區域土地利用景觀格局影響范文

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《南京師大學報》2015年第五期

在景觀生態學中，尺度一般指對某一研究對象或現象在空間上或時間上的量度，往往以粒度和幅度來表示.當前，格局與過程的時空尺度化是景觀生態學的研究熱點，尺度效應分析受到格外重視和發展.在尺度效應的研究中，特定地理現象準確表達所需的尺度、數據尺度轉換的途徑、尺度轉換后信息的損失和變化等都是學者重點關心的問題.從不同角度與尺度進行景觀格局綜合研究已經引起越來越多學者的關注，生態學中此類文獻增長迅速，并占很大比重.在進行尺度效應分析時，進行多尺度空間分析可以有效地發現和識別景觀等級結構和特征尺度.景觀指數在景觀生態學中應用很廣泛，但景觀指數對不同景觀特征和分析尺度的響應及其生態學意義尚缺乏明確的闡述.目前，國內外學者基于1∶5萬以下小比例尺的景觀指數粒度效應研究開展較多，不同比例尺矢量數據的最適宜粒度的選擇也有學者有所涉及.土地調查圖件數據作為開展土地資源管理各項業務的基礎，也是開展景觀生態分析的重要數據源，為景觀格局的研究提供了便利，但當前研究較少涉及基于此數據開展的景觀格局對粒度變化的響應及其機理.本文以鎮江市為研究區域，以1∶10000土地調查數據為基礎，計算土地利用景觀在4種空間粒度下的景觀格局指數，以期揭示粒度粗化對土地利用景觀格局的影響和機理，為土地利用現狀數據開展景觀格局分析、指導土地利用規劃和保護提供理論依據.

1數據源和研究方法

1.1數據來源與預處理采用土地利用現狀數據作為數據源，能避免土地利用分類的不確定性，保障圖形空間位置以及面積的精度，從而提高景觀格局分析的準確度及有效性.因此，本文研究采用的數據為鎮江市土地利用現狀圖，比例尺為1∶10000.該數據土地分類采用的是《土地利用現狀分類》（GB/T2010—2007），分12個一級類，57個二級類，本文為研究方便，對地類進行適當歸并，形成覆蓋全域的8種地類，分別是耕地、園地、林地、草地、交通運輸用地、水域及水利設施用地、城鎮村及工礦用地和其他土地（主要是設施農用地和沼澤地）.

1.2指標計算與技術路線將鎮江市土地利用現狀圖矢量數據轉化為柵格數據.柵格取值采用優勢原則，即比例尺精度下屬性類數目最多的景觀類型作為輸出值.分別以30m、100m、500m和1000m的分辨率得到4幅景觀類型柵格圖.計算景觀格局指數，將4幅柵格圖轉換為相應空間粒度的矢量圖（如圖1），作疊置分析，可得到4種空間粒度下的景觀類型轉移概率.文中景觀指數的選擇依據前人的研究和研究區特點進行選取，從面積、形狀、分布狀態、多樣性等方面研究多空間粒度下景觀格局的分異規律.

21∶10000現狀景觀數量結構、形態和空間鄰接特征

2.1數量結構從1∶10000現狀圖和土地利用景觀結構表（表1）可以看出，鎮江土地利用景觀以耕地為主，比例為50.89%，位列第一，顯示出耕地的基質特性，而人工景觀—城鎮村及工礦用地則位列第二位，說明鎮江地區人類活動對土地干擾大，而水域及水利設施用地排在第三位則說明研究區作為沿江城市、江南水鄉，具有水域景觀豐富的特點.

2.2形態特征研究區的土地利用景觀斑塊可分為團塊型和條帶型，團塊型的景觀以園地、草地和城鎮村及工礦用地等景觀類型為代表，其斑塊面積差異很大，其中，水域及水利設施用地中的坑塘水面、水庫等景觀同屬于團塊狀；條帶型景觀主要是以交通運輸用地為主，其寬度一般不足百米，而水域及水利設施中的河流景觀也屬于條帶型，因此水域及水利設施兼有團塊型和條帶型景觀兩種特性.

