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基于景观生态学的城市空间格局演变规律分析与生态安全格局构建

蔡青  
【摘要】:城市化是人类文明发展的趋势,改革开放以来,中国的城市化进入飞速发展的阶段。由于人口高度集中,以及工业与交通的集聚发展,城市化往往对区域生态环境带来一系列不利影响,表现为污染物排放总量增加,环境质量下降;森林、农田、水面被侵占,地表覆盖的组成和空间结构被显著改变,生物多样性保持受到挑战。因此研究城市化过程的景观格局演变规律及其生态效应具有科学意义,对城市发展规划能起到一定的指导作用。 首先讨论了景观生态学和城市景观生态学的发展历程和理论基础,并综述了近年来城市景观生态学重要发展方向,提出了论文研究的主要目的和内容。根据研究目的与内容确定了研究采用和方法和使用的基础数据。 研究的主要工作内容和成果包括: (1)长沙市城市扩张与景观格局演替规律。以长沙市域和中心城区为研究对象,分别建立近三十年城市扩张数据库。并以此为基础,对城市扩张的过程进行分析,探讨景观格局指数随城市化推进过程的演变规律。同时将中心城区作为重点区域,分析近三十年土地利用类型的流转趋势,城市空间的扩展方向。研究发现,长沙市城市化过程主要占用了农田和林地,由于城市单核扩张,在中心城区形成了典型的环状城市结构,景观格局指数也表现出相应的梯度规律。长沙市中心城区主要是向东扩展,近年来,随着长株潭一体化以及长沙市大河西先导区的开发进程,城市又出现了向南向西的扩展趋势。城市化过程导致景观破碎化现象明显,中心城区逐渐形成了连通度和蔓延度较大的城市景观为主导的格局体系。 (2)城市化过程景观格局时空变化特征。以长沙市大河西先导区规划范围为研究对象,分析了城市化过程中不同景观格局指数之间的响应关系。研究结果显不,PLAND_u指数与SHDI指数呈现明显的二次曲线关系,曲线的拐点在PLAND_u指数取40%时取得,而SHDI指数与CONTAG指数、LPI指数均呈线性关系,随着SHDI增加,这两项指数均减小。城市化与SHDI指数具有明显的空间相关性,城市化初期的区域SHDI指数增加,景观格局复杂,成熟城市化区域SHDI指数降低,景观格局逐渐简单化和单一化。 (3)城市景观格局分析中的尺度问题。以长沙市中心城区为研究对象,研究了尺度选择对景观格局分析的影响,并使用小波分析和地统计学分析的方法,对景观系统的特征尺度进行识别。研究显示景观格局指数随分析的幅度和粒度变化而变化的规律大体上分为六类,不同的指数之间体现出截然不同的规律,因此选择合适的分析尺度(幅度与粒度)对景观格局分析结果十分重要。对研究区域的特征尺度识别显示城镇、农田和林地样区均具有120m的特征尺度,且小波分析与地统计学方法的尺度识别结果具有一定的重现性。 (4)基于不确定性理论的生态廊道识别。主要分析了生态廊道的结构功能特征,以此为基础提出了基于不确定性的生态廊道构建方法,并在模拟景观中进行了计算,最后将该方法应用于长沙市大河西先导区,进行生态廊道的提取识别。研究显示该方法识别出的廊道具有一定的宽度和冗余性,部分地区甚至存在廊道分岔。同时,廊道上也存在一些明显的瓶颈地带,瓶颈区域是物种运行面临风险较大的区域,同时也是生态恢复的关键区域。 (5)基于连通性的区域景观安全格局构建与优化。以长沙市市域范围为研究对象,构建了区域景观安全格局。分别提取了生态安全格局的五个组成部分:源地、缓冲区、廊道、辐射通道、节点,明确了研究区域生态保护的重点区域。同时研究发现,由于长沙市东西长南北短的形状特征,南部和北部的生态屏障需要与周边地市联合构建,尤其是在南部的长株潭城市群融城区域,需要参考长株潭绿心规划等相关内容,在城市之间留出一定的生态保育带,确保区域生态安全。 论文研究的基本思路是首先对区域城市发展与扩张进行回顾分析,探讨城市扩张与区域景观格局演变的内在联系,并对影响研究结论的尺度问题进行了专题讨论。然后研究了生态廊道的提取与识别方法,使用模拟景观对廊道识别方法进行测试,并对大河西先导区廊道识别进行实证研究。最后将前面的研究的理论与方法用于实践,构建了长沙市景观安全格局体系,为城市规划提供支撑与建议。


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