基于GIS的尉犁縣景觀格局分析

張旭　張永福

摘要以尉犁縣為研究區(qū)，以尉犁縣2000年的MSS和2005年的TM遙感影像圖為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用遙感軟件進(jìn)行解譯和景觀分類(lèi)，在選取的景觀指數(shù)基礎(chǔ)上，借助GIS軟件對(duì)該區(qū)域的景觀格局進(jìn)行分析。結(jié)果表明，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化的不斷擴(kuò)增，景觀斑塊的數(shù)量變化較為明顯，尉犁縣的自然景觀面積有所減少，自然生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，不再具備主導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞景觀格局；景觀指數(shù)；GIS

中圖分類(lèi)號(hào)S127文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）09-02627-03

作者簡(jiǎn)介張旭（1988- ），男，湖北黃梅人，碩士研究生，研究方向：國(guó)土資源信息技術(shù)。

從地理學(xué)的角度看，景觀是由氣候、水、土壤、植被等自然要素以及文化現(xiàn)象組成的地理地域綜合體[1]。景觀生態(tài)學(xué)是研究景觀的空間結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征對(duì)生物活動(dòng)與人類(lèi)活動(dòng)影響的科學(xué)，具有多向性與綜合性特征[2]。景觀格局的研究是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容和熱點(diǎn)問(wèn)題之一[3-4]。景觀格局一般是指其空間格局，即大小和形狀各異的景觀要素在空間上的排列和組合，包括景觀組成單元的類(lèi)型、數(shù)目及空間分布與配置，它是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)，又是各種生態(tài)過(guò)程在不同尺度上作用的結(jié)果。

目前國(guó)內(nèi)學(xué)者研究生態(tài)景觀的很多，主要研究集中在生態(tài)景觀概念、格局、生態(tài)景觀的優(yōu)化和調(diào)控，以及生態(tài)景觀變化與區(qū)域和全球氣候變化等關(guān)系上，研究區(qū)域主要集中在中東部以及西北干旱生態(tài)脆弱區(qū)。3S技術(shù)（GIS，RS和GPS） 廣泛應(yīng)用于景觀動(dòng)態(tài)變化分析，為傳統(tǒng)景觀動(dòng)態(tài)研究提供了一個(gè)獨(dú)特的視角[5]。筆者以MSS和TM衛(wèi)星影像圖為數(shù)據(jù)源，應(yīng)用景觀空間格局分析方法，對(duì)尉犁縣景觀格局從空間分布、空間形態(tài)及景觀總體結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行研究，以為建設(shè)規(guī)劃與決策部門(mén)提供相關(guān)依據(jù)和參考。

1研究區(qū)域與方法

1.1研究區(qū)域概況尉犁縣位于新疆中部，巴音郭楞蒙古自治州腹地，距庫(kù)爾勒市中心50 km，地理坐標(biāo)為84°02′50″～89°8′50″E，40°10′33″～41°39′17″N。行政區(qū)域面積6萬(wàn)km2，縣轄7鄉(xiāng)2鎮(zhèn)，另有生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)二師駐縣團(tuán)場(chǎng)及州直駐縣單位7個(gè)，縣域總?cè)丝?1.24萬(wàn)。在巴州庫(kù)尉一體化戰(zhàn)略中，尉犁縣處于庫(kù)爾勒市的副中心城市地位。尉犁縣地勢(shì)西北向東南傾斜，地域分北部庫(kù)魯塔格山前沖積戈壁平原、中部塔里木河和孔雀河沖積平原、南部為塔克拉瑪干大沙漠3部分。水資源有孔雀河、塔里木河兩大水系；屬暖溫帶大陸性干旱氣候，晝夜溫差大，空氣干燥，光照充足。中部自西北向東南是孔雀河、塔里木河沖積平原，地勢(shì)平緩，海拔800～940 m，地面坡降1/4 000左右。

1.2研究方法

1.2.1數(shù)據(jù)處理。筆者以2000年的MSS和2005年的TM全波段圖像， 在遙感軟件的支持下，通過(guò)321波段組合形成接近自然色的影像圖。利用ERDAS遙感圖像處理軟件，對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)、融合、校正、增強(qiáng)等處理，保證總體誤差均控制在一個(gè)像元點(diǎn)之內(nèi)，并根據(jù)研究區(qū)域邊界對(duì)圖像進(jìn)行剪裁和處理（圖1和圖2），采用人機(jī)交互的方式進(jìn)行判讀解譯，并對(duì)兩期的圖形數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和矢量化，獲得兩個(gè)時(shí)期不同景觀類(lèi)型的分布圖和景觀斑塊的特征數(shù)據(jù)。

1.2.2景觀分類(lèi)。景觀格局定量分析必須在景觀分類(lèi)基礎(chǔ)上進(jìn)行。景觀格局變化主要表現(xiàn)為土地利用/土地覆蓋變化[6]。研究參照國(guó)土資源部2002年試行的《全國(guó)土地分類(lèi)（試行）》，結(jié)合研究區(qū)土地利用特點(diǎn)和行政區(qū)劃圖，將景觀分為農(nóng)田、草地、林地、道路、建筑、裸地與水系景觀。