2.3空間鄰接特征景觀生態學認為，空間鄰接緊密的景觀類型，他們在結構和功能上也必然密切聯系.空間鄰接特征通常以鄰接長度表征.在空間鄰接程度上，耕地與城鎮村及工礦用地和水域及水利設施用地空間鄰接程度較高，表現出農村聚落與耕地空間聯系緊密和鎮江地區的水田農業特征；林地與城鎮村及工礦用地和耕地空間鄰接程度較高，主要表現在鎮江西北部寧鎮山脈和東部的丘陵地區，城鎮村及工礦用地鑲嵌其中；交通運輸用地與城鎮村及工礦用地和耕地空間鄰接程度較高，說明交通運輸用地鑲嵌于城鎮內部和農用地之中；水域及水利設施用地與耕地和城鎮村及工礦用地空間鄰接程度最高，前者與耕地的空間鄰接特征相同，后者則表明了鎮江地區的臨水而居的聚落形態；城鎮村及工礦用地與耕地和交通運輸用地空間鄰接程度較高，表明了鎮江地區的農業耕作特征和該區交通運輸較為發達。

3粒度粗化過程中土地利用景觀數量變化

3.1景觀類型數量變化特征在粒度粗化過程中景觀類型數量變化幅度方面，耕地、水域及水利設施用地和城鎮村及工礦用地的變化較為明顯；其余用地類型變化較小.通過各景觀類型的變化幅度與景觀現狀的對比，可以得出，土地利用景觀隨粒度變化的幅度與景觀類型現狀面積呈正相關.重點考察4種空間粒度下各類型面積與現狀圖面積差占該類型百分比，如圖2所示.對尺度效應較不敏感的是耕地、園地、林地、水域水利設施用地和城鎮村及工礦用地，而較敏感的則是草地、交通運輸用地和其他土地.草地和其他土地（主要是設施農用地和沼澤地）在鎮江地區分布有限，平均斑塊面積較小，當柵格大小為500m和1000m時，部分草地和其他土地斑塊被完全融入其鄰近的大型斑塊中，且其他土地在空間粒度為1000m時消失，而交通運輸用地則是因為其條帶狀的形態，當柵格大小超過其寬度時，條帶型交通運輸用地便開始破碎化、斷開，并融入相鄰的斑塊中.與變化幅度不同的是，土地利用景觀隨粒度變化的百分比與景觀類型面積呈負相關.

3.2景觀類型之間的轉移特征通過ArcGIS的空間疊置功能可分析粒度粗化過程中不同景觀類型之間的轉移特征.在將現狀圖轉成30m×30m空間粒度時候，某種景觀類型不轉成其他類型的概率最高，基本在95%左右.景觀類型之間的轉換概率大小與現狀景觀類型之間的空間鄰接程度在30m×30m空間粒度下高度相關.各景觀類型主要流向為耕地，顯示耕地景觀的基質特性；城鎮村及工礦用地是第二大類型景觀，因此該景觀也是其他景觀流入的主要景觀類型.當現狀圖轉成100m×100m空間粒度時，與轉成30m×30m空間粒度時相比，不同景觀類型之間的轉換概率隨著空間粒度的增加而增加.此時，城鎮村及工礦用地主要流向水域及水利設施用地，而在轉成30m×30m空間粒度時，其主要流向耕地和交通運輸用地，但二者之間差距并不大.當現狀圖轉為500m×500m空間粒度時其主要流轉關系與轉為100m×100m空間粒度時基本相同，不同的是林地轉入耕地的比例略超過轉入城鎮村及工礦用地，交通運輸用地轉入耕地量超過轉入城鎮村及工礦用地.在此空間粒度下，其他土地（主要是設施農用地和沼澤）不轉入草地和交通運輸用地，林地、草地和交通運輸用地亦不轉入其他土地.當現狀圖轉成1000m×1000m空間粒度時，其他土地消失，主要流向了與其空間鄰接程度高的耕地和水域及水利設施用地.綜上所述，隨著空間粒度的變化，各類型景觀之間的主要流向基本相同，稍有不同的是交通運輸用地流入耕地和城鎮村及工礦用地的量出現反復，但二者之間并未表現太大的差距，總體表現為隨空間粒度的增加，空間鄰接程度高的景觀類型之間流入流出比例高.

