广州快速城市化进程中近自然林的景观和活力演变

陈燕乔, 黄雪清, 杨龙, 温美丽, 孙中宇, *, 彭长连

广州快速城市化进程中近自然林的景观和活力演变

陈燕乔1, 2, 黄雪清1, 杨龙1, 温美丽1, 孙中宇1, 2, *, 彭长连2, *

1. 广东省地理空间信息技术与应用公共实验室/广州地理研究所, 广州 510070 2. 华南师范大学生命科学学院, 广州 510631

我国快速城市化过程中城市森林的结构、功能及服务受到了强烈的人为干扰。快速城市化过程中如何规划和保护森林资源, 使其更有效地服务于城市生态系统, 是当前亟需解决的问题。以高度城市化的广州市近自然林为研究对象, 从城市化的时间尺度(1979—2013年)和空间尺度(市中心-近郊-远郊)两个方面探讨了广州市近自然林的景观及活力对快速城市化的响应过程。研究结果一致表明: 快速城市化导致广州市近自然林的景观破碎化。近自然林的面积及活力在快速城市化进程中先迅速降低, 随后降速减缓并缓慢回升。城市不透水面和产业结构是影响近自然林景观和活力的关键因子。城市化程度较低时, 近自然林对城市化因子的响应为线性响应, 随着城市化的推进, 这种线性响应逐渐转变为非线性。城市化因子对近自然林的景观和活力的影响随着城市化进程先增强后减弱并逐渐趋于多元化和去中心化。对城市近自然林景观和活力调控的最佳时期是快速城市化早期。高度城市化背景下的政策和管理等行政因素可显著改善近自然林的景观和活力。

城郊梯度; 归一化植被指数; 城市森林; 景观指数; 历史演变

0 前言

世界范围内的城市化进程正以惊人的速度推进。相关研究表明, 1900年世界城市人口占世界总人口的比例仅为9%, 1980年增长为40%, 2000年则达到50%, 预计2025年将会上升至60%[1, 2]。中国中小城市发展报告(2013)[3]显示, 截至2012年, 中国城市化率已达到52.60%, 预计2020年将达到60.34%, 届时中国的城市人口将达到8.37亿。城市化带来高度人类文明的同时, 也对区域内原有的自然环境和植被造成了难以估量的生态影响, 引发诸如热岛效应、雾霾、酸雨、土地污染和植被景观破碎化等城市生态问题。在此背景下, 城市森林的生物多样性、植物功能群组成特征和生态系统服务功能等也受到了严重的威胁[4-6]。随着城市化压力的增加, 城市森林的物种多样性降低, 生态服务功能减弱, 系统恢复力受损, 受到外来物种入侵和形成新生生态系统(novel ecosystem)的风险都会显著增加[7-9]。如何准确评价、保护和修复城市化过程中受损城市森林斑块的结构、功能及发展动力, 是当前亟需解决的重要课题。

城市近自然林是一类特殊的城市森林, 也是城市森林中最为重要的一种森林类型。不同于一般意义上的城市绿地, 城市近自然林具有类似自然林的组成和结构, 发挥着与自然林相当的生态系统服务功能[10, 11], 对全球变化背景下的森林研究有重要意义[12]。与其它城市绿地相比, 城市近自然林可显著提高空气负离子浓度, 降低空气中的细菌含量, 同时改善土壤微生物群落结构[13]。当前, 城市森林的研究多以城市化背景下的城市森林整体作为研究对象, 而针对城市近自然林单独的研究较少, 尤其缺乏空间梯度和时间序列相结合的研究案例[14]。本研究以广州市快速城市化过程中残存的近自然林为研究对象, 从城郊梯度和时间序列两个方面探讨我国快速城市化背景下的城市近自然林景观和活力变化。本研究以景观指数和NDVI的年际变化分别指征近自然林的景观和植被活力变化, 重点关注以下科学问题: (1)快速城市化过程中城市近自然森林的景观与活力如何变化？(2)不同城市化时期引发城市近自然林景观和活力变化的主要城市化因子是哪些？(3)在快速城市化过程中如何协调这些城市化因子, 合理规划和保护城市近自然森林？相关研究结果可为我国快速城市化过程中的近自然林规划和保护提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域

