地理学报 ›› 2019, Vol. 74 ›› Issue (12): 2572-2591.doi: 10.11821/dlxb201912011
李广东1,2, 戚伟1,2
收稿日期:
2019-04-02
修回日期:
2019-11-22
出版日期:
2019-12-25
发布日期:
2019-12-25
作者简介:
李广东(1986-), 男, 山东临沂人, 副研究员, 主要从事城市地理、城镇化与生态环境耦合关系研究。E-mail:ligd@igsnrr.ac.cn
基金资助:
LI Guangdong1,2, QI Wei1,2
Received:
2019-04-02
Revised:
2019-11-22
Published:
2019-12-25
Online:
2019-12-25
Supported by:
摘要:
探索建设用地扩张对景观格局变化的影响机理是理解人类活动对生态系统功能、格局和过程变化影响机制的关键。但中国全国尺度建设用地扩张过程对景观格局演化的影响研究明显不足。基于此,突破传统行政区划单元的分析方法,以覆盖全国的10 km格网为基本单元,基于1975-2014年建成区比率数据来表征建设用地扩张水平,运用同期土地利用数据计算相应的景观指数,定量刻画了建设用地扩张及景观格局的时空演化过程,并运用空间计量经济模型定量解析了建设用地扩张过程对景观格局演化的影响效应。同时,基于全样本、不同时间点、不同规模城市和不同区域城市的对比揭示建设用地扩张过程对景观格局演化影响的时空差异性。研究结果表明:40年间建成区比率值增长了3倍,高于同期的人口城镇化增长水平,东、中和西部间呈现出显著的梯度差异性,而且差异程度逐步增加,大、中、小城市之间的差异也较为显著。1975-1990年、1990-2000年和2000-2014年3个时间段的年均增速分别为5.87%、2.32%和2.32%。景观格局总体上也经历了显著变化,优势景观类型的主导性逐步降低,景观格局趋于破碎化,复杂度增强,邻近度趋于离散,聚集度逐步降低,结合度渐高,景观多样性和均匀度均有所提高。随着建设用地扩张水平的提高,景观越来越趋于破碎化,人类活动对景观的干扰强度和频率也不断增强。例如,建设用地扩张水平每提高1%将导致景观斑块数量提高0.45%左右。但是建设用地扩张水平与景观复杂度的变化在空间上存在错位。建设用地扩张水平的提高在一定程度上使同类型斑块间的距离变近,景观聚集度出现降低趋势,景观越来越呈现多种要素的密集格局,斑块聚合和集群性增强,相应的结合度也越来越高,景观均衡化趋势和均匀分布越来越明显。同时发现,不同规模城市和不同区域的影响差异显著,除地理区位因素差异性不显著外,其他控制要素也对景观格局演化具有差别化的影响。
李广东, 戚伟. 中国建设用地扩张对景观格局演化的影响[J]. 地理学报, 2019, 74(12): 2572-2591.
LI Guangdong, QI Wei. Impacts of construction land expansion on landscape pattern evolution in China[J]. Acta Geographica Sinica, 2019, 74(12): 2572-2591.
