基于GIS的徐州市區(qū)景觀格局變化分析

侯 飛，胡召玲

(徐州師范大學(xué) a.測(cè)繪學(xué)院;b.城市與環(huán)境學(xué)院，江蘇徐州 221116)

0 引言

隨著我國(guó)土地調(diào)查制度的深入實(shí)施，某一區(qū)域內(nèi)容詳盡的土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)越來越容易獲得。根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況，研究景觀類型與土地利用類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可從土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中挖掘出豐富的景觀信息，從而為景觀研究提供有用的信息源。景觀格局是指大小和形狀各異的景觀要素在景觀空間上的排列和組合［1］，城市是受人類活動(dòng)強(qiáng)烈干擾下形成的各種景觀斑塊的混合鑲嵌體，人為的開發(fā)利用活動(dòng)和局地的生物物理?xiàng)l件形成了城市特有的景觀格局［2］。研究城市景觀格局演變情況，可揭示城市生態(tài)狀況及空間變異特征，對(duì)改變城市生態(tài)環(huán)境、維護(hù)生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)城市與自然共存的戰(zhàn)略目標(biāo)以及建設(shè)生態(tài)城市具有重要意義。

近幾年，人們對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)景觀格局特征及形成機(jī)制進(jìn)行了深入研究［3］，并基于景觀生態(tài)學(xué)的原理，對(duì)一些大中城市及典型地區(qū)的景觀格局及其演變特征開展了廣泛的實(shí)證研究［4－14］，這些研究大多以中高分辨率的遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，在GIS技術(shù)的支持下完成的。由于城市地區(qū)的土地利用變更比其他地區(qū)頻繁，國(guó)土資源部門擁有大量的土地調(diào)查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如何從這些數(shù)據(jù)中獲取景觀信息卻少有人研究。

徐州市地處蘇、魯、豫、皖4個(gè)省接壤區(qū)域，作為徐州都市圈的核心城市，經(jīng)過多年的發(fā)展，已成為隴海蘭新經(jīng)濟(jì)帶的中心城市之一，區(qū)域商務(wù)、商貿(mào)中心，以楚漢文化為主要特色的國(guó)家歷史文化名城。同時(shí)，伴隨著徐州市城市化進(jìn)程的加劇和工業(yè)的集中布局，城市空間擴(kuò)展迅速，市區(qū)內(nèi)部的用地有所調(diào)整，城市景觀格局發(fā)生了較大變化。本研究以徐州市區(qū)2000年和2006年土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，在GIS技術(shù)的支持下，分析了該區(qū)在2000—2006年間的景觀格局變化特征，可為徐州市景觀格局的優(yōu)化以及生態(tài)城市建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況

徐州市(33°43'～34°58'N，116°22'～118°40'E)位于黃淮平原的南部，是黃泛沖積平原和魯南、宿北的插接地帶，地形地貌屬魯中南部低山丘陵的南延部分，地面較平緩。徐州市隸屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)性氣候區(qū)，主要植被類型是闊葉落葉林。人類活動(dòng)的長(zhǎng)期影響使得市區(qū)現(xiàn)有的地帶性植被面積較小，呈零星分布狀態(tài)，大部分山林為側(cè)柏人工純林。全市轄五區(qū)三縣二市，五區(qū)分別是:泉山區(qū)、云龍區(qū)、鼓樓區(qū)、銅山區(qū)、賈汪區(qū);三縣為:睢寧縣、豐縣、沛縣 ;二市為:邳州市、新沂市?？紤]到數(shù)據(jù)的范圍和研究區(qū)的連片性，本研究對(duì)徐州市主城區(qū)的4個(gè)區(qū)即云龍區(qū)、鼓樓區(qū)、泉山區(qū)和銅山區(qū)的一部分區(qū)域進(jìn)行研究，面積為268.87 km2。采用的數(shù)據(jù)源分別為2000，2006年1∶10 000的徐州市區(qū)土地利用現(xiàn)狀矢量圖和相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，文件類型為shapefile文件。

