大連北三市土地利用景觀格局及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)

艾曉榮，張 華，2

(1.遼寧師范大學(xué)自然地理與空間信息科學(xué)遼寧省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116029;2.遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心，遼寧大連116029)

隨著全球變化研究的深入，土地利用/土地覆蓋變化 (LUCC)被認(rèn)為是全球變化的重要組成部分和主要原因之一，已成為當(dāng)今全球變化研究的熱點(diǎn)和前沿問題［1］。土地資源的可持續(xù)利用是區(qū)域經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的重要保證，土地資源的合理利用對(duì)人類生存發(fā)展有著重要意義。目前，沿海地區(qū)由于工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，用地矛盾日益突出［2］，給沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來很大壓力?；诖耍疚囊源筮B市北部的3個(gè)縣級(jí)市——瓦房店市、普蘭店市和莊河市為研究區(qū)，引用研究區(qū)2005年土地利用矢量數(shù)據(jù)，選用生態(tài)意義較明確的景觀特征指數(shù)，對(duì)大連北三市土地利用景觀格局及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行比較分析，揭示土地利用景觀格局對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，為研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整及生態(tài)環(huán)境管理決策的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼東半島中部，區(qū)內(nèi)地貌輪廓從北至南為中山—低山—丘陵—臺(tái)地—沿海階地平原的層狀地貌結(jié)構(gòu);氣候上屬于暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，兼具海洋性氣候特征，冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑，四季分明;年平均降水量為600～790mm，由西南向東北方向遞增，降水的季節(jié)分配多集中在夏季;區(qū)內(nèi)地帶性植被為夏綠闊葉林;主要河流有英那河、莊河、碧流河、復(fù)州河和浮渡河等。

2 研究方法

2.1 土地利用景觀斑塊類型劃分

本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為研究區(qū)2005年的土地利用圖形數(shù)據(jù)，為土地資源的二級(jí)分類系統(tǒng) (25類)?？紤]到景觀格局研究的需要和遼寧沿海區(qū)域的地理環(huán)境狀況，應(yīng)用時(shí)將二級(jí)分類歸并為水田、旱地、林地、草地、水域、灘涂、城鄉(xiāng)工礦居民用地 (以下簡(jiǎn)稱為城鄉(xiāng)用地)、沼澤地和未利用地共9種景觀斑塊類型 (表1)。

2.2 景觀格局指數(shù)計(jì)算

從斑塊類型和景觀2個(gè)水平上，選用生態(tài)意義較明確的景觀格局指數(shù)［3，4，5］:斑塊類型面積及面積比例、斑塊數(shù) (ni)、斑塊分離度 (F)以及景觀多樣性指數(shù) (H)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù) (D)和景觀破碎化指數(shù) (C)等，來分析研究區(qū)景觀格局的空間變化特征。

(1)斑塊分離度 (F)

F表示某一景觀斑塊類型個(gè)體分布的分離程度。其值越大，表明該景觀類型在地域分布上越分散。其計(jì)算公式為:

式中:ni為景觀斑塊類型i的斑塊數(shù);Ai為景觀斑塊類型i的總面積;A為總景觀面積。

(2)景觀多樣性指數(shù) (H)

H是一種基于信息理論的測(cè)量指數(shù)，能反映不同景觀類型分布的均勻性和復(fù)雜性的程度，特別對(duì)景觀中各斑塊類型非均衡分布狀況較為敏感。計(jì)算公式為:

式中:Pi為景觀斑塊類型i在景觀中所占的面積比例;m為景觀類型數(shù)。

表1 研究區(qū)景觀斑塊類型及含義

式中:Pi為景觀斑塊類型i在景觀中所占的面積比例;m為景觀類型數(shù)。

(3)景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù) (D)

D通常用多樣性指數(shù)的最大值與實(shí)際計(jì)算值之差來表示，用于測(cè)度景觀結(jié)構(gòu)組成中某種景觀要素支配景觀的程度，亦反映某種景觀斑塊類型在景觀中所處的位置或重要性。計(jì)算公式為:

