基于GIS和RS的小江流域景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析

摘要：以小江流域不同時(shí)期遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用多種景觀格局指數(shù)，對(duì)小江流域的景觀格局效應(yīng)進(jìn)行了分析與探討。結(jié)果表明，各種土地利用類型的斑塊形狀都極不規(guī)則，而且還呈明顯增大趨勢(shì)；小江流域的景觀類型多樣性在研究期間呈遞增趨勢(shì)，但增幅不大，同時(shí)景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)則表現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，表明該研究區(qū)中各景觀類型所占比例的差異在不斷減小，這從景觀均勻度指數(shù)上也得到了驗(yàn)證。在各種土地利用類型中，居民點(diǎn)與工礦用地的破碎度最大，草地的破碎化程度最低，這與居民點(diǎn)與工礦用地的分布比較分散有關(guān)。

關(guān)鍵詞：景觀格局；動(dòng)態(tài)變化；遙感技術(shù)；小江流域

中圖分類號(hào)：Ｆ３０１．２文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ文章編號(hào)：0439－８114（２０12）18－3980-04

Landscape Pattern and Its Dynamical Changes in Xiaojiang Basin Based on RS and GIS Technique

ＪＩＡ Ｓｏｎｇ－ｗｅｉ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ， Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１０２３， Ｈｅｎａｎ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｉｎ Ｘｉａｏｊｉａｎｇ Ｂａｓｉｎ， ｔｈｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ Ｘｉａｏｊｉａｎｇ Ｂａｓｉｎ ｗｉｔｈ ｍａｎｙ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｉｎｄｅｘｅｓ was analyzed． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｔｃｈ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｔｙｐｅｓ ｗａｓ ｖｅｒｙ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ａｎｄ ｈａｄ ａｎ ｏｂｖｉｏｕｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ． Ｉｎ ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄ， ｔｈｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｏｍｉｎａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ， ｓｏ ｉｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅ ｒｅｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｅｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ． Ｉｎ ａｌｌ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｔｙｐｅｓ， ｔｈｅ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｔｏｗｎ ａｎｄ ｒｅｓｉｄｅｎｔ ｌａｎｄ ｗａｓ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ， ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｇｒａｓｓｌａｎｄ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ， ａｎｄ ｉｔ ｗａｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｗｎ ａｎｄ ｒｅｓｉｄｅｎｔ ｌａｎｄ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： lａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ； ｄｙｎａｍｉｃａｌ ｃｈａｎｇｅｓ； ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ； Ｘｉａｏｊｉａｎｇ Ｂａｓｉｎ

景觀生態(tài)學(xué)是以整個(gè)景觀為研究對(duì)象，主要研究景觀中各自然組分異質(zhì)性、相互作用及與生物活動(dòng)尤其是人類活動(dòng)之間的相互影響［１］。景觀格局是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)，景觀格局及其運(yùn)動(dòng)、變化發(fā)展是自然、生物和社會(huì)要素相互作用的結(jié)果，景觀斑塊形狀、大小、數(shù)量和空間組合影響著生物物種分布、動(dòng)物遷移、徑流和侵蝕等生態(tài)過程和邊緣效應(yīng)［２］。因此，通過對(duì)某一區(qū)域景觀格局研究，可以揭示該區(qū)域生態(tài)狀況及其空間變異性等特征，為人類定向影響生態(tài)環(huán)境并使之向良性方向演化提供依據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)為研究景觀空間結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化提供了一種有效手段，并在分析景觀格局空間變化，確定斑塊形狀、大小、毗鄰性和連接度等方面有著廣泛應(yīng)用［３］。以小江流域不同時(shí)期遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)中的多種景觀格局指數(shù)，對(duì)小江流域的景觀格局效應(yīng)進(jìn)行了分析與探討，對(duì)于小江流域生態(tài)環(huán)境建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃有著重要現(xiàn)實(shí)意義。

１研究區(qū)概況

小江流域位于云南省東北部，東經(jīng)１０２°５２′－１０３°２２′，北緯２５°３２′－２６°３５′，小江發(fā)源于滇東北高原的尋甸縣，自南而北流經(jīng)尋甸縣、昆明市東川區(qū)和會(huì)澤縣注入金沙江，全長(zhǎng)１４１．９３ ｋｍ，流域面積３ ０４４．４ ｋｍ２。流域包括和涉及到的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有２１個(gè)，常住人口４８．６萬人，流動(dòng)人口約２.0萬人，人口平均密度１６４人／ｋｍ２。隨海拔升高，人口有明顯減少趨勢(shì)，人口主要集中在７００～１ ８００ ｍ高度帶。

