第三节
景观格局的时空变化及其成因分析

一、城市群景观格局的时空演变

（一）城市景观格局的研究现状

城镇化，亦称为城市化，是伴随工业化发展，非农产业在城镇集聚、农村人口向城镇集中的自然历史过程，是国家现代化的必经之路和重要标志，是人类社会发展的客观趋势。城市是人类活动类型多、强度大的长时间影响集中区域，城市化进程中的土地利用和土地覆盖变化是人类活动影响的具体体现（张玉彪 等，2010）。景观格局研究是揭示区域生态状况及空间变异特征的有效手段，其分析的主要内容是景观元素在空间分布中的形状、类型、数量、大小、方向和位置（胡宝清 等，2005）。德国学者Troll于1939年提出“景观和景观生态学”观点并得到社会广泛的关注。城市景观格局演变研究的内容和方法侧重于城市内部生态系统及各子系统之间关系的探讨，以及分析城市景观类型格局（Kienast，1993；Turner，1990）。国外的景观格局研究较为宽泛，大多集中在典型地区的景观格局变化及其驱动力因子的定量描述和景观格局动态模拟（Kline et al.，2001）；不同学者运用遥感和地理信息等技术手段研究分析了城市景观及其分类，模拟出景观格局变化过程（Swetnam et al.，1998；Lioubimtseva et al.，1999），指导了乡村及城市的土地利用规划。Svoray et al.（2005）评估了以色列城市不同区位最适宜发展的景观。Gelet et al.（2010）查明埃塞俄比亚地区土地覆被变化和景观扰动特征。Connors et al.（2013）研究了景观格局对城市气温的耦合关系。Buyantuyev et al.（2015）研究了美国亚利桑那州菲尼克斯的景观变化特征，得出景观特征对植被和社会经济方面都有重要的影响，合适的时空分辨率计算的必要性。Cabral，Costa（2017）分析了人类活动对塞内加尔和几内亚边境地区的土地利用和景观格局的影响。与国外景观格局研究的发展相比较，国内的景观格局研究起步较晚。国内景观格局研究主要涉及景观特征、景观粒度、景观梯度、景观驱动力和景观脆弱性等内容。从景观特征相关研究上看，不同时期、不同学者选择斑块面积、斑块比例以及复杂度等景观指数分别对城市（陈利顶 等，1996；高凯 等，2010；赵中华 等，2012）、乡村（季翔 等，2014；任平 等，2014；余兆武 等，2016）、湿地（周小成 等，2012；莫晓琪 等，2017）或其他生态景观（傅伯杰，1995；梁国付 等，2005；王兮之 等，2007；李红 等，2009；陈寅 等，2014；谭洁 等，2017）的景观格局特征进行了分析。从景观格局的角度理解和解决城市化问题已经成为生态学与地理学研究领域的热点之一，研究对象主要聚焦在快速崛起的新一线城市，包括天津（贾琦 等，2012）、武汉（焦利民 等，2015）和南京（佟光臣 等，2017）等。不过近年来对于超大型城市的研究，以北京为例，重点多放在自然景观，例如湿地、森林、自然保护区等（张振明 等，2010；宫兆宁 等，2011；刘萌萌 等，2013）。

（二）城市群景观格局时空演变

景观格局是指空间结构特征，包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置（邬建国，2007）。生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用，是人类直接或间接从生态系统中得到的所有收益（Costanza et al.，1997；Daily，1997）。景观格局作为生态过程的载体，其动态变化将会影响区域生态系统内部的物质循环和能量流动，从而对生态系统服务造成影响（吕一河 等，2007）。随着人类活动的增强、城镇化和工业化进程的加快，自然景观与人文景观格局的变化日趋剧烈，生态系统服务的退化加快，景观格局变化与生态系统服务之间的关系也越来越受到人们的关注（刘绿怡 等，2018）。因此，景观格局变化的研究对于揭示生态系统服务的变化与机制、探寻人类活动与生态环境演变之间的关系具有重要意义，适当地调整景观格局将有助于生态系统服务的持续形成与稳定供给。改革开放以来，我国沿海城市的现代工业不断发展，粤港澳大湾区的发展也令人瞩目。目前，学者们对于粤港澳大湾区的讨论与研究均集中于经济、政策等方面，但粤港澳大湾区的生态环境状况也急需人们关注。在粤港澳大湾区经济社会迅速发展的同时，也出现了一系列的环境污染问题和生态破坏问题，如海平面上升、洪涝规模增大、植被面积减少、物种多样性降低等，资源环境压力日益加重，生态系统的供给与调节功能都在降低，严重阻碍了经济的可持续发展（王玉明，2018）。因此，从景观格局的角度出发，分析景观格局的变化并探索其与生态系统服务之间的关系，将有助于理解粤港澳大湾区生态系统服务变化机制，优化土地资源配置，实现该区域生态、经济、社会的可持续发展。

基于景观指数间的相关性，结合粤港澳大湾区城镇化快速发展的区域特征及研究目标，通过ArcGIS10.2和Fragstats 4.2软件计算县区尺度城市景观格局特征的主要景观指数，包括耕地、林地、湿地水体、城镇建设用地面积占比，以及斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）和香农多样性指数（SHDI）等，分析过程中涉及的主要景观指数计算方法及其意义参考McGarigal et al.（2002）的研究。斑块密度（PD）用于反映区域景观的破碎化程度，PD的数值越大，斑块的分散和破碎程度越高，受人为活动的干扰越大；最大斑块指数（LPI）是景观中最大斑块面积与总面积之比，有助于确定景观优势类型；香农多样性指数（SHDI）能反映景观中斑块类型的丰富程度，其值越大表明斑块类型越多。1980年和2015年粤港澳大湾区及周边地区景观格局对比分析如图2-20所示。粤港澳大湾区从1980—2015年的36年间耕地面积大幅减少，特别是珠三角地区。1980年深圳宝安区和龙岗区的耕地面积占比分别达到20%～30%和10%～20%，然而到了2015年全部减小到10%以下；东莞和惠州惠阳区的耕地面积占比在1980年分别为30%～40%和40%～70%，然而到了2015年分别跌落至10%～20%和30%～40%，其他县区也存在不同程度的减小。林地面积占比方面，东莞和深圳宝安区在1980年均为30%～50%，而到了2015年都减少到20%～30%，其他县区林地面积占比相对稳定。湿地水体面积占比方面，佛山顺德区和中山1980年均为20%～55%，而到了2015年则分别减少至10%～15%和15%～20%；珠海、佛山三水区、肇庆鼎湖区存在一定程度的增加，增幅均为10%左右，除此之外其他地区变化不大。城镇建设用地扩张速度非常快，1980年除香港外其他地区的城镇建设用地占比大多不超过20%，而到了2015年深圳、东莞、佛山、中山、珠海等地的占比都达到了30%甚至50%以上。香港、深圳和佛山的部分地区斑块数量（NP）和斑块密度（PD）都有所增加，反映出城镇化进程导致斑块的分散和破碎程度有所增加，受人为活动的影响增大；惠州、江门和广州的部分地区的香农多样性指数（SHDI）有所减少，反映出景观中斑块类型的丰富程度有所下降，斑块类型减少。