?？谑袨I海旅游區(qū)LUCC景觀格局特征和演變規(guī)律

蘇 珊，李鵬山，張明湖，謝跟蹤*，周小梅

（1.海南師范大學 地理與旅游學院，海南 海口571158；2.海南工商職業(yè)學院 旅游系，海南 海口570203）

?？谑袨I海旅游區(qū)LUCC景觀格局特征和演變規(guī)律

蘇 珊1，李鵬山2，張明湖1，謝跟蹤1*，周小梅2

（1.海南師范大學 地理與旅游學院，海南 ?？?71158；2.海南工商職業(yè)學院 旅游系，海南 ?？?70203）

選取?？谑袨I海旅游區(qū)作為研究對象，以1991，2001，2008年遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，采用面向對象信息提取技術，提取了?？谑袨I海旅游區(qū)1991-2001-2008年土地利用/土地覆蓋信息，并結合GIS技術手段、景觀格局指數(shù)及景觀格局分析軟件FRAGSTATS，分析土地利用變化，結合景觀格局指數(shù)分析了LUCC景觀格局特征以及景觀空間格局的時空動態(tài)變化，結果表明:?？谑袨I海旅游區(qū)多樣性指數(shù)有所增加，景觀破碎化程度有所降低，部分景觀類型斑塊在空間分布上總體趨向于聚集，部分景觀要素類型斑塊在空間分布上總體又趨向于分散.

土地利用/覆蓋變化（LUCC）；海口市濱海旅游區(qū)；景觀格局特征；演變規(guī)律

隨著濱海旅游業(yè)的發(fā)展，城市化進程的加快，不合理的開發(fā)建設和土地利用導致生態(tài)環(huán)境的破壞和景觀特色的喪失，最基本的表現(xiàn)就是區(qū)域土地利用/覆被變化（land use and land cover change，LUCC）.LUCC研究成為目前全球變化研究的前沿和熱點.景觀空間結構與生態(tài)過程之間的密切關系及景觀空間格局是景觀生態(tài)學的主要研究焦點之一[1].土地利用是景觀空間格局的主要決定因素，土地利用動態(tài)及其對生態(tài)學過程的影響也是許多學者關心的問題[2].以定量分析的方法研究土地利用變化與景觀空間格局的時空動態(tài)變化是土地利用變化與景觀生態(tài)學研究的重要問題[3].因此，對海口市濱海旅游區(qū)土地利用景觀格局動態(tài)變化進行深入研究，對維持生態(tài)平衡，促進經(jīng)濟發(fā)展與保護生態(tài)環(huán)境有重要意義.

1 研究區(qū)概況

?？谑袨I海旅游區(qū)主要是指西起盈濱半島東至東寨港，南到?？诶@城高速，北至瓊州海峽海岸線的整個海口市濱海地帶.該研究區(qū)域的總面積為61 419.41 hm2，主要包括西部濱海休閑娛樂度假區(qū)、中部濱海綜合商務旅游區(qū)和東部濱海自然生態(tài)度假區(qū).該區(qū)地處低緯度熱帶北緣，屬于熱帶海洋性氣候，年平均氣溫23.8℃，年平均降水量1664 mm，年平均蒸發(fā)量1 834 mm，平均相對濕度85%.常年以東北風和東南風為主，年平均風速3.4 m/s.研究區(qū)絕大部分為海拔100 m以下的臺地和沿海小平原.地表主要為第四紀基性火山巖和第四系松散沉積物大面積分布，地貌以濱海臺階式地貌為主，西部以典型的火山地貌為主.研究區(qū)北面臨海，海域面積830 km2，海岸線長約130 km.大部分海岸坡度平緩，岸線開闊連綿，沙岸帶沙細潔白.港灣與近海還有少許島礁和潮灘，近海海域有多處較為適宜的傍岸泳區(qū).

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

遙感影像數(shù)據(jù)是本研究的主要數(shù)據(jù)來源.目前TM/ETM+影像在土地利用變化監(jiān)測中已有較多的應用[4-6].海南省于1988年建省，建省后，?？谑凶鳛楹Ｄ鲜∈〖壭姓行牡玫搅丝涨暗陌l(fā)展，然而濱海旅游區(qū)的發(fā)展最為迅速，土地利用格局變化最為顯著.為此選用了海南省建省初期（20世紀80年代末90年代初）、21世紀初期和建省20年之際三個時期的空間分辨率均為30m的TM影像數(shù)據(jù)，分析該區(qū)土地利用格局的變化趨勢.

