錦葫沿海地區(qū)景觀格局變化研究

◎ 遼寧省建筑設(shè)計研究院 任韶紅

中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所 蘇 雷

遼寧省環(huán)保廳 朱京海

1 引言

景觀格局變化研究是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容之一，也是土地利用/土地覆蓋變化研究的重要組成部分。景觀格局的研究區(qū)主要集中在兩類地區(qū)：一類是“經(jīng)濟(jì)熱點地區(qū)”，主要是城市化背景下經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速和的人文活動極為活躍的地區(qū)，如北京、上海、深圳等地；另一類是“生態(tài)敏感地區(qū)”，主要位于生態(tài)交錯帶，該地區(qū)邊緣效應(yīng)明顯、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性、對外部干擾非常敏感，如黃河三角洲、喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)、農(nóng)牧交錯帶等。

錦葫沿海地區(qū)兼“經(jīng)濟(jì)熱點區(qū)域”與“生態(tài)敏感地區(qū)”，是進(jìn)行景觀格局研究的典型代表區(qū)域。對錦葫沿海地區(qū)進(jìn)行景觀格局研究，有助于理解景觀格局形成的機(jī)制及其與人類活動之間的關(guān)系，從而為該區(qū)域的規(guī)劃決策、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及進(jìn)一步深入研究奠定基礎(chǔ)，對于區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域包括錦州市區(qū)、葫蘆島市區(qū)、興城市和凌海市的行政范圍面積7847.6 km2，沿海岸帶呈帶狀分布，是傳統(tǒng)的遼西走廊區(qū)位，也是溝通關(guān)內(nèi)外、聯(lián)結(jié)東北華北的黃金通道。

研究采用1990、2000和2010年3個時相的Landsat TM和ETM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源（軌道號為：120-31、120-32、121-31和121-32），借助Erdas 2011軟件進(jìn)行影像預(yù)處理，參照1:10000地形圖進(jìn)行了幾何校正和影像配準(zhǔn)，然后進(jìn)行圖形鑲嵌、剪裁、假彩色合成等步驟。結(jié)合2007年發(fā)布的《土地利用現(xiàn)狀分類》，確定7種景觀類型：耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地。利用ArcGIS 9.3軟件，采用人工目視解譯方式進(jìn)行地物分類，形成景觀格局圖（圖1）。

3 研究方法

3.1 轉(zhuǎn)移矩陣

轉(zhuǎn)移矩陣能夠直觀揭示每種景觀斑塊類型的減少面積及分別來自或轉(zhuǎn)變?yōu)槟男┚坝^斑塊類型，因此可全面而又具體地反映區(qū)域土地利用變化的結(jié)構(gòu)、特征與各用地類型變化的來源與構(gòu)成。

3.2 景觀格局指數(shù)

用景觀格局指數(shù)描述景觀格局及其變化，建立格局與過程之間的聯(lián)系是景觀生態(tài)學(xué)中最常用的定量化研究方法[10]，近年來在區(qū)域生態(tài)與區(qū)域城市化景觀研究中發(fā)揮著重要作用，景觀格局指數(shù)可以定量描述和監(jiān)測景觀結(jié)構(gòu)特征的時空變化。本研究借鑒相關(guān)文獻(xiàn)資料，將錦葫沿海地區(qū)的景觀格局研究粒度確定為400m，從景觀類型水平層次上展開，采用以下6種指數(shù)：斑塊數(shù)、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、斑塊平均大小、邊緣－面積分維和聚合度。

圖1 景觀格局圖

4 景觀格局變化特征分析

4.1 轉(zhuǎn)移矩陣分析

利用ArcToolbox工具下的Overlay命令，對1990～2000年和2000-2010年的土地利用遙感解譯圖進(jìn)行空間疊加，應(yīng)用statisties命令提取各種景觀類型之間轉(zhuǎn)化的面積，從而建立各時間間隔的景觀類型空間轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果見表 1～ 2。