(4)景觀破碎化指數(shù) (C)

景觀破碎化是指由于自然或者人文因素干擾所導(dǎo)致的景觀類型由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的過程，即景觀由單一勻質(zhì)到復(fù)雜異質(zhì)的過程。景觀破碎化指數(shù)能夠反映景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和人類活動(dòng)對(duì)景觀結(jié)構(gòu)的干擾程度。其計(jì)算公式為:

式中:N為研究區(qū)斑塊總數(shù)，A為總景觀面積。

2.3 區(qū)域生態(tài)環(huán)境指數(shù) (EV)計(jì)算

式中:LUi為區(qū)域內(nèi)t時(shí)期第i種景觀類型的面積;Ci為生態(tài)環(huán)境指數(shù)賦值;A為區(qū)域總景觀面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 大連北三市土地利用結(jié)構(gòu)比較分析

大連北三市土地利用景觀類型面積比例的統(tǒng)計(jì)結(jié)果 (圖1)表明，北三市旱地、林地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地景觀面積比例明顯大于其它景觀類型。其中，瓦房店市旱地面積最大，為145692.5hm2，景觀面積比例為40.1%，林地次之，景觀面積比例為39.9%，城鄉(xiāng)建設(shè)用地、草地、水域、水田、灘涂和沼澤地的景觀面積比例分別為14.8%、2.2%、1.5%、0.8%、0.5%和0.2%，沒有未利用地 ;普蘭店市旱地面積最大，為127791.3hm2，景觀面積比例為45.5%，其次為林地，景觀面積比例為33.9%，城鄉(xiāng)建設(shè)用地、水田、水域和草地的景觀面積比例分別為11.9%、5.3%、2.7%和0.6%，沼澤地和未利用地的景觀面積比例最小，幾乎為零;莊河市林地面積最大，為162115.6hm2，景觀面積比例為42.3%，旱地次之，景觀面積比例為37.0%，城鄉(xiāng)建設(shè)用地、水田、草地和水域的景觀面積比例分別為8.3%、，6.9%、2.8%和2.7%，沼澤地和未利用地的景觀面積比例最小，幾乎為零。由此表明，大連北三市的基質(zhì)景觀均為旱地和林地。

從空間分布來看，瓦房店市旱地景觀遍布全區(qū)，林地景觀在東北部地區(qū)相對(duì)集中，城鄉(xiāng)建設(shè)用地沿渤海在南部相對(duì)集中，但在其它地段也有零星分布現(xiàn)象;普蘭店市旱地景觀分布最廣，集中分布在中南部地區(qū)，城鄉(xiāng)建設(shè)用地沿渤海和黃海分布現(xiàn)象明顯，水田和水域景觀在普蘭店市全區(qū)分布很分散;莊河市林地景觀廣泛分布在北部山地地區(qū)，旱地和水田景觀分布的不均勻，但在東南部和東部地區(qū)相對(duì)均勻、集中，城鄉(xiāng)建設(shè)用地沿黃海集中分布現(xiàn)象明顯，水域景觀零散分布在中部地區(qū)。

3.2 大連北三市土地利用景觀格局指數(shù)比較分析

3.2.1 斑塊水平指數(shù)

