基于GIS的鄂爾多斯礦景觀格局變化分析

呂禹+徐華禮

摘 要：本文基于AcrGIS軟件對鄂爾多斯礦區(qū)開采階段和復(fù)墾后土地利用類型圖進行同柵格粒度大小處理，并使用Fragstats3.3軟件得出所需景觀格局指數(shù)數(shù)值?；谏鲜鰯?shù)值繪制了鄂爾多斯礦2個階段景觀指數(shù)的粒度效應(yīng)曲線，并得出了適用于該礦區(qū)景觀指數(shù)計算的合理粒度范圍為10-15m。結(jié)果表明，經(jīng)過復(fù)墾期間的建設(shè)，研究區(qū)景觀格局由單一性的裸地向著景觀類型復(fù)雜化的方向發(fā)展，景觀異質(zhì)性程度和斑塊破碎化程度均加強。

關(guān)鍵詞：景觀格局指數(shù)；鄂爾多斯礦；粒度效應(yīng)；AcrGIS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.209

1 引言

景觀是指土地及土地上的空間和物質(zhì)所構(gòu)成的自然綜合體，同時人類活動對其也產(chǎn)生了深刻的影響。景觀的形成與發(fā)展是自然基礎(chǔ)的發(fā)育，同時人類利用、改造自然環(huán)境對景觀的發(fā)育也產(chǎn)生了深刻的影響。土地利用變化對全球景觀生態(tài)環(huán)境變化產(chǎn)生了深遠的影響，土地利用變化作為其驅(qū)動因子之一，它直接影響區(qū)域景觀生態(tài)系統(tǒng)，同時在區(qū)域景觀格局變化中起到重要的作用[1]，近幾年，景觀生態(tài)系統(tǒng)研究及區(qū)域景觀格局變化研究日益成為了全球景觀變化區(qū)域的熱點。景觀格局通常是指大小、形狀各不相同的景觀在景觀空間上的排列與組合[2]。本文基于GIS和Fragstats3.3軟件對鄂爾多斯礦景觀格局進行定量分析，提取各階段的景觀格局指數(shù)，分析鄂爾多斯礦2個階段的景觀格局指數(shù)的粒度效應(yīng)。對鄂爾多斯礦景觀格局指數(shù)的分析有利于礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)管理和景觀的可持續(xù)發(fā)展，以期達到礦區(qū)景觀格局優(yōu)化的目的[3]。

2 研究區(qū)概況

鄂爾多斯金屬鐵礦行政區(qū)地址位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市鄂爾多斯露天金屬礦區(qū)內(nèi)，礦區(qū)范圍地理坐標從東經(jīng)109°57′20″至109°59′30″，北緯從41°47′52″至41°48′09″。礦區(qū)范圍內(nèi)交通四通八達，內(nèi)部公路和鐵路相通，公路長達150公里，鐵路長達137公里，礦區(qū)中部東距西北某露天金屬火車站僅5公里，區(qū)內(nèi)地勢平坦，交通方便。礦區(qū)海拔高度1450m-1800m，礦區(qū)丘陵地形為主導(dǎo)地形，地勢走向由東向西。項目區(qū)坐落于內(nèi)蒙古高原南部地區(qū)，氣候特征為大陸性氣候。礦區(qū)內(nèi)低溫、少雨、干旱、多風，溫差變化大，年平均降水量248.5mm，年蒸發(fā)量2100-2700mm，降雨量遠小于蒸發(fā)量。研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜，主要發(fā)育有斷裂和褶皺構(gòu)造。

3 研究方法

根據(jù)礦區(qū)開采階段和復(fù)墾后的土地現(xiàn)狀利用圖，利用ArcGIS軟件對上述土地利用圖進行柵格處理。自5-100m，每隔10m設(shè)置一個柵格粒度5*5，15*15，…，100*100等柵格粒度大小。通過AcrGIS面轉(zhuǎn)柵格功能獲取出相應(yīng)的柵格圖，并導(dǎo)出不同粒度下的柵格數(shù)據(jù)，并將其導(dǎo)入Fragstats3.3軟件，在Frastats3.3軟件中計算出所需要的景觀格局指數(shù)：斑塊數(shù)量（NP），斑塊類型面積（CA）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、最大斑塊所占景觀面積比例（LPI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）[4]。本文所選景觀指數(shù)如表1。