此次研究過程中，遙感數(shù)據(jù)預處理包括遙感影像的格式轉換、波段選擇、幾何校正、配準、鑲嵌、裁切、圖像增強等.利用1∶50000地形圖對3個時期影像數(shù)據(jù)分別選取40個相同地物作為地面控制點（GCP），采用二次多項式進行位置糾正，灰度采樣選擇鄰近點差值法（Nearest Neighbor）計算，獲得各時期的影像，校正的誤差控制在1個像元之內[7].影像數(shù)據(jù)的預處理在ENVI4.4中完成.

本研究參照全國最近土地利用分類標準，結合當?shù)鼐唧w情況，綜合應用監(jiān)督分類、聚類分析、去除分析和分類重編碼的方法完成濱海旅游區(qū)影像解譯與分類，將研究區(qū)分為建設用地、有林地、耕地、濕地、水域、未利用地6類.影像分類經(jīng)Kappa系數(shù)檢驗，其Kappa分別為 0.7984（1991年），0.8331（2001年），0.8571（2008年），均超過最低允許判別精度0.7的要求[8]，3個時期分類總精度分別為85.2%、88.86%和89.14%，均超過85%.但由于判讀誤差，從ENVI4.4中解譯出來的數(shù)據(jù)和實際情況有一定差距，因此需要進行分類后處理，在ArcGIS中修改明顯錯誤的圖斑，并最終完成影像解譯和分類（見圖1）.

2.2 研究方法

本研究應用景觀生態(tài)學理論，結合GIS技術及FRAGSTATS軟件，選擇合理的景觀指數(shù)，對?？谑袨I海旅游區(qū)土地利用景觀格局的時空變化研究，揭示了土地利用景觀的變化趨勢.

景觀空間格局可以通過有關空間格局的各種指數(shù)來表征.本文參考相關文獻[9-16]共選取13項指標來描述研究區(qū)土地利用/土地覆蓋景觀格局的動態(tài)演變，具體如下：

1）景觀類型面積（CA）描述景觀組成，特別是景觀中所包含的特定斑塊類型多少.

2）斑塊數(shù)量（number of patches，NP）描述景觀中斑塊總個數(shù).

3）斑塊密度（Patch density，PD）反映景觀的破碎化程度，同時也反映景觀空間異質性程度.PD愈大，破碎化程度愈小，空間異質性程度也愈小.

4）最大斑塊指數(shù)（Largest patch index，LPI）最大斑塊占景觀的面積，用來簡單測定景觀優(yōu)勢度的指標.

5）邊緣密度（Edge density，ED）邊緣密度指景觀中單位面積的邊緣長度，反映景觀的破碎程度，邊緣密度的大小直接影響邊緣效應及物種組成.

6）形狀指數(shù)（landscape shape index，LSI）景觀形狀指數(shù)主要反映斑塊形狀的復雜程度，它是景觀空間格局中一個很重要的特征.LSI取值范圍≥1，其值越大，說明景觀中不同斑塊類型的集合程度越低.

7）面積加權分維數(shù)（FRAC_AM）通過一定的空間尺度范圍來反應斑塊形狀的復雜性，用來測定斑塊形狀影響內部斑塊的生態(tài)過程，F(xiàn)RAC_AM愈靠近1，斑塊形狀愈簡單；相反，F(xiàn)RAC_AM愈靠近2，斑塊形狀越復雜.

8）相似毗鄰百分比（PLADJ）反映斑塊類型在景觀中的比例多大，如果該斑塊類達到最大程度的散布，PLADJ最小，反之亦然；如果斑塊類型極度分散，則PLADJ最小.

9）聚集度（AI）0＜AI≤100描述的是景觀里不同生態(tài)系統(tǒng)的團聚程度.AI的取值大，則代表景觀由少數(shù)團聚的大斑塊組成，AI取值小，則代表景觀由許多小斑塊組成.當斑塊類型高度聚集成一個單一而緊密的斑塊，AI等于100.

10）斑塊結合度指數(shù)（CONESION）斑塊結合度指數(shù)可衡量相應景觀類型自然連接性程度，其取值范圍為0～100.在低于滲透極限值的情況下，它對關鍵類型的聚集度很敏感.當景觀類型分布變得聚集，其值增加.在高于滲透極限值的情況下，則該值對斑塊形狀不夠敏感.關鍵類型占景觀的比例減少并分割成不連接的斑塊，CONESION趨近于0；關鍵類型占景觀的比例增加，CONESION增加.