2 景觀分類

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

以ArcGIS軟件為平臺(tái)，對(duì)2個(gè)年份的土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行投影變換和坐標(biāo)校正，使得校正后的2幅土地利用圖具有相同的地理空間參考。本研究所采用的2個(gè)年份的土地利用類型劃分標(biāo)準(zhǔn)不一致，2000年土地利用類型采用1984年全國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)制定的全國(guó)土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)，將全國(guó)土地類型劃分成8類，分別為:耕地、園地、林地、牧副漁業(yè)用地、居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地、水域、其他用地;2006年土地利用類型則采用國(guó)土資源部頒布的2002年開始實(shí)施的分類標(biāo)準(zhǔn)，將全國(guó)土地類型分為農(nóng)用地、建設(shè)用地和未利用地3個(gè)一級(jí)類，耕地、城市用地、鹽田等15個(gè)二級(jí)類，71個(gè)三級(jí)類。這兩種土地分類標(biāo)準(zhǔn)存在差別，因此，本研究按照2002年全國(guó)土地分類標(biāo)準(zhǔn)，以2006年的土地利用類型為參考，對(duì)2000年的土地利用類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，建立2個(gè)年份相同的土地利用分類體系。

2.2 景觀分類圖制作

景觀分類是景觀格局和功能研究的基礎(chǔ)，許多學(xué)者對(duì)景觀分類進(jìn)行了研究，形成很多有重要影響的景觀分類系統(tǒng)。趙曉燕等結(jié)合西安市的實(shí)際情況，將西安市的景觀類型劃分成9類:居住景觀、工業(yè)景觀、道路景觀、商業(yè)服務(wù)景觀、文教科研景觀、綠地景觀、農(nóng)業(yè)景觀、水體景觀和文物古跡景觀［4］;李偉鋒等提出按照耕地、園地、林地、城建用地、水域、灘涂、推平未建用地、草地和其他未利用地的類型，將深圳市的景觀類型劃分成9類［8］;曾輝等提出按水體、林地、城鎮(zhèn)建成區(qū)、農(nóng)田、果園、開發(fā)區(qū)等類型，對(duì)珠江三角洲東部常平地區(qū)進(jìn)行景觀分類［13］。這些景觀分類標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際情況提出的，受當(dāng)?shù)刈匀?、人文因素的影響，因而不一定適合其他區(qū)域的情況。本研究根據(jù)徐州地區(qū)自然地理區(qū)域特征、地表覆被狀況、土地利用的現(xiàn)狀和特點(diǎn)等要素，參考已有的景觀分類研究，將徐州市區(qū)景觀劃分為8種景觀類型，各景觀類型的編碼、劃分標(biāo)準(zhǔn)及其所對(duì)應(yīng)的土地利用類型、代碼如表1所示，這里的土地利用類型精確到三級(jí)類。根據(jù)所劃分的景觀類型，以ArcGIS軟件為平臺(tái)，對(duì)2個(gè)年份的土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的分類、合并等，制作出2000年和2006年徐州市區(qū)景觀分類圖(圖1)。

表1 景觀類型與土地類型對(duì)照表Tab.1 Landscape type and corresponding land use type

3 景觀變化分析

本研究通過景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣分析徐州市區(qū)各景觀類型之間的轉(zhuǎn)移變化特征，利用各景觀類型的斑塊數(shù)量、平均斑塊面積、斑塊密度、分離度指數(shù)等指標(biāo)，在ArcGIS軟件平臺(tái)上，對(duì)徐州市區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移變化特征、景觀斑塊變化特征以及總體景觀格局變化進(jìn)行定量分析。

3.1 景觀類型轉(zhuǎn)移變化特征

表2 2000，2006年徐州市區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣 km2Tab.2 Conversion matrix A of landscape type in Xuzhou City in 2000 and 2006

