基于GIS的江蘇丘陵地區(qū)鄉(xiāng)村景觀格局特征分析
——以南京市六合區(qū)金牛湖創(chuàng)意農(nóng)業(yè)科技園區(qū)為例

陳 璐，馬錦義

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇　南京　210095）

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基于GIS的江蘇丘陵地區(qū)鄉(xiāng)村景觀格局特征分析
——以南京市六合區(qū)金牛湖創(chuàng)意農(nóng)業(yè)科技園區(qū)為例

陳 璐，馬錦義

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇南京210095）

摘 要：以南京市六合區(qū)金牛湖創(chuàng)意農(nóng)業(yè)科技園區(qū)為研究區(qū)，以土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，采用GIS技術(shù)，通過(guò)對(duì)研究區(qū)的斑塊密度、斑塊形狀、多樣性、破碎度等指數(shù)的計(jì)算、分析和對(duì)比，揭示研究區(qū)內(nèi)景觀結(jié)構(gòu)的空間特征。研究結(jié)果表明，研究區(qū)是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為景觀背景的地區(qū)，土地利用結(jié)構(gòu)不盡合理，景觀異質(zhì)性差，多樣性程度不高，景觀斑塊類(lèi)型相對(duì)單一，分布存在不平衡現(xiàn)象。耕地為基質(zhì)景觀且相對(duì)集中，受地形和人類(lèi)活動(dòng)影響最大，不穩(wěn)定性最高。在此基礎(chǔ)上，提出了該研究區(qū)域景觀格局優(yōu)化的建議。

關(guān)鍵詞：丘陵地區(qū)；斑塊；景觀指數(shù)；景觀格局

景觀格局分析是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容之一，是景觀功能與動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)，是研究景觀結(jié)構(gòu)組成特征及空間配置的方法［1］。景觀格局通常是指景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，包括景觀組成單元的類(lèi)型、數(shù)目以及空間分布與配置［2］。通過(guò)對(duì)研究區(qū)的景觀格局特征進(jìn)行分析，確定其格局形成的影響因素，揭示景觀格局與景觀功能之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)格局中存在的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上對(duì)研究區(qū)的規(guī)劃提供景觀生態(tài)學(xué)依據(jù)，以達(dá)到調(diào)整景觀格局，優(yōu)化景觀功能的目的。筆者基于GIS等技術(shù)，以南京市六合區(qū)北部鄉(xiāng)村景觀——金牛湖創(chuàng)意農(nóng)業(yè)科技園區(qū)為研究對(duì)象，利用土地利用的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，計(jì)算景觀格局指數(shù)，定量化分析研究區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)，通過(guò)景觀格局特征的分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)景觀組成及空間配置特點(diǎn)，為研究區(qū)景觀格局優(yōu)化規(guī)劃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

南京市六合區(qū)位于長(zhǎng)江中下游中段北岸，地處北緯32°11′～32°37′，東經(jīng)118°34′～119°03′，東鄰揚(yáng)州儀征市，南瀕長(zhǎng)江。其地貌大致分屬寧鎮(zhèn)揚(yáng)山地和大別山余脈剝蝕丘陵山區(qū)，低山崗地占總面積的70%，主要分布在境內(nèi)北中部。全區(qū)地勢(shì)北高南低，北部為丘陵崗地，中南部為河谷平原、崗地，南部為沿江平原圩區(qū)，形成崗、塝、沖和圩等多種地形。

六合地處中緯度東部，北亞熱帶季風(fēng)區(qū)，一年四季太陽(yáng)高度角的變動(dòng)及晝夜長(zhǎng)短的變化均較為適中。季風(fēng)顯著，四季分明，雨量集中；冬冷夏熱，春溫多變，秋高氣爽；光能充足，熱量富裕，雨熱同季。常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠珫|風(fēng)。

金牛湖創(chuàng)意農(nóng)業(yè)科技園區(qū)基地位于六合區(qū)東北部金牛湖街道的峨眉山村和鐵牛村，東北、東南分別與安徽省天長(zhǎng)市和江蘇省儀征市接壤，為剛剛啟動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃建設(shè)的示范項(xiàng)目園區(qū)，總面積680.71 hm2，現(xiàn)狀土地利用類(lèi)型有農(nóng)田（耕地）、林地、草地、園地、村莊、農(nóng)村道路、水庫(kù)和溝塘等。園區(qū)內(nèi)崗地主要為砂礫崗地和黃土崗地，海拔20～100 m。崗地類(lèi)型復(fù)雜，地勢(shì)高，起伏大，多數(shù)為緩坡崗地和長(zhǎng)條形崗地［3］。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