11）蔓延度（contagion）蔓延度是描述景觀中不同類型成分團聚程度的指標，取值在0～100之間.CONTAG接近0時表示斑塊類型在很大程度上的不聚集并且分散（所有類型斑塊相鄰程度一致），其值等于100表示斑塊類型最大程度的聚集，即景觀只包含單個斑塊.蔓延度受到斑塊間散布和分散程度的影響，程度低的分散（即高比例的相鄰同類像元）和程度低的散布（即像元分布的不均勻）都將導致程度較高的蔓延度.

12）香濃多樣性指數(shù)（shannon diversity index，SDI）香農多樣性也就是景觀多樣性，指景觀元素或生態(tài)系統(tǒng)在結構、功能以及時間變化方面的多樣性，它反應了景觀的復雜性.SHDI=0，它是描述斑塊類型在景觀中出現(xiàn)的概率，當景觀中各類型面積比例相當時，該指數(shù)達到最大值；當只有一種類型時，其值為0.

13）香農均度指數(shù)（shannon evenness index，SEI）香農均度指數(shù)是表示景觀鑲嵌體中不同景觀類型在其數(shù)目或面積方面的均勻程度，取值范圍為0-1，其值越低，各個景觀類型所占面積比例差異越大；越接近1，則類型間的面積比例越接近.

上述指標均通過景觀格局分析軟件FRAG?STATS3.3計算獲得，這些指標被分為三組級別，分別代表三種不同的應用尺度：（1）斑塊水平（patch-level）指標，反映景觀中單個斑塊的結構特征，也是計算其他景觀水平指標的基礎；（2）斑塊類型水平（class-level）指標，反映景觀中不同斑塊類型各自的結構特征；（3）景觀水平（landscape-level）指標，反映景觀的整體結構特征.

3 結果與討論

3.1 土地利用/覆蓋景觀格局特征

1）景觀要素類型的斑塊面積、斑塊數(shù)目、斑塊密度比較.

通過FRAGSTATS 3.3計算，海口市濱海旅游區(qū)土地利用/覆蓋變化景觀指數(shù)：景觀類型面積，斑塊數(shù)量，斑塊密度和最大斑塊指數(shù)見表1和圖2.

從表1和圖2可以看出，1991年，2001年和2008年CA的變化趨勢和LPI值的變化趨勢是一致的；NP和PD的特征是一致的.各景觀要素類型中建設用地的CA增幅最大，未利用地的減幅最大；NP增幅最大的是水域，減幅最大的為有林地；建設用地在2001—2008年面積在增加，可是NP在減少，說明建設用地的破碎化程度有所降低，從PD值也可以看出；有林地面積降低的幅度不大，但是NP和PD值的減小明顯，雖然破碎化程度在減小，但是說明受到人為活動的干擾使得小斑塊有林地轉化為其他用地類型；PD值在三個時期都比較高的為建設用地，及建設用地的破碎化程度高，至2008年，PD值最高的為水域；在過去近20年的時間里有林地、耕地、濕地和未利用地的破碎化程度都在降低.

表1和圖2顯示，1991年，2001年和2008年耕地的LPI值最大，其次為建設用地，說明耕地景觀結構簡單，建設用地結構比較簡單；同時也說明耕地在三個時期中最具優(yōu)勢的景觀要素，其次為建設用地；其他用地LPI值均較低，最低的濕地，結構較為復雜，優(yōu)勢度最低.

表1 不同時期研究區(qū)各景觀要素類型的CA，NP，PD，LPI值Lab.1The CA，NP，PD，LPI values of various types of landscape elements in the study area in different periods

2）景觀要素類型的形狀特征比較.

景觀要素類型的形狀特征主要由邊緣密度，形狀指數(shù)，及面積加權分維數(shù)進行對比分析，見表2和圖3.

由表2和圖3可知，1991年，ED值最大的景觀類型為耕地，達到21.775 8 m/hm2，其次為有林地；在2001—2008年，耕地的ED值仍然保持最大，居次位的是建設用地；1991年，LSI最大的是未利用地，2001年，LSI最大的是建設用地，2008年，LSI最大的是水域；三個時段，F(xiàn)RAC_AM最大的景觀要素類型依然為耕地，F(xiàn)RAC_AM、ED和LSI最小的是濕地.綜合分析，1991—2001—2008年，耕地的邊緣長度最大，形狀最為復雜，受到各種干擾的強度也最大，其次為建設用地、水域和未利用地，形狀較為簡單受干擾程度低的為有林地和濕地.

表2 不同時期研究區(qū)景觀要素類型形狀特征指標Lab.2 The shape index of landscape elements of the study area in different periods

3）景觀要素類型的聚集散布比較.

