EN中文

地球信息科学学报 >

2014 , Vol. 16 >Issue 6: 898 - 906

DOI: https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2014.00898

快速城市化地区交通主干道对景观格局变化的影响

  • 曹武星 , 1, 2 ,
  • 罗飞雄 2 ,
  • 韩骥 , 1, * ,
  • 武彩燕 3 ,
  • 象伟宁 1, 2
展开
  • 1. 华东师范大学上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室,上海 200241
  • 2. 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海 200241
  • 3. 湖南师范大学资源与环境科学学院,长沙 410081
*通讯作者：韩骥(1979-),男,江苏镇江人,博士,副教授,主要从事城市生态学和城市代谢等研究。E-mail:

作者简介：曹武星(1989-),男,硕士生,主要从事GIS应用和景观生态学研究。E-mail:

收稿日期: 2013-12-30

  要求修回日期: 2014-04-05

  网络出版日期: 2014-11-01

基金资助

上海市浦江人才计划项目(14PJ1402800)

上海市教育委员会科研创新项目(14ZS053)

上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室开放课题基金(SHUES2014B02、SHUES2013A02)

收起

The Impact of Road Development on Landscape Pattern Change in Rapidly Urbanizing Area

  • CAO Wuxing , 1, 2 ,
  • LUO Feixiong 2 ,
  • HAN Ji , 1, * ,
  • WU Caiyan 3 ,
  • XIANG Weining 1, 2
Expand
  • 1. Shanghai Key Lab for Urban Ecological Processes and Eco-restoration, East China Normal University, Shanghai 200241, China
  • 2. Key Laboratory of Geographic Information Science, Ministry of Education, East China Normal University, Shanghai 200241, China
  • 3. School of Resources and Environmental Science, Hunan Normal University, Changsha 410081, China
*Corresponding author: HAN Ji, E-mail:

Received date: 2013-12-30

  Request revised date: 2014-04-05

  Online published: 2014-11-01

Copyright

《地球信息科学学报》编辑部 所有
Fold

摘要

交通主干道建设对两侧景观格局变化有着深远的影响,探索其影响机制对道路生态环境评价和区域可持续发展规划具有重要指导意义。本文以京沪高速公路(简称G2)为例,利用TM遥感影像,提取出1995、2000、2005和2010年长江三角洲地区土地利用/覆被图。同时,用缓冲区分析和景观生态学方法,分别计算不同时段和地域段G2缓冲带景观数量结构特征指数和景观格局指数变化率;并结合相关分析和非线性回归方法研究指数变化率与缓冲带距离的关系,据此判断G2对沿线景观格局变化的影响程度和范围。研究结果表明：(1)G2沿线地区景观格局变化程度与缓冲带距离呈现显著的负相关性,G2对景观格局变化的影响呈现明显的“轴带”规律;(2)G2对沿线景观格局变化的影响范围比自然生态脆弱区的道路建设更广,2000-2005年为6 km,2005-2010年扩大到9 km;(3)从整体来看,2005-2010年间的景观数量结构特征指数相关系数明显高于2000-2005年间,而景观格局指数相关系数则相反,“轴带”影响存在时间差异性;(4)从不同区域段来看,苏北和苏南段景观动态度相关系数均高于上海段,在城市化水平较低的地域段,“轴带”影响更加显著;(5)通过对比道路沿线地区不同时段、不同地域段的相关景观特征指数变化率,并结合缓冲带分析和数量统计方法,较好地评估了交通主干道对沿线景观格局变化的影响程度和范围。

关键词： 快速城市化地区; 交通主干道; 景观格局; 长江三角洲地区; 京沪高速公路

本文引用格式

曹武星 , 罗飞雄 , 韩骥 , 武彩燕 , 象伟宁 . 快速城市化地区交通主干道对景观格局变化的影响[J]. 地球信息科学学报, 2014 , 16(6) : 898 -906 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2014.00898