2.1.1 數(shù)據(jù)選擇 采用2014年5月完成的研究區(qū)域土地利用現(xiàn)狀圖，比例尺是1∶1 000，結(jié)合比對(duì)衛(wèi)星圖和實(shí)地踏勘調(diào)查得出的景觀類(lèi)型組成、地貌特征等相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.1.2 數(shù)據(jù)處理 采用的數(shù)據(jù)處理軟件主要為：AutoCAD 2010、Fragstats 4.1、ArcGIS 10.0以及Excel 2007等軟件。

2.1.3 景觀分類(lèi) 在對(duì)研究區(qū)景觀功能認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)土地利用現(xiàn)狀，將研究區(qū)景觀類(lèi)型（斑塊）劃分為8類(lèi)，即耕地（有灌溉設(shè)施和水源保障）、林地（包括生態(tài)林、用材林、經(jīng)濟(jì)林及崗坡地天然灌叢等）、園地（果樹(shù)種植地）、水體（指水庫(kù)、河溝、坑塘）、村莊用地（居民點(diǎn)）、道路交通用地、其他建設(shè)用地（包括工礦用地）和其他用地（荒草地、裸地）。具體景觀斑塊類(lèi)型與面積數(shù)量見(jiàn)表1。

表1 景觀（斑塊）類(lèi)型與面積數(shù)量

2.2 景觀指數(shù)選取

景觀指數(shù)作為能夠高度濃縮景觀格局，反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面的簡(jiǎn)單定量指標(biāo)［4］能夠反映景觀的組成特征、空間配置、動(dòng)態(tài)變化等。進(jìn)行定量研究的景觀格局指數(shù)主要選取斑塊水平指數(shù)、斑塊類(lèi)型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)［5］（表2）。

表2 景觀指數(shù)類(lèi)型

2.3 數(shù)據(jù)處理與計(jì)算

利用AutoCAD 2010軟件將JPG格式的土地利用現(xiàn)狀圖轉(zhuǎn)化為1∶1 000的DWF格式文件，利用ArcGIS 10.0轉(zhuǎn)化成SHP文件格式，然后在利用ArcGIS 10.0中的Spatial Analysis模塊將其轉(zhuǎn)化為Arcgrid格式，制成景觀格局圖（圖1）。

將上述Arcgrid文件導(dǎo)入到Fragstats 4.1景觀指數(shù)計(jì)算軟件中，根據(jù)選取的景觀指數(shù)進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)設(shè)置及指標(biāo)的勾選，進(jìn)而計(jì)算得出相關(guān)的景觀指數(shù)結(jié)果。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀基本特征分析

3.1.1 景觀斑塊數(shù)量特征分析 一個(gè)景觀類(lèi)型占整個(gè)景觀面積的比例，在相對(duì)意義上給出了每個(gè)景觀類(lèi)型對(duì)真?zhèn)€景觀的貢獻(xiàn)率［6］。從表1可以看出，研究區(qū)景觀的斑塊總數(shù)為529塊。其中，面積最大的斑塊是耕地，超過(guò)總面積的一半（57.276%），接下來(lái)依次為林地、村莊用地、水體和其他用地，各占總面積的8%～12%，其他建設(shè)用地、道路交通用地及園地所占面積較小，均未超過(guò)景觀總面積的2%（圖2）。

圖1 金牛湖創(chuàng)意農(nóng)業(yè)科技園區(qū)景觀格局

圖2 斑塊類(lèi)型占景觀總面積的比例

從各景觀類(lèi)型對(duì)整個(gè)景觀的貢獻(xiàn)率來(lái)看，研究區(qū)耕地面積比例最大，為研究區(qū)的主導(dǎo)景觀類(lèi)型，說(shuō)明該區(qū)以農(nóng)業(yè)為主。耕地的平均斑塊面積最大，其余景觀平均斑塊面積都較小，同樣說(shuō)明研究區(qū)是一個(gè)以農(nóng)業(yè)景觀為主導(dǎo)的地區(qū)，耕地具景觀基質(zhì)特征。從斑塊數(shù)量來(lái)看，如表2所示，各景觀類(lèi)型的斑塊數(shù)量分布不均，道路交通用地＞水體＞林地＞耕地＞村莊居民點(diǎn)用地＞其他用地＞其他建設(shè)用地＞園地，其中最大斑塊數(shù)與最小斑塊數(shù)相差136塊。