表述景觀要素聚集和散布的指標較多，文中選取相似毗鄰百分比（PLADJ）和聚集度（AI）來進行研究區(qū)景觀聚集散布特征的分析，見表3和圖4.

從表3和圖4可以看出，研究區(qū)三個時段各個景觀要素類型PLADJ和AI的變化步調一致，三個時段PLADJ值最小的為未利用地，并且逐年降低，說明未利用地散布程度最大，而耕地的PLADJ值最大，說明耕地的連接性較好，分布集中；與此同時，耕地的AI值最大，而未利用地的AI值最小，說明耕地聚集程度高，由少數(shù)團聚的大斑塊組成，未利用地則由多數(shù)小斑塊組成，連接性差.

表3 不同時期研究區(qū)景觀要素類型聚集散布指標Tab.3 The aggregation or dispersion index of landscape elements of the study area in different periods

4）景觀要素類型的連通性比較.

斑塊結合度指數(shù)（CONESION）量化相應景觀類型的自然連通性.在低的滲透極限值的情況下，它對關鍵類型的聚集度很敏感.當斑塊類型的分布變得聚集，其值增加.當關鍵類型占景觀的比例減少并分割成不連接的斑塊，CONESION趨近于0；當關鍵類型占景觀的比例增加，CONESION增加[13].研究區(qū)各個景觀要素類型的CONESION見表5和圖5.

表4 不同時期研究區(qū)景觀要素類型連通性指標Lab.4 The connectivity index of landscape elements of the study area in different periods

表4和圖5顯示：斑塊結合度指數(shù)耕地和建設用地較高，說明他們的連通性較好，并且在景觀中占有較大比重，類型間的物質和能量遷移比較通暢；而在1991—2001年有林地和2008年未利用地的CONESION較低，說明了有林地和未利用地斑塊之間相對分散，連通性明顯低于其他景觀要素類型.

3.2 土地利用/覆蓋景觀格局演變

1）景觀均衡性分析.景觀類型斑塊在空間分布上的均衡性其實是斑塊在空間上的聚集程度，通過蔓延度指數(shù)（CONTAG）可以衡量.如果一個景觀由許多離散的小斑塊組成，其聚集度的值最小，表明各景觀類型斑塊在分布上趨向于均衡，當景觀中以少數(shù)大斑塊為主或同一類型斑塊高度連接時，其聚集度的值較大，則表明該地區(qū)在景觀類型斑塊的空間分布上趨向于集中.通過FRAGSTATS 3.3計算，研究區(qū)1991年，2001年和2008年的CONTAG分別為57.5495，55.5425和56.5089，則說明1991—2001年，研究區(qū)各景觀類型斑塊在空間分布上總體趨向于均衡；在2001—2008年，研究區(qū)各景觀類型斑塊在空間分布上總體又趨向于集中.

2）景觀多樣性分析.景觀多樣性指景觀元素或生態(tài)系統(tǒng)在結構、功能以及時間變化方面的多樣性，它反應了景觀的復雜性.文中采用香農多樣性指數(shù)（SHDI）來分析?？谑袨I海旅游區(qū)景觀多樣性，同時采用香農均度指數(shù)（SHEI）來表示景觀鑲嵌體中不同景觀類型在其數(shù)目或面積方面的均勻程度.結果見圖6.

圖6顯示，?？谑袨I海旅游區(qū)SHDI和SHEI總體上變化不大；1991—2001年，SHDI由1.2831增加至1.3454，SHEI由0.7161增加至0.7509，說明在該時段各景觀類型分布不均，景觀斑塊數(shù)量增大，單個景觀斑塊面積減小，景觀類型組成復雜程度增大.優(yōu)勢度減小、多樣性增大的趨勢在一定程度上表明研究區(qū)景觀類型正從單一景觀向多樣化景觀過渡；在2001—2008年，SHDI和SHEI都有所降低，分別為1.3289和0.7416，說明這種景觀的多樣化趨勢有所減緩和降低.

4 結論

1）在1991年，2001年和2008年三個時期中，耕地景觀結構簡單，是最具優(yōu)勢度的景觀要素，受干擾強度大，連續(xù)性好，集聚程度高，連通性較好；建設用地結構比較簡單，優(yōu)勢度較低，受干擾程度較低，連通性較好；其他用地中，濕地的結構較為復雜、優(yōu)勢度最低，受干擾程度較低；林地受干擾程度較低，連通性較低；未利用地連接性差，連通性較低.

