基于GIS與Fragstats景觀水平的空間格局特征分析

方行

摘要：基于ＧＩＳ技術(shù)和景觀生態(tài)學(xué)理論，選用斑塊密度指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、分維數(shù)、景觀形狀指數(shù)、景觀優(yōu)勢(shì)度和均勻度等景觀格局指數(shù)，分析東莞市自１９８８年以來的基于景觀水平的空間格局特征變化。結(jié)果表明，珠江口兩岸景觀的破碎化程度加深，異質(zhì)性在不斷增加，空間結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化。

關(guān)鍵詞：ＧＩＳ；景觀格局指數(shù)；珠江口兩岸

中圖分類號(hào)：ＴＰ７９文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０12）04－0841-02

景觀生態(tài)學(xué)的研究表明，景觀格局是影響地表多種生態(tài)過程的重要因素之一，景觀格局分析是景觀生態(tài)學(xué)的核心理論和內(nèi)容，地表水文過程、土壤侵蝕過程、生物地球化學(xué)過程、區(qū)域氣候以及生物多樣性變化過程等，都與景觀格局特征密切相關(guān)［１］。研究擬借助ＧＩＳ技術(shù)和景觀生態(tài)學(xué)的理論與方法，分析珠江口兩岸自１９８８年以來的土地利用變化對(duì)景觀結(jié)構(gòu)的影響，以期為珠江口兩岸實(shí)現(xiàn)土地資源利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)決策依據(jù)。

１研究區(qū)概況

研究區(qū)位于東經(jīng)１１３°０９′－１１４°２２′、北緯２１°０９′－２２°２７′，是珠江三角洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展的典型區(qū)域，受毗鄰香港、澳門區(qū)位優(yōu)勢(shì)與開放政策優(yōu)勢(shì)的影響，改革開放以來迅速發(fā)展成為東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為快速的區(qū)域，同時(shí)也是珠江三角洲景觀格局變化速度最快、幅度最大的區(qū)域之一。珠江口兩岸城市化水平相當(dāng)高，２００６年番禺、深圳非農(nóng)業(yè)人口均超過７０％，深圳非農(nóng)業(yè)人口已高達(dá)９２．４６％。改革開放以來，在各種自然與人文因素的推動(dòng)下，珠江口兩岸迅速從傳統(tǒng)的以農(nóng)業(yè)用地為主的地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樾屡d的高度城市化區(qū)域。珠江口東西兩岸地貌結(jié)構(gòu)特征差異明顯，東岸地貌結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜多樣，丘陵臺(tái)地較多，而西岸主要為平原地貌，但水網(wǎng)密布。因此，快速城市化的珠江口兩岸是景觀水平的空間格局特征分析較為理想的區(qū)域之一。

２景觀格局指數(shù)選擇與計(jì)算

研究所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為Ｌａｎｄｓａｔ－５ ＴＭ（１９８８、１９９５、１９９８年）與Ｌａｎｄｓａｔ－７ ＥＴＭ+（２００２年）遙感影像數(shù)據(jù)，軌道號(hào)為１２２／０４４；１９９５和２０００年１∶１０萬標(biāo)準(zhǔn)分幅的廣東省土地利用類型圖。遙感影像數(shù)據(jù)和土地利用類型圖等數(shù)據(jù)均被統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系和投影下，采用的投影為橫軸墨卡托投影，采用的橢球體為Ｋｒａｓｏｖｓｋｙ橢球體。在ＧＩＳ軟件環(huán)境下，所有數(shù)據(jù)都被統(tǒng)一成柵格化為３０ ｍ×３０ ｍ的ＧＲＩＤ數(shù)據(jù)。

Ｆｒａｇｓｔａｔｓ軟件功能強(qiáng)大，可以計(jì)算出５９個(gè)景觀指標(biāo)，由于許多指標(biāo)之間具有高度的相關(guān)性，只是側(cè)重面不同，因而在全面了解每個(gè)指標(biāo)表征的生態(tài)意義及所反映的景觀結(jié)構(gòu)側(cè)重面的前提下，可以依據(jù)研究目標(biāo)和數(shù)據(jù)的來源與精度來選擇合適的指標(biāo)與尺度，這里采用的景觀指標(biāo)包括景觀要素特征和景觀異質(zhì)性指數(shù)兩類，選擇景觀級(jí)別尺度的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，主要景觀指數(shù)計(jì)算采用Ｆｒａｇｓｔａｔｓ ３．３ ｆｏｒ ＡｒｃＶｉｅｗ的柵格版本。