4 結(jié)果分析

基于上述不同柵格粒度下各景觀格局指數(shù)，繪制開采和復(fù)墾后2個階段景觀指數(shù)粒度效應(yīng)曲線，如圖1所示。

4.1 同一階段不同景觀指數(shù)粒度效應(yīng)分析

由圖1可知，在選取的景觀格局指數(shù)中，除香農(nóng)多樣性指數(shù)外，粒度大小變化對其余六種景觀指數(shù)均產(chǎn)生較明顯的影響?？傮w來說，7種景觀指數(shù)隨粒度增加呈現(xiàn)三類變化趨勢，如表2。

第一類是景觀指數(shù)隨著粒度的增加，整體呈水平方向，如Shannon多樣性指數(shù)。第二類與第三類的景觀指數(shù)粒度效應(yīng)曲線的共同點都是隨著粒度尺寸的增大而呈現(xiàn)遞減趨勢，不同點是有無明顯尺度轉(zhuǎn)折點。造成這種現(xiàn)象的原因是：一方面，當粒度增加，由于一些小斑塊面積過小，在尺度轉(zhuǎn)換中直接消失，從而減少了斑塊數(shù)量和面積加權(quán)分形維數(shù)，降低了斑塊形狀復(fù)雜程度；另一方面，小斑塊在尺度轉(zhuǎn)化中被大斑塊“吞噬”形成大的斑塊，使得斑塊形狀復(fù)雜性降低，斑塊類型朝著單一化方向發(fā)展，斑塊間的連接度變大，蔓延度上升。

4.2 適宜粒度的確定與同一粒度下的景觀格局指數(shù)分析

景觀指數(shù)粒度效應(yīng)指的是景觀指數(shù)隨柵格粒度大小變化而變化，導(dǎo)致景觀空間格局隨之變化。第一尺度域是指景觀指數(shù)值第一次發(fā)生突變的區(qū)間[5]，它是確定粒度大小和景觀格局分析的適宜范圍。在第一尺度域中，選擇了中等以上的粒度，既能反映尺度特征信息，又能減少計算工作量。根據(jù)表2且考慮到各階段景觀指數(shù)的適宜粒度范圍，綜合分析取研究區(qū)景觀指數(shù)計算的合理粒度范圍為10-15m。

在相同的粒度情況下，除最大斑塊所占景觀面積比例，其余的景觀指數(shù)都是復(fù)墾后的數(shù)值明顯高于開采階段。這類景觀指數(shù)的數(shù)值大小與景觀斑塊的類型、數(shù)量呈正相關(guān)關(guān)系，即景觀指數(shù)數(shù)值越大，景觀斑塊就越豐富。原因在于礦區(qū)開采活動破壞了礦區(qū)景觀類型，使得礦區(qū)景觀類型朝著單一性方向發(fā)展，景觀破碎度降低也即景觀異質(zhì)性水平降低。復(fù)墾后礦區(qū)景觀類型和數(shù)量增加，景觀形態(tài)重新趨于復(fù)雜化。

4.3 鄂爾多斯礦區(qū)代表性景觀指數(shù)分析

本文通過綜合考慮作出了從7個指數(shù)中選取3個具有代表性景觀指數(shù)的取舍，這3個景觀指數(shù)分別為香農(nóng)多樣性指數(shù)、景觀形狀指數(shù)和斑塊數(shù)量。香農(nóng)多樣性指數(shù)反映景觀多樣性指標，且香農(nóng)多樣性指數(shù)所反映的內(nèi)容包含了香農(nóng)均勻度指數(shù)所要表達的信息，故保留香農(nóng)多樣性指數(shù)。景觀形狀指數(shù)是通過計算形狀與相同面積的圓或正方形之間的偏離程度來測算其復(fù)雜程度，它能夠直接反映景觀形狀復(fù)雜程度[6]。斑塊數(shù)量反映景觀破碎度指標，其為景觀斑塊數(shù)量與景觀總面積的比值，由此可見斑塊數(shù)量能夠直接反映景觀破碎度的情況，斑塊數(shù)量越大，景觀破碎度越高，景觀格局越復(fù)雜。

5 結(jié)論

（1）通過研究得出鄂爾多斯礦區(qū)景觀指數(shù)計算的適宜粒度范圍為10-15m。

（2）經(jīng)過復(fù)墾期間的建設(shè)，研究區(qū)景觀格局由單一性的裸地向著景觀類型復(fù)雜化的方向發(fā)展，景觀異質(zhì)性程度和斑塊破碎化程度均加強。

（3）研究期間，礦區(qū)景觀格局發(fā)生變化，除了受自然和政策因素等影響外，人類活動對景觀格局變化起了主要影響，相關(guān)部門應(yīng)采取合理措施使礦區(qū)景觀格局發(fā)展趨于合理化。

參考文獻：

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作者簡介：呂禹（1992-），安徽合肥人，在讀碩士研究生，地質(zhì)專業(yè)。endprint