2）根據(jù)以上分析，?？谑袨I海旅游區(qū)多樣性指數(shù)有所增加，景觀破碎化程度有所降低，部分景觀類型斑塊在空間分布上總體趨向于聚集，部分景觀要素類型斑塊在空間分布上總體又趨向于分散.

對海口市濱海旅游區(qū)土地利用格局變化進行動態(tài)分析，揭示該區(qū)自海南省建省到21世紀初期土地利用景觀動態(tài)與景觀要素類型空間格局變化的特征和規(guī)律，對維持區(qū)域生態(tài)平衡，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，加強土地資源的保護，制止不合理的土地開發(fā)利用活動及實現(xiàn)土地資源利用的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義.

[1]Gustafson E J,Parker G R.Relationship between land over proportion and indices of landscape spatial pattern[J].Landscape Ecology,1992,7:101-110.

[2]劉紀遠,劉明亮,莊大方,等.中國近期土地利用變化的空間格局分析[J].中國科學D輯,2002,12:65-74.

[3]肖寒,歐陽志云,趙景柱,等.海南島景觀空間結構分析[J].生態(tài)學報,2001,21(1):20-27.

[4]江源,高清竹,何立環(huán),等.基于Landsat-TM數(shù)據(jù)的農牧交錯帶景觀結構研究[J].應用生態(tài)學報,2002,13(4):403-408.

[5]莫源富,周立新.TM數(shù)據(jù)在土地動態(tài)監(jiān)測中的應用[J].國土資源遙感,2000,44(2):13-17.

[6]杜自強,王建,陳正華,等.基于RS和GIS的區(qū)域土地利用動態(tài)變化及演變趨勢分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2007,115-119.

[7]夏小梅,陳阿林,楊華.基于遙感與GIS的LUCC及馬爾柯夫過程趨勢預測[J].水土保持研究,2009,16(5):19-24.

[8]Lucas I F,Frans J M.Accuracy assessment of satellite de?rived land-cover data:areview[J].Photogrammertric En?gineering&Remote Sensing,1994,60(4):410-432.

[9]肖篤寧.景觀生態(tài)學理論、方法及應用[M].北京:中國林業(yè)出版社,1991.

[10]鄔建國.景觀生態(tài)學—格局、過程、尺度與等級[M].北京:高等教育出版社,2000.

[11]常學禮,鄔建國.分形模型在生態(tài)學中的應用[J].生態(tài)學雜志,1996,15(3):35-42.

[12]傅伯杰,陳利頂,馬克明,等.景觀生態(tài)學原理及應用[M].北京:科學出版社,2001.

[13]傅伯杰.黃土區(qū)農業(yè)景觀空間格局分析[J].生態(tài)學報,1995,15（2）:113-120.

[14]翟德利.基于遙感影像的海南省昌化江上游流域景觀格局變化分析[D].?？?海南師范大學:自然科學版,2008.

[15]Li H,Reynolds J F.A new contagion index to quantify spatial patterns of landscapes[J].Landscape Ecology,1993,8:155-162.

[16]Report No.PNW-GTR-351,USDA-Forest Service,Pacific Northwest Research Station,Portland Riitters K H,O’Neill R V,Wickham J D,et al.A note on conta?gion indices for landscape analysis[J].Landscape Ecolo?gy,1996,11:197-202.

Study on the LUCC Landscape Index and Evolution of the Coastal Resorts of Haikou City

SU Shan1，LI Pengshan2，ZHANG Minghu1，XIE Genzong1＊，ZHOU Xiaomei2
（1.College of Geography and Tourism，Hainan Normal University，Haikou571158，China；2.Department of Tourism，Hainan Technology and Business College，Haikou570203，China）

This paper selects the coastal resorts of Haikou City as the research object and remote sensing image of 1991,2001,2008 as the main data source.The object-oriented information extraction technology as well as the Land us?age and cover information of the coastal tourist areas in Haikou City from 1991 to 2008 were also used in this paper.Combined with GIS techniques,Landscape Index and Evolution and landscape analysis software FRAGSTATS,the land use change and the dynamic changes of landscape spatial structure were analysed.The results showed that:the land?scape diversity index of the coastal resorts of Haikou City increased in some level,landscape fragment reduced in some level,some landscape types tend to gather,and some Landscape elements tend to dispersed.

land usage and cover change（LUCC）；the coastal resorts in Haikou City；Landscape Pattern；Evolution Rule

F 301

A

1674-4942（2011）02-0216-08

2011-03-12

海南省自然科學基金項目（80688）

*通訊作者

黃 瀾