Abstract

Understanding the mechanism of how road development lays profound impacts on the landscape change is significant for regional sustainable development. This paper takes the YRD section of Beijing-Shanghai Expressway as a case, analyzes the remote sensing images in 1995, 2000, 2005 and 2010,and utilizes buffer zone analysis method to estimate the change rate of the landscape quantity structure and landscape pattern index in different periods and regions. Meanwhile, the correlation analysis and nonlinear regression methods are adopted to investigate the relationship between the change rate of landscape pattern and the buffer zone distance. The results from this study indicated the following points: firstly, the construction of G2 expressway generated an axial impact on landscape pattern change. In rapidly urbanizing areas, there is a negative correlation between the change rate of landscape pattern and the buffer distance, which is different from the case of Qinghai-Tibet Highway. Secondly, there is a significant impact of main roads on the succession rule of landscape pattern along the rapidly urbanizing areas, which has broader and stronger effects than the roads in ecologically fragile areas. Finally, the construction of main roads has different temporal and spatial gradient impacts on the succession rule of landscape pattern. With the development of urbanization, the road's effects on the landscape pattern become more obvious. The influence range of G2 is expanding, which was increased from 6 km during the period of 2000-2005 to 9 km during 2005-2010. In addition, in YRD region, the axial affection is more remarkable in cities with low degree of urbanization than those with high degree of urbanization. By combining buffer zone analysis, correlation analysis and nonlinear regression, as well as calculating the change rate of landscape pattern characteristics indices in different periods and regions, we could effectively assess the influence degree and scope of main roads on the landscape pattern change along the roads.

Key words： rapidly urbanizing area; main roads; landscape pattern; Yangtze River Delta region; Beijing-Shanghai Expressway

1 引言

20世纪80年代,中国高速公路开始兴建,并呈现出迅猛发展的态势。1990-2005年间,中国的高速公路里程达4.1×104 km,居世界第二位,仅次于美国[1]。交通网络的快速发展带动了沿线地区经济的快速发展,同时,也给沿线地区景观和生态环境带来了长远的、复杂的影响[2-4]。目前,道路景观的环境评价研究是我国公路建设发展研究的新课题[5],而景观生态学理论的发展为道路景观环境评价提供了新的研究思路和方法[6]。探究高速公路等交通主干道对沿线景观格局变化的影响机制有助于深入理解道路建设的生态效应,并为相关部门进行道路生态建设、管理和规划提供参考。
道路生态学从最初研究道路对生物多样性影响,到研究道路对沿线景观格局和土地利用变化的影响,其研究逐步完善和深入。近年来,一些学者越来越关注道路的生态效应[2-8],例如,有学者提出低碳交通的概念[9],评估道路建设对碳排放的影响,表明道路生态学研究开始转向环境和生态效应评估等方向,这将会成为该领域未来的重要研究方向之一[9-11]。然而,道路生态学研究主要是从区域尺度及指标选取等角度进行,研究对象和数据仍显以下不足：(1)以往的研究多以高原和山区等生态脆弱区为研究对象,主要探讨生物多样性的影响,对平原地区等快速城市化地区交通主干道的生态影响效应研究较少[12-16];(2)研究景观格局变化大多选取土地利用/覆被数据进行分析,且所用数据缺乏现势性,时间跨度较短,设定道路影响域时缺乏层次性,这显然无法全面地反映道路对沿线景观格局影响的时空差异性特点[15-19];(3)不少学者研究土地利用变化时,仅从景观类型面积转移量入手分析,较少运用能宏观反映土地利用和景观格局变化的指标,不能整体地把握沿线区域土地利用和景观格局的变化;(4)以往对道路生态效应影响机制的研究处于数据描述阶段,应该寻求一种更加科学合理的综合定量分析方法,评估交通主干道对景观格局变化的影响程度和范围[18-22]。
对于不同区域而言,道路建设对土地利用和景观格局等影响的一般规律是趋同的。道路修建会改变沿线景观类型的转化速度和土地利用强度等,但由于区域地形、社会发展程度,以及经济发展等因素的影响导致影响机制存在差异性。探索不同地区道路网络对沿线地区的影响机制,有助于揭示区域及城市发展不均衡现象产生的具体原因,并为生态环境评价、城市规划等研究提供参考。与青藏地区[13-14]等自然生态脆弱区相比,快速城市化地区道路的生态效应影响机制势必不同,探索长江三角洲地区交通主干道对两侧景观格局变化的影响有助于进一步研究快速城市化地区道路的生态环境影响机制。近年来,关于长江三角洲地区道路的生态影响效应研究相对较少,且大多局限于城市内部交通对土地利用变化的研究,区域尺度小,缺乏从宏观尺度把握道路建设对沿线地区生态环境影响程度、范围和机制等[20-24]。因此,本文以京沪高速公路(G2)长江三角洲段为例,研究G2沿线不同时期和区域段景观数量结构指数及景观格局指数变化率随缓冲带距离的变化规律,以此探究交通主干道对沿线景观格局变化的影响,为生态交通建设和区域可持续发展规划提供参考。

