城市景觀格局及其時(shí)空變化研究

魏麗燕，馬 晶

（1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；2.地理空間信息工程國家測繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100830；3.長春工程學(xué)院，吉林 長春 130021）

景觀格局分析反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面的特征[1]，通過對(duì)城市景觀格局指數(shù)[2]分析確定景觀格局形成的影響因子及其形成的內(nèi)在機(jī)制，揭示景觀格局和景觀功能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)格局中存在的問題，為科學(xué)衡量景觀結(jié)構(gòu)提供定量化依據(jù)[3,4]。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行城市景觀生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，能達(dá)到調(diào)整景觀格局，優(yōu)化景觀功能的目的[5,6]。本研究在遙感和GIS等技術(shù)支持下，通過景觀格局特征分析，發(fā)現(xiàn)吉林地區(qū)景觀組成及空間配置特點(diǎn)，為吉林的景觀生態(tài)格局優(yōu)化以及土地資源的合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

吉林市位于吉林省中部偏東，三面臨水、四周環(huán) 山。東 經(jīng)125″40′～127″56′，北 緯42″31′～44″40′。中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫3.9 ℃、降水量700 mm、無霜期130～140 d，平均海拔196 m?？偯娣e2.7 萬km2，市轄區(qū)面積3 636 km2?？?cè)丝?49.8萬，市區(qū)人口200萬。現(xiàn)轄4個(gè)城區(qū)、4個(gè)縣級(jí)市、1個(gè)永吉縣、1個(gè)國家級(jí)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)和1個(gè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，轄78個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、71個(gè)街道辦事處。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取與影像預(yù)處理

本文研究數(shù)據(jù)主要有1991年8月和2006年8月各兩景（行列號(hào)為117/30和117/29）Landsat TM遙感影像、2006年研究區(qū)1︰50 000地形圖、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫、行政區(qū)劃圖以及其他相關(guān)文獻(xiàn)資料。

在ERDAS IMAGINE遙感影像處理軟件下，對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理：利用1︰50 000地形圖對(duì)2期影像分別進(jìn)行校正；通過相關(guān)性分析確定選用TM 543波段組合為最佳波段組合方式；通過直方圖變換進(jìn)行圖像增強(qiáng)；對(duì)每期影像進(jìn)行拼接處理，拼接過程采用直方圖匹配法，使同時(shí)期兩景圖像色調(diào)盡量保持一致；利用吉林市市界矢量數(shù)據(jù)，對(duì)2期影像分別進(jìn)行裁剪，并以結(jié)果影像作為此次研究區(qū)域。

2.2 景觀分類

利用ERDAS軟件目視解譯和監(jiān)督分類方法建立吉林市景觀類型，并參照吉林市土地利用數(shù)據(jù)庫，將景觀分為6大類，依次為水域、城區(qū)、村莊、旱地、水田、林地；對(duì)影像進(jìn)行監(jiān)督分類、分類精度評(píng)價(jià)、聚類統(tǒng)計(jì)等綜合處理，獲得2期影像景觀類型圖（圖1、圖2）。

2.3 景觀格局指數(shù)

將各期分類影像在ArcGIS軟件中轉(zhuǎn)成15 m×15 m的Grid格式，導(dǎo)入Fragstats3.3 軟件，選擇要計(jì)算的指數(shù)[7,8]（主要反映景觀最基本結(jié)構(gòu)信息），獲取相應(yīng)指數(shù)的量值，得到景觀類型指數(shù)分析表（表1）和景觀水平指數(shù)分析表（表2）。為確定景觀中各類型斑塊在近16 a間發(fā)生的相互轉(zhuǎn)換狀況（包括轉(zhuǎn)換的面積、強(qiáng)度、方向以及發(fā)生轉(zhuǎn)換的空間位置），運(yùn)用ArcGIS的疊加分析方法得到研究區(qū)2期土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣[9](表3）。

3 景觀格局特征分析

3.1 斑塊級(jí)別特征變化分析

圖1 1991年景觀類型圖

圖2 2006年景觀類型圖

表1 吉林市1991年、2006年景觀類型指數(shù)分析表

表2 吉林市1991年、2006年景觀水平指數(shù)分析

表3 吉林市1991年、2006年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

分析表1可知，水域、建筑用地、水田面積值均有增加，村莊面積凈增長達(dá)13 702 hm2，水田面積增長了5 997 hm2，而旱地和林地面積呈減少趨勢，林地減少達(dá)9 891 hm2；村莊、水域斑塊數(shù)及密度變化不大，水田、林地、旱地斑塊數(shù)及密度明顯減少，對(duì)應(yīng)LPI值卻較大，優(yōu)勢度較高；旱地、林地景觀面積百分值較高，在景觀類型中明顯占據(jù)優(yōu)勢。ED是破碎化程度的直接反映，表1表明村莊破碎化程度加劇，邊緣密度值最高，對(duì)應(yīng)水域值變化不大，而城區(qū)、旱地、水田、林地等破碎度則趨于減少。IJI描述景觀分離狀況，城區(qū)、村莊的IJI值較高，其鄰接類型較均勻，其次是旱地、水田。16 a間，旱地、水田、林地IJI值均有增加，林地增加多達(dá)9.5% ，其次是水田；而水域及城鎮(zhèn)IJI值減小，表明鄰接類型減少，其中水域減少近14.4%。

