錦州—葫蘆島沿海地區(qū)景觀格局動態(tài)分析

任韶紅，蘇 雷，朱京海

（1.遼寧省建筑設(shè)計(jì)研究院 遼寧 沈陽 110005；2.森林與土壤國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽 110164；3.中國科學(xué)院 研究生院，北京 100049；4.遼寧省環(huán)保廳，遼寧 沈陽 110033）

景觀格局動態(tài)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［1］.通過景觀格局及其變化過程的表象，可以研究景觀格局及其環(huán)境因素之間規(guī)律性的空間關(guān)系，從而為景觀格局變化驅(qū)動力診斷與機(jī)理模型構(gòu)建提供依據(jù)［2-4］.

基于不同的土地利用形態(tài)形成的景觀空間格局，是各種生態(tài)過程在不同尺度上的作用結(jié)果.進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期，在IGBP 和IHDP 等國際組織的倡導(dǎo)下，區(qū)域和地方尺度的LUCC 研究開始得到更多的關(guān)注［5-8］.

錦州—葫蘆島沿海地區(qū)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，沿海岸帶呈帶狀分布，地理坐標(biāo)在北緯39°59′～41°26′，東經(jīng)119°12′47″～121°45′之間，面積7 847.6km2，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［9］.該區(qū)域既是經(jīng)濟(jì)熱點(diǎn)區(qū)域，又是生態(tài)敏感地區(qū)，是進(jìn)行景觀格局研究的典型代表區(qū)域.對錦州—葫蘆島沿海地區(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)土地管理決策、生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及進(jìn)一步深入研究奠定基礎(chǔ)，對于區(qū)域土地可持續(xù)利用具有重要意義.

1 數(shù)據(jù)處理

（1）遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理.利用Erdas 2011軟件的AutoSync圖像自動配準(zhǔn)模塊，以中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所景觀組已經(jīng)校正好的1989年Landsat TM 影像為基準(zhǔn)，將1990、2000和2010年的影像（軌道號為：120-31、120-32、121-31和121-32）進(jìn)行校正配準(zhǔn)，之后拼接，并利用錦州—葫蘆島四市的行政邊界圖切割這些影像，得到研究區(qū)范圍內(nèi)的各期遙感影像.

（2）對遙感影像進(jìn)行4、3、2假彩色合成，并進(jìn)行圖像增強(qiáng).

（3）結(jié)合土地利用圖、實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)和Google Earth的高分辨率圖像，輔助影像的判讀和分析，通過人工解譯遙感影像進(jìn)行地物分類.景觀分類依據(jù)錦州—葫蘆島沿海地區(qū)實(shí)際情況，并參考2007年中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布的《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB／T 21010—2007）、2011年中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部與國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布的《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)（GB 50137—2011），共分為耕地、園地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地七大類，具體含義見表1.

表1 錦州—葫蘆島沿海地區(qū)景觀分類標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification of land use types in Jinzhou－Huludao area

2 景觀格局構(gòu)成與變化分析

應(yīng)用ArcGIS 9.3提取1990、2000和2010年各景觀類型的面積，生成錦葫沿海地區(qū)各時(shí)期的景觀格局構(gòu)成分析圖（圖1）.從中可以看出，錦州—葫蘆島沿海地區(qū)景觀主要是由耕地、林地、草地、建設(shè)用地組成，占總面積的90%以上.建設(shè)用地的比重呈逐年遞增趨勢，從1990年占總用地面積的9.77%上升到2010年的13.24%；耕地、園地、林地、草地及未利用地所占比重變化不大，分別穩(wěn)定在44%、3.8%、20%、14%和0.6%左右；水域所占比重呈現(xiàn)遞減趨勢，已經(jīng)從1990年占總用地面積的6.23%下降到2010年的4.15%.

