城市是世界上最主要的地理景观之一，对城市景观格局的了解是城市土地利用规划、城市自然资源管理、城市生物多样性保护、城市环境建设与管理的基础。目前城市景观格局研究主要集中在影响城市景观形成的因素、城市土地利用格局的动态特点、城乡景观格局的梯度变化等诸多方面；同时许多研究关注城乡间的景观变化及梯度分析，如美国凤凰城城乡间165 km范围内的土地格局变化(Matthew et al., 2001; 2002)，南京市城乡交错带景观格局研究(陈彩虹, 2003)，基于GIS的上海市景观格局梯度分析(张利权等，2004)。一些研究认为合理鉴别梯度分异特征，进而探讨其内在影响因素，是把握城市景观整体格局特征和规律性的一个重要方面(曾辉，2003)；另外，在城市整体景观格局研究以外还开展城市景观类型的研究，其中对城市绿地的研究成为主要方面，如采用样带进行上海城市绿地景观格局的分析研究，探讨利用TM数据SPOT数据对城市绿地景观进行分类的理论和方法，以宜昌市中心城区为例研究城市绿地空间格局及其环境效应等(高峻，2000；车生泉，2003)。

城市化不仅刺激城市建设，同时也推动了城市环境的建设，我国近年来许多城市积极发展城市森林就是一个具体表现。城市森林是人类密集居住区内及周围所有木本植物以及相伴的植被，是从城市街区延续到郊区的各类林分的总和(Robert，1988)。城市森林是城市景观中的一个重要元素，其种类、结构、分布同样受到城市地理、形态、经济水平以及经营管理的影响，同时在改善城市环境、提高城市居住质量发挥着不可替代的作用。目前对城市森林的研究多数在生态系统的水平，着重结构、功能与效益等方面，如美国芝加哥及萨克拉曼多城市森林的气候效应研究(McPherson, 1994；1998)，合肥城市森林结构(吴泽民等，2002)，沈阳城市森林生态系统研究(何兴元等，2003)等；同时开始研究城市森林的景观格局，如合肥市区城市森林景观格局分析(吴泽民等，2003)，济南城市森林异质性分析(孔繁花等，2002)，沈阳市土地利用及树木分布的格局(胡志斌等，2003)等。但对城市森林在城市与郊区间分布差异性的研究还未见有报道。

本文以马鞍山市为研究对象，应用3S技术，通过对卫片TM图像的分析判读，在分析该市城市森林景观格局的基础上，选择城市发展轴向来比较城市中心到城郊的变化规律，探讨城市森林与城市发展的关系。马鞍山市是新兴的重工业城市，近年来城市化进程加快，城市规模发展与土地利用的矛盾、经济发展与环境建设之间的矛盾较大，这在沿江工业城市中极具代表性，如何应用有限的土地建立功能显著城市森林体系，以达到改善城市环境、为居民提供更多自然元素的目的值得探讨，将为同类城市的城市森林建设提供参考。

本文探讨的城市森林定义为树冠覆盖率在30%以上的片状林地斑块，这些树木显然要比单株分散的树木更能发挥生态功能，它们的数量、结构与分布格局直接决定城市的环境质量，因此分析片状城市森林的分布是实现科学发展与建设城市森林的需要。有研究表明，我国一些城市的森林斑块分布均匀度不高、斑块面积小型化、不同面积斑块的组成随意性很大，大大影响了城市森林的功能(吴泽民等，2003)，而这一现象在许多城市建设与改造的实践中并没有得到真正的重视，因此开展不同城市的城市森林格局研究，有助于推动城市森林建设的健康发展。

1 马鞍山市概况

马鞍山市位于安徽省东部，118°24′30″—118°41′23″ E，31°36′38″—31°46 ′54″ N。该市西临长江，东接丘陵，低丘与长江之间是狭长的阶地与河漫滩，平均海拔在10 m左右；建成区范围内间断分布着一些山丘，形成了“九峰环一湖，翠螺出大江”的秀丽自然景观，最高峰马鞍山海拔154.7 m。