表2為北三市土地利用景觀類型的斑塊數(shù)量、斑塊個(gè)數(shù)比例及斑塊分離度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從斑塊數(shù)量上看，瓦房店市總斑塊數(shù)為3222個(gè)，平均斑塊面積為112.74hm2/個(gè)。其中，林地斑塊數(shù)最多，為1519個(gè)，斑塊個(gè)數(shù)比例為47.14%，城鄉(xiāng)建設(shè)用地次之，斑塊個(gè)數(shù)比例為39.32%，沼澤地斑塊數(shù)最少，斑塊個(gè)數(shù)比例為0.19%。普蘭店市總斑塊數(shù)為3249個(gè)，平均斑塊面積為86.5hm2/個(gè)。其中，城鄉(xiāng)建設(shè)用地斑塊數(shù)最多，為1597個(gè)，斑塊個(gè)數(shù)比例為49.15%，林地次之，斑塊個(gè)數(shù)比例為37.37%，沼澤地斑塊數(shù)最少，斑塊個(gè)數(shù)比例為0.09%。莊河市總斑塊數(shù)為2855個(gè)，平均斑塊面積為134.1hm2/個(gè)。其中，林地斑塊數(shù)最多，為1182個(gè)，斑塊個(gè)數(shù)比例為41.40%，城鄉(xiāng)建設(shè)用地次之，斑塊個(gè)數(shù)比例為39.71%，沼澤地斑塊數(shù)最少，斑塊個(gè)數(shù)比例為0.10%。從斑塊分離度來看，瓦房店市、普蘭店市和莊河市的旱地和林地的景觀斑塊分離度均較小，旱地的斑塊分離度分別為0.034、0.026和0.035，林地的斑塊分離度分別為0.081、0.097和0.066。沼澤地的斑塊分離度均最大，分別為0.914、4.678和12.641。表明在大連北三市，旱地、林地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地分布的較集中，而沼澤地分布很零散。

3.2.2 景觀水平指數(shù)

表3為大連北三市景觀特征指數(shù)計(jì)算結(jié)果。瓦房店市、普蘭店市和莊河市的景觀多樣性指數(shù)分別為1.24、1.27和1.32;優(yōu)勢(shì)度指數(shù)分別為0.84、0.68和0.63，表明莊河市各類景觀分布得較分散，瓦房店市各類景觀分布得相對(duì)均勻。瓦房店市、普蘭店市和莊河市的景觀破碎化指數(shù)分別為0.0089、0.0116和0.0075，表明莊河市的景觀空間結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，并且受人類的干擾程度小。普蘭店市景觀空間結(jié)構(gòu)比莊河市和瓦房店市相對(duì)復(fù)雜，并且受人為干擾較大。

3.3 大連北三市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量比較分析

在現(xiàn)有土地利用景觀格局影響下，瓦房店市、普蘭店市和莊河市的生態(tài)環(huán)境指數(shù)分別為1.16、0.63和1.23。可以看出，普蘭店市旱地面積比例最大，為45.5%，林地面積比例最小，為33.9%，境內(nèi)景觀破碎化指數(shù)最高，為0.0116，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)最低;而莊河市林地面積比例最大，為42.3%，且集中分布在北部山地，旱地面積比例最小，為37.0%，景觀破碎化指數(shù)最低，為0.0075，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)最高。由此表明，在大連北部地貌形態(tài)較為復(fù)雜的三個(gè)縣級(jí)市，凡是旱地景觀面積比例較大、林地景觀面積比例較小、且景觀破碎化程度較高、受人類干擾程度較大的區(qū)域，其生態(tài)環(huán)境狀況較差。

表2 大連北三市景觀斑塊指數(shù)

4 結(jié)語

本文引用2005年土地利用矢量數(shù)據(jù)，對(duì)大連北部三個(gè)縣級(jí)市的土地利用景觀格局及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明:大連北三市各類景觀中，旱地、林地、城鄉(xiāng)建設(shè)用地所占面積比例明顯大于其它景觀類型，北三市的基質(zhì)景觀均為旱地和林地。北三市中，莊河市的旱地和林地景觀面積比例分別為37.0%和42.3%，林地面積比例相對(duì)較大，旱地面積比例較小，旱地和林地的斑塊分離度分別為0.035和0.066，該區(qū)域景觀破碎化指數(shù)最低，為0.0075，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)最高，為1.23;而普蘭店市的旱地和林地景觀面積比例分別為45.5%和33.9%，旱地面積比例相對(duì)較大，林地面積比例相對(duì)較小，旱地和林地的斑塊分離度分別為0.026和0.097，該區(qū)域景觀破碎化指數(shù)最高，為0.0116，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)最低，為0.63。由此表明，大連北部三個(gè)縣級(jí)市的林地面積比例及空間分布的連續(xù)性、以及土地利用景觀破碎化程度對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量起著明顯的主導(dǎo)作用。

表3 大連北三市景觀水平指數(shù)

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