圖1 1990、2000和2010年錦州—葫蘆島沿海地區(qū)景觀格局構(gòu)成分析Fig.1 Percentage of Jinzhou－Huludao coastal area landscape types in 1990，2000and 2010

轉(zhuǎn)移矩陣可以清晰地反映各景觀類型的土地利用方式轉(zhuǎn)換數(shù)量.本研究為更清晰地表示主要景觀類型的空間位置變化，采用GIS 平臺（ArcGIS 9.3版本）制作成各時(shí)間段的空間變化位置圖，具體操作如下：利用ArcToolbox工具下的Overlay 命令，對1990—2000 年，2000—2010年和1990—2010年的土地利用遙感解譯圖進(jìn)行空間疊加，應(yīng)用statisties命令提取各種土地利用類型之間轉(zhuǎn)化的面積，并將主要的景觀類型轉(zhuǎn)換空間用不同顏色在圖上區(qū)分開來（圖2）.

基于研究時(shí)段各景觀類型變化位置分布圖可以看出，景觀類型發(fā)生轉(zhuǎn)換的空間主要位于海岸帶地區(qū).總體來說，是以建設(shè)用地的持續(xù)擴(kuò)張與耕地以及林地、水域面積縮小為特點(diǎn)；具體來講，1990—2000年間，建設(shè)用地面積增加141.1km2，有2.3km2的海洋、40.1km2的耕地、0.3km2的園地、2.9km2的林地、9.5km2的草地、86.8km2的水域和1.0km2的未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；與此同時(shí)，有1.1km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地、1.4km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為水域.2000—2010年間，建設(shè)用地面積增加131.1km2，有29.6km2的海洋、51.8km2的耕地、4.6km2的林地、9.0km2的草地、41.9km2的水域和4.9km2的未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；在此期間，有8.3km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地、0.2km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為林地、1.8km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為草地、0.1km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為水域，0.2km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為未利用地.1990—2010年間，建設(shè)用地面積共增加272.2km2，共有32.8km2的海洋、88.4km2的耕地、0.3km2的園地、9.3km2的林地、17.4km2的 草地、127.0km2的水域和5.8km2的未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地；與此同時(shí)，共有5.4km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地、1.6 km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為草地、1.5km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為水域，0.2km2的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為未利用地.

圖2 研究時(shí)段內(nèi)各景觀類型變化位置分布圖Fig.2 Changes in spatial location of main landscape types in all research interval

3 土地利用度量變化分析

基于GIS平臺，應(yīng)用statisties命令提取各種土地利用類型之間轉(zhuǎn)化的面積，在該結(jié)果基礎(chǔ)上運(yùn)用土地利用動態(tài)度計(jì)算公式對研究區(qū)景觀類型的動態(tài)變化加以量化，各公式表述如下［10］：

（1）單一土地利用動態(tài)度

式中，ΔLUij為監(jiān)測時(shí)段第i 類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對值；LUi為監(jiān)測起始時(shí)間第i類土地利用類型面積.

（2）單一土地利用轉(zhuǎn)出率

式中，Ti為地類i在t0到tk時(shí)期內(nèi)的土地利用轉(zhuǎn)出率；Tij為在t0到tk時(shí)期地類i 轉(zhuǎn)化為地類j的面積；Lt0是地類i在t0時(shí)刻的面積；n為研究區(qū)土地利用類型數(shù)量.

（3）單一土地利用轉(zhuǎn)入率

式中，Mi為地類i 在t0到tk時(shí)期內(nèi)的土地利用轉(zhuǎn)入率；Mij為在t0到tk時(shí)期內(nèi)由地類j 轉(zhuǎn)化為地類i的面積；Ltk是地類i 在tk時(shí)刻的面積；n為研究區(qū)土地利用類型數(shù)量.

土地利用變化情況如表2所示.

表2 土地利用變化度量分析Table 2 Metrics analysis of land-use change %

從表2中可以看出以下幾點(diǎn)：

（1）建設(shè)用地和水域的土地利用動態(tài)度顯著高于其他景觀類型，1990—2010年這20年間，錦葫沿海地區(qū)建設(shè)用地的土地利用動態(tài)度高達(dá)36.10%，水域的土地利用動態(tài)度達(dá)到33.13%.