由表2可知，2000—2006年間，除農(nóng)業(yè)景觀面積減少以外，其余的7類景觀面積均有不同程度的增加，其中，農(nóng)業(yè)景觀面積由占研究區(qū)總面積的29.32%減少到20.01%，減少了24.78 km2;增加最快的是工業(yè)景觀，增長(zhǎng)率達(dá)2.9%;其次是居住景觀，增長(zhǎng)率為1.55%，園林綠地景觀增加了4.15 km2，增長(zhǎng)率為1.51%，商服公共設(shè)施景觀的增長(zhǎng)率為1.32%，交通景觀增長(zhǎng)率為1.17%，其他景觀和水體景觀增長(zhǎng)率均較低，分別為0.37%，0.33%。

在農(nóng)業(yè)景觀的轉(zhuǎn)移中，轉(zhuǎn)為居住景觀的轉(zhuǎn)移率最大，達(dá)23.49%;園林綠地景觀轉(zhuǎn)為居住景觀的轉(zhuǎn)移率達(dá)12.99%;居住景觀轉(zhuǎn)為工業(yè)景觀和商服公共設(shè)施景觀的轉(zhuǎn)移率較高，分別為17.57%，12.52%，而工業(yè)景觀轉(zhuǎn)為居住景觀和商服公共設(shè)施景觀的轉(zhuǎn)移率也很高，分別為60.16%，10.16%，商服公共設(shè)施景觀轉(zhuǎn)為居住景觀和工業(yè)景觀的轉(zhuǎn)移率則分別為58.38%，12.16%，表明這三者的相互轉(zhuǎn)移頻繁;水體景觀轉(zhuǎn)為農(nóng)業(yè)景觀的轉(zhuǎn)移率為8.51%，交通景觀轉(zhuǎn)為居住景觀的轉(zhuǎn)移率為14.39%，其他景觀轉(zhuǎn)為園林綠地景觀和農(nóng)業(yè)景觀的轉(zhuǎn)移率較高，均為17.27%。對(duì)2006年的園林綠地景觀而言，其他景觀和居住景觀的貢獻(xiàn)率最大，分別為17.27%，17.22%;與別的景觀相比，農(nóng)業(yè)景觀對(duì)居住景觀、交通景觀、工業(yè)景觀、水體景觀的貢獻(xiàn)率最大，分別為 20.09%，16.19%，13.92%，12.98%，表明這些景觀面積的增加是以農(nóng)業(yè)景觀的減少為代價(jià)的;居住景觀對(duì)其他景觀的貢獻(xiàn)率為20.07%。

3.2 景觀格局變化特征

斑塊是景觀的基本單元，研究區(qū)內(nèi)各景觀類型斑塊的數(shù)量、密度、形狀、分布等的變化，最終導(dǎo)致了景觀格局的變化。在ArcGIS軟件平臺(tái)上，根據(jù)景觀分類圖(圖1)，在景觀類型水平上分別計(jì)算出2個(gè)年份各景觀類型的斑塊數(shù)量(PN)、平均斑塊面積(MPA)、斑塊密度(PD)、分離度指數(shù)(FI)、平均斑塊分維數(shù)(MPFD)(表3)，在景觀水平上計(jì)算出景觀多樣性指數(shù)(DH)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(DI)、均勻度指數(shù)(EI)、斑塊密度(PD)、平均斑塊分維數(shù)(MPFD)(表4)，各景觀指數(shù)的定義、計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)［5］和［15］。

