基于GIS的土地利用類型景觀特征定量研究——以江油市為例

李 悅，董川蓉，周祖彥

(1.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川成都 610081;2.阿壩州觀音橋林業(yè)局，四川阿壩 624100)

土地利用景觀格局是自然與人為因素相互作用所產(chǎn)生的一定區(qū)域生態(tài)環(huán)境體系的綜合反映［1］，即人類通過土地利用對區(qū)域社會經(jīng)濟活動影響的結(jié)果。充分反映了土地使用者和管理者在區(qū)域社會、經(jīng)濟以及政策等因素驅(qū)動下所回應(yīng)的土地利用規(guī)劃和決策，是區(qū)域內(nèi)社會、經(jīng)濟和政策等因素最好的反饋與檢驗。因此，本研究不僅有利于了解分析該區(qū)域土地利用景觀格局特點，而且有利于土地可持續(xù)利用政策的制定和區(qū)域經(jīng)濟快速可持續(xù)發(fā)展總體規(guī)劃。

1 研究區(qū)域概況

江油市位于四川盆地西北部，涪江上游，龍門山脈東南部。地處北緯31.48°，東經(jīng)104.42°，幅員面積2 719 km2。海拔500 m～2 300 m以平壩和丘陵的地貌為主，自然條件優(yōu)越。屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，年均日照總數(shù)1 367 h，年均降雨量1 100 mm，年均氣溫16.2℃。江油市轄4個街道、21個鎮(zhèn)、19個鄉(xiāng)，區(qū)域內(nèi)氣候溫和，冬暖春早，夏長秋短，無霜期長，是國家重要的商品糧基地、能源基地和建材基地。

2 研究方法及數(shù)據(jù)準備

主要以目視解譯和景觀指數(shù)計算等為主的研究方法。數(shù)據(jù)包括地形數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、派生的GIS數(shù)據(jù)以及相關(guān)的文本數(shù)據(jù)。

以1∶10萬的地形圖作為地形數(shù)據(jù)源，在Arc-GIS 10.0平臺對掃描地形圖進行地理坐標校正和等高線矢量化處理。首先將等高線數(shù)據(jù)生成TIN模型，然后轉(zhuǎn)化為規(guī)則格網(wǎng)的GRID數(shù)據(jù)格式，建立研究區(qū)的 DEM模型，進而派生出坡度、坡向等數(shù)據(jù)［2］。

應(yīng)用ERDAS IMAGINE 9.2遙感圖像處理軟件，對遙感影像進行假彩色合成和圖像增強處理。在1∶10萬的地形圖上選取地面控制點，并結(jié)合研究區(qū)域的DEM模型，對圖像進行正射處理，使其與地形圖進行精確配準，總體誤差控制在一個像元點之內(nèi)，并根據(jù)研究區(qū)域邊界對圖像進行剪裁［3］。依據(jù)景觀分類標準和研究區(qū)域林相圖，在ArcGIS 10.0平臺上根據(jù)影像顏色、紋理等特征建立分類判讀標準，在ERDAS IMAGINE 9.2平臺上對影像進行監(jiān)督分類和交互式目視解譯，并結(jié)合ArcGIS 10.0獲取區(qū)域土地利用數(shù)據(jù)。

3 景觀特征定量研究

3.1 土地利用分類

土地利用類型分類參考土地利用現(xiàn)狀分類國家標準(GB/T21010-2007)一級、二級劃分，將全市土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地共8 大類［4］。

表1 土地利用類型分類

圖1 土地利用類型分類圖

3.2 景觀特征指數(shù)

景觀特征類型水平級定量分析在Fragstats 3.3平臺中景觀格局特征指數(shù)很多，分析景觀結(jié)構(gòu)變化特征主要采用面積/密度/邊長、形狀、聚集/分布連續(xù)性和多樣性等5個大類型指數(shù)，本次研究選取景觀類型面積(CA)、斑塊個數(shù)(NP)、斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、斑塊面積標準差(PSSD)、斑塊面積變異系數(shù)(PSCV)、平均斑塊形狀數(shù)(MSI)、面積加權(quán)斑塊分維數(shù)(AWMPFD)等8個指數(shù)進行定量描述和分析［5，6］。

表2 景觀特征指數(shù)

景觀水平級選取景觀面積(TA)、斑塊數(shù)量(NP)、景觀多樣性指數(shù)(SHDI)、面積加權(quán)的平均拼塊分形指數(shù)(AWMPFD)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、均勻度指數(shù)(SHEI)6個指標進行土地利用類型景觀分布的整體描述。