马鞍山市气候属北亚热带季风型湿润气候，四季分明，梅雨集中；年平均气温15.8 ℃，无霜期为234 d；年均降水量1 023 mm。植被属中亚热带常绿阔叶与落叶阔叶混交林地带，但原生自然植被已不复存在，目前常见木本植物种类有：黑松( Pinus thunbergii)、马尾松(P.massoniana)、火炬松( P.taeda)、麻栎(Quercus acutissima)、刺槐( Robinia pseudoacacia)、黄檀(Dalbergia hupeana)，君迁子(Diospyros lotus)、竹类(Phyllostachys spp.)、杜鹃(Rhododendron spp.)、蔷薇(Rosa multiflora)、野山楂(Crataegus cuneata)、金银花(Lonicera japonica))、菝葜(Smilax china)等；草本植物白芒(Miscanthus sinensis)、蒿类(Artemisia spp.)、狗尾草(Setaria viridis)、狼尾草(Pennisetum alopecuroides)等。

马鞍山市于1956年设市，是我国十大钢铁工业基地之一，安徽省重要的工业和港口城市，2005年底市区面积67.58 km²，城市人口62万。主城区规划采取“一城四团式”的空间结构，工业和居住两大主要功能用地分别位于宁芜铁路两侧、呈平行向南发展的格局。绿化覆盖率42.57%，人均公共绿地面积12 m²。1996年被评选为国家园林城市。研究区面积为63.88 km²，占市区总面积的94.5%。

2 研究方法 2.1 数据来源

选用2003年QuickBird卫片，马鞍山市地形图，运用ViewGIS软件对影像数据进行配准，辨别不同颜色所表示的地类, 应用手持式GPS进行不同地类的验证。本次研究的原始正判率为58.3% (直接从计算机辨别结果)；经GPS定位判别调整后的正判率为88.3%，同时参考马鞍山已有的各类绿地统计资料进行分析。

2.2 景观构成分类

本文研究景观类型的划分以我国土地利用现状分类系统为依据，根据研究区的特点，采用城市森林的结构研究模式将马鞍山市的景观类型划分为：建筑等硬铺装地面、道路、城市森林、一般绿地、农田、水面6大类。本文将树冠覆盖率30%以上的片状绿地定义为城市森林(斑块)，树冠覆盖率30%以下的为一般绿地；道路属于硬质铺装地面，但为廊道景观故单独归类；农田主要是指分布在城区边缘的菜田和水田等，是城市发展过程中残留的农业用地；水面包括湖泊、水塘、面积较大的鱼塘以及河道。

2.3 样带设置

在1:50 000的遥感图像上, 设置样带研究城市森林从中心城区到城郊的变化规律。考虑马鞍山市南北方向为长轴形，西侧为长江，城市主要为纵向发展，因此只设一条纵贯全市的样带，由此表明在城市发展轴向的城市森林景观梯度。样带宽3 km、总长度13 km，为减少数据的离散性，采用移动窗口的方法(Matthew et al., 2001), 移动步长为2 km, 共有6个样区，从北向南排列；样带总面积39 km², 占研究区面积的61%。

2.4 景观格局指数计算

运用ArcGIS软件建立相关数据库，计算以下各类景观指数：1)景观分析指数，包括Shannon-Weaner多样性指数、景观优势度、景观均匀度指数；2)景观要素的斑块形状，包括斑块的形状指数、斑块的近圆指数、面积加权平均斑块的分维数、标准差斑块面积的变动系数；3)景观异质性分析，包括景观斑块密度、景观要素斑块密度、景观要素优势度；4)景观要素的空间关系，包括最小距离指数、景观分离度指数(郭晋平，2001；李哈滨等，1998；刘茂松等，2004；邬建国，2004；Almo，2000；Richard，1986；Richard et al., 1995)。

3 结果与分析 3.1 景观的总体特征

马鞍山市的地貌特征比较复杂，丘陵、河湖、平原镶嵌形成多样性高、自组织程度较好的城市景观，但本文仅讨论土地利用模式为主的景观特点。判读结果表明：研究区范围内建筑及铺装地面占整个景观的64.84%，道路占2.41%，由此全部的硬质地面达到67.25%，成为景观的背景；城市森林斑块面积占整个景观的16.47%，农田占1 1.90%，水面占3.994%。一般绿地最低，仅占0.39%(表 1)。