由表3可知，與2000年相比，2006年徐州市區(qū)各種景觀類型的斑塊數(shù)量顯著增加，平均斑塊面積減小，斑塊密度變大，除水體景觀外，其余景觀類型的平均斑塊分維數(shù)均變大，表明斑塊破碎程度加劇、形狀更加復(fù)雜。農(nóng)業(yè)景觀的分離度指數(shù)增大，表明該景觀在空間上的分布逐漸分散，結(jié)合圖1可以看出，環(huán)繞在徐州市區(qū)周圍特別是西北部、東南部的農(nóng)業(yè)景觀，2000年時(shí)在空間上呈大面積、集中分布，受城市化的影響，2006年時(shí)已被居住景觀、工業(yè)景觀等分割，轉(zhuǎn)變?yōu)樾∶娣e、分散的分布格局;其余的7種景觀類型的分離度指數(shù)均有不同程度的減小，表明在空間上分散程度降低，呈現(xiàn)聚集的趨勢(shì)。為緩解徐州市中心區(qū)居住壓力、加快工業(yè)發(fā)展，提高商業(yè)和服務(wù)業(yè)的服務(wù)能力，居住景觀、工業(yè)景觀、商服公共設(shè)施景觀、交通景觀不僅面積和規(guī)模越來越大，聯(lián)系逐漸增強(qiáng)，這些景觀分離度指數(shù)的減小，也表明徐州市的商業(yè)、市政公共服務(wù)部門和工業(yè)在發(fā)展過程中具有明顯的集聚效應(yīng)，這與商業(yè)街的集聚和工業(yè)發(fā)展向工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的工業(yè)集中布局設(shè)置有關(guān)。在生態(tài)城市建設(shè)的引導(dǎo)下，徐州市城市綠地的面積和數(shù)量都不斷增加，在中心城區(qū)修建的一些休閑綠地、水體和公園減小了園林綠地景觀和水體景觀的分離度，使得它們之間的聯(lián)系增強(qiáng)，所發(fā)揮的生態(tài)功能日漸增強(qiáng)。其他景觀的分離度減小則是由于城市建設(shè)過程中彼此孤立的大片未利用地被開發(fā)利用，土地的集約利用程度增強(qiáng)。

由表4可知，與2000年相比，2006年徐州市區(qū)景觀多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)變大，優(yōu)勢(shì)度指數(shù)減小，表明景觀異質(zhì)性程度增大，占比例最大的居住景觀和農(nóng)業(yè)景觀的控制作用減弱;斑塊密度和平均斑塊分維數(shù)均有所增加，表明景觀的破碎程度增大，整體形狀向復(fù)雜化轉(zhuǎn)變。

表3 2000，2006年各景觀類型的景觀格局指數(shù)Tab.3 Landscape pattern index of each landscape type in 2000 and 2006

表4 2000，2006年徐州市區(qū)景觀格局指數(shù)Tab.4 Landscape pattern index of Xuzhou City in 2000 and 2006

4 結(jié)論

大比例尺的土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如1∶10 000土地利用現(xiàn)狀圖及其屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中含有豐富的景觀信息，按照所制定的景觀分類標(biāo)準(zhǔn)，將相關(guān)的圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、合并等必要的預(yù)處理后，建立起景觀類型與土地利用類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可為區(qū)域景觀研究提供有用的信息。

在2000—2006年間，景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣顯示，由于城市擴(kuò)展和工業(yè)的快速發(fā)展，大量的農(nóng)田被開發(fā)利用、圈占，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)景觀面積大幅度減小，而其余的景觀面積迅速增加，由農(nóng)業(yè)景觀向居住景觀、工業(yè)景觀的轉(zhuǎn)移成為景觀轉(zhuǎn)移的主要方向，這是城市化驅(qū)動(dòng)下景觀變化的典型特征。商服公共設(shè)施景觀、居住景觀和工業(yè)景觀的相互轉(zhuǎn)移頻繁。農(nóng)業(yè)景觀在空間上逐漸分散，其余的景觀類型呈現(xiàn)聚集的趨勢(shì)?？傮w上看，徐州市區(qū)呈現(xiàn)出景觀異質(zhì)性程度、斑塊破碎化程度和斑塊復(fù)雜化程度均加強(qiáng)的景觀格局變化趨勢(shì)。

在2000年和2006年2個(gè)年份，徐州市區(qū)的居住景觀面積最大，它和農(nóng)業(yè)景觀一起對(duì)研究區(qū)的景觀格局起主要的控制作用，隨著農(nóng)業(yè)景觀面積的減少，園林綠地景觀、水體景觀、工業(yè)景觀等其他的景觀類型面積的增加以及布局的改善，該作用有減弱的趨勢(shì)，因而徐州市區(qū)景觀多樣性的恢復(fù)逐漸加強(qiáng)，反映出徐州市生態(tài)城市建設(shè)的理念已經(jīng)發(fā)揮作用。

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