其中TA和NP分別用于描述某一種景觀類型的總面積和斑塊數(shù)量的多少。SHDI描述不同景觀元素面積比重分布的均勻程度以及主要景觀元素的優(yōu)勢性程度。在景觀多樣性的測度上，SHDI是對不同景觀的豐富程度和復雜程度的反映，即在一個景觀系統(tǒng)中，景觀要素類型越豐富，破碎化程度越高，其信息含量和信息的不確定性也越大［7］。AWMPFD是反映景觀格局總體特征的重要指標，它在一定程度上也反映了人類活動對景觀格局的影響［8］。一般來說，受人類活動干擾小的自然景的分數(shù)維值高，而受人類活動影響大的人為景觀的分數(shù)維值低。CONTAG是用于測量景觀是否由多種要素聚集分布的指標。指數(shù)較高，說明景觀中的某種優(yōu)勢斑塊類型形成了良好的連接性;反之則表明景觀是具有多種要素的密集格局，景觀的破碎化程度較高。SHEI用于描述景觀中各組分的分配均勻程度。其取值范圍為0到1。SHEI=0表明景觀僅由一種斑塊組成，無多樣性;SHEI=1表明各斑塊類型均勻分布，有最大多樣性［9，10］。

3.3 定量分析

將土地利用類型矢量圖在ArcGIS 10.0平臺轉(zhuǎn)為GRID柵格格式數(shù)據(jù)后輸入Fragstats 3.3平臺進行相關(guān)景觀指標的計算。

表3 類型水平級指標統(tǒng)計

表4 景觀水平級指標統(tǒng)計

結(jié)果表明，江油市整個研究區(qū)域總面積為240 231.65 hm2，斑塊總數(shù)5 889塊。比較各土地利用類型景觀面積大小，可得研究區(qū)中各景觀類型的關(guān)系為:林地(03)＞耕地(01)＞城鎮(zhèn)村級工礦用地(20)＞水域及水利設(shè)施用地(11)＞園地(02)＞交通運輸用地(10)＞草地(04)＞其他用地(12)。說明林地景觀為本研究區(qū)的主導景觀類型。整個研究區(qū)SHDI為1.1711，景觀類型多，多樣性指數(shù)就大，可知江油市區(qū)域土地利用類型多樣性相對單一。8種土地利用類型中，林地(03)面積最大，為129 791.53 hm2，其他用地(12)(經(jīng)實地調(diào)查實地主要為田坎和裸地)面積最小，為412.09 hm2，兩者相差懸殊，景觀面積分配相差很大，均勻度較低，均勻度SHEI為0.563 2。

圖2 斑塊類型面積統(tǒng)計

通過計算研究區(qū)內(nèi)面積加權(quán)的平均拼塊分形指數(shù)(AWMPFD)可知，各類土地利用類型斑塊的平均分維數(shù)介于1.0033～1.2128，存在一定的差異。其中，林地(03)的面積加權(quán)的平均拼塊分形指數(shù)(AWMPFD)最大為1.2128，反映它的形狀最為復雜、不規(guī)則性強，受人類活動影響相對最小。草地(04)、交通運輸用地(10)分維數(shù)分別為1.0033和1.066，形狀較為規(guī)則，這兩種土地利用類型受人類活動影響相對較大區(qū)域景觀蔓延度(CONTAG)為47.6999%，說明江油市整個區(qū)域景觀類型在空間構(gòu)型上聚集度較適中。研究區(qū)整體面積加權(quán)的平均拼塊分形指數(shù)(AWMPFD)為1.1536低于1.5，說明研究區(qū)土地利用類型景觀形狀較規(guī)則簡單，這種布局有利于區(qū)域景觀的規(guī)劃和管理。

4 結(jié)果與討論

本研究選取8種常用類型水平級、6種景觀水平級景觀格局指數(shù)，利用GIS技術(shù)和景觀指數(shù)分析Fragstats 3.3平臺，以江油市為研究區(qū)，對景觀格局指數(shù)隨土地利用類型變化進行了定量研究。研究結(jié)果表明，土地利用分類和空間格局對景觀格局指數(shù)具有顯著影響。經(jīng)驗證，利用GIS技術(shù)和景觀格局指數(shù)研究人類越來越復雜的土地利用現(xiàn)狀及規(guī)劃是切實可行的。這有利于土地利用規(guī)劃編制中土地利用分區(qū)的合理劃定和土地可持續(xù)利用政策的制定，但對于景觀格局的動態(tài)變化缺乏分析，在以后的研究中應(yīng)注重動態(tài)分析。

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