3.2 景觀級(jí)別特征變化分析

從表2得知，景觀水平上NP、PD、ED值下降，平均斑塊面積（MPS）增加，表明各景觀類型破碎度有所下降；最大拼塊所占景觀面積的比例（LPI）為某一拼塊類型中的最大拼塊占據(jù)整個(gè)景觀面積的比例，決定著景觀中優(yōu)勢種、內(nèi)部種的豐度等生態(tài)特征，LPI大幅度上升，直接反映了各景觀類型中最大斑塊面積大幅增加。

聚集度指數(shù)（CONTAG）描述景觀里不同斑塊類型的聚集程度或延展趨勢，與IJI聯(lián)合反映景觀的聚集度、鑲嵌度和連通性信息。研究區(qū)CONTAG值降低表明景觀各斑塊類型之間呈現(xiàn)出更加分散的趨勢，而IJI值呈增大趨勢，表明某一類景觀斑塊類型同其他斑塊類型的鄰接性在不斷升高，景觀類型連通性有所改善。

香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）指景觀類型的豐富性和復(fù)雜程度，SHDI值越高，景觀結(jié)構(gòu)構(gòu)成越復(fù)雜。香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）反映景觀中各斑塊在面積上分布不均勻的程度。表3顯示SHDI、SHEI上升，表明優(yōu)勢景觀類型減少、多樣性降低，而景觀異質(zhì)性有所改善，各景觀組分分布更加均勻。

3.3 景觀類型轉(zhuǎn)換分析

由表3可知，1991年土地利用類型中發(fā)生轉(zhuǎn)化最大的類型為村莊，達(dá)40.03%，主要轉(zhuǎn)化方向?yàn)槌菂^(qū)，轉(zhuǎn)化率28.39%。其次為旱地和城區(qū)，兩者主要轉(zhuǎn)換量為旱地（41.71%）和水域（8.24%）；發(fā)生轉(zhuǎn)換最小的是水域，僅為13.66%，其次為水田（24.14%）和林地（30.48%）；在2006年土地利用類型中，其他類型轉(zhuǎn)化所占比率最高的是村莊，達(dá)到54.30%，其次為城區(qū)，達(dá)40.01%。旱地對(duì)村莊的貢獻(xiàn)最大為32.78%、對(duì)水田的貢獻(xiàn)為29.17%，其次是城區(qū)中有25.84%來自村莊，林地有20.21%來自旱地，說明旱地對(duì)各個(gè)景觀類型的貢獻(xiàn)最大，城區(qū)擴(kuò)展面積主要由旱地和村莊轉(zhuǎn)化而來，村莊用地的增加主要來自旱地和林地，旱地又有13.51%的比例來自林地用地，林地面積減少。人為分割水域，直接導(dǎo)致其面積的增加以及分布更廣更離散，給水田帶來效益，水田面積增加。

4 結(jié) 語

研究區(qū)林地、農(nóng)田在景觀中占主導(dǎo)地位，但破碎度較高；城鎮(zhèn)用地景觀斑塊集中分布現(xiàn)象比較嚴(yán)重，農(nóng)村居民點(diǎn)的零星分布成為景觀類型較分散的主要原因，人文活動(dòng)也直接導(dǎo)致景觀斑塊形狀簡單，不利于邊緣效應(yīng)的發(fā)揮。

由于林地轉(zhuǎn)化為村莊和旱地的比例增多，林地面積減少，水域面積增加，破碎度加大，景觀不規(guī)則性加劇，與相鄰景觀類型急劇下降，水域分布更加離散，水土流失加重。減少對(duì)林地的開發(fā)，大力植樹造林提高森林覆蓋率，加快退耕還林的生態(tài)建設(shè)，加強(qiáng)現(xiàn)有林地的治理，合理規(guī)劃布局使其發(fā)揮防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源等生態(tài)效益等措施迫在眉睫。

對(duì)于破碎化增大的類型（村莊、水域等），在規(guī)劃時(shí)結(jié)合經(jīng)濟(jì)、自然等因素盡量使其連片分布。可通過引水工程增加水量和水域面積，另一方面可以通過開挖渠道、涵洞、架橋等工程手段減少由于自然和人為原因造成的破碎斑塊，增加其連通性。

快速的城市化進(jìn)程已經(jīng)對(duì)吉林市景觀格局產(chǎn)生了一定影響，吉林市城市生態(tài)環(huán)境面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[5]，制止城市建設(shè)用地的肆意擴(kuò)張，避免形成大面積城市建設(shè)用地斑塊；加強(qiáng)林業(yè)建設(shè)，有效增加林地面積；調(diào)整林分結(jié)構(gòu)、提高林地單位面積的生態(tài)效益，注重邊緣效應(yīng)的發(fā)揮；優(yōu)化景觀組分、斑塊數(shù)量，對(duì)各景觀組分進(jìn)行空間優(yōu)化布局，使各組分之間達(dá)到和諧、有序，是改善吉林城市生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)吉林市可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

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