本研究选取高度城市化的广州市作为研究区域。广州是广东省的政治和经济中心, 是我国改革开放的前沿阵地, 也是我国快速城市化的典型案例之一。广州市地处我国华南地区, 属于南亚热带典型的季风海洋性气候, 夏季盛行西南风, 冬季以偏北风为主。受此影响, 该区形成了以南亚热带季风常绿阔叶林为主的地带性植被和以赤红壤为主的地带性土壤。广州市2017年全年平均温度为22.4℃, 平均相对湿度81.1%, 降雨量2638.3 mm, 日照时数1519.7 h[15]。广州市1980年的城市化率为45.5%, 2016年达到86.06%; 1978年地区生产总值为43.09亿元, 2016年增至19547.44亿元[15]。短短的30多年时间, 广州便完成了西方国家历时50-100年才完成的城市化进程, 为我国其他城市的城市化推进提供了借鉴。2017年广州市全市面积达到7434.40平方公里, 常住人口增至1404.35万人, 常住人口密度达1889人/平方公里。随着经济的发展和城市化进程的推进, 广州市中心城区、郊区以及远郊区的植被受到了强烈的人为干扰, 植被覆盖率不断降低[16], 森林景观破碎化, 形成诸多残存的“近自然林”。这些近自然林以地带性植被为主, 群落结构完整、物种多样性丰富、生物量高、趋于稳定状态、近自然生长, 在无较大人为干扰下可演替成地带性顶极群落。2004年, 广州市现存的近自然林面积仅为290 km2, 占广州市土地面积的3.9 %, 并且均以保护区、风水林和风景林的形式存在[17]。本研究首先根据广州市的用地强度和不透水面的分布将广州市划分为 “市中心区-近郊区-远郊区”的城郊梯度(图1)。随后在城郊梯度上的市中心蒲岗(PG)、近郊萝岗(LG)和远郊大岭山(DLS)选取3片近自然林, 以采样点为中心设定5 Km×5 Km的研究区域(图1B), 研究区域概况及近自然林群落特征列于表1。市中心蒲岗、近郊萝岗和远郊大岭山所受到的人为干扰强度逐渐降低, 具有明显的城市化梯度(图1)。

a. 广州市土地利用图 b.广州市不透水面分布图

Figure 1 The location of study area PG/LG/DLS in Guangzhou

表1 研究区域概况及研究区近自然林的群落特征

1.2 研究方法

1.2.1 城市化因子的选取

目前国内外对衡量城市化水平的标准尚未达成统一认识。当前衡量城市化水平有两种常用的方法, 一种是单一指数法, 多以城市人口比例作为衡量标准; 另一种是综合指数法, 选取多个指数来衡量城市化水平。所选取的指数多集中在以下四个方面[18]: ①人口相关的城市化指标, 主要用来反映城市化过程中的人口集中过程; ②土地相关的城市化指标, 主要反映地域景观的变化过程; ③经济类的城市化指标, 主要反映经济结构的非农转变; ④社会类的城市化指标, 用来反映生活方式的变化。这些衡量城市化水平的指标, 均在不同程度上反映了城市化过程对城市近自然林所产生的环境压力。本研究依据以上原则, 同时兼顾数据的可获取性、连续性和可比较性, 最终选取以下18个城市化因子表征城市化压力: 常住人口密度(X1)、GDP(X2)、第二产业产值(X3)、第三产业产值(X4)、常用耕地面积(X5)、农林牧渔业总产值(X6)、房地产开发投资额(X7)、批发零售业商品销售总额(X8)、公共财政支出(X9)、城市居民可支配收入(X10)、建设用地面积(X11)、机动车数量(X12)、大气二氧化硫含量(X13)、大气二氧化氮含量(X14)、大气一氧化碳含量(X15)、大气总悬浮颗粒物含量(X16)、降水pH值(X17)和酸雨频率(X18)。以上数据依据历年广州市统计年鉴和广州市环境公报提取。