小江流域總體地勢(shì)南高北低，兩岸地形陡峭，地勢(shì)高差巨大，最大高差達(dá)３ ６４９ ｍ；小江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候垂直分帶明顯，立體氣候特征顯著，由于受大氣環(huán)流的影響，小江流域的降水主要集中在５～１０月，約占全年降水量的８８％。小江流域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動(dòng)頻繁，是我國(guó)泥石流災(zāi)害最嚴(yán)重的地區(qū)之一。

２研究方法

２．１數(shù)據(jù)來源與處理

使用的遙感影像數(shù)據(jù)包括１９７４年ＭＳＳ數(shù)據(jù)，１９８７、１９９５和２００５年Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ影像數(shù)據(jù)。首先以 １∶１００ ０００地形圖為底圖，對(duì)所有影像進(jìn)行幾何精校正，圖像切割和增強(qiáng)處理；然后建立解譯標(biāo)志，在Ｅｒｄａｓ Ｉｍａｇｉｎｅ ８．６環(huán)境下，進(jìn)行人機(jī)交互式判讀解譯，解譯結(jié)果經(jīng)隨機(jī)抽樣驗(yàn)證，分類精度在８０％以上。將所得數(shù)據(jù)在ＧＩＳ軟件Ａｒｃ ＧIS ９．０環(huán)境下進(jìn)行編輯和修改，得到１９７４、１９８７、１９９５和２００５年小江流域土地利用圖。

２．２景觀類型劃分

景觀分類是景觀格局和功能研究的基礎(chǔ)，景觀分類必須首先明確景觀單元等級(jí)，根據(jù)不同空間尺度或圖形比例尺的要求來確定分類的基礎(chǔ)單元；其次景觀分類應(yīng)體現(xiàn)出景觀的空間分異與組合，同時(shí)還應(yīng)反映出控制景觀形成過程的主導(dǎo)因子。在景觀格局研究中，常用一定級(jí)別的土地利用類型來表達(dá)景觀中的嵌塊體類型，景觀空間格局就是土地利用空間格局［４］。因此，在此研究中使用土地利用類型作為景觀的斑塊類型。根據(jù)土地利用類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)按土地一級(jí)類型劃分為耕地、林地、草地、水域、居民點(diǎn)與工礦用地和未利用地六類。

３景觀指數(shù)特征分析

在景觀生態(tài)學(xué)的研究和應(yīng)用中，學(xué)者們借鑒傳統(tǒng)生物學(xué)和地理學(xué)統(tǒng)計(jì)方法發(fā)展了許多衡量景觀特征指數(shù)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算方法。在斑塊和景觀級(jí)別上，有些指標(biāo)是度量景觀組分的，有些是度量景觀空間格局的，景觀組分和格局都能夠獨(dú)立和相互影響并作用于生態(tài)過程。研究在分析小江流域土地利用景觀格局變化時(shí)，采用了目前國(guó)際上流行的景觀空間格局分析軟件包ＦＲＡＧＳＴＡＴＳ。ＦＲＡＧＳＴＡＴＳ可以計(jì)算６０多種景觀指標(biāo)［５］，根據(jù)研究特征，選取了具有代表性指標(biāo)和景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。

３．１景觀斑塊特征指數(shù)

斑塊是景觀的基本單元，一個(gè)區(qū)域景觀格局變化可以通過斑塊的變化來實(shí)現(xiàn)。斑塊及其他一些要素的數(shù)量、大小、類型、形狀及在空間上的組合形式構(gòu)成了景觀空間結(jié)構(gòu)。這里應(yīng)用了斑塊形狀指數(shù)、斑塊分形維數(shù)、斑塊邊界密度和平均斑塊面積這４個(gè)指數(shù)來表征斑塊在空間形態(tài)上的特征和變化規(guī)律（表１）。

根據(jù)表１中的公式分別計(jì)算了小江流域各時(shí)期的景觀斑塊特征指數(shù)（表２）。從斑塊形狀指數(shù)（ＬＳＩ）來看，研究區(qū)內(nèi)各景觀類型的擴(kuò)展度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于１，說明斑塊形狀與圓形相差較大，形狀極不規(guī)則。并且在研究期間內(nèi)，其空間擴(kuò)展度都呈明顯增加趨勢(shì)，說明這些景觀類型在形狀上都發(fā)生了很大變化，但分形維數(shù)變化不明顯。

邊界密度最大的景觀類型為居民點(diǎn)與工礦用地，表明其空間形狀較復(fù)雜；其次為未利用地、耕地、水域和林地，最小的是草地，可能是由于草地面積最大造成的。同時(shí)可以看出，與１９７４年相比，各種景觀類型在其他３個(gè)時(shí)期的邊界密度都要大，說明這些景觀類型的邊界變得越來越復(fù)雜，斑塊形狀的復(fù)雜化程度呈增加趨勢(shì)，但從后３個(gè)時(shí)期來看，邊界密度變化并不明顯，表明這些地類的斑塊形狀趨于穩(wěn)定。

