学术快讯 | 捕捉景观破碎化特征，探明规划空间约束影响

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2024-3-18 00:00

上海交通大学设计学院风景园林系、自然资源部国土空间生态治理数字工程技术创新中心蔡永立教授团队在环境科学与生态学类国际期刊《Landscape Ecology》（影响因子5.2，JCR/Q1，中科院SCI 二区）发表学术论文“Spatial planning constraints will mitigate the fragmentation trajectory of natural and semi-natural landscapes: a case of Lushan City, China”（空间规划约束将缓解自然和半自然景观的破碎化轨迹：以中国庐山市为例）。

论文旨在探究，空间约束政策是否对景观破碎化程度下的自然栖息地和生物多样性保护存在重要作用。以富有自然景观资源的庐山市为研究对象，关注庐山市三区三线空间约束政策，采用土地利用预测模型、景观破碎化指数构建、趋势分析等方法，预测未来在“规划约束”和“自然发展”两种情境下的景观演变和破碎化过程，通过对比分析验证了“扩散-聚合并存及模式交替主导”的城市增长假说在城市群尺度上仍然适用。揭示了城市化过程中城市增长和区域景观格局在珠三角城市群存在时空协同演变的特征。研究结果可以为区域尺度上城市群规划和景观可持续管理提供理论参考。

论文信息

摘要

背景：生物多样性面临着快速城市化及其导致的景观破碎化潜在威胁。要了解当前空间规划限制对自然和半自然栖息地保护、生态系统服务和可持续性的影响，就必须研究景观破碎化的未来轨迹。

方法：我们采用PLUS模型模拟并预测了“规划约束”和“自然发展”两种不同情景下，庐山市土地利用和景观格局的变化。然后确定了适当的景观破碎化指数（LFI），以有效捕捉破碎化的本质。为了确定最佳尺度，采用了移动窗口法和半方差函数两种实验方法。通过构建 LFI 时空序列并进行趋势分析，确定了具有明显破碎化趋势的潜在破碎化区域（PFA）。

结果：空间规划约束将（1）防止建设用地侵占2.14 km2的耕地、0.21 km2的森林和0.13 km2的草地；（2）将高度破碎化区域从庐山东北部转移到开发边界界定的规划区域；（3）缓解和减缓自然和半自然景观的景观破碎化趋势，减少7.74 km2的PFA，保留15.61 km2里的自然景观。（4) 仍有29.42%的森林和22.82%的草地面临破碎化风险。

结论：空间规划约束将通过改变LFI和PFA的空间分布，有效控制自然和半自然景观的潜在破碎化。这种控制机制将极大地排除人为影响，确保栖息地的保护。在未来的生态管理优化中，应重点关注保留在PFA范围内的栖息地。

关键词：景观格局，空间规划限制，景观破碎化指数，时空预测，趋势分析，潜在破碎化区域

Abstract

Context: The biodiversity faces an underlying threat from landscape fragmentation resulting from rapid urbanization. Examining the future trajectory of landscape fragmentation is imperative to understanding the impact of current spatial planning constraints on natural and semi-natural habitat preservation, ecosystem services, and sustainability.

Methods: We employed a Patch-generating Land Use Simulation (PLUS) model to simulate and predict the land use and landscape pattern changes in Lushan City under two distinct scenarios: “Planning Constraints (PC)” and “Natural Development (ND)”. We then identified an appropriate landscape fragmentation index (LFI) that effectively captured the fragmentation essence. To determine the optimal scale, we adopted an experimental approach using both the moving window (MW) method and the semi-variance function. By constructing a LFI spatiotemporal sequence and conducting trend analysis, we identified the potential fragmentation areas (PFA) with significant fragmentation tendencies.

Results: The spatial planning constraints will (1) prevent the encroachment of construction land into 2.14 km2 of cropland, 0.21 km2 of forest, and 0.13 km2 of grassland; (2) shift the highly fragmented area from the northeastern portion of Lushan to the planned area defined by the development boundary; (3) mitigate and decelerate the trend of landscape fragmentation in natural and semi-natural landscapes, decrease PFA by 7.74 km2 and preserve 15.61 km2 of natural landscapes. (4) still leave 29.42% of forest and 22.82% of grassland at risk of fragmentation.

Conclusions: Spatial planning constraints will effectively control the potential fragmentation in natural and semi-natural landscapes by changing the spatial distribution of LFI and PFA. This control mechanism will greatly exclude the anthropogenic impact and ensure the conservation of habitats. The habitats remaining within PFA should be focused in future eco-management optimization.

Key words: Landscape pattern · Spatial planning constraints · Landscape fragmentation index· Spatiotemporal prediction · Trend analysis · Potential fragmentation area

图1. 庐山市区位和高程图、2020土地利用/覆被地图及分类面积比例、阶段性三区三线空间约束地图

图2. 研究技术路线图

图3. 不同景观格局指数的块基比曲线图

图4. 2000-2050年庐山土地利用/覆被变化（a）2000年（b）2020年（c）“自然发展”情景下2050年（d）“空间约束”情景下2050年

图5. 不同情况下的积累图：（a）土地利用面积比例；（b）土地利用转移面积；（c）新增建设用地占用其他景观

图6. 不同年份的庐山 LFI 空间分布图：（a）2000年（b）2020年（c）“自然发展”情景下的2050年（d）“规划约束”情景下的 2050年

图7. 不同景观中两种情景下的LFI时间序列折线图：（a）庐山整体水平（b）农田（c）林地（d）草地

图8. （a）两种情景下LFI趋势累积图；（b）“自然发展”情景下LFI趋势空间分布图；

（c）“规划约束”情景下 LFI 趋势空间分布图；（d）“自然发展”情景下 PFA 及其内部景观类型；（e）“规划约束”情景下PFA及其内部景观类型；（f）两种情景下PFA内部景观类型面积

上海交通大学设计学院硕士生张智舵为论文第一作者，蔡永立教授为论文通讯作者。论文合作者还包括华东师范大学蔡文博副研究员，上海交通大学博士生朱青，上海交通大学已毕业硕士生贺耿，上海同济城市规划设计研究院高级工程师刘晓、中级工程师丁凡。本研究获得教育部哲学社科重大项目（19JZD023）、国家自然科学基金青年科学基金项目（72104232）以及上海市科学技术委员会软科学研究项目（23692117800）共同支持。

引用格式：

Zhang, Z., He, G., Cai, W. et al. Spatial planning constraints will mitigate the fragmentation trajectory of natural and semi-natural landscapes: a case of Lushan City, China. Landsc Ecol 39, 59 (2024).

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