马鞍山市景观多样性指数为1.071 28；城市景观的优势度为0.720 5，均匀度为0.573，说明城市某类景观的比例较高，占主要的控制作用，景观均匀性较差，这也是城市的一般特点。

3.2 景观要素分布格局

马鞍山城市景观要素的分布格局见图 1。城市森林斑块占城市地域的比例较高，在市域的西侧有几个较大面积的森林斑块，分别是伸入城中的山体，多为20世纪50—60年代营造的林地，主要为黑松、马尾松、火炬松林，或以刺槐、麻栎、乌桕、黄檀为主的混交林，已成为马鞍山的主要风景资源，这些岛状的城市森林大斑块对城市森林的形成起着关键的作用，在净化空气、调节气候、维持城市生物多样性等方面发挥着重要作用；水面主要沿穿越城区的2条河流分布，大多位于城区的中部与东北方向，且在中心城区形成较大面积的水体，如雨山湖面积有0.85 km²；另外，城区保留了较大面积的农田，且集中在东北、西南的城郊结合部。由于城市的发展主要沿长江向东北、西南方向扩伸，在城市化进程中这些农田景观将转化为其他用地类型，并将是城市森林发展的潜在土地资源。

各类景观要素特征计算表明，城市森林斑块数目最多，共有2 464块，最大面积达到185.1 hm²，平均面积为0.43 hm²；水面有231个，最大面积67.75 hm²，平均面积也达到1.1 hm²；一般性绿地有138块，斑块最大面积与平均面积都最小，分别为0.91及0.18 hm²；农田斑块只有46个，平均面积为16.5 hm²；各类斑块平均面积最大的是硬质地面，为1 894 hm²(表 2)。

几种景观要素的形状指数在1.2~2.5之间，表明各类斑块形状具有相当的复杂性，但其形状不规则程度相差不大。其中，硬质地面的形状指数最大，分维数也最大，而近圆度指数最小，表明其形状不规则程度最大，斑块形状最为复杂；其次为农田斑块；一般绿地斑块形状复杂性最低，近圆程度也最大；城市森林斑块与水体的3项形状指数均十分接近，前者分维度指数及近圆度略高于后者(表 2)。这是因为城市森林斑块一般出现在各类公园、机关和学校，在根据色斑辨别时，完全依据其结构特征，边界比较自然；而建筑与农田人为边界呈现明显的不规则几何形状特点；一般绿地的边界经刻意修饰，形状比较规则。

城市森林斑块面积变动系数最大，表明其面积大小具极大的差异；其次为水面、硬质表面、农田；而一般绿地，因其斑块面积均较小，斑块面积变动系数也最小；而建筑及农田斑块面积一般都比较大，同样显示面积变动系数较小的特点(表 2)。

3.3 马鞍山城市森林类型

我国城市绿地分类系统是由建设部颁布的，主要按绿地系统的功能、利用形式、研究尺度和自然度来分。而城市森林类型的研究还属起步阶段，目前对城市森林的类型划分各持不同观点(王木林等，1997；宋永昌，2004)，但至今未形成统一的体系，有必要进一步开展研究与讨论。本文根据用地类型及功能，将马鞍山城市森林划分为6种类型：庭院林，主要包括机关单位、校园、住宅小区等地类的林分；道路林，为道路两侧带状的林分，不包括单列的行道树；风景林，主要指面积较大的城市森林公园、风景区林地；游憩林，一般为城市公园、街区林地；生态防护林，马鞍山以沿江防护林为主；苗圃。在6种城市森林中，风景林面积最大，占40.8%, 但斑块数最少，仅5块；各类庭院拥有城市森林斑块数最多达1 936块，占全部的78.57%，面积也仅次于前者，占23.9%；面积列为第三的为游憩林，占21.5%，以后依次为道路林、苗圃及生态防护林。各类城市森林斑块密度，显然是庭院林最高，30块·km^-2，以后依次为道路林5.62块·km^-2、游憩林1.55块·km^-2、生态防护林0.96块·km^-2、风景林0.08块·km^-2 、苗圃0.06块·km^-2 (表 3)。这一结果显示，庭院林具有斑块面积小、分散性强的特点，因此对城市居民日常生活的作用大；而风景林、游憩林的单体面积大，相对集中，城市居民可及的程度不及庭院林；苗圃及生态防护林的总面积比例小，而且一般分布在城市外围，对城市内部的功能影响不及其他类型；道路林实际为廊道型结构，其密度仅次于庭院林，表明道路绿化质量较高。