2 研究区地理背景与数据、方法

2.1 G2及沿线地区概况

本研究以京沪高速公路(G2)长江三角洲段为例,其沿线地区包括上海市以及江苏省所辖各市,G2的地理位置及沿线景观如图1所示。G2在华北与华东之间形成了一条经济、便捷、快速的公路运输大通道,将北京与上海更加紧密地连接起来,这对缓解京沪2个特大型城市之间的交通运输紧张状况、促进沿线经济发展具有重要意义。
Fig. 1 The location of G2 and landscape pattern along the roads

图1 G2地理位置及沿线景观示意图

G2的长江三角洲段于2000年底正式通车,沿线城市由北到南依次为徐州、宿迁、淮安、扬州、泰州、无锡、苏州和上海。该地区平原面积占据整个区域80%以上,地势平坦,自然景观类型以耕地和水体为主。G2建设前(1995年)沿线地区景观主要以耕地为主,面积占到66%,水体为15%,建设用地为14%;G2通车之后(2010年),耕地面积占60%,水体为14%,而建设用地占到21%,总体表现出耕地面积减小,建设用地面积增加的趋势。研究区域属于长江三角洲地区,是中国的第一大经济区。其中,上海市的GDP占全国的4.3%,江苏省占10.4%(2010年)[25-26],两地在中国的经济发展和社会建设中起着举足轻重的作用。评估交通主干道对沿线景观格局变化的影响,研究G2对长江三角洲地区景观格局变化的影响具有代表性和重要的现实意义。

2.2 数据来源与处理分析方法

研究所需的道路矢量数据来自TM遥感影像(2010年)解译获得,并通过长江三角洲地区2010年高速公路地图集校正;景观分析利用长江三角洲地区1995、2000、2005和2010年4期的TM遥感影像,通过ENVI4.8对图像进行辐射校正、几何纠正、图幅裁剪和重采样等处理,并解译获得土地利用/覆被图。为了增加景观类型的辨识度和解译精度,以自然属性的相似性和人为利用方式下的趋同性为原则确定了耕地、林地、草地、建设用地、水域及未利用地6类型。
道路对沿线的影响范围确定与区域地形、道路等级以及社会经济等因素有关[13,22]。本文采用缓冲带分析方法,首先,设定G2对沿线的最大影响范围为12 km。在G2双侧建立12个带宽为1 km的系列分级缓冲带,总的缓冲带宽12 km;然后,分别计算出每个缓冲带建设前(1995-2000年)与建设后(2000-2005、2005-2010年)景观格局变化程度,包括景观数量结构特征指数和景观格局指数变化率;其次,采用相关分析和非线性回归方法研究各指数变化率与缓冲带距离的关系,通过对比建设前后的差异,探讨交通主干道建设对沿线景观格局变化的影响程度和范围;最后,对G2进行分段研究,分析景观格局变化的地域差异性。为便于描述,本文将1995-2000、2000-2005、2005-2010年3个时段分别记为T1、T2、T3。
为了准确直观地反映景观格局的动态变化,选取有代表性并能宏观地反映景观类型面积动态变化,以及景观格局总体变化情况的计算指标[12-18]。因此,本文选取景观类型土地利用动态度、土地利用程度综合指数,以及3个景观格局指数为研究对象[27-28],具体指标介绍如表1所示。
Tab. 1 Introduction of research indices

表1 研究指标介绍

指标名称 计算公式 定义描述
土地利用动态度 K=Ub-UaUa-1T-1×100% Ua和Ub分别为研究期初和期末某种土地利用类型的面积,T为研究时段长度,当T设为年时,K为某种土地利用类型面积的年变化率
综合土地利用动态度 LC=∑∆LUi-j∆LUiT-1×100% LUi为监测起始时刻第i类土地利用类型的面积;LUi-j为监测时段第i类土地利用类型转换为第j类土地利用类型的面积;T为检测时段长度
土地利用程度综合指数 La=100×∑i=1DAi×Ci 取值100到400,Ai为第i级的土地利用程度分级指数;Ci为第i级土地利用程度分级面积百分比
斑块密度 PD=NA N代表斑块数,A为区域面积,定义为每km2的斑块数,取值无上限
分维数 FD=2logp4logA 反映斑块的复杂程度
多样性指数 DI=-∑Ri×log2Ri Ri为斑块i在总面积中的比重,反映景观中各类斑块的复杂性和变异性的度量