4多空間粒度下的景觀格局變化特征

4.1景觀水平分析

4.1.1景觀特征指數分析景觀水平上的景觀格局指數如表2所示.在空間粒度30m×30m下，研究區共有12411個斑塊，在空間粒度達到1000m×1000m時，斑塊數（NP）持續減少到287個.斑塊密度（PD）反映景觀的破碎化程度，同時也反映景觀空間異質性程度.斑塊密度愈大，景觀的破碎程度愈大，景觀異質性愈高.斑塊密度（PD）相應地由30m×30m空間粒度的3.23個/km2持續減少到0.08個/km2.斑塊數和斑塊密度減少說明了景觀破碎度降低.最大斑塊指數（LPI）是各類型中的最大斑塊面積與景觀總面積之比的百分數，可用其量化類型水平上最大斑塊占整個景觀的比例，是一種簡單的優勢度衡量法.最大斑塊指數（LPI）從空間粒度30m×30m的9.32%上升到空間粒度1000m×1000m的58.58%，說明研究區中最大斑塊和最小斑塊面積的差距增加，斑塊面積向趨于不均勻的方向發展，隨著空間粒度的增加，某一景觀類型被歸入另一景觀類型.

4.1.2景觀多樣性指數分析香農多樣性指數（SHDI）、香農均度指數（SHEI）是一種基于信息理論的測量指數，在生態學中應用很廣；景觀豐度（PR）等于景觀中所有景觀類型的總數，即在本文研究的4種空間粒度下的土地利用景觀類型數量.多樣性指數反映景觀類型的多少和景觀中斑塊的多度和異質性.均勻度指數描述景觀各組分分配均勻程度，其值越大，表明景觀各組成成分分配越均勻.隨著空間粒度的變化，研究區的SHDI持續下降，這就表明基于最大值法粗化后的景觀組成成分差別越大，香農均度指數（SHEI）從30m×30m到500m×500m過程中持續下降，而在1000m×1000m時有所上升，這是由于在1000m×1000m空間粒度下，其他土地消失，景觀類型減少，與PR分析結果一致.

4.2斑塊類型水平上景觀變化分析

4.2.1斑塊結構特征分析斑塊類型上的景觀指數如表3所示，從4種空間粒度的斑塊類型百分比（PLAND）可以看出，在研究區占主要優勢的景觀類型一直為耕地和城鎮村及工礦用地.研究區各類景觀的斑塊密度（PD）均較小，城鎮村及工礦用地和交通運輸用地破碎度較高，說明該區受人類活動影響最為強烈，而水域及水利設施破碎度高則是由于蘇南地區水量充沛、水系發達、坑塘水面較多.從空間粒度30m×30m變化為1000m×1000m過程中，8種景觀類型空間粒度增加的過程中斑塊密度均大致呈減小趨勢，表明斑塊破碎化降低.交通運輸用地和水域及水利設施用地在空間粒度增加的過程中，斑塊密度呈現增加后減少的趨勢，這與其條帶型的形態相關，隨著空間粒度的增加，超過條帶寬度后，這兩類景觀的斑塊連通性降低，破碎化程度增高后，逐漸以團塊狀斑塊模式衰減.在研究區，耕地LPI最大，其次是水域及水利設施用地和城鎮村及工礦用地.說明研究區耕地占絕對優勢，其次是水域及水利設施用地和城鎮村及工礦用地，這與研究區的基質類型為耕地的分析一致.從隨空間粒度變化趨勢來看，耕地、林地和城鎮村及工礦用地LPI有所增加，其他5個景觀類型的LPI有所減少.耕地LPI增加說明了耕地在該研究區面積上呈增大、空間上呈連片的趨勢；在寧鎮山脈地區，林地趨于成片分布；城鎮村及工礦用地的LPI增加主要是因為隨著空間粒度的增加，交通運輸用地流入城鎮村及工礦用地，中心城區和鎮區斑塊面積擴大并趨于成片成團的分布，在景觀中的優勢增加.

