基于秦岭南麓商洛市景观格局动态的城市格局优化探究

张芊桦 房舒 赵培

商洛学院城乡规划与建筑工程学院 陕西 商洛 726000

近年来，我国城市化进程迅猛发展，这对自然环境造成了巨大的干扰。人类活动的不断增加改变了城市景观的分布模式，影响了景观的连通性和聚集性等因素，对区域水土保持、温度调节、固定碳源以及多样性维持等生态系统服务功能产生了深远的影响[1-2]。然而，随着我国生态环境保护和生态文明建设的推进，城市绿地面积逐渐扩大，分布也趋向均匀，这在降低城市景观的破碎度和提高连接度方面起到了重要的作用[3-5]。因此，在城市化快速发展和生态环境保护双重背景下，研究城市景观格局的动态变化对于制定城市发展策略和优化景观格局具有重要意义。

秦岭地区作为我国南北气候的分界线和重要的生态屏障，其生态环境的保护势在必行[6]。商洛市作为秦岭南麓的典型代表城市，其大部分面积被山水所覆盖，享有良好的生态环境。然而，商洛市也存在局部生态破坏和环境风险增加的问题[7]。尽管城市化建设、人口增长和经济发展取得了一定成就，但商洛市的生态安全问题依然堪忧[8]。

因此，我们选择商洛市作为研究区域，运用景观格局指数法对近20年来商洛市的景观级别和斑块类型级别的景观格局动态进行研究。这项研究旨在为秦岭山地城市的可持续发展以及生态安全保障提供科学的数据支持。通过分析商洛市景观格局的变化情况，我们可以为制定城市发展策略和优化景观格局提供科学依据。

在研究中，我们将收集大量的相关数据，并使用景观格局指数法对商洛市的景观格局进行评估。该方法可以通过计算各种景观指标，如斑块面积、边缘长度、形状复杂度等，来揭示景观的空间特征和时空变化趋势。通过比较不同时间段的景观格局指数，我们可以了解商洛市景观格局的动态变化，并进一步分析其原因。

这项研究的结果将有助于我们深入了解商洛市近年来的城市景观演变情况，揭示城市化对景观格局的影响程度，并为秦岭山地城市的可持续发展提供科学依据。希望通过这项研究能够引起政府和公众对生态环境保护的重视，促进城市发展策略的制定，并推动优化商洛市的景观格局，以实现生态安全与可持续发展的目标。

1 研究方法

为了研究商洛市近20年来的景观格局变化动态，我们进行了以下步骤。首先，我们下载了商洛市2000年至2020年的五期夏季Landsat遥感影像，并在ENVI5.3软件中对影像进行了预处理和增强处理。然后，我们运用非监督ISODATA分类方法对影像进行了土地利用类型的划分，将商洛市的土地利用分为了6类，并确保分类的总精度大于90%。

在景观级别上，我们选择了8个景观格局指数来描述商洛市的景观特征。这些指数包括最大斑块指数（LPI）、周长面积分维指数（PAFRAC）、斑块密度（PD）、分离度指数（SPLIT）、散布与并列指数（IJI）、聚集指数（AI）、景观形状指数（LSI）和香农均匀度指数（SHEI）。而在斑块类型级别上，我们选择了6个景观格局指数，包括最大斑块指数（LPI）、斑块所占景观面积的比例（PLAND）、周长面积分维指数（PAFRAC）、斑块密度（PD）、斑块数目（NP）和聚集指数（AI）。通过计算这些景观指数，我们可以了解商洛市景观格局的动态变化。

在计算景观指数时，我们选择了最优粒度为90米，并借助FRAGSTATS软件对2000年至2020年商洛市的景观格局指数进行计算。通过分析这些指数的变化趋势，我们可以揭示商洛市近20年来景观格局的动态变化情况。这将为商洛市未来的城市发展提供重要的方向和科学依据。

通过这项研究，我们希望能够深入了解商洛市近年来的景观变化情况，并为城市规划和生态环境保护提供科学参考。这将有助于制定合理的城市发展策略，促进商洛市的可持续发展，同时保护和改善其景观格局，以实现生态安全和可持续发展的目标。

2 结果与分析

2.1 景观级别景观格局变化

2000-2020年商洛市的LPI指数都小于10，表明商洛市不存在优势度较大的斑块，整个区域斑块较为破碎；2000-2010年LPI指数有变小的趋势，2010-2015几乎无变化，而2020年又有所上升，但整体来说2020年相比于2000年斑块的破碎程度增加了18%。PAFRAC能反映斑块形状复杂性，2000-2020年商洛市的PAFRAC都在1.56-1.57之间，整体景观形状复杂程度处于中等水平；2000-2020年间变化不大，其中2005景观形状最复杂，2015年最简单。2000-2020年商洛市的PD在0.52左右，斑块密度变化不大，均匀程度较好；变化趋势与PAFRAC正好相反，2005年均匀程度最差，2015年均匀程度最好；2000-2020年整体斑块密度提高了1%。SPLIT表示景观的细化程度，2000-2020年商洛市的SPLIT指数相对较高，景观细化度较高；2020年景观的整体细化程度比2000年增加了25%，其中2005-2015年期间增加的幅度最大，增加了38%。IJI表示景观的聚集程度，商洛市的指数IJI指数在2000-2020年属于中等偏低，在44.71-45.43之间；2000-2020之间斑块之间的聚集程度增加了2%，但是2015年到2020年聚集程度有轻微的下降。AI表示斑块的聚合程度，即斑块间通用共同边界的情况，2000-2020年商洛市的AI指数值都高于81，斑块聚合程度较高；2000-2020之间聚合度有波动下降的趋势，说明斑块之间的连接性减弱。2000-2020年商洛市的LSI指数在147.41-149.19之间，表明商洛市景观整体发育程度较为成熟；2000-2020年景观的发育程度整体提高了1%，但是在2010-2015年有所下降。2000-2020年商洛市的SHEI景观丰富水平一般；变化不大，整体处于一个丰富度增加的过程，但是2015-2020年有所下降。