3 交通主干道对景观格局变化影响分析

3.1 道路沿线景观特征变化

3.1.1 景观数量结构特征变化
景观数量结构特征变化主要体现在面积的改变上,景观面积分整体景观面积和不同景观类型面积,整体景观面积变化速度和景观利用程度可以分别用综合土地利用动态度和土地利用程度综合指数来综合反映。综合土地利用动态度能反映各景观类型面积的变化速度,而土地利用程度综合指数能综合反映整个区域的景观类型利用和转化程度[28]。如表1所示,土地利用动态度是指研究期始末某一类景观类型面积的变化速率,综合土地利用动态度是计算区域内所有景观类型变化速率的加权和。前者反映单一景观类型的变化,后者反映整体景观水平变化。土地利用程度综合指数计算公式中,Ai为不同景观类型的分级指数,通常未利用土地分级指数为1,林地、草地、水域分级指数为2,农业用地(耕地、园地、人工草地)分级指数为3,建设用地分级指数为4[29]。
Fig. 2 The change of landscape quantity structure characteristic index of buffer zones

图2 缓冲带不同时期景观数量结构特征指数变化率

研究结果表明,交通主干道建设前后各缓冲带景观数量结构特征变化差异对比明显(图1、2)。G2建设前,即T1时期,缓冲带各景观类型面积转化小,土地利用动态度小且随缓冲带无明显变化规律,各缓冲带综合土地利用动态度和土地利用程度综合指数变化率维持在很低水平,变化主要集中在几个重要的城市中心及附近地区,缓冲带大部分区域没有景观类型数量结构变化：(1)各缓冲带土地利用程度综合指数变化较小,每一级缓冲带都略有增长,原因是部分耕地转为建设用地,各缓冲带综合指数平均增长数值为0.99,景观格局没有显著变化。其中,在1 km处增加最大,综合指数平均增长数值为1.3,在7 km处增长最小,为0.5;1995年和2000年,1~7 km缓冲带土地利用综合指数在逐渐递减,从8 km处开始有上升趋势,土地利用程度综合指数变化没有规律。(2)缓冲带综合土地利用动态度也没有变化规律,在1 km和8 km处动态度比较高,2 km处动态度最低。耕地动态度基本无变化,其他土地利用类型动态度有变化,但无规律,这表明2000年以前,G2沿线景观类型没有明显的变化规律。
G2建设后,各缓冲带综合土地利用动态度和土地利用程度综合指数变化率都有大幅增加,且随着缓冲带距离增加呈现递减趋势。从景观类型来看,建设用地和耕地的变化最大,其中,1995年耕地所占比例在各缓冲带上均高于60%,部分缓冲带上达80%左右,而建设用地低于20%。在G2建设之后,缓冲带耕地呈现不断锐减的趋势,建设用地比例不断上升,尤其是2005到2010年之间。到2010年,耕地比例在各缓冲带上均跌破60%,部分降至50%以下,而各缓冲带建设用地比例均增至30%以上。T2与T3时期相比,缓冲带综合土地利用动态度和土地利用程度综合指数变化率存在一定的差异性,随着缓冲带距离增加均表现出减小趋势,但极值点出现的缓冲带距离不同,在T2时期,2个指数均在2~3 km和6 km处取得极小值,而T3时期极小值点开始向外蔓延,均出现在9 km附近。通过分析不同景观类型的动态变化发现,建设用地和耕地的动态度随距离的增大而减小,水体和林地变化及其他景观类型无此规律,这与青藏公路对沿线景观类型面积变化的影响规律不同[13],表明交通主干道的聚集和辐射作用受自然、社会经济条件的限制。
Fig. 3 The change of landscape pattern index of buffer zones

图3 缓冲带不同时期景观格局指数变化率

3.1.2 景观格局指数变化
本文选择区域水平上的斑块密度(PD)、景观分维数(FD)和多样性指数(DI)等景观指数反映沿线地区景观格局变化程度。斑块密度代表斑块数量大小,景观分维数代表斑块形状复杂度,多样性指数表征景观类型的丰富度,三者的大小可反映景观格局的破碎程度,以及G2对沿线景观格局变化的影响。研究结果表明,道路建设前后景观格局演替规律发生显著变化：G2建设前(T1时期)各级缓冲带景观斑块密度变化率较大,分维数变化率较小(1995年和2000年基本保持不变),多样性指数变化率较小,斑块密度,分维数、多样性指数变化率最高值均在8 km处,而最低点不同,斑块密度在2 km处,分维数在7 km处,多样性指数在9 km处,总体来说景观格局指数随缓冲带不存在有序变化规律;G2建设后(T2、T3),同一缓冲带上景观格局指数变化率明显上升,斑块密度和多样性指数均在1 km处取得最大值,变化幅度表现出随缓冲带距离增加而不断减少的趋势,且斑块密度变化率T3比T2时期更大,变化更加明显,景观破碎化加快,但是分维数并无上述变化规律。
G2建设前,区域景观格局指数变化不显著,无明显的演替规律,这是由于中国高速公路发展处在起步阶段,数量不多,人类干扰及其他驱动力对景观格局影响不足,景观格局动态变化不显著。G2建设后,沿线地区人为干扰活动增加,缓冲带景观格局呈现一定变化规律,其中,3个景观指数变化率值随着道路距离的增加呈现不断递减趋势。这说明受G2影响,离道路越近,景观破碎化越明显,反之则变化越小,这与沿线景观数量结构特征指数变化规律相符合。