1.2.2 基于TM影像的景观指数提取方法

基于广州市1979年、1990年、1999年、2005年和2013年TM高分辨率(30 m)影像数据, 提取研究区5 km×5 km范围内城市化过程中的土地利用变化信息。本研究将土地资源分类系统中5种土地利用类型归为5大类景观, 即林地、农用地(耕地和园地)、湿地、未利用地(裸地)、建设用地(人工表面), 并把林地、农用地及湿地归类为生态用地, 建设用地和未利用地归类为非生态用地。

在此基础上, 本研究参照邬建国[19]的方法计算了1979—2013年研究区内的斑块总个数(NP)、斑块密度(PD)、边界密度(ED)、景观形状指数(LSI)、最大斑块指数(LPI)、香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)和景观破碎化指数(FNI)。

1.2.3 基于TM影像的植被活力表征方法

在TM遥感影像中, 近红外波段的反射值与红光波段的反射值之差与近红外波段的反射值与红光波段的反射值之和的比值被称为归一化植被指数(NDVI)。NDVI可以反映植物的水分、色素和养分含量, 从而间接反映植被的健康和活力。在TM影像中, NDVI的计算公式可表示为:

NDVI=(ρband4-ρband3)/(ρband4+ρband3)

其中NDVI为归一化植被指数, ρband3和ρband4分别为TM影像红光波段和近红外波段的反射率。本研究根据NDVI值将植被活力分为三个等级, 即非植被(-1≤NDVI≤-0.2), 低活力植被(-0.2＜NDVI≤0.5)和高活力植被(0.5＜NDVI≤1)。

1.2.4 数理统计方法

采用主成分分析(PCA)方法对城市化要素进行降维处理。采用回归分析(RA)来探讨城市近自然林对城市化的响应方式。采用相关分析(CA)判别城郊梯度上对城市近自然林景观和活力产生显著影响的城市化要素。以上分析均采用SPSS for windows 13.0软件运行处理。

2 结果与分析

2.1 1979—2013年间广州市城郊梯度上近自然林的景观和活力演变

广州市城郊梯度上近自然林1979—2013年的森林景观变化如图2所示。1979年远郊大岭山95%以上均为森林, 近郊萝岗主要由森林和农用地组成, 而市中心蒲岗则由森林、农田和其他土地组成。1990年至2013年间, 蒲岗森林面积有所增加, 但被大量建筑所包围和切割, 森林及周边景观更为破碎化。近郊区萝岗的部分农用地转变为林地, 但被道路切割严重, 森林景观也逐渐破碎。远郊大岭山的森林景观则较为稳定, 期间变化并不显著。由表2可知, 研究对象所在地5 km×5 km范围内的斑块数量(NP), 斑块密度(PD), 边界密度(ED), 景观形状指数(LSI), 最大斑块指数(LPI), 香农多样性指数(SHDI), 香农均匀度指数(SHEI), 景观破碎化指数(FNI)均随着城市化时间的推进逐渐增加。同一时期市中心研究区的上述景观指数均大于近郊区和远郊区, 远郊近自然林景观的变化最小。

广州市蒲岗、萝岗和大岭山研究区域1979-2013年植被指数(NDVI)变化如图3所示。本研究将NDVI值分为3个等级来表示植被活力, 即-1至-0.2, -0.2至0.5, 0.5至1, 分别代表非植被、低活力植被和高活力植被。从市中心的蒲岗和近郊的萝岗区域来看, 随着城市化的进程, 一些植被活力较低的农业用地被建设用地所替代。随着道路和房屋的修建, 高活力的植被景观(主要是城市近自然林)被切割和碎片化。远郊大岭山也是同样的趋势, 但由于城市化压力较小, 变化并不显著。

