貴州習(xí)水縣土地利用景觀格局特征分析

劉飛+謝雙喜+謝鵬+張文潔

摘 ? ?要：以土地利用數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，借助Arcgis和Fragstats工具，從景觀斑塊數(shù)、斑塊形狀、聚散性、多樣性、均勻度等方面對習(xí)水縣土地利用的景觀空間特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明，研究區(qū)林地斑塊面積占總面積的61.88%，其次是耕地占30.91%，形成林地、耕地這兩個優(yōu)勢明顯的景觀類型環(huán)繞交錯分布的景觀特征。景觀整體多樣性與均勻度均不高，景觀優(yōu)勢度較高，有相對較高的聚集程度與連通性。為習(xí)水縣土地整理及可持續(xù)發(fā)展提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土地利用;景觀生態(tài)學(xué);習(xí)水;景觀指數(shù)

中圖分類號：F301.2 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.12.020

Analysis on the Characteristics of ?Landscape Pattern of Land Use in Xishui County of Guizhou Province

LIU Fei1， XIE Shuang-xi1， XIE Peng2， ZHANG Wen-jie1

（1.College of Forestry， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China; 2.Land Resources Department of Xishui County， Xishui， Guizhou 564600， China）

Abstract： Based on the information source of landscape map， and using the tools of Arcgis and Fragstats， the landscape spatial characters of land use in Xishui County such as characteristics of patch number， patch size， diversity index， and evenness index are analyzed. The result demonstrates that the forest patch area accounted for 61.88% of the total research area， and the arable land patch 30.91%， it form distributed forest and arable land patch， which have its remark able advantage in landscape type and landscape features. From the landscape as a whole， the research shows that the diversity and the evenness of landscape are low， the landscape dominance， aggregation and connectivity is relatively high. It provides the theory reference for land management and sustainable development of Xishui County in Guizhou Province.

Key words： land use; landscape ecology; Xishui county; landscape index

景觀格局分析主要是研究景觀內(nèi)各斑塊類型在景觀中的分布規(guī)律，是研究景觀功能和動態(tài)的基礎(chǔ)[1-2]，數(shù)量分析方法已經(jīng)不斷修改和完善[3]。通過對景觀格局的分析有助于對宏觀區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況評價及發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，同時也有助于探索自然因素與人類活動對景觀格局及動態(tài)過程的影響[4];可以科學(xué)合理地規(guī)劃我們所面臨的環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)人口、資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展[5]。以土地利用數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，借助Arcgis和Fragstats工具，從景觀斑塊數(shù)、斑塊形狀、聚散性、多樣性、均勻度等方面對習(xí)水縣土地利用的景觀空間特征進(jìn)行分析，可為土地管理決策以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論支持。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

習(xí)水縣位于貴州高原北部，縣域面積307 563 hm2，2010年人口統(tǒng)計(jì)為717 534人。東連桐梓，西接赤水、四川古藺，面向重慶，背靠遵義，是貴州進(jìn)川渝、通江達(dá)海的前沿窗口。習(xí)水縣地處大婁山山系西北坡與四川盆地南緣的過渡地帶，境內(nèi)屬中山峽谷地貌，地勢東高西低，最高處海拔1 871.9 m，最低處275 m。習(xí)水縣已發(fā)現(xiàn)煤礦、鐵礦、錳礦、銅礦、粘土礦等30余種礦產(chǎn)資源，儲量十分豐富，尤其以煤礦儲量最為豐富，初步估算蘊(yùn)藏量為54.6億t，已查明儲量16.7億t，素有西南煤海之稱。縣域內(nèi)有赤水河、習(xí)水河、桐梓河等長江支流，屬于長江中上游生態(tài)保護(hù)的核心區(qū)域，域內(nèi)西北部有貴州省面積最大的自然保護(hù)區(qū)——貴州習(xí)水中亞熱帶常綠闊葉林國家級自然保護(hù)區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于習(xí)水縣2012年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)shape數(shù)據(jù)，土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)是在2009年全國第二次土地利用調(diào)查的基礎(chǔ)上通過年度變更調(diào)查得到，為.shp格式文件，地類編碼總數(shù)為24個，數(shù)據(jù)來源較權(quán)威、可靠[6]，可提高土地利用景觀格局分析的準(zhǔn)確度及有效性。根據(jù)習(xí)水縣實(shí)際情況及研究需要將以上24個地類進(jìn)行景觀重分類，然后利用Arcgis中conversition tools工具將“地類圖斑”shape數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成20 m×20 m的柵格數(shù)據(jù)，得到習(xí)水縣景觀類型圖（圖1）。借助Fragstats軟件根據(jù)景觀格局分析需要對景觀格局指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到相關(guān)的景觀類型水平（class level）和景觀水平（land-scape level）兩種類型景觀指數(shù)數(shù)據(jù)。