3.2 道路的影响范围变化

道路的影响范围是道路生态学研究的重要问题。以往道路对土地利用的影响范围研究,通常采用经验判断和比较分析来确定,存在一定主观性[12-16]。本文采用非线性回归的数学方法对综合土地利用动态度(LC)进行回归分析[30],通过寻找回归曲线的极值点或拐点来判断交通主干道的影响范围[20-22],科学定量地描述道路的影响机制。根据前文的结果描述,我们可以先假定：在T2时期,G2对沿线景观的显著影响范围为2~6 km,T3时期影响范围扩大,为8~9 km。
根据曲线拟合结果(图4),T2和T3时期R2均在0.92以上,T1时期由于G2还未建成,无显著影响,拟合精度不够,所以得到虚线拟合曲线无实际意义。我们可从T2、T3时期的拟合精度发现,T2时期的极值点为缓冲带距离是在6 km时,此处为道路的显著影响范围,之后的拟合曲线趋于平稳;T3时期,缓冲带距离在9 km处于变化极小值点,之后稍有回升,因此T3时期G2的影响范围扩大到9 km,与之前假设相符。这表明在社会经济条件好且地势平坦的地区,交通干线对沿线地区景观格局变化影响比较强,且影响范围更广,尤其对耕地和建设用地等景观类型的变化影响更加明显。
Fig. 4 The fitting curves of LC value in buffer zones within different periods

图4 不同时期道路缓冲带LC值变化拟合曲线

综上所述,G2的建设对沿线景观数量结构特征值和景观格局指数变化产生了一定影响,各指数变化率随缓冲带距离增加呈递减趋势,且G2建设后期比前期更加明显,变化速度更快,道路影响范围更广,这与其他快速城市化地区景观变化规律有所不同[18-22]。道路的建设促成了周围地区的交通,降低了经济生产成本,从而加速了沿线的人类活动聚集,更进一步促进这些地区土地开发利用。越靠近道路的地方越方便,产能和效率越大,因此,开发强度越大,则开发速度也越快。在道路建设后期,国家进一步推进改革开发,经济迅猛发展,GDP保持年均10%左右的增速,政府通过实施转变经济发展方式战略,扩大内需,加大国内基础设施建设的投入。道路的建设加快了区域的城市化进程,从而导致自然景观(如耕地)迅速像人工用地(如建设用地等)景观类型的转换,所以,道路建设后期要比前期的变化更加明显,影响范围扩大。

3.3 道路对景观格局变化的“轴带”影响

3.3.1 “轴带”影响的定量分析
地理要素之间相互关系的密切程度可以用相关分析量化,通常地理要素之间相互关系密切程度的测定,主要是通过相关系数r的计算与检验来完成的[30]。一般认为,|r|>0.7时,二者为高度相关 (P<0.01),0.3<|r|<0.7时为中度相关(P<0.05),|r|<0.3时为弱相关或不相关(P>0.05)。本文运用SPSS中的Pearson模型,分析3个时段内缓冲带距离与景观格局变化程度之间的相关性(表2-4)。结果表明,G2建设后道路缓冲带距离与景观格局变化程度呈负相关关系,说明G2对沿线地区景观格局变化的影响呈现明显的“轴带”规律。
Tab. 2 Correlation between the buffer distance and the change rate of landscape quantity structure characteristic index

表2 缓冲带距离与景观数量结构特征指数变化率的相关系数及显著性

时段 土地利用程度综合指数 综合土地利用动态度
T1 -0.207 -0.262
T2 -0.760(P<0.01) -0.709(P<0.01)
T3 -0.772(P<0.01) -0.761(P<0.01)
Tab. 3 Correlation between the buffer distance and landscape dynamic degree