从景观级别的景观指数变化来看，2000-2020年期间，商洛市景观较为破碎，景观形状、聚集度、处于中等水平，聚合度较高。2000-2020年商洛市景观破碎化程度、细化程度、聚集程度，发育程度、丰富程度增加，聚合程度减弱，但是在2015年后有逆向变化的趋势。

2.2 斑块类型水平景观格局

总体来看，不同斑块类型的景观格局指数差异较大。商洛市草地斑块的面积、数量、密度都最大，且2000-2020年比例有小幅度的增加；但是草地斑块的形状有变得规则的趋势，同时斑块的破碎程度增加，聚合性减弱。林地斑块的面积、数量、密度都略小于草地；2000-2020年虽然面积有轻微上升，但是斑块的数量、密度都有所减小；形状更为复杂，破碎化程度轻微增加；聚合程度都有轻微减弱。耕地是商洛市面积、数量和密度第三大的斑块；2000-2020耕地斑块面积减少，数量增加，形状更为规则，破碎程度增加，聚合度减弱。居民地在商洛市所占面积比例不大；2000-2020年居民地面积增加，但是数量和密度明显减少，面积较小的居民用地逐渐集中聚集甚至合并；形状变得更为复杂；破碎化程度明显减弱。水域斑块所占面积比例不大，2000-2020年有面积增大、数量增多、密度增大、破碎化程度减弱，形状更为复杂，聚合度增加的趋势。未利用地面积比例不足0.50%，2000-2020变化不明显。

3 结论与讨论

商洛市地处山区，植被覆盖度高，景观破碎度高，聚合度较高[9]。一区六县均位于我国南水北调中线工程水源地生态保护规划区内[10]，土地利用以草地和林地为主，具备良好的资源环境和生态文明建设水平。同时土地开发投资、经济发展水平和土地利用程度在陕西省10个地市中虽均表现为最低[11]，城市景观格局动态主要受自然景观的变化主导和影响。

商洛市是全国生态环境建设重点试点示范区，上世纪90年代实施了“天然林保护工程”和“退耕还草还林”两大治理工程后，生态环境变化稳定。1990-2009年随着政策的导向，林地景观面积增大，商洛市呈现出景观分离度逐渐降低，聚集度逐渐升高的趋势[12]。本文的研究表明2000-2020虽然这种趋势还在继续延伸，但退耕还林、封山育林等生态建设工程建设的成果逐渐趋于稳定，草地林地面积变化不大，景观动态变化受自然景观的变化影响逐渐削弱。同时随着2000-2020商洛市城市化的推进，商洛市居民地面积增加迅速，数量逐渐减少，形成一定的区域规模，增加了商洛市景观的连通性，而城市建设过程中人工绿地斑块的增大、也有利用城市景观破碎度降低，但由于居民地所占面积比例较少，商洛市整体的破碎化程度仍在增高。另外城市化的进一步发展和推进，也引起了耕地面积不断减少且破碎化程度显著增加的现象。此外商洛市矿产资源丰富，矿产资源的开发会导致斑块的数量增大，景观破碎性程度增加，近年来随着商洛市对矿区，尤其是按开采的治理，商洛市景观破碎化增加的程度有所减缓[13]。

商洛市是南水北调中线工程重要的水源地，2003年12月，南水北调中线工程开工。2006年3月开始实施《陕西省汉江、丹江流域水污染防治条例》，对水污染进行治理，2007年、2012年分别实施丹江口库区及上游水土保持治理Ⅰ期工程和II期工程进行水污染防治、生态清洁小流域建设、梯田建设、退耕还林等工作，2014年12月，南水北调中线工程正式通水后，商洛市继续展开水源地生态文明建设。因此在2000-2020年期间，水域斑块的面积、数量、密度都有所增加，同时破碎化程度减弱，连通性、聚合度增加。

可以看出，近20年来随着商洛市生态文明建设的发展逐步稳定和城市化建设的大力推荐，商洛市景观格局动态受自然景观的影响程度变弱，但由于自然景观所占面积比例较大，仍是商洛市景观格局动态变化的主要主导因素。2021年商洛市入选“2021年国家级全域森林康养试点建设市”，2023年3月商洛市成为全国首个被授予“美丽中国深呼吸”之都的地级城市。未来，商洛市城市发展的定位为依托“22℃商洛”带来的气候环境优势，打造中国康养之都。因此基于商洛市景观格局动态和城市未来发展的定位，未来商洛市需在不破坏自然环境，稳固生态文明建设成果的基础上，加快城市化发展建设和进程。