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斑块动态与等级理论的结合使尺度(或等级)与空间异质性明确地联系在一起,从而形成全新的理论雏形:等级斑块动态范式。HPDP把景观系统的结构与功能组分融合到等级性框架内。城市化景观可看作近可解构的嵌套空间等级结构,在该结构里,等级层次是对应于特定时空尺度的结构与功能单元。本文首先回顾了等级动态斑块范式的基本概念、理论与研究进展,并介绍了目前在生态学领域中几种常用的空间分析技术;之后以江阴市聚居地体系为研究对象,对其位序—规模特征、孔隙度格局、空间异质性等特征进行了研究。
本研究以江阴市两期TM/ETM+影像提取的土地利用与覆盖类型图为基础,将其中由乡村与城镇组成的聚居地系统进行了结构分析。分析表明,城镇体系的位序规模特征在城市化过程中发生了显著的变化,由初期的首位分布突出演变为较为均衡的分布特征。1991~2002年期间,江阴市聚居地面积增长迅速,总面积扩大了2.61倍;其中相当于乡镇一级的Ⅲ类斑块在斑块数、面积上均有较大增长,约占到聚居地增长面积的一半,表明其城市化过程主要表现为小城镇的扩展,这与其同期内乡镇企业的巨大发展是相对应的。景观中最活跃的景观要素是暂时性裸地斑块,其周转率最高,其主要转移模式为耕地→裸地→聚居地,可间接反映城镇扩张的相对速度。研究发现,江阴市土地利用方式的人工表面类型中的裸地/聚居地之比有显著减小,反映城镇扩张的相对速度有所下降。1991到2002年,江阴市的聚居地体系的规模结构发生了显著的变化。在1991年,江阴市市区规模特别突出,面积有13185个像元;Ⅲ类斑块只有3个,总面积仅3816个像元;Ⅰ、Ⅱ类斑块数量最多,面积也占总聚居地面积的82%。表明1991年江阴市以农业景观为主,城镇规模分布的首位度突出,而到2002年,Ⅲ、Ⅳ类斑块(≥1000像元)面积增加到56%,乡镇与城市已经占有优势,江阴市的聚居地体系已演变为以城镇为主的体系结构。江阴市在1991年到2002年,聚居地体系位序—规模分布的分维数也逐渐增大,体现了系统中各斑块的规模差异越来越小,系统的均衡度增加。
景观要素的格局特征是尺度相关性,本文应用两种多尺度分析方法,即孔隙度分析与局部样方方差分析技术对江阴市城市化过程中聚居地系统孔隙度特征进行了研究。
粒级结构分析结果表明,小粒级的频数大幅下降,则平均面积较明显上升,高粒级斑块则明显增多、增大,表明在城市化过程中,小斑块逐渐萎缩、大斑块持续增加,城市化过程直接表现为的小规模村落向中、大粒级的城镇斑块的转移的“此消彼长”的格局特征。粒级动态分析表明城市化过程产生的生态学效应是多尺度的。无论景观系统还是聚居地系统,其斑块数量都有大幅的减少,由于江阴总面积保持不变及聚居地面积增长,景观中与聚居地中斑块的平均面积增加。对于低粒级的小斑块,数量减少幅度超过面积减小,各粒级的平均面积均不同程度增加,这表明小的斑块在融合。因此,城市化过程在景观中不同尺度上造成不同的生态学效应:大尺度上的斑块破碎化与小尺度上的斑块融合。
2002年孔隙度曲线斜率明显小于1991年,这说明孔隙度随尺度增加变化率下降,聚居地系统内部结构上均衡度增加。另外,当尺度小于9780 m时,空间格局的异质性1991年高于2002年,而大于9780 m时,则相反;这反映城市化增加了聚居地系统小尺度上的内部异质性,减小了大尺度上的异质性。
局部样方方差分析表明景观的异质性水平总体上呈上升状态。对比研究发现,1991年到2002年,随着城市化的发展,乡镇间、村落间的平均距离都有明显的增加,表明城市化过程中人类聚居地逐渐向集中、融合方向发展,密度逐渐下降。LQV分析结果同时也表明,聚居地体系存在两个特征尺度,分别是1991年的2520 m、6990 m和2002年的3180 m,7920 m。