表1
景观指数解释表
分类 | 指数 | 公式 |
---|---|---|
面积边缘 指数 | 最大斑块所占景观面积的比例(LPI) | |
边缘密度(ED) | ||
密度大小及差异指数 | 斑块数量(NP) | NP=N N为景观内斑块数量。 |
平均斑块面积(MPS) | MPS=A/NP A等于总景观面积;NP为景观内斑块数量。 | |
形态复杂度指数 | 面积加权平均形状指数(AWMSI) | |
面积加权平均斑块分形指数(AWMPFD) | ||
邻近度指数 | 平均邻近度 (PROX_MN) | |
欧氏平均最邻近距离(ENN_MN) | ||
聚散性指数 | 聚集度指数(CONTAG) | pi为斑块类型占景观的比例;gik为斑块类型i和k临接数量;m为景观内斑块数量。 |
结合度指数(COHESION) | ||
多样性指数 | 香农多样性指数 (SHDI) | |
香农均度指数(SHEI) |
表2
全样本空间面板回归模型计算结果
因变量 | Expansion | DEM | Slope | Dis_city | Dis_county | δ或λ | R2 | LM空间滞后 | LM空间误差 | 稳健LM空间滞后 | 稳健LM空间误差 | 选取模型 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
LPI | -35.694a | -0.0019a | 0.4248a | 0.0001a | 0.0001a | 0.7170a | 0.4370 | 74439.29a | 74680.49a | 124.15a | 365.35a | SEM-TFE |
ED | 0.5650a | 0.0002a | 0.0026 | 0.0002a | -0.0001a | 0.7460a | 0.5009 | 100450.35a | 99295.71a | 1155.18a | 0.54 | SAR-TFE |
NP | 0.4538a | 0.0001a | -0.1174a | -0.0001a | -0.0002a | 0.7130a | 0.4333 | 73644.32a | 73912.35a | 46.73a | 314.76a | SEM-TFE |
MPS | -88.3851a | 0.0267a | 1.2719a | 0.0004a | 0.0041a | 0.6260a | 0.3766 | 54604.60a | 54125.59a | 491.19a | 12.18a | SAR-TFE |
AWMSI | -0.1064a | 0.0001a | 0.0000 | 0.0001a | -0.0001a | 0.6100a | 0.3222 | 49524.11a | 48513.74a | 1280.89a | 270.51a | SAR-TFE |
AWMPFD | -0.0030a | 0.0001a | -0.0001a | 0.0002a | 0.0003a | 0.6400a | 0.3510 | 55127.28a | 54078.46a | 1247.60a | 198.78a | SAR-TFE |
PROX_MN | 0.7655a | 0.0001a | 0.0068a | 0.0004a | -0.0001a | 0.5280a | 0.2234 | 27772.44a | 27240.46a | 711.02a | 179.03a | SAR-TFE |
ENN_MN | -417.5628a | -0.0943a | -3.4665a | -0.0001c | -0.0008a | 0.2300a | 0.0451 | 3080.09a | 3030.71a | 115.46a | 66.08a | SAR-TFE |
CONTAG | -18.6014a | -0.0018a | -0.0215a | -0.0002a | 0.0002a | 0.6380a | 0.3596 | 54960.28a | 54290.98a | 671.80a | 2.50 | SAR-TFE |
COHESION | -6.0098a | -0.000 | 0.0075a | -0.0001a | 0.0001a | 0.7010a | 0.4275 | 78185.94a | 77967.15a | 322.13a | 103.34a | SAR-TFE |
SHDI | 0.3091a | 0.0001a | -0.0017a | 0.0003a | -0.0002a | 0.7440a | 0.4994 | 97540.60a | 95740.24a | 1827.14a | 26.78a | SAR-TFE |
SHEI | 0.2104a | 0.0001a | -0.0000 | 0.0001a | 0.0001a | 0.6710a | 0.3928 | 63597.89a | 63570.92a | 246.65a | 219.69a | SAR-TFE |
表3
不同规模城市空间面板回归模型计算结果
因变量 | Expansion | DEM | Slope | Dis_city | Dis_county | ||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
大城市 | 中等城市 | 小城市 | 大城市 | 中等城市 | 小城市 | 大城市 | 中等城市 | 小城市 | 大城市 | 中等城市 | 小城市 | 大城市 | 中等城市 | 小城市 | |||||
LPI | -13.6524a | -42.4918a | -51.0103a | -0.0017a | -0.0028a | -0.0022a | -0.0612a | 0.0465a | 0.1208a | 0.0001c | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
ED | 0.5650a | 2.8146a | 4.1404a | 0.0002a | 0.0003a | 0.0002a | 0.0027 | -0.0073a | -0.0149a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
NP | -0.6139a | 2.4466a | 6.5400a | 0.0003a | 0.0006a | 0.0003a | -0.0125a | -0.0272a | -0.0406a | 0.0001a | 0.0000 | 0.0001b | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
MPS | 97.8616b | -535.4359a | -682.0202a | 0.0893a | 0.1322a | 0.0764a | 3.2694a | 4.7074a | 6.9650a | 0.0007a | -0.0001 | 0.0011a | 0.0056a | 0.0057a | 0.0051a | ||||