1.2.3景觀空間格局分析。景觀空間格局的常用研究方法有波普分析、空間自相關(guān)分析、半變異矩分析、聚面分析及分形分析等，它們?yōu)榫坝^空間格局的分析提供了簡(jiǎn)捷方便的數(shù)學(xué)工具，但是由于各種類(lèi)型景觀斑塊的數(shù)目非常龐大，有必要借助于ArcGIS軟件強(qiáng)大的儲(chǔ)存與分析功能進(jìn)行景觀格局的空間分析。

景觀格局指數(shù)被廣泛用于定量反映景觀格局的現(xiàn)狀及其變化過(guò)程[7-8]。研究從類(lèi)型尺度和景觀水平上計(jì)算出景觀格局特征的指數(shù)，可以幫助理解和評(píng)價(jià)該地區(qū)的景觀現(xiàn)狀和空間分布特征，探討研究區(qū)景觀格局變化及其演變趨勢(shì)。選用的主要景觀指數(shù)及其意義列于表1。表1研究中選用的各種景觀指數(shù)及其意義

序號(hào)景觀指數(shù)意義1斑塊面積（TA）研究區(qū)內(nèi)各種斑塊的面積2斑塊數(shù)（N）同一種景觀類(lèi)型的總數(shù)3最大斑塊指數(shù)（LPI）對(duì)應(yīng)景觀類(lèi)型中最大的斑塊面積，是一種簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)度的測(cè)量方法4

景觀形狀指數(shù)（LSI）

LSI的最小值為1，表示組成景觀格局的斑塊形狀為正方形或近似正方形；LSI通常沒(méi)有最大值，其值越大，表示景觀形狀越不規(guī)則5

面積周長(zhǎng)分維度指數(shù)（PAFRAC）

用于度量斑塊或景觀類(lèi)型的復(fù)雜程度，PAFRAC值大于等于l小于等于2，值越小說(shuō)明斑塊形狀趨于方形，值越大說(shuō)明斑塊形狀趨于卷繞6聚集度指數(shù)（RC）反映景觀中不同斑塊類(lèi)型的非隨機(jī)性或聚集程度，可反映景觀組分的空間配置特征7多樣性指數(shù)（SHDI）表示景觀中各類(lèi)斑塊的復(fù)雜性和變異性的指標(biāo)，值越大表示景觀多樣性程度越高8破碎度（FN）衡量景觀的破碎程度

1.2.4景觀空間格局指數(shù)的計(jì)算方法。

（1）斑塊面積（TA）、斑塊數(shù)（N）和最大斑塊指數(shù)（LPI）可以從遙感影像的數(shù)據(jù)提取中直接得到。

（2）景觀形狀指數(shù)的計(jì)算公式如下：

（3）反映斑塊形狀的指標(biāo)。自然界中，斑塊的形狀應(yīng)是多種多樣的，一般地講，自然原因造成的斑塊常表現(xiàn)出復(fù)雜、不規(guī)則的形狀，而人為原因造成的斑塊往往表現(xiàn)出較為規(guī)則的幾何形狀。斑塊形狀的主要指標(biāo)及計(jì)算公式如下：

（4）景觀多樣性指數(shù)是指不同景觀元素或生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能以及隨時(shí)間變化方面的多樣性，它反映了景觀類(lèi)型的豐富度和復(fù)雜度。其計(jì)算公式如下：

（5）景觀聚集度。景觀聚集度描述不同景觀要素的團(tuán)聚程度，反映一定數(shù)量的景觀要素在景觀中的相互分散性。自O(shè)Neill（1988）提出以來(lái)，在景觀生態(tài)中常被用來(lái)分析景觀結(jié)構(gòu)與異質(zhì)性，并得到改進(jìn)。其計(jì)算公式如下：

（6）斑塊的破碎度即是指平均的邊界長(zhǎng)度，其計(jì)算公式如下：

2結(jié)果與分析

2.1景觀斑塊面積和斑塊數(shù)變化分析按照上述景觀斑塊的分類(lèi)，對(duì)2000年和2005年的研究區(qū)景觀格局中斑塊數(shù)目和面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以匯總出景觀格局的基本參數(shù)（表2）。