表3 缓冲带距离与各景观动态度变化率的相关系数及显著性

景观类型 T1 T2 T3
整体景观 -0.262 -0.709(P<0.01) -0.761(P<0.01)
耕地 -0.468(P<0.05) -0.719(P<0.01) -0.832(P<0.01)
林地 -0.120 -0.532(P<0.05) -0.321
水体 -0.507(P<0.05) -0.453(P<0.05) -0.644(P<0.05)
建设用地 -0.024 -0.787(P<0.01) -0.703(P<0.01)
Tab. 4 Correlation between the buffer distance and the change rate of landscape pattern index

表4 缓冲带距离与景观格局指数变化率的相关系数及显著性

景观指数 T1 T2 T3
斑块密度 -0.038 -0.748(P<0.01) -0.655(P<0.05)
分维数 -0.210 -0.557(P<0.05) -0.469(P<0.05)
多样性指数 -0.187 -0.898(P<0.01) -0.745(P<0.01)
从景观数量结构特征值变化来看(表2),G2建设前(T1时期),缓冲带距离与沿线景观类型的综合土地利用动态度、土地利用程度综合指数变化率相关系数分别为-0.207、-0.262,没有显著相关性,说明道路沿线景观数量结构无明显变化规律。而G2建设后,T2时期的分别为-0.760、-0.709,显著性水平均在0.01上;T3时期分别为-0.772、-0.761,显著性水平都在0.01上,也呈现显著性相关。T3比T2时段相关系数更大、显著性更强,与前面假设分析相符合,这种显著相关性也稳定地表现在建设用地和耕地等景观类型上(表3)。可见,无论是从缓冲带整体景观水平还是从缓冲带上各景观类型来看,都已经受到G2的显著影响。从景观格局指数变化来看(表4),G2建设前景观格局指数变化率与缓冲带距离的相关系数低,斑块密度、分维数和多样性指数分别为-0.038、-0.210、-0.187,无显著性关系,这说明G2建设前沿线地区景观格局变化缓慢,没有明显演替规律;G2建设后景观破碎化加剧,斑块密度、多样性指数变化率与缓冲带距离呈显著的负相关关系,T2时期相关系数分别为-0.748、-0.557、-0.898,T3时期分别为-0.655、-0.469、-0.745。其中,斑块密度和多样性指数显著性水平较高,景观格局指数变化程度与缓冲带距离开始呈现出显著性相关关系。
总之,缓冲带距离与景观数量结构特征指数变化,以及景观格局指数变化相关性一致,都表现出显著负相关性,说明G2对沿线地区景观格局变化的影响呈明显的“轴带”规律,即距离道路越近的地方,景观格局变化越快,反之则较慢;而T3时段比T2时段表现更为显著,进一步说明G2对沿线景观格局变化的影响具有持续性。
3.3.2 时间差异性
通过分析可知,G2对沿线地区景观格局变化呈现“轴带”影响规律,且表现出时间差异性。具体来讲,T3时期与T2时期相比,沿线地区景观数量结构特征指数变化幅度更大,各景观类型动态度加大,且各指数的相关性系数增大,影响范围不断扩大;从景观格局指数变化来看,各缓冲带斑块密度变化率增大,多样性指数变化率降低,分维数保持不变,各相关性系数呈现降低趋势。
从景观数量结构特征值变化来看,T3时期的影响比T2时期更显著,干扰强度更大,这说明长江三角洲地区在经济全球化的大背景下更具经济活力,城市群的经济集聚效应更加明显,更加突显出该区域优越的经济区位条件[32],G2的经济辐射作用随时间变化而不断加强。
3.3.3 地域差异性
为了进一步分析交通主干道在不同地域段产生的景观格局差异,本文将G2分成上海段、苏南段(苏南段指扬州、无锡、苏州段)、苏北段(苏北段指徐州、宿迁、淮安、扬州段),分别代表长江三角洲地区城市化水平的高、中、低3个等级。通过计算这3个地域段内景观类型动态度变化与缓冲带距离的关系,探讨G2对沿线景观格局变化影响的地域差异性。
本文选择在快速城市化阶段时的主要景观类型,以及整体景观水平动态度进行分析,结果表明,G2对沿线地区景观格局变化影响呈现地域性差异(表5)。在苏北段,耕地、水体和建设用地3类景观的动态度与缓冲带距离之间都呈现显著性负相关,显著性水平均在0.01上,但整体景观水平不显著;苏南段表现出极高显著性相关关系,耕地、水体及建设用地的显著性水平分别在0.01、0.01和0.05上,整体景观水平在0.01上,高度相关;而上海段,无论是从整体景观水平还是从各景观类型水平来看,均未呈现出较强显著性。总体来看,城市化发展较快的地方显著性低,G2的影响较弱,而城市化进程较慢的地方表现出更高的显著性,G2的影响更强。
Tab. 5 Correlation between the buffer distance and landscape dynamic degree in different regions