平均斑塊面積最大的景觀類型為草地，說明其破碎化程度最低；水域、林地、耕地居中；居民點(diǎn)與工礦用地和未利用地在景觀中占有較小的面積比例，平均斑塊面積也較小，顯示出較高程度的破碎化。比較４個(gè)時(shí)期，除居民點(diǎn)與工礦用地外的各種景觀類型后３個(gè)時(shí)期的平均斑塊面積都比１９７４年要小，顯示出景觀的破碎化程度在增大，與邊界密度的結(jié)果一致。

３．２景觀類型多樣性

景觀多樣性反映了景觀的復(fù)雜程度，根據(jù)景觀多樣性的研究?jī)?nèi)容可將其分為３種類型，分別是斑塊多樣性、景觀類型多樣性和格局多樣性。景觀類型多樣性是指景觀類型的豐富和復(fù)雜程度，用不同景觀類型（如農(nóng)田、森林、草地等）數(shù)目多少及它們所占面積比例表示，其生態(tài)意義主要表現(xiàn)為對(duì)物種多樣性的影響，同時(shí)也對(duì)徑流、侵蝕等生態(tài)過程有重要影響［７］。選用景觀類型多樣性指數(shù)、景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)以及景觀均勻度指數(shù)３個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析（表３）。

根據(jù)表3中公式分別計(jì)算了小江流域的景觀類型多樣性指數(shù)（ＳＨＤＩ）、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Ｄ）和均勻度指數(shù)（Ｅ）（表４）。從表４可以看出，小江流域的景觀類型多樣性指數(shù)在研究期間呈遞增趨勢(shì)，由１９７４年的１．１０６ ５增長(zhǎng)到２００５年的１．１３７ ８，增幅不大，但仍反映了景觀類型多樣性的提高；同時(shí)景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)在這期間則呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，表明組成研究區(qū)各景觀類型所占比例的差異在不斷減小，即一種或者少數(shù)幾種景觀占優(yōu)勢(shì)的地位在下降；景觀均勻度指數(shù)為０．６１７ ６～０．６３５ ０，且在不斷增大，表明各類景觀分布在趨于平衡化，其均勻程度處于中等水平。

３．３景觀空間構(gòu)型

景觀作為一個(gè)整體而成為一個(gè)系統(tǒng)，具有一定結(jié)構(gòu)和功能。而其結(jié)構(gòu)和功能在外界干擾和其本身自然演替作用下，呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)特征。景觀結(jié)構(gòu)是指景觀的組分構(gòu)成及其空間分布形式。景觀空間構(gòu)型是景觀結(jié)構(gòu)在空間上的表現(xiàn)，同時(shí)由于景觀是由具有異質(zhì)性的不同元素組成的整體，則景觀空間構(gòu)型也即為景觀元素在空間上的分布狀態(tài)。選取了景觀破碎化指數(shù)和景觀分離度指數(shù)來表征景觀空間構(gòu)型（表５）。

利用表５中公式分別計(jì)算出的小江流域各時(shí)期景觀要素的景觀破碎化指數(shù)（ＦＮi）和景觀分離度指數(shù)（Ｉｋ）見表６。從表６可以看出，居民點(diǎn)與工礦用地的ＦＮi明顯大于其他景觀類型，且１９７４年的ＦＮi又高于其他３個(gè)時(shí)期，表明居民點(diǎn)與工礦用地的破碎化程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類型，在圖上呈分散狀態(tài)，而隨著時(shí)間推移，這種破碎化程度在降低；其次為耕地和未利用地，耕地的破碎化指數(shù)ＦＮi在４個(gè)時(shí)期變化不明顯，未利用地則表現(xiàn)出破碎化程度增高的現(xiàn)象；破碎化指數(shù)ＦＮi較小的為林地、草地和水域，都處于０．０１以下，而且在各個(gè)時(shí)期變化都不明顯，表明這三類景觀類型分布比較集中，而且在研究期間受人為活動(dòng)影響較小。