1.3 土地利用及景觀分類

根據(jù)土地利用屬性和景觀生態(tài)學(xué)意義，參照國家土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)（GB/T21010—2007），結(jié)合習(xí)水縣實(shí)際情況，進(jìn)行景觀分類，共包括耕地、林地、草地、水域城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、未利用地7類，其中：（1）耕地：包括旱地、水田和園地（因本研究區(qū)園地面積很小且基本處于糧食生產(chǎn)狀態(tài)）三個二級類型，為糧食生產(chǎn)用地;（2）林地：包括有林地、灌木林地、疏林地、未成林地等林地類型;（3）草地：包括天然牧草地以及樹木郁閉度<0.1、表層為土質(zhì)、生長草本植物為主、不用于畜牧業(yè)的草地;（4）水域：包括河流水面、湖泊水面、水庫水面、坑塘水面、內(nèi)陸灘涂、溝渠以及水工建筑用地等類型;（5）城鎮(zhèn)建設(shè)用地：主要包括城市用地、交通運(yùn)輸用地以及建制鎮(zhèn);（6）農(nóng)村居民點(diǎn)用地：包括農(nóng)村居民用地、設(shè)施農(nóng)用地等村莊建設(shè)用地;（7）未利用地：主要指表層為土質(zhì)、基本無植被覆蓋的土地，或表層大多為巖石、石礫的未利用土地。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究采用景觀指數(shù)來描述研究區(qū)斑塊或整個景觀的空間格局。當(dāng)前所能采用的各種景觀格局指數(shù)累計(jì)近百個，但有些指標(biāo)的生態(tài)學(xué)意義并不明確，甚至相互矛盾[7-8]。因此，本研究依據(jù)簡單性、代表性和統(tǒng)一性的原則，在全面了解所選指標(biāo)生態(tài)意義的前提下[9]，根據(jù)研究區(qū)特征，在斑塊水平上選取斑塊面積（CA）、斑塊數(shù)（NP）、邊界密度（ED）、景觀百分比（PLAND）、平均斑塊面積（AMN）、斑塊形狀指數(shù)（LSI）、景觀聚集度指數(shù)（AI）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、斑塊內(nèi)聚集指數(shù)（COHESION），在景觀水平上選取Simpsons多樣性指數(shù)（SIDI）、Simpsons均勻度指數(shù)（SIEI）、景觀聚集度指數(shù)（AI）等，較全面地從景觀聚散性、多樣性、異質(zhì)性等多方面反映習(xí)水縣土地利用類型的景觀特征，各指數(shù)公式、計(jì)算方法及生態(tài)學(xué)含義見參考文獻(xiàn)[9-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀整體結(jié)構(gòu)分析

研究區(qū)總面積為307 563 hm2，總斑塊數(shù)97 742個。如表1所示，各景觀類型中，林地面積最大，為190 314.48 hm2，占研究區(qū)總面積的61.88%;其次為耕地，面積達(dá)95 080.72 hm2，占30.91%;此外，草地10 120.48 hm2，占3.29%;城鎮(zhèn)建設(shè)及農(nóng)村居民點(diǎn)用地合計(jì)9 919.6 hm2，占3.22%;水域2 021.76 hm2，占0.66%;未利用地106.2 hm2，占0.03%。耕地、林地面積達(dá)到了全縣土地總面積的92.79%，為研究區(qū)優(yōu)勢景觀類型，其中林地面積占研究區(qū)總面積的61.88%，在整個景觀生態(tài)系統(tǒng)中面積最大、連通性較好，是占主導(dǎo)地位的景觀類型，為整個研究區(qū)的景觀基質(zhì)[11]。研究區(qū)內(nèi)林地的平均斑塊面積最大，為9.35 hm2·個-1（剔除自然保護(hù)區(qū)最大斑塊外為4.67 hm2·個-1），其次為耕地為3 hm2·個-1，兩個值均不是很大，這說明兩個主要景觀類型廣泛交錯分布于整個研究區(qū)域[12]，在局部仍分布著的較小面積斑塊。