图2 广州市蒲岗、萝岗、大岭山研究区域 1979-2013 年土地利用景观演化图

Figure 2 The change of landscape and land use in PG/LG/DLS from 1979 to 2013

表2 1979-2013年广州市蒲岗/萝岗/大岭山研究区的景观指数

表3表明, 1979—2005年间市中心蒲岗的高活力植被面积和比例逐年减小, 2005—2013年间有所回升。远郊萝岗区域的高活力植被面积呈持续下降趋势。低活力植被和无活力区域逐年增加。远郊大岭山的高活力植被、低活力植被和无活力区域的面积则变化不明显。

图3 广州市蒲岗、萝岗、大岭山研究区域1979-2013年植被指数NDVI变化图

Figure 3 The change of NDVI in PG/LG/DLS from 1979 to 2013

表 3 广州市蒲岗、萝岗和大岭山研究区植被活力变化

1.2 1979—2013年间广州市城市化因子对近自然林景观和活力的影响

本文以广州市1979/1990/1999/2005/2013年的常住人口密度(X1)、GDP(X2)、第二产业产值(X3)、第三产业产值(X4)、常用耕地面积(X5)、农林牧渔业总产值(X6)、房地产开发投资额(X7)、批发零售业商品销售总额(X8)、公共财政支出(X9)、城市居民可支配收入(X10)、建设用地面积(X11)、机动车数量(X12)、大气二氧化硫含量(X13)、大气二氧化氮含量(X14)、大气一氧化碳含量(X15)、大气总悬浮颗粒物含量(X16)、降水pH值(X17)和酸雨频率(X18)等数据为基础, 用SPSS软件对广州城市化过程中所涉及到的城市化要素进行主成分分析并输出总方差解释。结果表明, 所有城市化要素可归为三个主成分, 其中主成分Z1和Z2的特征根λ>1, 并且Z1的贡献率达到86.51%, Z1和Z2两个主成分的累积贡献率达到95.19%(表4)。从SPSS软件输出的主成分载荷矩阵可知(表5), 主成分Z1与城市化各要素均有强烈的相关性, 可归结为综合城市化因子; 主成分Z2则与土地利用类型及环境要素相关性较强, 可归结为土地利用与环境因子。

表4 SPSS软件输出总方差解释

表5 SPSS软件输出主成分载荷矩阵

本文以贡献率达86.51%的主成分Z1的对数logZ1为自变量, 以研究区森林面积、高活力植被(近自然林)比例以及景观香农多样性指数为因变量进行相关分析和线性回归分析(图4)。结果表明, 远郊区大岭山研究区内的森林面积对城市化进程的响应表现为线性递减(2=0.771); 而市中心区蒲岗和近郊区萝岗研究区内的森林面积对城市化进程的响应则趋于非线性(2分别为0.1643和0.1184)。植被活力方面, 远郊区大岭山、近郊区萝岗和市中心区蒲岗研究区内高活力植被(近自然林)的比例均随着城市化进程线性递减, 但蒲岗区的决定系数2<0.5,更趋于非线性响应。景观多样性方面, 远郊大岭山的景观多样性随城市化进程线性增加(2=0.7041); 近郊萝岗和市中心蒲岗则更趋于非线性变化(2分别为0.2918和0.4164)(图4)。从线性回归的决定系数2值可以看出, 城市中心、近郊和远郊林对广州市城市化进程的响应形式有所不同, 距离市中心越远响应形式越简单, 越接近于线性响应, 而距离市中心越近, 响应形式越复杂, 越接近于非线性响应。

本研究选取1979—2013年广州市的人口、GDP、城市化率、不透水率、房地产投资额等主要城市化因子, 与研究区景观破碎度、多样性指数、最大斑块指数、高活力植被比例等4个指标一同进行相关性分析(表6)。结果表明:

市中心蒲岗的景观指数, 包括斑块密度、景观香农指数和最大斑块指数与各城市化因子均为正相关; 而高活力植被(近自然林)比例与各城市化因子均为负相关。蒲岗区的城市化率、不透水率与斑块密度相关性最高; 而不透水率和农林牧渔业总产值与景观香农指数和最大斑块指数相关性最高。与植被活力关系最为密切的则是不透水率、城市化率和第二产业产值。指标的相关性结果表明, 不透水率、城市化率是影响蒲岗区植被活力及景观破碎度的最关键因子。而GDP、房地产开发投资额以及人均可支配收入对蒲岗森林的影响相对较小。