由上表可以看出尉犁縣各類(lèi)景觀類(lèi)型變化的情況：農(nóng)田面積從7.82 km2上升到9.91 km2，表明農(nóng)田面積具有增加趨勢(shì)。2000～2005年，草地面積下降了2.5個(gè)百分點(diǎn)，年均減少294.986 km2。2005年林地面積與2000年相比增加0.62%，整個(gè)區(qū)域的林地面積呈整體上升趨勢(shì)。旱地面積較2000年略有增加，由原來(lái)的683.70 km2增加到771.49 km2。濕地面積在5年間由368.96 km2減少為312.72 km2，下降趨勢(shì)較為明顯。建筑用地面積增長(zhǎng)迅速，4年間增長(zhǎng)了0.03個(gè)百分點(diǎn)。裸地年均增長(zhǎng)202.458 km2。研究區(qū)域的水系面積由原來(lái)的216.83 km2增長(zhǎng)到261.69 km2，增長(zhǎng)幅度較大。從斑塊個(gè)數(shù)上來(lái)看，草地、林地、濕地、裸地呈減少的趨勢(shì)；增加的是農(nóng)田、旱地、建筑、水系，說(shuō)明尉犁縣的生態(tài)景觀與自然生態(tài)系統(tǒng)遭到人為活動(dòng)的干擾，主導(dǎo)地位優(yōu)勢(shì)下降，人為干擾下的城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮的作用日益增加。這種變化的主

2.2景觀指數(shù)變化特征分析根據(jù)景觀類(lèi)型以及面積（TA）、周長(zhǎng)（P）、斑塊數(shù)（N），通過(guò)上述各種景觀指數(shù)計(jì)算公式計(jì)算出景觀指數(shù)值（表3）。

2.2.1景觀類(lèi)型尺度上的分析。由表3可以看出，2000年最大斑塊指數(shù)（LPI）最大的是裸地指數(shù)，為61 673.28，其次分別為草原、林地、旱地等，這說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)裸地的面積是占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的，其次為草原和林地；最大斑塊指數(shù)景觀形狀指數(shù)（LSI）從大到小分別是：建筑、濕地、裸地、水系、草地等，說(shuō)明了研究區(qū)內(nèi)景觀類(lèi)型的規(guī)則程度，且建筑用地最不規(guī)則；從面積周長(zhǎng)分維度指數(shù)（PAFRAC）的大小得出，最為復(fù)雜的景觀類(lèi)型是水系（1.96），其次分別是濕地、裸地、建筑等，說(shuō)明在人為活動(dòng)的干擾下，這些類(lèi)型的斑塊變得越來(lái)越不規(guī)則；從聚集度指數(shù)（RC）所反映的狀況來(lái)看，裸地的聚集度指數(shù)最高，為76.32，其次分別是建筑、濕地、旱地等，這也反映了城鎮(zhèn)化發(fā)展與土地資源之間的矛盾；最后斑塊破碎度（FN）情況最大的屬農(nóng)田，為10.74，其次是建筑、濕地等，這說(shuō)明農(nóng)田的分布是較為分散的。

2005年的情況與2000年的情況相似：最大斑塊指數(shù)（LPI）最大的也是裸地，指數(shù)為63 829.65，其次分別為草地、林地、旱地等，這說(shuō)明研究區(qū)域內(nèi)裸地占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；景觀形狀指數(shù)（LSI）的大小分別是：建筑、水系、裸地、濕地等，這說(shuō)明研究區(qū)域內(nèi)建筑用地最不規(guī)則；從面積周長(zhǎng)分維度指數(shù)（PAFRAC）的大小得出，最為復(fù)雜的景觀類(lèi)型是水系（1.96），其次分別是濕地、裸地、草地、建筑等；從聚集度指數(shù)（RC）的情況來(lái)看，說(shuō)明裸地的聚集度最高，其次是建筑、濕地、旱地等；相對(duì)于2000年，2005年斑塊破碎度（FN）變化最大的是農(nóng)田，指數(shù)為11.30，其次為建筑、水系等。比較分析這些景觀指數(shù)，可以得出結(jié)論：規(guī)劃部門(mén)應(yīng)該對(duì)建筑進(jìn)行更加合理的規(guī)劃布局，同時(shí)增加林地等綠色景觀的比重，優(yōu)化配置城鎮(zhèn)發(fā)展與土地資源。

2.2.2景觀尺度上的分析。研究區(qū)2000年和2005年景觀指數(shù)見(jiàn)表4。

景觀格局發(fā)生在不同的尺度，而尺度又影響景觀格局的研究[9]。從上表可以看出，破碎度（FN）呈增加趨勢(shì)，由1074增加到11.30，最大斑塊面積指數(shù)（LPI）也呈增加趨勢(shì)，由61 673.28上升到63 829.65；其余的都出現(xiàn)下降趨勢(shì)，如面積周長(zhǎng)分維度指數(shù)（PAFRAC）、景觀形狀指數(shù)（LSI）和聚集度指數(shù)（RC）等都有一定程度的下降，這說(shuō)明隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，研究區(qū)域的人為干擾增加，部分景觀變得分散，同時(shí)隨著相關(guān)規(guī)劃部門(mén)的政策調(diào)整，整個(gè)研究區(qū)域的景觀格局正趨于合理化和規(guī)則化。而多樣性指數(shù)（SHDI）的下降說(shuō)明該區(qū)域的人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)已經(jīng)一定程度上影響到了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。

3結(jié)論