AWMSI | -0.0492a | -0.1763a | -0.2235a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | -0.0003 | 0.0003 | -0.0003 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
AWMPFD | -0.0008 | -0.0045b | -0.0048 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0000 | 0.0000 | 0.0000 | 0.0001b | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
PROX_MN | 0.9067a | 1.4117a | 1.3282a | 0.0002a | 0.0003a | 0.0002a | 0.0126a | 0.0079a | 0.0018 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
ENN_MN | -319.6872a | -459.1625a | -913.3113a | -0.1075a | -0.0931a | -0.1332a | -5.6793a | -2.1100c | -2.9725a | 0.0012a | 0.0000 | -0.0003b | 0.0017a | 0.0001 | -0.0003 | ||||
CONTAG | -20.4752a | -42.6078a | -44.6049a | -0.003a | -0.0053a | -0.0026a | -0.0660b | 0.2004a | 0.0149 | 0.0001a | 0.0000 | 0.0001c | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
COHESION | -2.1468a | -14.5988a | -16.5450a | 0.0003a | -0.0003a | -0.0003a | -0.0386a | 0.0130c | 0.0267a | 0.0000 | 0.0001c | 0.0000 | 0.0000 | 0.0000 | 0.0001a | ||||
SHDI | 0.1704a | 0.6539a | 0.9141a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | -0.0003 | -0.0013a | -0.0026a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
SHEI | 0.1507a | 0.3921a | 0.5242a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0011a | -0.0001 | -0.0003b | 0.0000 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
因变量 | 大城市 | 中等城市 | 小城市 | ||||||||||||||||
δ或λ | 选取模型 | δ或λ | 选取模型 | δ或λ | 选取模型 | ||||||||||||||
LPI | 0.6900a | SAR-TFE | 0.7090a | SAR-TFE | 0.7000a | SAR-TFE | |||||||||||||
ED | 0.7460a | SAR-TFE | 0.7310a | SAR-TFE | 0.7550a | SAR-TFE | |||||||||||||
NP | 0.7030a | SAR-TFE | 0.6730a | SAR-TFE | 0.6620a | SAR-TFE | |||||||||||||
PD | 0.7330a | SAR-TFE | 0.7040a | SAR-TFE | 0.6960a | SAR-TFE | |||||||||||||
MPS | 0.5920a | SEM-TFE | 0.6040a | SEM-TFE | 0.6290a | SEM-TFE | |||||||||||||
AWMSI | 0.6070a | SAR-TFE | 0.5750a | SAR-TFE | 0.5980a | SAR-TFE | |||||||||||||
AWMPFD | 0.6200a | SAR-TFE | 0.5930a | SAR-TFE | 0.6330a | SAR-TFE | |||||||||||||
PROX_MN | 0.5000a | SAR-TFE | 0.5370a | SAR-TFE | 0.5270a | SAR-TFE | |||||||||||||
ENN_MN | 0.1720a | SAR-TFE | 0.2230a | SAR-TFE | 0.2290a | SAR-TFE | |||||||||||||
CONTAG | 0.6370a | SEM-TFE | 0.6340a | SEM-TFE | 0.6340a | SAR-TFE | |||||||||||||
COHESION | 0.7250a | SAR-TFE | 0.6990a | SAR-TFE | 0.6910a | SAR-TFE | |||||||||||||
SHDI | 0.7480a | SAR-TFE | 0.7350a | SAR-TFE | 0.7500a | SAR-TFE | |||||||||||||
SHEI | 0.6540a | SAR-TFE | 0.6570a | SAR-TFE | 0.6679a | SAR-TFE |
表4
不同区域空间面板回归模型计算结果
因变量 | Expansion | DEM | Slope | Dis_city | Dis_county | ||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
东部地区 | 中部地区 | 西部地区 | 东部地区 | 中部地区 | 西部地区 | 东部地区 | 中部地区 | 西部地区 | 东部地区 | 中部地区 | 西部地区 | 东部地区 | 中部地区 | 西部地区 | |||||
LPI | -29.5331a | -32.6791a | -46.4523a | 0.0116a | -0.0013a | -0.0006b | 0.5549a | 0.1862a | -0.0497c | 0.0001a | 0.0001a | 0.0000 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
ED | 1.0025a | 1.7322a | 3.8824a | 0.0000 | -0.0006a | -0.0001a | -0.0242a | -0.1080a | 0.0075a | 0.0001a | 0.0000 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