图4 城市化因子对数logZ1与研究区森林面积、高活力植被比例及研究区景观香农多样性指数的回归关系

Figure 4 The regression between urbanization factor logZ1 and forest area, proportion of high vigor vegetation and SHDI

表6 研究区城市化因子与森林景观类指数间的相关矩阵

近郊区萝岗研究区的斑块密度和香农多样性指数与各城市化因子均正相关; 最大斑块指数和植被活力则与各城市化因子负相关。与萝岗景观指数关系最密切的城市化因子是GDP和第二产业产值。与植被活力相关性较高的则是城市化率和农林牧渔业总产值。从城市化各要素与萝岗植被活性的显著负相关可以看出, 近郊区是受广州市城市化影响最为剧烈的区域, 人为干扰对植被活力的影响最大。

远郊大岭山研究区的斑块密度, 景观香农多样性指数与各城市化因子均正相关, 关系最为密切的是人口密度和不透水率。最大斑块指数和高活力植被比例则与各城市化因子负相关。其中与最大斑块指数关系最为密切的因子为GDP和房地产开发投资额; 与植被活力关系最为密切的是城市化率和农林牧渔产业总值。

3 讨论

3.1 快速城市化过程中城市近自然森林的景观与活力变化

时间序列和空间梯度上的研究结果一致表明, 城市化过程使广州城市近自然林的景观破碎化, 植被活力随着城市化的推进先迅速降低, 随后降速减缓, 最后有所回升。广州市城市化过程中部分近自然林景观首先被转为农业用地, 随后被道路切割破碎化, 最终转化为城市建设用地。深圳市城市近自然林在快速城市化过程中也表现出类似的转化特征[20], 说明破碎化和用地类型转化很可能是我国快速城市化乃至全球城市化过程中城市近自然林发展的普遍特征[21, 22]。快速城市化初期, 用地类型的转换较为剧烈, 大量的林地被转为农用地或建设用地, 导致区域内景观破碎化, 植被活力迅速降低。快速城市化中期, 用地类型开始稳定, 基本的城市格局已经形成, 近自然林的景观格局也相对稳定, 植被活力的降低有所减缓。快速城市化后期, 随着城市居民生活水平的提高, 对城市生态环境的需求也逐渐升高。城市管理者对城市绿化及城市绿地的管理投入也相应提高。破碎的近自然景观通过廊道作用重新连通, 研究区内的近自然林植被活力开始回升。这与快速城市化背景下上海的植被景观格局变化相类似[23], 也与城市化的“诺瑟姆曲线”相吻合。同时也说明, 快速城市化后期, 合理的政策和管理可以显著改善城市近自然林的景观和植被活力。

城市化过程中城市森林对城市化压力的响应越来越复杂, 由线性响应逐渐转为非线性响应。本研究中, 广州市近自然林在快速城市化初期对城市化压力的响应基本为线性响应, 线性回归的决定系数超过0.7; 但随着城市化的进展, 线性回归的决定系数降至0.1—0.3, 城市近自然林对城市化压力因子的响应越来越趋于非线性。这种趋势在美国明尼苏达州城郊梯度上的森林中也得到了证实[24]。这可能与城市化压力的复杂性密切相关。快速城市化初期, 城市化的压力因子较为简单和集中, 对城市近自然林的影响也相对直接。而快速城市化中后期, 城市的人口、社会、经济和政策因子越来越多元化, 对城市近自然林的影响也变得越来越复杂。城市近自然林的景观和活力对单一城市化因子的依赖性逐渐降低, 而更容易受到政策及管理等行政要素的影响。城市近自然林对城市化的这种非线性的响应过程, 实际反映了城市化压力因子不断复杂化, 不断多元化的过程。相关研究表明, 中国的快速城市化受到多元因子的驱动。随着城市化进程的推进, 市场力、外向力、行政力的影响逐渐上升, 而内源力的影响会逐渐下降[18]。这是导致城市近自然林对城市化的响应越来越趋于非线性化的根本原因。