表5 不同地域段景观动态度与缓冲带距离相关系数及显著性

景观类型 苏北段 苏南段 上海段
整体景观 -0.445(P<0.05) -0.915(P<0.01) -0.545(P<0.05)
耕地 -0.754(P<0.01) -0.834(P<0.01) -0.409(P<0.05)
林地 -0.065 -0.486(P<0.05) -0.509(P<0.05)
水体 -0.839(P<0.01) -0.853(P<0.01) -0.563(P<0.05)
建设用地 -0.788(P<0.01) -0.588(P<0.05) -0.488(P<0.05)

4 结语

本文选取不同时间段和不同地域段的景观格局变化进行对比分析,计算景观特征指数变化率,并结合相关分析和非线性回归方法,定量描述道路对沿线景观格局演替规律的影响程度和范围,旨在研究交通主干道对沿线景观格局变化的影响机制。本研究以人类干扰比较大的平原地区即长江三角洲地区为研究对象,结果表明,交通主干道的影响呈现“轴带”规律,这与青藏和深圳等地方不同,说明交通主干道对沿线景观格局的辐射影响规律受自然条件、经济条件,以及社会环境等因素的共同作用和影响,进一步研究表明：
(1)G2建设前,沿线地区景观格局变化缓慢,无明显变化规律,受外界人为干扰较小,土地具有较高开发潜力。G2建设后,沿线地区景观数量结构特征指数和景观格局指数变化率都大幅增加,且G2对沿线景观格局变化呈现“轴带”影响规律,尤其以耕地和建设用地景观类型变化最为明显。根据数据显示,2010年研究区的GDP占全国的15%左右,说明道路对景观类型变化的显著影响是城市化进程快速推进的结果和表征,区域的经济发展会促进道路景观类型的转换。这也与长江三角洲地区的平原地貌有很大关联,该地区耕地较多,地形起伏较小,景观类型易被改造。因此,G2沿线地区受人类干扰较大,道路对沿线地区景观格局变化的影响具有较强的辐射作用。为了促进城市的良性发展,政府决策者应该不断推进城市交通系统和城市土地利用开发的“一体化”规划,合理规划交通主干道沿线地区土地利用密度、土地利用结构、人口密度、住宅等,努力构建生态的交通网络系统。
(2)从沿线地区整体来看,景观动态度、土地利用程度综合指数与缓冲带距离的相关性系数均不断增加,G2建设后期的“轴带”影响比建设前期更显著,影响范围不断扩大。这说明快速城市化地区交通主干道建设对景观格局变化的影响具有持续性和时间差异性特征。在城市化发展水平较高地区,地方道路网络、地形特征、土地开发政策和其他社会经济条件深刻影响着地区的景观格局变化。研究结果表明：苏北段和苏南段整体景观水平和分类景观的显著性均高于上海段;高速公路的“轴带”影响在城市化发展水平较高地区表现较弱,而在水平较低的地区反而更加显著,表现出明显的地域差异性。长江三角洲地区经济活力持续旺盛,城市内部道路网络交通将继续带动沿线地区经济的高速发展,继而推动景观类型的快速转化。因此,高速公路等交通主干道对景观格局的“轴带”影响规律势必会减弱,未来应该加强城市内部交通系统管理和监督。
(3)道路建设加快了周边地区基础设施建设,增强了区域的土地利用开发强度,但同时也引发诸多社会和环境问题,例如,贫富差距进一步拉大、环境污染加重、温室气体排放等。有关部门应该适时合理地调整道路影响范围内的土地利用和开发政策,走可持续发展的道路,不断改善区域生态环境。为探究快速城市化地区交通主干道对景观格局演替规律的影响机制,本文只选取单条道路进行研究,未来将分析长江三角洲地区道路网络格局对整个区域景观格局变化产生的影响,这有助于更全面地把握道路的生态环境影响机制。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
[1]
中国统计局.中国统计年鉴2005[M].北京:中国统计出版社,2005:77-82.

[2]
Forman R T T, Alexander L E. Roads and their major ecological effects[J]. Annual review of ecology and systematics, 1998,29(1):207-231.

[3]
Forman R T T, Deblinger R D. The ecological road-effect zone of a Massachusetts (USA) suburban highway[J]. Conservation biology, 2000,14(1):36-46.

[4]
Forman R T T, Sperling D, Bissonette J A, et al. Road ecology: Science and solutions[M]. Washington, DC: Island Press, 2003.

