基于景觀格局的金口河區(qū)土地系統(tǒng)脆弱性分析

黃先明，趙 源

(四川省自然資源科學(xué)研究院，四川成都 610015)

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基于景觀格局的金口河區(qū)土地系統(tǒng)脆弱性分析

黃先明，趙 源

(四川省自然資源科學(xué)研究院，四川成都 610015)

以金口河區(qū)為研究對(duì)象，基于ArcGIS10.1和Fragstats 4.2，選取了破碎度、分維數(shù)、蔓延度、分離度和多樣性5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其1994～2010年的景觀格局變化進(jìn)行了定量分析，結(jié)果顯示該區(qū)域的破碎化程度在不斷加劇，反映出土地系統(tǒng)受人類活動(dòng)的干擾，其脆弱性呈增加趨勢(shì)。

景觀指標(biāo)；脆弱性;金口河區(qū)；遙感影像

土地系統(tǒng)是一個(gè)具有特定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)整體[1]，并不斷與外界發(fā)生物質(zhì)和能量交換，在景觀格局層面，通過(guò)分析景觀格局和生態(tài)過(guò)程之間的關(guān)系，能夠科學(xué)理解識(shí)別脆弱性本質(zhì)，判斷土地系統(tǒng)脆弱性的發(fā)生和演變。以金口河區(qū)作為研究區(qū)，對(duì)其土地利用情況進(jìn)行了定量分析，通過(guò)觀察景觀格局指數(shù)演變[2]，揭示土地系統(tǒng)脆弱性的發(fā)生與變化機(jī)制[3]。

1 研究區(qū)概況

金口河區(qū)隸屬于樂(lè)山市，地處四川盆地與青藏高原過(guò)渡帶，地理位置為102°55′28″～103°13′57″ E，29°04′15″～29°27′18″ N，其東南與峨邊彝族自治縣接壤，西與甘洛縣、漢源縣相鄰，北與洪雅縣相連，東北與峨眉山市交界，大渡河呈S形蜿蜒其間。全區(qū)幅員面積59 663 hm2，其中山地面積占總面積的95%，是典型的盆周山區(qū)縣，2011年全區(qū)總?cè)丝?.39萬(wàn)，受地理位置與地形地貌限制，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，主要以發(fā)展農(nóng)業(yè)、水電、冶煉、化工作為產(chǎn)業(yè)支柱[4]。

2 研究方法

采用ESRI公司的ArcGIS10.1軟件進(jìn)行土地系統(tǒng)非監(jiān)督分類，在此基礎(chǔ)上，再利用景觀分析軟件Fragstats 4.2開(kāi)展了景觀分析[5]。按照計(jì)算簡(jiǎn)便、生態(tài)意義明確且不相互冗余的原則，選取了景觀破碎度、景觀分維數(shù)、景觀蔓延度、景觀分離度和景觀多樣性5個(gè)特征指標(biāo)進(jìn)行研究[6-7](表1)。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源主要數(shù)據(jù)包括：①金口河區(qū)2005年土地利用現(xiàn)狀圖；②金口河區(qū)土地利用總體規(guī)劃(2006～2020年)；③樂(lè)山市2012年統(tǒng)計(jì)年鑒；④金口河區(qū)Landsat TM遙感影像[8](表2)。

3.2 數(shù)據(jù)處理利用ArcGIS10.1工具箱中的投影與轉(zhuǎn)換、空間分析等工具對(duì)影像進(jìn)行投影、去黑邊、鑲嵌、合并、裁切等一系列處理工作，最終形成該區(qū)完整的遙感影像圖(圖1)。

表1 景觀指標(biāo)

注：M為景觀破碎度，N為斑塊個(gè)數(shù)，A為面積(km2)；P為斑塊周長(zhǎng)；m為景觀組分類型的數(shù)量，K最大=2mlog(m)，Qij是第i種景觀組分與第j種景觀組分相鄰的邊界占邊界總量的比重；Vi為景觀類型i的分離度，Dij為景觀類型i的距離指數(shù)，Aij為景觀類型i的面積指數(shù)；Pi為景觀類型i所占有的面積比例，n為景觀類型數(shù)。

表2 金口河區(qū)域遙感影像編號(hào)及時(shí)間

序號(hào)接收時(shí)間影像編號(hào)11994年6月26日LT51300401994177BKT0021999年12月9日LE71300401999343SGS0032004年9月9日LT51300402004253BJC0042010年3月18日LT51300402010077BKT00

3.3 分類與輸出利用ARCGIS10.1中的Image Classification模塊，對(duì)影像進(jìn)行非監(jiān)督分類[9]，包括對(duì)土地分類數(shù)量和最小分類尺寸進(jìn)行設(shè)定以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理。首先要進(jìn)行歸類合并，將土地分為耕地、有林地、灌木林、河流、村莊5種地類，再進(jìn)行過(guò)濾、清理等工作，將零星地類斑點(diǎn)進(jìn)行剔除、合零為整，讓地類斑塊之間的界線更加清晰，最后選用*.IMG、無(wú)壓縮格式，Beijing1954坐標(biāo)，3度帶投影，中央經(jīng)線105E，將土地分類結(jié)果轉(zhuǎn)換輸出，見(jiàn)圖2。