此外, 1990—1999年间研究地近自然林的土地利用转换最为剧烈。这与该时期的城市化特征密切相关。相关研究表明, 广州1990-1999年期间, 存在显著的“郊区化”扩散现象[25], 即中心区人口减少, 郊区人口的比重逐渐超过中心区。郊区人口增加导致近郊区和远郊区近自然林的城市化压力增大, 在景观上表现得更为破碎, 植被活力显著下降。而此时广州正处于城市化的快速发展期, 广州市的GDP每年以双位数的平均增速增长, 房地产市场投资大幅增加, 大规模的市政工程依次开启, 城市样貌因为产业结构的发展和城市建设而出现了巨大变化, 这对市域内近自然林的景观和活力产生了巨大影响。

3.2 影响城市近自然林景观与活力的主要城市化因子

综合蒲岗、萝岗和大岭山的研究结果可以看出, 快速城市化过程中处于不同城市化阶段的城市近自然林对城市化因子的敏感性有所不同(表6)。快速城市化早期影响城市近自然林景观的关键因子为人口密度和不透水率; 影响植被活力的关键因子为城市化率和农林牧渔产业总值。随着快速城市化的推进, GDP和第二产业产值成为影响近自然林景观的关键因子; 而城市化率和农林牧渔产业总值则主要影响近自然林的植被活力。城市化后期, 不透水率和农林牧渔产业总值成为影响近自然林景观的关键因子; 第二产业产值和不透水率则主要影响影响近自然林的植被活力。至此, 我们可以看到城市化因子对城市近自然林景观及活力产生的负面影响是毋庸置疑的, 但城市化率并不是城市近自然林的景观变化的决定因素, 尤其在快速城市化的早期和后期。真正对城市近自然林面积和活力产生影响的是快速城市化过程中的产业结构变化及自然资源配置变化。此外, 城市化因子对城市近自然林的景观和活力的影响在快速城市化早期到中期逐渐升高, 快速城市化后期有所降低。因此改善城市近自然林的景观和活力的最佳阶段是在快速城市化早期。快速城市化早期存在若干关键的影响因子, 只需对这些因子进行适当调整, 即可达成优化目标。而快速城市化后期, 影响城市近自然林景观和活力的因素变得多元化和去中心化, 改善城市近自然林景观和活力的难度增加, 往往需要通盘考虑自然、社会、经济、土地和政策等因子, 对城市化因子进行系统优化才能达到理想效果[26]。

3.3 快速城市化过程中的城市近自然林资源的规划与保护

快速城市化过程中合理规划和保护近自然林资源, 是维持城市生态系统健康, 保障城市居民福祉的必要举措。从本研究的结果来看, 优化和改善城市近自然林的景观和活力需要在快速城市化早期控制人口密度, 避免驱赶型城市化, 同时避免快速城市化早期用地类型的剧烈变化。在快速城市化过程中宜采用新材料、新技术和新方法以尽量控制不透水地面的比例, 同时合理规划产业结构, 不断优化自然资源的空间配置。随着快速城市化的推进, 仍应控制城市化速率, 尽量避免第二产业对生态环境产生的负面影响。快速城市化后期, 不透水率和产业结构依然是影响城市近自然林景观和活力的关键因子。该时期政策和管理等行政要素发挥着重要的作用[27]。通过行政干预, 持续强化产业结构升级, 增加近自然林的景观连通度, 引导群众共同努力改善近自然林的生存环境[28, 29], 才能有效提升城市近自然林的生存质量。

[1] ATMİŞ E, ÖZDEN S, LISE W. Urbanization pressures on the natural forests in turkey: An overview[J]. Urban Forestry & Urban Greening, 2007, 6(2): 83–92.