[5]
Patarasuk R, Binford M W.Longitudinal analysis of the road network development and land-cover change in Lop Buri province, Thailand, 1989-2006[J]. Applied Geography, 2012,32(2):228-239.

[6]
Badoe D A, Miller E J.Transportation-land-use interaction: Empirical findings in North America,and their implications for modeling[J]. Transportation Research Part D:Transport and Environment,2000,5(4):235-263.

[7]
宗跃光,周尚意,彭萍,等.道路生态学研究进展[J].生态学报,2003,23(11):2396-2405.

[8]
李月辉,胡远满,李秀珍,等.道路生态研究进展[J].应用生态学报,2003,14(3):447-452.

[9]
张陶新. 中国城市化进程中的城市道路交通碳排放研究[J].中国人口·资源与环境,2012,22(8):3-9.

[10]
贺志勇,张肖宁,史文中.景观生态学在公路景观环境评价中的应用[J].城市环境与城市生态,2003,16(6):133-35.

[11]
刘世梁,杨志峰,崔保山,等.道路对景观的影响及其生态风险评价[J].生态学杂志,2005,24(8):897-901.

[12]
刘世梁,张兆苓,赵清贺,等.道路对景观格局和土壤侵蚀的影响——以云南省凤庆县为例[J].土壤通报, 2011,42(1):169-173.

[13]
张镱锂,阎建忠,刘林山,等.青藏公路对区域土地利用和景观格局的影响——以格尔木至唐古拉山段为例[J].地理学报,2002,57(3):253-266.

[14]
张慧,沈渭寿,张华,等.青藏铁路建设对沿线景观格局的影响[J].农村生态环境,2004,20(3):20-23.

[15]
田雷,沈毅,李宗禹,等.3S技术支持下的公路路域景观格局特征变化研究[J].水土保持研究,2010,17(2):168-173.

[16]
刘世梁,崔保山,杨志峰,等.道路网络对澜沧江流域典型区土地利用变化的驱动分析[J].环境科学学报, 2006,26(1):162-167.

[17]
刘世梁,崔保山,杨志峰,等.高速公路建设对山地景观格局的影响——以云南省澜沧江流域为例[J].山地学报,2006,24(1):54-49.

[18]
杨思,孔德良.基于道路网络特征的建设用地扩张及其对林地景观的影响——以深圳市为例[J].生态环境学报,2012,21(2):286-292.

[19]
曹小曙,马林兵,颜廷真.珠江三角洲交通与土地利用空间关系研究[J].地理科学,2007,27(6):743-748.

[20]
汪自书,刘语凡,张文娟,等.深圳市典型城市化样带建设用地变化过程分析[J].资源科学,2009,31(5):794-800.

[21]
汪自书,高启辉,刘语凡,等.快速城市化地区道路对两侧土地利用影响模式研究[J].中国环境科学,2009, 29(4):437-442.

[22]
汪自书,刘语凡,魏建兵,等.快速城市化地区道路格局对土地利用的影响研究[J].环境科学研究,2008,21(2):180-185.

[23]
李铖,李俊祥,李蓉,等.上海轨道交通对城市土地利用变化的影响[J].应用生态学报, 2008,19(7):1537-1543.

[24]
林涛,孙婷婷.长江三角地区高速公路网络与城镇体系空间结构的分形研究[J].人文地理,2012,27(6):43-49.

[25]
上海市统计局.上海统计年鉴2010[M].北京:中国统计出版社,2010:83-86.

[26]
江苏省统计局.江苏统计年鉴2010[M].北京:中国统计出版社,2010:90-95.

[27]
邬建国. 景观生态学——格局、过程、尺度与等级[M].北京:高等教育出版社,2007:103-121.

[28]
刘纪远,刘明亮,庄大方,等.中国近期土地利用变化的空间格局分析[J].中国科学(D辑),2002,32(12):1031-1040.

[29]
庄大方,刘纪远.中国土地利用程度的区域分异模型研究[J].自然资源学报,1997,12(2):105-111.

[30]
徐建华. 现代地理学中的数学方法[M].北京:高等教育出版社,2002:37-47.

[31]
蔡雪娇,吴志峰,程炯.基于核密度估算的路网格局与景观破碎化分析[J].生态学杂志,2012,31(1):158-164.

[32]
Chen X M.Assessing the impacts of high speed rail development in China’s Yangtze River Delta Megaregion[J]. Journal of Transportation Technologies, 2013,3:113-122.

Options
文章导航

/

〈 〉