4 指數(shù)計(jì)算

通過(guò)新建工程、添加圖層、設(shè)置計(jì)算參數(shù)、劃分分類描述表、選擇景觀尺度、選取計(jì)算指標(biāo)等一系列步驟，對(duì)景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到該區(qū)的景觀指數(shù)，見(jiàn)表3。

表3 金口河區(qū)景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)果分析

5.1 景觀指數(shù)演變情況

5.2 結(jié)果分析從圖3可以看出，1994～2010年，全區(qū)破碎度呈直線遞增趨勢(shì)，說(shuō)明土地系統(tǒng)處于較快速的破碎化過(guò)程中；分維數(shù)指數(shù)均比較小，且接近于1，說(shuō)明斑塊形狀都相對(duì)規(guī)則，與近年來(lái)國(guó)家實(shí)施退耕還林還草政策以及嚴(yán)格土地利用管理存在一定關(guān)系；蔓延度呈現(xiàn)先平后跌的狀況，多樣性指數(shù)呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，二者結(jié)合起來(lái)看，說(shuō)明了地類的不斷多樣化以及相同地類的聚集程度日趨下降；分離度指數(shù)，在前3個(gè)時(shí)間點(diǎn)都趨于正常，但在2010年出現(xiàn)跳變?cè)鲩L(zhǎng)的情況，結(jié)合土地分類結(jié)果和影像的拍攝時(shí)間可以分析出：受季節(jié)的原因，該區(qū)域正值河流干枯、灌木凋零，導(dǎo)致拍攝遙感影像景觀對(duì)比區(qū)分度不高，最終造成土地分類結(jié)果出現(xiàn)較大的偏離誤差，除開(kāi)外界影響因素，正常來(lái)看其分離度屬于較平穩(wěn)狀態(tài)。

6 結(jié)語(yǔ)

土地景觀本身是一個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)，研究其系統(tǒng)的穩(wěn)定性需要與之相適的參考指標(biāo)。以金口河區(qū)1994～2010年的遙感影像數(shù)據(jù)為背景，選取了破碎度、分維數(shù)、蔓延度、分離度、多樣性等5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行景觀格局分析，計(jì)算結(jié)果顯示該區(qū)域破碎化程度在不斷加劇，土地系統(tǒng)脆弱性在增加。說(shuō)明了受人類活動(dòng)的影響，該區(qū)的景觀斑塊越來(lái)越小，越來(lái)越零碎，斑塊的種類和比例也在不斷變化。從系統(tǒng)的角度來(lái)分析，景觀斑塊越破碎其穩(wěn)定性就越差，其土地系統(tǒng)也就越脆弱。研究結(jié)果對(duì)加強(qiáng)該地區(qū)的土地利用規(guī)劃、生態(tài)保護(hù)、資源開(kāi)發(fā)與利用等具有一定的參考借鑒價(jià)值，在下一步研究中，除了指標(biāo)變化趨勢(shì)以外，還需要進(jìn)一步探討土地系統(tǒng)破壞的臨界值，為其脆弱性評(píng)價(jià)畫出安全警戒線。

[1] 胡寶清, 邵暉. 土地系統(tǒng)工程的理論與方法探析[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)報(bào), 2007, 5(1/4): 154-160.

[2] 劉延國(guó), 彭培好, 馮力，等. 基于GIS的九寨溝自然保護(hù)區(qū)景觀格局分析[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報(bào), 2010, 25(1): 162-165.

[3] 劉晶, 劉學(xué)錄, 侯莉敏. 祁連山東段山地景觀格局變化及其生態(tài)脆弱性分析[J]. 干旱區(qū)地理, 2012, 35(5): 795-805.

[4] 趙源. 四川省金口河區(qū)土地利用現(xiàn)狀分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 37(32): 15926-15929, 15955.

[5] 宋豫秦, 曹明蘭. 基于RS和GIS的北京市景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 21(11): 2889-2895.

[6] 許洛源, 黃義雄, 葉功富，等. 基于土地利用的景觀生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 水土保持研究, 2011, 18(2): 207-212.

[7] 何鵬, 張會(huì)儒. 常用景觀指數(shù)的因子分析和篩選方法研究[J]. 林業(yè)科學(xué)研究, 2009, 22(4):470-474.

[8] USGS. Earth Resources Observation and Science Center [EB/OL]. [2015-1-12]. http://glovis.usgs.gov/.

[9] 陳永生, 徐小牛, 張前進(jìn). 合肥城市綠地系統(tǒng)的景觀生態(tài)評(píng)價(jià)[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 2012, 21(12): 1536-1541.

Analysis of Land System Vulnerability Based on Landscape Pattern of Jinkouhe

HUANG Xian-ming, ZHAO Yuan

(Sichuan Provincial Academy of Natural Resource Sciences, Chengdu, Sichuan 610015)

Taking Jinkouhe as an example, based on ArcGIS10.1 and fragstats4.2, the paper selects 5 landscape indexes including fragmentation degree, fractal dimension, contagion degree, separation degree and Shannon’s diversity to analyze the land-use change from 1994 to 2010. Results show that land system is disturbed seriously by human activities and the vulnerability is increasing gradually.

Landscape index; Vulnerability; Jinkouhe; Remote sensing image

四川省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2013JY0138)。

黃先明(1983-)，男，四川射洪人，工程師，從事區(qū)域發(fā)展與規(guī)劃研究。

2015-02-02

S 127;F 301.24

A

0517-6611(2015)09-183-02