從景觀分離度指數(shù)Ｉｋ來看，表現(xiàn)出和破碎化指數(shù)ＦＮ相似趨勢(shì)，居民點(diǎn)與工礦用地分離度指數(shù)明顯高于其他景觀類型，且隨著時(shí)間推移指數(shù)不斷下降，表明居民點(diǎn)與工礦用地在不斷擴(kuò)張，斑塊之間的距離在逐漸縮?。黄浯螢槲蠢玫?、水域和耕地，未利用地分離度指數(shù)表現(xiàn)出明顯增高現(xiàn)象，水域分離度指數(shù)表現(xiàn)出先增高后降低，而耕地分離度指數(shù)則不斷下降，這說明了在研究期間未利用地的斑塊分布越來越分散，斑塊間距離越來越大，水域的斑塊分布先表現(xiàn)出越來越分散，而后則又相對(duì)集中，耕地斑塊間距離則越來越?。环蛛x度指數(shù)Ｉｋ較小的為林地和草地，都處于１以下，林地除１９７４年分離度指數(shù)比較小為０．５７９外，其他3個(gè)時(shí)期為0.848～0.878，相差不大，而草地分離度指數(shù)為0.270～0.291，4個(gè)時(shí)期相比雖有所增加，但幅度不大，因此林地和草地，尤其是草地的斑塊分布比較集中。

４結(jié)論

小江流域因長(zhǎng)期毀林開荒，生態(tài)環(huán)境極其惡劣。從景觀斑塊特征、景觀類型多樣性和景觀空間構(gòu)型方面分析了小江流域景觀效應(yīng)。研究結(jié)果表明各種土地利用類型的斑塊形狀都極不規(guī)則，而且復(fù)雜化程度還呈增加趨勢(shì)，在6種土地利用類型中，居民點(diǎn)與工礦用地的邊界密度最大，平均斑塊面積最小，顯示出較高程度的破碎化；小江流域的景觀類型多樣性在研究期間呈遞增趨勢(shì)，但增幅不大，同時(shí)景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)則表現(xiàn)出遞減趨勢(shì)，表明該研究區(qū)中各景觀類型所占比例的差異在不斷減小，這從景觀均勻度指數(shù)上也得到了驗(yàn)證；另外，各種土地利用類型中居民點(diǎn)與工礦用地的破碎化程度最高，草地的破碎化程度最低，這主要因?yàn)榫用顸c(diǎn)與工礦用地的分布比較分散，而且面積很小。

參考文獻(xiàn)：

［１］ 肖篤寧，蘇文貴，賀紅士．景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用［Ｊ］．生態(tài)學(xué)雜志，１９８８，７（６）：４３－４８．

［２］ 任志遠(yuǎn)，張艷芳．土地利用變化與生態(tài)安全評(píng)價(jià)［Ｍ］．北京：科學(xué)出版社，２００３．

［３］ 黃俊芳，王讓會(huì)，師慶東．基于ＲＳ與ＧＩＳ的三工河流域生態(tài)景觀格局分析［Ｊ］．干旱區(qū)研究，２００４，２１（１）：３３－３７．

［４］ 廖凌松，黃杏元．基于ＡrcInfo的開放式組件ＧＩＳ的開發(fā)探討［Ｊ］．計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，２００２，２９（２）：８５－８８．

［５］ ＭＣＧＡＲＩＧＡＬ Ｋ， ＭＡＲＫＳ Ｂ． ＦＲＡＧＳＴＡＴＳ： Ｓｐａｔｉａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｍａｎｕａｌ［Ｍ］． Ｏｒｅｇｏｎ： Ｆｏｒｅｓｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｏｒｅｇｏｎ Ｓｔａｔｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，１９９４．

［６］ 常學(xué)禮，鄔建國(guó)．科爾沁沙地景觀格局特征分析［Ｊ］．生態(tài)學(xué)報(bào)，１９９８，１８（３）：２２５－２３２．

［７］ 傅伯杰，陳利頂．景觀多樣性的類型及其生態(tài)意義［Ｊ］．地理學(xué)報(bào)，１９９６，５１（５）：４５４－４６２．

［８］ ＴＵＲＮＥＲ Ｍ Ｇ． Ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ［Ｊ］． Ｌａｎｄｓｃａｐｅ Ｅｃｏｌｏｇｙ，１９９０，４（１）：２１－３０．

［９］ 陳利頂，傅伯杰．黃河三角洲地區(qū)人類活動(dòng)對(duì)景觀結(jié)構(gòu)的影響分析——以山東省東營(yíng)市為例［Ｊ］．生態(tài)學(xué)報(bào)，１９９６，１６（４）：３３７－３４４．

（責(zé)任編輯鄭威）

收稿日期：２０１２－０６－０７

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（４１１０１３８５）；河南省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（２０１０ＦＪＪ０３５）

作者簡(jiǎn)介：賈松偉（１９７９－），男，河南新密人，博士，主要從事土地利用與碳循環(huán)方面研究，（電話）１５８３８８３３９５３（電子信箱）ｊｓｗ１０１１＠１６３．ｃｏｍ。