３結(jié)果與分析

表１是１９８８—２００２年珠江口兩岸景觀格局指數(shù)變化的計(jì)算結(jié)果。由表１可知，珠江口兩岸景觀斑塊密度與邊界密度兩個(gè)指數(shù)均呈增長趨勢(shì)，１９８８—１９９５年指數(shù)的變化相對(duì)較大，１９９５年以后斑塊密度與邊界密度變化相對(duì)平緩。在一定程度上表明，城市化熱潮后珠江口兩岸區(qū)域的開發(fā)與利用過程對(duì)景觀斑塊邊界的總體影響趨于相對(duì)平緩和平穩(wěn)［２］。

最大斑塊指數(shù)（ＬＰＩ）反映珠江口兩岸各種土地利用類型斑塊面積的均勻程度，多樣性指數(shù)反映景觀類型的多少以及各景觀類型所占比例的均勻程度［３］。１５年中，研究區(qū)的最大斑塊指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，相應(yīng)的多樣性指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明大斑塊有不斷分割破碎的趨勢(shì)，且各種土地利用類型分布越來越接近［４］。

形狀指數(shù)（ＳＩ）是將斑塊形狀與相同面積的圓相比較而獲得的數(shù)值，即斑塊的緊湊程度，有時(shí)也被稱為邊界發(fā)育程度。斑塊的形態(tài)特征是對(duì)其功能的重要反映，分維數(shù)（ＦＤ）描述了景觀中斑塊形狀的復(fù)雜性［５］。１５年中，珠江口兩岸景觀的形狀指數(shù)和分維數(shù)都呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，這意味著空間異質(zhì)性增加，斑塊的形狀趨于復(fù)雜。

分離度指數(shù)（ＦＩ）可用于度量某一種景觀類型中不同斑塊個(gè)體分布的離散程度，分離度越大，表明景觀在地域上分布越分散［３］。從表1可以看出，在人為改造活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾下，珠江口兩岸在城市化進(jìn)程中，城市斑塊與開發(fā)用地不斷入侵同化其他斑塊類型，區(qū)域大斑塊不斷被分割細(xì)化，景觀組分間的空間隔離程度降低。

空間格局的整體特征是：１９８８—２００２年珠江口兩岸景觀的多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和分離度指數(shù)都呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，表明珠江口兩岸景觀異質(zhì)性在不斷增加，各種土地利用類型所占的比例在數(shù)值上的相對(duì)差異減小，同時(shí)也反映出景觀斑塊面積總體不斷減小的變化趨勢(shì)；１５年來整個(gè)景觀的形狀指數(shù)、分維數(shù)和分離度指數(shù)不斷增加，最大斑塊指數(shù)則相應(yīng)表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，說明各類型斑塊總體形狀越來越不規(guī)則，景觀面積有由大斑塊不斷分割破碎的趨勢(shì)，景觀的空間結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化。

４小結(jié)

選擇珠江口兩岸為研究對(duì)象，借助ＧＩＳ技術(shù)和景觀生態(tài)學(xué)的理論與方法，分析研究區(qū)自１９８８年以來的基于景觀水平的空間格局特征變化。研究表明，珠江口兩岸景觀的破碎化程度加深、異質(zhì)性在不斷增加，空間結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化。研究可為珠江口兩岸實(shí)現(xiàn)土地資源合理利用和環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 郭東旭，陳利頂，傅伯杰． 土地利用／土地覆蓋變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響［Ｊ］．環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，１９９９，７（６）：６６-７５.

［３］ 周靜．基于ＲＳ與ＧＩＳ的珠江口兩岸景觀破碎化分析［Ｄ］． 廣州：中國科學(xué)院華南植物園，２００５．

［３］ 劉權(quán)，張柏．遼河中下游流域土地利用／覆蓋變化、環(huán)境效應(yīng)及優(yōu)化調(diào)控研究［Ｍ］．北京：科學(xué)出版社，２００７．

［４］ 吳志峰，匡耀求，黃寧生，等．基于ＧＩＳ的廣州市耕地資源多樣性與破碎度分析［Ｊ］．農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，２００４，２０（４）：２５８－２６０.

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