3.4 主要景观要素的异质性分析 3.4.1 斑块密度及相关性

斑块密度包括景观斑块密度和景观要素密度，前者反映景观总体水平上某类要素的分离程度，密度愈小则分离性愈强；后者，则在一定程度上反映相同景观要素的尺度，密度愈大，斑块的平均尺度愈小，破碎度就愈高。马鞍山城市森林的景观密度仅次于硬质表面的土地类型，为0.386，以后依次为水面、一般绿地，农田最低(0.036)；但景观要素密度一般绿地最高，表明其破碎性最大，其次为城市森林、水面，农田最低，表明其有较高的聚集性。另外，城市森林斑块与水体的最小距离指数相近，均高于一般绿地及农田，表明其在市域的分布较其他类型的随机程度略高；农田的最小距离指数最小反映其聚集度最高，因为农田主要分布在城市的南北两端，因此在局部范围有较高的聚集性(表 4)。由此结果表明，城市森林由于拥有几个大型的斑快具有一定程度的聚集性，但其斑块的数目较多因此其分散的程度又优于水体及农田景观。

3.4.2 景观要素优势度

景观要素优势度反映一种或几种景观要素控制景观的程度，某种景观优势度愈高，则控制景观的程度也愈高。建筑及铺装表面是马鞍山城市景观的基质，其优势度达到0.573；其次为城市森林景观，为0.479；农田略高于水面，分别为0.122、0.114；一般绿地最低，仅为0.029(表 4)。由此可见，城市森林与建筑等硬质表面的景观优势度接近，表明其已具有较好的环境控制能力。

3.5 沿城市南北方向城市森林景观的分布梯度 3.5.1 梯度分析

从城市南北方向所取的样带划分为6个样区，每个样区长3 km，从城北边缘向南排序，每个样区所对应的距离见表 5。

在整个样带中出现的5种城市景观要素类型, 按所占得面积比例排序为:硬质地面最高，达64.5%，以后依次为农田16.4%，城市森林11.2%，水面，7.6%；一般绿地0.3%。除了硬质地面以外，以斑块数多少排序为：城市森林，共1 472块，农田景观275块，水体景观233块，一般绿地景观63块(表 6)。此结果与上述整个城市范围的景观要素比例略有区别，主要表现为城市森林面积比例下降，而农田略有增加，因为大片的风景林地偏居于城区的西侧，而农田主要分布于城市的南北城郊，样带恰好包括了农田的主要部分，但未能包括风景林地，因此在样带中农田所占的面积大于城市森林面积。

各类景观要素斑块在样带中均表现有梯度变化(图 2)。硬质景观的比例，离城北边缘4~7 km范围最高达83%，城市森林斑块面积10.7%，农田3.7%，水面2%，一般绿地不足1%；这里集中生产、仓储、居住区，建筑物密集，绿化水平相对较低；由此向城市的南北方向，硬质地面的比例都逐渐递减，但2个方向的递减程度不同，向北的方向陡然递减，在连续的2个样区(距城北边缘5 km范围)均下降到40%以下，曲线出现陡坡；向南方向递减缓慢、在相邻的样区递减约10%后，距城北边缘6~13 km范围内基本维持在72%~79%的水平，相继连续的3个样区差异很小、在5%~6%之间。如按照建筑密度与面积比例分析，中心城区应在第3、4样区范围，即距城北边缘的4~9 km。历史上马鞍山城市发展主要沿城市纵轴向南北方向延伸，向南连接开发区，因此在中心城区的南向硬质景观连续占较高的比例，而北面近郊仍保留较高比例的农田面积，这表明开发区的发展对整个景观的组成影响较大。