4.2.2斑塊聚集度分析聚集度指數（AI）表示景觀中不同斑塊類型的非隨機性或聚集程度，可反映景觀組分的空間配置特征.如果一個景觀由許多離散的小斑塊組成，其聚集度的值較小；當景觀中以少數大斑塊為主或同一類型斑塊高度連結時，聚集度的值則較大.同類相鄰百分比（PLADJ）用于度量同一類型斑塊的聚集程度，取值范圍0~100%，當取值小時表明某一斑塊類型分散且不連接，取值大時表示相似鄰接多.研究區耕地的聚集度指數值最大，其次是林地，交通運輸用地的聚集度AI值最小，說明耕地斑塊相對較大，交通運輸用地相對分散分布.從空間粒度變化趨勢來看，8個景觀類型的聚集度均有所下降，說明其斑塊間分布趨于分散；而草地和其他土地聚集度下降較為明顯，則是由于草地和其他土地斑塊面積較小，在隨空間粒度增加的過程中，面積較小的斑塊更易融入其鄰接程度高的較大斑塊.平均鄰近距離（ENN_MN）分析表征草地和其他土地的平均距離增大趨勢明顯，與聚集度分析一致；同類相鄰百分比隨空間粒度變化的趨勢與聚集度變化趨勢一致.

4.2.3斑塊連接性分析斑塊結合度指數（COHESION）是對各斑塊類型的物理連通性的描述.耕地、林地、交通運輸用地和水域及水利設施用地的COHESION較高，接近100，說明連通性較好，其他土地的COHESION最低，說明其空間分布相對分散，連通性較低.從隨空間粒度變化趨勢來看，園地、草地、其他土地和交通運輸用地連通性下降較快，耕地基本沒有發生變化.這是由于其他土地、草地和園地這3類景觀類型本身斑塊較小，其零星土地進一步轉化為其他類型景觀，交通運輸用地則是與LPI分析結果一致，空間粒度的增加導致其支離破碎，連通性降低.

5結語

（1）尺度效應在土地利用數據上表現明顯.土地利用景觀特性的表現在不同的空間尺度上具有較大的差異.土地利用景觀隨著尺度的變化而變化，呈現出明顯的相關性.（2）從1∶10000現狀土地利用景觀由30m×30m粗化到1000m×1000m的過程中，土地利用景觀隨粒度變化的幅度與景觀類型現狀面積呈正相關，而土地利用景觀隨粒度變化的百分比與景觀類型面積呈負相關.關于景觀之間的轉移特征，隨著空間粒度的變化，各類型景觀之間的主要流向基本相同，總體表現為隨空間粒度的增加，空間鄰接程度高的景觀類型之間流入流出比例高.（3）隨著空間粒度的增加，景觀破碎度降低，斑塊面積向趨于不均勻的方向發展，景觀的連接性和優勢類型的比重提高；在各用地類型的粗化效應方面，基質景觀耕地隨粒度粗化有空間上連片的趨勢，廊道景觀連通性降低，非優勢景觀的斑塊逐漸萎縮.（4）粒度粗化效應與土地利用景觀的分布格局和結構相關.小尺度上聚集在大斑塊周圍的小斑塊，在大尺度上被合并到大斑塊中.團塊型和條帶型景觀在粒度粗化的過程中景觀格局變化表現不同，優勢團塊型景觀（耕地）與非優勢團塊型景觀（如其他土地和草地）在粒度粗化的過程中變化較為單一，呈現集中連片或逐漸消失的趨勢；條帶型景觀（如交通運輸用地）在柵格大小逐漸超過其寬度時開始斷開、破碎，密度和破碎度開始增加，在粒度進一步粗化后，以團塊型景觀方式變化.需要指出的是，前人的研究結果已經證明不同的景觀有不同的格局特征，對尺度變化的響應也不一樣，因此并不存在景觀格局分析的最佳尺度，只有針對特定景觀的合適尺度.本文深入探討了土地利用景觀中的8個主要景觀類型對粒度變化的響應及其機理，對于充分利用土地調查數據開展景觀分析具有重要意義.

作者：喬偉峰 吳江國 王亞華 單位：南京師范大學地理科學學院 江蘇省地理信息資源開發與利用協同創新中心