[2] MCINTYRE N E, KNOWLES-YÁNEZ K, HOPE D. Urban ecology as an interdisciplinary field: Differences in the use of “urban" between the social and natural sciences[J]. Urban Ecosystems, 2000, 4(1): 5–24.

[3] 中国城市经济学会中小城市经济发展委员会,《中国中小城市发展报告》编纂委员会. 中小城市绿皮书:中国中小城市发展报告(2013)-新型城镇化-中小城市的路径选择与成功实践[M]. 北京: 社会科学文献出版社, 2013.

[4] 韩贵锋, 徐建华, 袁兴中. 城市化对长三角地区主要城市植被物候的影响[J]. 应用生态学报, 2008, 19(8): 1803– 1809.

[5] 王成, 彭镇华, 陶康华. 中国城市森林的特点及发展思考[J]. 生态学杂志, 2004, 23(3): 88–92.

[6] 张雪莹, 陈小梅, 危晖, 等. 城市化对珠江三角洲存留常绿阔叶林土壤有机碳组分及其碳库管理指数的影响[J]. 水土保持学报, 2017, 4(31): 184–190.

[7] HUANG Liujing, ZHU Weixing, REN Hai, et al. Impact of atmospheric nitrogen deposition on soil properties and herb-layer diversity in remnant forests along an urban-rural gradient in Guangzhou, Southern China[J]. Plant Ecology, 2012, 213(7): 1187–1202.

[8] SCHAEFER V. Alien invasions, ecological restoration in cities and the loss of ecological memory[J]. Restoration ecology, 2009, 17(2): 171–176.

[9] 李俊生, 高吉喜, 张晓岚, 等. 城市化对生物多样性的影响研究综述[J]. 生态学杂志, 2005, 24(8): 953–957.

[10] ALVEY A A. Promoting and preserving biodiversity in the urban forest[J]. Urban Forestry & Urban Greening, 2006, 5(4): 195–201.

[11] 何兴元, 陈玮, 徐文铎, 等. 城市近自然林的群落生态学剖析-以沈阳树木园为例[J]. 生态学杂志, 2003, 22(6): 162–168.

[12] CARREIRO M M, SONG Y C, WU J. Using the urban- rural gradient approach to determine the effects of land use on forests remnants[J]. Ecology Planning & Management of Urban Forests International Perspectives, 2008: 169– 186.

[13] 尹俊光, 彭鹓, 章君果,等. 城市近自然森林生态效益研究[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2009, 5: 63–73.

[14] 李海梅, 何兴元, 陈玮, 等. 中国城市森林研究现状及发展趋势[J]. 生态学杂志, 2004, 23(2): 55–59.

[15] 广州市统计局, 国家统计局广州调查队. 广州市统计年鉴-2017 [M]. 北京: 中国统计出版社, 2017.

[16] 夏北成, 龚建周. 广州市植被覆盖度等级结构及其时空格局特征[J]. 生态科学, 2006, 25(5): 417–422.

[17] 张小红, 杨志峰, 毛显强, 等. 广州市公益林生态效益价值分析及管理对策[J]. 林业科学, 2004, 40(4): 22–26.

[18]陈明星, 陆大道, 张华. 中国城市化水平的综合测度及其动力因子分析[J]. 地理学报, 2009, 64(4): 387– 398.

[19] 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.

[20] 曾辉, 姜传明. 深圳市龙华地区快速城市化过程中的景观结构研究-林地的结构和异质性特征分析[J]. 生态学报, 2000, 20(3): 378–383.

[21] STENHOUSE R N. Fragmentation and internal disturbance of native vegetation reserves in the Perth metropolitan area, western Australia[J]. Landscape & Urban Planning, 2004, 68(4): 389–401.

[22] 郭泺, 夏北成, 刘蔚秋, 等. 城市化进程中广州市景观格局的时空变化与梯度分异[J]. 应用生态学报, 2006, 17(9): 1671–1676.

[23] 李红, 李德志, 宋云, 等. 快速城市化背景下上海崇明植被覆盖度景观格局分析[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2009, 6: 89–98.