城市森林在样带中的变化趋势比较平缓，呈边缘低于城中心的态势，除了南北城郊2个样区外面积均超过10%，即使在建筑面积最高的样区3也达到10.7%，城南最低，仅3.6%，城北其次6%，表明历史上马鞍山比较重视城区的绿化建设，但近年来在开发区建设中却没有规划足够的城市森林(图 2)；农田景观只有在中心城区的第4样区未出现，其他地段都出现“城市中的乡村”，这一现象在许多新兴的城市中常见，因为大规模建设的经济开发区一般都在城郊结合区，这类暂时保留的农田是今后城市森林与绿地建设的潜在用地，在改变城郊城市森林布局方面起重要的作用；水体景观总体上城北较城南较少，中心城区水面占9%，对改善城市气候有很大作用；一般绿地景观总体上比例小，变化不大，马鞍山绿地系统中以草坪为主的景观很少。

在样带中城市景观多样性的梯度变化表明：城北近郊出现高值1.69 8，因为这里拥有相对多的农田与城市森林景观斑块；在市中心由于建筑面积激增、农田与城市森林面积减少，景观多样性陡降，仅为0.89；随后向南略有增加，到城南近郊虽然城市森林的面积处于最低值，但农田景观面积有较大增加，使多样性指数达到第3高值(图 3)。由此说明，农田、城市森林景观对马鞍山城市景观多样性指数的影响较大；景观优势度指数表明中心城区最高、城南高于城北，尽管中心城区拥有10%以上的城市森林，但由于建筑面积大且密集仍然显示以少数的景观为主的特点。

3.5.2 城市森林景观破碎化梯度分析

本文采用景观斑块密度与分离指数, 来分析马鞍山城市森林景观的破碎化程度在城郊间的变化。城市森林景观斑块密度表现为中心城区高于城郊，而南面的城郊最低；城市森林斑块分离度变化较复杂，除了在距城北边缘2~5 km(样区2)出现最低值16外，其他几个样区都有较高值，但在中心区向南略下降，再在城南边缘进入经济开发区后达到最高值62。这是因为在样区2聚集了几个面积很大的城市森林斑块，而第4~5样区因雨山湖公园、雨山公园以及某些聚集较多树木的居住用地、单位附属用地的存在，城市森林斑块破碎化程度也有所降低；到城南开发区城市森林多为夹于建筑之间离散分布的小型斑块，使得分离指数增加(图 4)。

4 结论

马鞍山市建成区主要景观要素有5类，建筑及硬铺装地面占总面积的68.84%，是景观的基质；城市森林占到16.47%；城区保留了较大面积的农业用地，大多在城郊结合部，具有较高的聚集性，是今后土地利用类型转化的主要部分，也是城市森林建设的潜在土地资源。

总体来说，马鞍山城市森林景观的优势度达到0.479 2，与建筑等硬质地面接近(0.579)，说明城市森林已具有较高的环境控制能力，这与城市森林斑块所占比例较高、数量大有关；但城市森林的景观密度及最小距离指数又都表现其具有相对聚集的特征，主要是因为少数城市森林的大型斑块呈岛状分布，且相对集中，因而增加了城市森林的聚集度，由此表明大型的斑块对城市森林的景观格局起着重要的作用。

马鞍山的城市森林类型中风景林面积最大，这类森林对城市景观格局、城市环境、居民的游憩活动都产生较大的影响，但其斑块数量少且主要偏隅于城市西侧，今后应在东北部规划建设较大面积的片状林地；庭院林由于斑块数量最多、分散在整个城区，对环境的影响大。

马鞍城市向南北方向发展，城市森林在城市轴向的分布规律显示其面积比、斑块密度等城区高于近郊；另外，城市北侧的城市森林要优于城市南侧。

今后的城市森林建设应结合城市改造在中心城区适当增加城市森林斑块，在城市发展过程中应对目前在城区内保留的农业用地的转化作出合理的规划，尽量增加城市森林面积，特别在城南近郊的开发区。