斑塊密度（又稱(chēng)孔隙度）能反映出景觀基質(zhì)被類(lèi)型斑塊分割的程度，對(duì)一個(gè)地區(qū)生態(tài)與環(huán)境保護(hù)、土地合理利用具有重要影響［7］。從表2看來(lái)，道路交通用地分布面積最小，斑塊數(shù)量最多，斑塊密度最大，表明道路交通用地呈小面積零散分布，分布較為廣泛，這與道路交通用地受人類(lèi)活動(dòng)影響最大有關(guān)。另外，水體和林地的斑塊密度較大，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)水體和林地分布較為廣泛且零散。上述結(jié)果，一方面由于研究區(qū)低山丘陵的地形特征，水體以及林地分布不均，另一方面則說(shuō)明該區(qū)土地資源的利用不盡合理，水體和林地同樣受人類(lèi)活動(dòng)影響較大。

3.1.2 景觀斑塊的面積特征分析 平均面積特征不僅反映各景觀類(lèi)型分布特點(diǎn)，也反映大地貌特征［8］。平均斑塊面積較小的是道路交通用地、園地、其他建設(shè)用地及水體，耕地是平均斑塊面積最大的斑塊類(lèi)型，較顯著地反映了研究區(qū)是一個(gè)以農(nóng)業(yè)景觀為主的景觀區(qū)域。

從斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)看，研究區(qū)景觀斑塊的面積差異極大，在斑塊面積變異系數(shù)中對(duì)比極為顯著。其中，耕地的斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差值最大，而道路交通用地的值最小。最大耕地斑塊面積為271.12 hm2，其平均斑塊面積為6.498 hm2，兩者差異大，故面積標(biāo)準(zhǔn)差就大，耕地的斑塊面積分布不均勻；而道路交通用地最大斑塊面積以及平均斑塊面積分別為0.22 hm2和0.031 hm2，兩者差異相對(duì)較小，因而其面積標(biāo)準(zhǔn)差就小，道路交通用地的斑塊面積相對(duì)較為均勻。

3.1.3 景觀斑塊的形狀特征分析 斑塊的形狀在一定程度上影響其景觀功能，通常一個(gè)不規(guī)則的斑塊可能比規(guī)則的斑塊具有更異質(zhì)的生態(tài)過(guò)程［9］。分維可理解為不規(guī)則幾何形狀的非整數(shù)維數(shù)，可以用來(lái)表征不同景觀類(lèi)型形狀的復(fù)雜程度。分維數(shù)取值一般在1～2，其值愈接近于1，表明斑塊的自我相似性強(qiáng)，斑塊形狀愈簡(jiǎn)單，受人為干擾程度愈大；反之，其值愈接近于2，形狀愈復(fù)雜，受人為干擾程度愈?。?0］。從表3可以看出，各景觀類(lèi)型的分維數(shù)均接近于1，說(shuō)明該研究區(qū)斑塊形狀相對(duì)簡(jiǎn)單，受人類(lèi)活動(dòng)影響較大。

平均斑塊形狀指數(shù)是經(jīng)過(guò)某種數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化的斑塊邊長(zhǎng)與面積之比，通過(guò)計(jì)算某一斑塊形狀相同面積的圓或正方形之間的偏離程度來(lái)測(cè)量其形狀復(fù)雜程度的［4］。當(dāng)某一景觀類(lèi)型中所有有斑塊均為正方形時(shí)，其值為1，當(dāng)斑塊形狀偏離正方形時(shí)，其值變大。通過(guò)比較表3中各景觀類(lèi)型的平均形狀指數(shù)，其值范圍為1.166～1.694，可知各景觀類(lèi)型的平均形狀指數(shù)差別相對(duì)較小，表明各景觀類(lèi)型斑塊的形狀差異不很明顯。其中形狀最為單一的景觀類(lèi)型為水體，接近正方形，說(shuō)明受人類(lèi)活動(dòng)影響較大；形狀最為復(fù)雜的為耕地，說(shuō)明該景觀類(lèi)型的斑塊形狀受人類(lèi)活動(dòng)影響相對(duì)較小，主要是研究區(qū)丘陵崗地自然起伏的地形因素決定了耕地形狀多變的特征，且耕地斑塊面積變化大，面積較大的斑塊比面積小的斑塊所占比重更大。