表1 1990-2000年景觀轉(zhuǎn)移矩陣（單位：km2）

表2 表2000-2010年景觀轉(zhuǎn)移矩陣（單位：km2）

從以上轉(zhuǎn)移矩陣中可以看出，各景觀類型變化特征如下：

(1)耕地景觀面積持續(xù)減少，土地利用方式轉(zhuǎn)換最為頻繁。1990～2000年間，耕地面積減少1.9km2，有0.2km2的園地、11.5km2的林地、0.7km2的草地、1.1km2的建設(shè)用地、27.2km2的水域和0.2km2的未利用地轉(zhuǎn)化為耕地。2000～2010年間，耕地面積減少35.1km2，有0.1 km2的海洋、0.1km2的園地、4.1km2的林地、6.3km2的草地、8.3km2的建設(shè)用地、0.3km2的水域和0.5km2的未利用地轉(zhuǎn)化為耕地。

(2)園地景觀面積變化不大，1990～2010年園地面積共減少0.6km2，主要轉(zhuǎn)出類型為草地和建設(shè)用地。

(3)林地景觀持續(xù)減少，主要與耕地、草地和建設(shè)用地發(fā)生轉(zhuǎn)換；1990～2000年間，林地面積減少15km2，有1.1km2的耕地、0.1km2的水域轉(zhuǎn)化為林地；在此期間，有11.5km2的林地轉(zhuǎn)化為耕地，1.7km2的林地轉(zhuǎn)化為草地，2.9km2的林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，0.1km2的林地轉(zhuǎn)化為未利用地。2000～2010年間，林地面積減少8.2km2，有1.1km2的耕地、0.2 km2的水域和0.2km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為林地；在此期間，有4.1km2的林地轉(zhuǎn)化為耕地，4.6 km2林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，0.2km2的林地轉(zhuǎn)化為水域。

(4) 草地景觀面積也呈減少趨勢，土地利用方式轉(zhuǎn)換也比較頻繁。1990～2000年間，草地面積減少6.3km2，有0.5km2的耕地、0.1km2的園地、1.7km2的林地和1.8km2的水域轉(zhuǎn)化為草地。2000～2010年間，草地面積減少14.2km2，有0.2km2的耕地、1.8km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為草地。

(5)近20年來，錦葫沿海地區(qū)建設(shè)用地面積顯著增加，土地利用方式以轉(zhuǎn)入為主。1990～2000年間，建設(shè)用地面積增加141.1km2，有2.3 km2的海洋、40.1 km2的耕地、0.3 km2的園地、2.9 km2的林地、9.5km2的草地、86.8 km2的水域和1.0m2的未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。2000-2010年間，建設(shè)用地面積增加131.1 km2，有29.6 km2的海洋、51.8 km2的耕地、4.6 km2的林地、9.0 km2的草地、41.9 m2的水域和4.9 km2的未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。

(6)水域景觀面積持續(xù)顯著降低，水域與其他景觀類型之間的轉(zhuǎn)換以轉(zhuǎn)出為主。1990～2000年間，水域面積減少113.4 km2，面積減少量占1990年水域面積的23.57%；2000～2010年間，水域面積減少46 km2，面積減少量占2000年水域面積的12.51%。

(7)未利用地面積呈遞減趨勢，1990-2000年間，未利用地面積減少了0.98%；2000～2010年間，面積減少了4.16%。

4.2 景觀格局指數(shù)分析

在ArcGIS9.3軟件的空間分析模塊（Spatial Analyst）支持下，采用Fragstats(raster version 3.3)軟件從景觀類型水平上計算了景觀格局指數(shù)，以揭示研究區(qū)內(nèi)的景觀格局特征。

表3 1990年景觀類型水平指數(shù)

表4 2000年景觀類型水平指數(shù)

表5 2010年景觀類型水平指數(shù)

從以上景觀類型水平上的景觀格局指數(shù)可以得出以下結(jié)論：

(1)建設(shè)用地的斑塊數(shù)增加明顯，最大斑塊面積增幅明顯，聚合度呈增加趨勢，說明建設(shè)用地有連片成塊的趨勢。

(2)耕地、草地斑塊數(shù)增加，形狀復(fù)雜化，聚合度降低，破碎化程度增加。

(3)水域的斑塊數(shù)呈先增多后減少趨勢，斑塊平均大小持續(xù)減少，聚合度減少，形狀變化比較復(fù)雜。

(4)園地、林地、未利用地的景觀類型水平的指數(shù)在1990～2010年間幾乎無變化。