[24] BERL A, MANSON S M. Patterns in residential urban forest structure along a synthetic urbanization gradient. Annals of the Association of American Geographers[J], 2013, 103(4): 749–763.

[25] 刘筱. 80年代以来广州市城市化特征[J]. 经济地理, 2000, 19: 156–160, 168.

[26] MARGULES C R, PRESSEY R L. Systematic conserva­tion planning[J]. Nature, 2000, 405(6783): 243–253.

[27] 杨玉萍, 周志翔, 蔡绍平, 等. 城市居民对城市近自然园林的态度-以武汉市洪山区为例[J]. 应用生态学报, 2011, 22(7): 1849–1856.

[28] BAGNALL R G. A study of human impact on an urban forest remnant: Redwood Bush, Tawa, near Wellington, New Zealand[J]. New Zealand Journal Of Botany, 1979, 17(2): 117–126.

[29] DOODY B J, SULLIVAN J J., MEURK C D, et al. Urban realities: The contribution of residential gardens to the conservation of urban forest remnants[J]. Biodiversity & Conservation, 2010, 19(5): 1385–1400.

Landscape and dynamic evolution of near natural forest in the process of rapid urbanization in Guangzhou

CHEN Yanqiao1, 2, HUANG Xueqing1, YANG Long1, WEN Meili1, SUN Zhongyu1, 2, *, PENG Changlian1, *

1. Guangdong Open Laboratory of Geospatial Information Technology and Application, Guangzhou Institute of Geography, Guangzhou 510070, China 2. School of Life Sciences, South China Normal University, Guangzhou 510631, China

The structure, function, and services of urban forest are intensely disturbed by human activities during the rapid urbanization in China. How to plan and protect the forest resources during rapid urbanization and make it effectively serve the urban ecosystem, is an urgent issue. This study takes the near-natural forests in highly urbanized city Guangzhou as the study objects. The processes of near-natural forest in Guangzhou responded to urbanization were discussed from two aspects, i.e., temporal scale (1979-2013) and spatial scale (urban-rural gradient). The results consistently showed that urbanization caused landscape fragmentation of near-natural forest. The area and vigor of near-natural forest decreased rapidly, and then the trend slowed down and finally increased slowly during the rapid urbanization. The impervious surface coverage and industrial structure were the key factors influencing the landscape and vigor of near-natural forest. There was a linear response to urbanization in near-natural forest when the urbanization level was low, and the response turned to non-linear when the urbanization level increased. Accompanying with the rapid urbanization process, the influences of urbanization factors on the landscape and vigor of near-natural forest increased and then decreased. The urbanization factors that influenced urban near-natural forest turned to multivariate and non-dominant. The best period to adjust the landscape and vigor of near-natural forest was in the early urbanization stage. The administrative factor, such as policy and management could play a vital role for the improvement of the landscape and vigor of near-natural forest in late urbanization stage.

urban-rural gradient; NDVI;urban forest;landscape index;historical evolution

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.04.029

陈燕乔, 黄雪清, 杨龙, 等. 广州快速城市化进程中近自然林的景观和活力演变[J]. 生态科学, 2020, 39(4): 233–243.

CHEN Yanqiao, HUANG Xueqing, YANG Long, et al. Landscape and dynamic evolution of near natural forest in the process of rapid urbanization in Guangzhou[J]. Ecological Science, 2020, 39(4): 233–243.

Q14

A

1008-8873(2020)04-233-11

2019-11-27;

2020-05-02

国家自然科学基金(31400380); 广东省科技计划 (2018B030324002); 广东省科学院实施驱动发展能力建设专项(2017GDASCX-0805; 2018GDASCX-0101; 2020GDASYL-040101)

陈燕乔(1979—), 女, 广东饶平人, 博士, 高级工程师, 主要从事城市生态学研究, E-mail: yanqiaochen@163.com

孙中宇, 男, 博士, 副研究员, 主要从事恢复生态学研究, E-mail: sunzhyu@gdas.ac.cn

彭长连, 男, 博士, 教授, 主要从事植物生态学研究, E-mail: pengchl@scib.ac.cn