≥1的有21个乡镇，面积为124 945.11 hm2，主要分布在秦岭山区及其北麓的冲击洪积扇、黄土台塬等远郊地区，该区城市化水平普遍较低，自然林地分布较广，植被覆盖度、高功能组分景观多度指数以及土地利用结构指数均较高，有利于景观生态系统维持自身稳定性，景观生态质量较高；其余12个镇街道办LEQI〈1，面积为12 614.13 hm2，主要分布在城镇用地及其延伸的近郊地区，城市化水平高，都市农业景观的破碎度指数、斑块密度以及景观分离度指数均大于远郊地区，都市农业景观受到的干扰性较强，景观生态系统呈现不稳定状况，景观生态质量低，表明城市化的快速发展导致的土地利用变化对都市农业的生态环境影响较大。

3.2城市化水平与都市农业景观生态质量的关系

研究中以各乡镇街道办对应的2013年城市化水平指数和都市农业景观生态质量指数为样本数据，通过GWR模型分析了城市化水平对都市农业景观生态质量及对其稳定、干扰影响程度的空间差异性（图5）。

城市化水平与都市农业景观生态质量具有负相关关系（图5a），城市化水平与都市农业景观的稳定程度亦成负相关关系（图5b），回归系数整体呈现出由近郊向远郊圈层递减的趋势，这与城市化水平的空间分布趋势大体相同，即随着城市化水平的提高，都市农业景观生态质量下降、稳定性降低。而城市化水平与都市农业景观的干扰程度成正相关关系（图5c），即城市化水平越高都市农业景观受到人类的干扰程度越大，回归系数越大。

无论是稳定程度、干扰程度还是综合都市农业景观生态质量，雁塔区的小寨、大雁塔、电子城等城市化水平高的街道办回归系数都最高，分别在-0.404 8到-0.310 5、125.119 4到125.146 8、-0.042 4到-0.023 5之间，城市化对都市农业景观质量影响大，原因是该地区人口密集，交通、工商、人类活动频繁、文教商业发达，耕地、林地、草地、水体等随着人口的激增及相应人类生活、生产用地规模的迅速扩大而快速减少。该地区都市农业用地比例仅占11.30%，以城市绿地为主，景观种类构成单一，高功能组分景观多度、植被覆盖度指数均小于0.08，土地利用结构指数小于0.2，都市农业景观的稳定程度较差；同时，该区都市农业景观嵌块在城市化过程中逐渐变小，都市农业景观破碎度指数均大于0.15，破碎化程度较高，植被的生产力及生物多样性降低，从而导致其改善气候及净化环境的能力下降，小面积的农田、林地，因物种单一、食物链简单，缺乏一定数量的顶部动物控制害虫的爆发性增长，也可能造成严重的灾害性损失［21］，使都市农业嵌块体的结构及功能更加脆弱。此外，都市农业景观联系通道由于人工景观的扩张、压迫而受到削弱甚至阻断，使都市农业景观的通达性变低，分离度变大，城市化高水平区域的分离度较大，易阻碍生态系统间物质和能量的交换及交流，并影响小气候，综合起来看人类对都市农业景观的干扰程度较大。可见城市化对都市农业景观的占用以及景观格局与过程形成巨大干扰，使得都市农业景观的稳定程度降低，导致景观生态质量大幅下降；随着离中心城区距离的增加，城市化水平逐渐降低，回归系数也逐渐减小，都市农业景观质量受城市化的影响愈来愈小，回归系数最小的地区则主要以东大、五台、引镇等7个靠近南部秦岭山区的乡镇为主。随着城市化水平、城市化发展速度的降低，人类活动强度降低、人工景观变少，都市农业景观的破碎度指数降低，而且都市农业景观的通达性增强、分离度变小，生态系统间物质和能量的交换受阻碍程度变小，使得都市农业景观的稳定程度增强；同时人类对都市农业景观的干扰程度降低，景观的覆盖度指数、高功能组分的景观多度愈大、景观种类的构成愈复杂，景观生态质量下降较少。因此景观生态质量、稳定程度、干扰程度回归系数随着城市化水平的降低而减小。

图5　城市化水平对都市农业景观生态质量、稳定程度、干扰程度影响的空间差异性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

总体上，城市化对都市农业景观生态质量的影响在空间变化上表现较深刻，对都市农业景观的占用、分割破碎以及对景观格局与过程的巨大干扰，使都市农业景观的稳定程度降低；人口和工商的聚集，不仅增加了相应行业用地需求，也使得各种生产、生活资源及能源大量消耗，以及生产、生活废弃物堆积及污水的排放，导致都市农业景观污染加大，使生态系统服务功能变差。

4　结论与讨论

4.1结论

1）2013年西安市的经济发展水平、社会发展水平、居民生活质量及生态环境投资情况以及综合城市化水平在空间上均表现出从主城区向远郊区降低的递减格局。

2）城市化导致区域都市农业景观生态质量总体下降，空间上表现出与城市化格局相反的空间变化趋势，即距离西安主城区愈远，都市农业景观生态质量愈高；综合城市化水平与都市农业景观生态质量呈显著负相关。在空间上，城市化水平的差异决定了都市农业景观生态质量下降程度的空间格局分布。

3）城市化对都市农业景观的占用、分割破碎以及对景观格局与过程的巨大干扰，使得都市农业景观的稳定程度降低，导致景观生态质量下降。城市化与都市农业景观干扰程度呈显著正相关，与都市农业稳定程度呈显著负相关。

4.2讨论

本文分析了城市化对都市农业景观生态质量的作用程度及规律，这对该区域都市农业景观生态安全及可持续发展研究等具有一定的理论意义，也对该区域的都市农业发展规划及城镇发展规划具有较强的实践指导意义。对于区域内城镇的发展及都市农业的发展要有合理的规划，要避免城市建设的无序蔓延，减少对都市农业景观的过度破坏，保证其稳定性、通达性。在此过程中要保证一定数量的大斑块都市农业景观存在，减少景观的破碎程度；对城市化水平低的地区无序小路进行合理规划，增加农业景观的通达性，减小分离度。但值得注意的是，都市农业景观生态质量评价不仅包含现状的描述，也要反映出区域农业生态环境的可持续性，应建立更综合的评价指标体系进行测算，文章仅从景观生态学与土地利用两个视角出发选取可操作性较强的指标进行评价，因此需要加强都市农业景观生态质量评价指标体系的构建研究，在此基础上，深入探讨城市化对都市农业景观生态系统的作用机制，是进一步研究的方向。

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（责任编辑：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

国家自然科学基金项目（41271550）；教育部人文社会科学研究西部和边疆地区项目（12XJC790003）。

李梦桃（1992-），女，河北衡水人，硕士研究生，主要研究区域开发与城乡发展，E-mail：1310976851@qq.com；通讯作者：周忠学（1972-），男，甘肃崇信人，博士、副教授，主要从事区域经济发展、资源环境评价等研究，E-mail：zhouzhx@snnu.edu.cn。

2015-12-01，接受日期：2016-04-08