（2）水域的土地利用轉(zhuǎn)出率最高，1990—2000年，水域的土地利用轉(zhuǎn)出率為24.14%；2000—2010 年，水域的土地利用轉(zhuǎn)出率為13.58%.園地、林地和建設(shè)用地的土地利用轉(zhuǎn)出率都很低，1990—2010年這20年間，園地的土地利用轉(zhuǎn)出率只有0.19%，林地1.58%，建設(shè)用地1.16%.

（3）建設(shè)用地的土地利用轉(zhuǎn)入率最高.1990—2000年，建設(shè)用地的土地利用轉(zhuǎn)入率為16.05%；2000—2010年，建設(shè)用地的土地利用轉(zhuǎn)入率為13.82%；1990—2010年這20年間，建設(shè)用地的土地利用轉(zhuǎn)入率高達(dá)27.37%，顯著高于其他景觀類型，如耕地（1.63%）、園地（0.00%）、林地（0.11%）、草地（0.46%）、水域（1.69%）.

（4）未利用地的土地利用轉(zhuǎn)出率和轉(zhuǎn)入率都比較大.1990—2010年這20年間，錦葫沿海地區(qū)未利用地的土地利用轉(zhuǎn)出率為14.97%，僅低于水域的土地利用轉(zhuǎn)出率34.26%；未利用地的土地利用轉(zhuǎn)入率為10.34%，僅低于建設(shè)用地的土地利用轉(zhuǎn)入率27.37%.

4 景觀格局指數(shù)分析

在眾多景觀類型中，建設(shè)用地與人類的關(guān)系最為密切，建設(shè)用地的擴(kuò)展是城鎮(zhèn)化過程的最直觀表現(xiàn)，因此本文在類型水平上選擇了建設(shè)用地作為研究對象，并計(jì)算了整體水平的景觀格局指數(shù).借鑒相關(guān)文獻(xiàn)資料，將錦州—葫蘆島沿海地區(qū)的景觀格局研究粒度確定為400 m，利用Fragstats（raster version 3.3）軟件計(jì)算景觀格局指數(shù)，結(jié)果見表3和表4.

表3 建設(shè)用地景觀格局指數(shù)Table 3 Landscape pattern indices of constriction land

表4 景觀格局整體水平指數(shù)Table 4 Landscape pattern indices of landscape metrics

從以上兩個(gè)表可以發(fā)現(xiàn)：錦州—葫蘆島地區(qū)20年來建設(shè)用地的斑塊數(shù)、斑塊密度和邊緣-面積分維值增加，說明破碎化程度加重，建設(shè)用地的邊界越來越復(fù)雜；聚合度呈增長趨勢，表明建設(shè)用地的聚集程度加大.

景觀整體水平上，總斑塊數(shù)先增加后減少，說明：1990—2000年，各類景觀斑塊以增加為主，到了2000—2010年，斑塊呈減少趨勢是由于城市在擴(kuò)展過程中，一些小的用地斑塊融合為大斑塊的情況占據(jù)主導(dǎo)；斑塊密度呈減少趨勢，香農(nóng)多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)都起伏波動，形狀不斷規(guī)則化，景觀聚集程度增加，蔓延度減少.由此，錦州—葫蘆島沿海地區(qū)的景觀破碎化程度有所緩解.

5 結(jié) 語

本研究采用3S 技術(shù)及定量分析方法對錦州—葫蘆島沿海地區(qū)的景觀格局進(jìn)行分析，可以作為錦州—葫蘆島地區(qū)城市總體規(guī)劃的前期研究，提高城市規(guī)劃決策的科學(xué)性和智能性.該研究為錦葫沿海地區(qū)的規(guī)劃決策、生態(tài)環(huán)境保護(hù)進(jìn)一步深入研究奠定基礎(chǔ)，對于區(qū)域土地可持續(xù)利用具有重要意義.

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