NP | -0.3719b | 1.6604a | 7.5169a | 0.0004a | 0.0004a | -0.0005a | -0.0539a | -0.0551a | -0.0368a | 0.0001c | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
MPS | 167.4843a | -142.1613b | -1073.6834a | 0.6892a | 0.0771a | 0.0485a | 14.8995a | 3.5402a | -8.3365a | -0.0027a | 0.0002a | 0.0024a | 0.0018a | 0.0041a | 0.0087a | ||||
AWMSI | -0.0673a | -0.3209a | -0.0367 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | -0.0060a | -0.0008b | 0.0061a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
AWMPFD | -0.0016c | -0.0126a | 0.0033 | 0.0001a | 0.0000 | 0.0001a | -0.0003a | 0.0001c | 0.0003a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
PROX_MN | 1.7221a | 1.6678a | 0.3876c | 0.0003a | 0.0002a | 0.0001a | -0.0119a | -0.0154a | 0.0323a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0000 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
ENN_MN | -247.2975a | -622.4963a | -242.1647c | -0.1610a | -0.1076a | -0.0661a | 8.6756a | -8.6759a | -10.0131a | -0.0003 | 0.0009a | -0.0012a | 0.0014a | -0.0021a | -0.0007a | ||||
CONTAG | -22.4641a | -26.0176a | -21.7274a | 0.0012c | -0.0018a | -0.0007a | 0.5581a | 0.0857a | -0.2744a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0000 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
COHESION | -4.0664a | -9.1757a | -8.8506a | 0.0078a | -0.0002c | -0.0001a | 0.0561a | 0.0380a | -0.0100a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0000 | 0.0000 | 0.0001a | 0.0001a | ||||
SHDI | 0.2426a | 0.5348a | 0.5960a | 0.0001a | 0.0001b | 0.0001a | -0.0020a | -0.0032a | 0.0000 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
SHEI | 0.1778a | 0.3212a | 0.2712a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | -0.0013a | -0.0010a | 0.0023a | 0.0001a | 0.0000 | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | 0.0001a | ||||
因变量 | 东部地区 | 中部地区 | 西部地区 | ||||||||||||||||
δ或λ | 选取模型 | δ或λ | 选取模型 | δ或λ | 选取模型 | ||||||||||||||
LPI | 0.7470a | SEM-TFE | 0.6660a | SAR-TFE | 0.6940a | SEM-TFE | |||||||||||||
ED | 0.7460a | SAR-TFE | 0.7780a | SEM-TFE | 0.7770a | SEM-TFE | |||||||||||||
NP | 0.7010a | SAR-TFE | 0.6280a | SAR-TFE | 0.7080a | SEM-TFE | |||||||||||||
PD | 0.7240a | SAR-TFE | 0.6060a | SAR-TFE | 0.7000a | SAR-TFE | |||||||||||||
MPS | 0.7030a | SEM-TFE | 0.5620a | SAR-TFE | 0.6390a | SEM-TFE | |||||||||||||
AWMSI | 0.6160a | SAR-TFE | 0.5830a | SAR-TFE | 0.5830a | SAR-TFE | |||||||||||||
AWMPFD | 0.6400a | SAR-TFE | 0.5940a | SAR-TFE | 0.6090a | SAR-TFE | |||||||||||||
PROX_MN | 0.5080a | SEM-TFE | 0.5410a | SEM-TFE | 0.4600a | SEM-TFE | |||||||||||||
ENN_MN | 0.1940a | SAR-TFE | 0.2340a | SAR-TFE | 0.2090a | SEM-TFE | |||||||||||||
CONTAG | 0.6679a | SEM-TFE | 0.5930a | SAR-TFE | 0.6260a | SAR-TFE | |||||||||||||
COHESION | 0.7270a | SEM-TFE | 0.6389a | SAR-TFE | 0.6860a | SAR-TFE | |||||||||||||
SHDI | 0.7510a | SAR-TFE | 0.7220a | SAR-TFE | 0.7350a | SAR-TFE | |||||||||||||
SHEI | 0.6690a | SAR-TFE | 0.6230a | SAR-TFE | 0.6640a | SAR-TFE |
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