3.2 景觀格局空間特征分析

3.2.1 聚集度和破碎度特征分析 如表4所示，除道路交通用地外，各景觀類(lèi)型的聚集度指數(shù)都較高，尤其以耕地、水體和村莊居民點(diǎn)這三種類(lèi)型景觀的聚集度指數(shù)最高，其他用地與林地次之。這驗(yàn)證了研究區(qū)為典型的鄉(xiāng)村景觀，具有耕地和水體圍繞村落分布的總體空間格局特征。而林地大多是分布于山坡、丘陵地帶，聚集度也較大。其他用地多分布于林地與耕地的間隔地帶，斑塊較為集中，因此聚集度較大。園地景觀類(lèi)型面積不到1%，斑塊數(shù)目少，沒(méi)有大面積的斑塊，聚集度低，表明研究區(qū)園藝產(chǎn)業(yè)不發(fā)達(dá)。破碎度指數(shù)用于描述景觀或景觀類(lèi)型被分割的破碎化程度，土地利用越豐富，破碎化程度越高，其不穩(wěn)定的信息含量也越大［11］。從表4看來(lái)，研究區(qū)整體景觀的破碎度指數(shù)較低，反映整體景觀中各種斑塊類(lèi)型分布較為集中。耕地的破碎度指數(shù)最大，表明耕地這一景觀類(lèi)型相對(duì)于其他景觀類(lèi)型的不確定因素較大，破碎化程度高。如圖3所示，聚集度指數(shù)與破碎度指數(shù)呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，整體景觀的聚集度指數(shù)為91.253，破碎度指數(shù)為0.007 8，說(shuō)明研究區(qū)的連通性較好，破碎化程度低。

表3 景觀格局指數(shù)情況

表4 景觀聚集度和破碎度指數(shù)

斑塊密度反映斑塊破碎化程度，同時(shí)也反映景觀空間異質(zhì)性程度，斑塊密度越大，破碎化程度就越高，空間異質(zhì)性程度就越大，反之，破碎化程度越低，空間異質(zhì)性就越?。?2］。如圖4所示，最大斑塊指數(shù)最大值出現(xiàn)在耕地這一景觀類(lèi)型中，其斑塊密度較小，是由于該景觀類(lèi)型斑塊較大且較為完整，破碎化程度較低，空間異質(zhì)性較小。圖4中顯示道路交通用地、水體、林地及村莊居民點(diǎn)用地這四種景觀類(lèi)型的兩種指數(shù)負(fù)相關(guān)性很高，斑塊密度大且最大斑塊指數(shù)低。道路交通用地及水體這兩種景觀類(lèi)型受人類(lèi)活動(dòng)影響較大，破碎化程度高，空間異質(zhì)性大。村莊居民點(diǎn)用地和林地受丘陵崗地的地形影響，斑塊比較分散，破碎化程度較高。如圖5所示，比較各景觀類(lèi)型的斑塊密度和破碎度指數(shù)可知，兩個(gè)指數(shù)存在明顯的正相關(guān)性，說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)道路交通用地和水體的破碎化程度高，受人類(lèi)活動(dòng)影響大。

圖3 聚集度指數(shù)與破碎度指數(shù)比較

圖4 最大斑塊指數(shù)與斑塊密度指數(shù)比較

3.2.2 景觀多樣性、均勻度和優(yōu)勢(shì)度分析 Shannon多樣性指數(shù)SHDI是基于信息論的測(cè)量指數(shù)，其大小反映景觀類(lèi)型的多少各個(gè)景觀類(lèi)型所占比例的變化，可以反映景觀異質(zhì)性。Shannon均勻度指數(shù)SHEI反映景觀中不同景觀要素在面積上分布的不均勻程度。均勻度與優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Dominance）呈負(fù)相關(guān)，并且SHEI與優(yōu)勢(shì)度之間可以相互轉(zhuǎn)化，即Evenness=1-Dominance，即SHEI值較小時(shí)優(yōu)勢(shì)度一般較高，可以反映出景觀受到一種或少數(shù)幾種優(yōu)勢(shì)斑塊類(lèi)型所支配［13］。在景觀類(lèi)型確定的情況下（8類(lèi)），多樣性指數(shù)為1.349，故最大多樣性指數(shù)為2.079，偏差較大，表明研究區(qū)景觀類(lèi)型所占比例差別較大，多樣性程度不高；均勻度指數(shù)SHEI為0.649，根據(jù)Evenness=1-Dominance，因此景觀優(yōu)勢(shì)度D為0.351，說(shuō)明景觀中有一定的優(yōu)勢(shì)斑塊類(lèi)型存在，但不明顯。研究區(qū)主要景觀類(lèi)型為耕地，其余集中景觀類(lèi)型在總面積、平均斑塊面積上差別不是太大，因此整體景觀多樣性和均勻度均較高，耕地為研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)斑塊類(lèi)型。

圖5 破碎度指數(shù)與斑塊密度指數(shù)比較

4 結(jié) 論

對(duì)金牛湖創(chuàng)意農(nóng)業(yè)科技園區(qū)景觀格局特征研究分析可以看出，該區(qū)域是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為景觀背景的地區(qū)，城鎮(zhèn)建設(shè)不夠發(fā)達(dá)，土地利用結(jié)構(gòu)不盡合理，開(kāi)墾土地過(guò)多，景觀異質(zhì)性差。耕地、林地、村莊居民點(diǎn)為主要景觀類(lèi)型，其中耕地為基質(zhì)景觀，是景觀整體和景觀類(lèi)型中的具有支配作用的景觀斑塊類(lèi)型；耕地相對(duì)集中，林地和村莊居民點(diǎn)受丘陵崗地地形的影響較為分散。景觀斑塊類(lèi)型相對(duì)單一，多樣性程度不高，分布存在不平衡現(xiàn)象；人類(lèi)活動(dòng)沒(méi)有造成研究區(qū)景觀整體和景觀類(lèi)型的嚴(yán)重破碎化，耕地更易受到人類(lèi)活動(dòng)、未來(lái)城市發(fā)展的影響。耕地這一主要景觀斑塊類(lèi)型集中分布現(xiàn)象突出，受地形因素影響斑塊形狀復(fù)雜，同時(shí)受人類(lèi)活動(dòng)影響，不穩(wěn)定性最高。因此，研究區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)需進(jìn)行更為科學(xué)、合理地調(diào)整規(guī)劃，以提高景觀的異質(zhì)性和穩(wěn)定性。

對(duì)研究區(qū)景觀格局實(shí)施優(yōu)化建議：①根據(jù)研究區(qū)的地形地貌特點(diǎn)和城市發(fā)展水平進(jìn)行合理的土地利用規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的集約利用，尤其要加強(qiáng)耕地的保護(hù)；②大力發(fā)展園藝產(chǎn)業(yè)，增加園地比重，對(duì)于調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局、優(yōu)化土地結(jié)構(gòu)具有重要作用；③在新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，合理規(guī)劃村鎮(zhèn)建設(shè)，加強(qiáng)對(duì)自然村的整改與合并，避免小斑塊分布過(guò)于分散；④合理利用與保護(hù)林地資源，在保證林地面積的情況下，增加林木種類(lèi)的多樣性，以提高生態(tài)環(huán)境的自我修復(fù)能力，提高景觀的整體穩(wěn)定性。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）

Analysis of Characteristics of Rural Landscape Pattern in Jiangsu Hilly Region Based on GIS——A Case Study of Taurus Lake Creative Agricultural Science and Technology Park in Liuhe District of

Nanjing City CHEN Lu，MA Jin-yi
（College of Horticulture in Nanjing Agricultural University， Nanjing， 210095， PRC）

Abstract：Taking Taurus Lake creative agricultural science and technology park of Liuhe District， Nanjing City as the research area，using the land use data as the data source， using GIS technology， through the calculation， analysis and comparison of the patch density，patch shape， diversity and fragmentation degree of the study area， the spatial characteristics of landscape structure in the study area were revealed.The results showed that the study area was a region with the landscape background of agriculture，land use structure was not reasonable， Landscape heterogeneity was low， lack of diversity， landscape patch type was relatively single， distribution existed imbalance phenomenon.The cultivated land was the basic landscape and was relatively concentrated， which wasmost affected by the terrain and the human activity， highest instability. On the basis of above， the suggestions on the optimization of the landscape pattern in the study area were put forward.

Key words：hilly region； patch； landscape index； landscape pattern

中圖分類(lèi)號(hào)：F301.2；P901

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-060X（2016）05-0092-05

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.05.026

收稿日期：2016-01-26

作者簡(jiǎn)介：陳 璐（1990-），女，山東青島市人，碩士研究生，研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)。

通訊作者：馬錦義