就斑塊類型數(shù)量NP來說，農(nóng)村居民點(diǎn)用地36 708>耕地31 677>林地20 360>草地4 600>水域3 250>城鎮(zhèn)建設(shè)用地981>未利用地166，斑塊數(shù)在一定程度上可以反映出景觀的破碎性，農(nóng)村居民點(diǎn)用地在斑塊面積占比2.55%情況下，斑塊數(shù)量占比卻達(dá)到了37.56%，這說明了農(nóng)村居民點(diǎn)用地的點(diǎn)狀分散性。

2.2 景觀面積特征

從斑塊面積來看，林地面積最大，為190 314.48 hm2，其次為耕地95 080.72 hm2，兩者面積合計(jì)占研究區(qū)總面積的92.79%。林地平均斑塊面積最大，為9.35 hm2·個-1，雖然超過其他景觀斑塊，但相差也不是很大。最大斑塊為林地，最大斑塊指數(shù)達(dá)到了30.942 1，這說明習(xí)水縣林地斑塊之間面積懸殊非常大，而且以大面積斑塊占據(jù)林地景觀的主體，其中以習(xí)水中亞熱帶常綠闊葉林國家級自然保護(hù)區(qū)及其輻射區(qū)域斑塊面積最大，達(dá)95 160.07 hm2（其中保護(hù)區(qū)面積48 666 hm2），占全部林地面積的50%，占研究區(qū)景觀的30.94%。這說明，其他林地斑塊面積也較小且有一定分散性，由此可見，習(xí)水中亞熱帶常綠闊葉林國家級自然保護(hù)區(qū)對于習(xí)水縣生態(tài)系統(tǒng)及其景觀的穩(wěn)定具有積極作用。城鎮(zhèn)建設(shè)用地和農(nóng)村居民用地的平均斑塊面積最小，城鎮(zhèn)建設(shè)用地為0.62 hm2·個-1，農(nóng)村居民用地為0.21 hm2·個-1，說明這兩類景觀斑塊主要呈帶狀、點(diǎn)狀分布。

不同景觀類型的面積大小差異較大，這與人類活動有密切關(guān)系[13]。由于研究區(qū)為高原山地區(qū)域以及長期以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主業(yè)的農(nóng)業(yè)區(qū)有關(guān)，耕地在該地區(qū)分布極為廣泛，且人類干預(yù)改造程度強(qiáng)，耕地整體地形起伏大，使得耕地多被分割為小塊狀分布，斑塊平均面積較小，大部分林地同樣如此。城鎮(zhèn)建設(shè)用地同樣受到人為影響較大，分布集中且形狀規(guī)則，表現(xiàn)出較高的平均斑塊面積，而農(nóng)村居民點(diǎn)用地受地形和歷史傳統(tǒng)影響，以“戶”為單位在全縣分布表現(xiàn)出較小的平均斑塊面積且斑塊數(shù)量多。

2.3 景觀形狀及邊緣特征分析

斑塊形狀指數(shù)LSI是反映景觀形狀復(fù)雜性以及受人為活動影響大小的重要指標(biāo)，當(dāng)景觀中該類型的斑塊只有一個，且接近正方形，LSI等于1，隨著斑塊類型的離散，它逐漸變大且沒有限制[9]。由表1可知，耕地斑塊LSI最大，達(dá)到了255.37，這主要是因?yàn)楦匕邏K分布較零散導(dǎo)致。此外，農(nóng)村居民用地LSI的也很大205.67，這是基于該區(qū)域經(jīng)濟(jì)條件落后，農(nóng)村居民用地還局限于耕地的分布范圍，隨耕地的分布而呈現(xiàn)出較高的離散性;林地LSI為167.01，這說明，除了自然保護(hù)區(qū)區(qū)域斑塊，其他林地斑塊也具有一定的離散性。而城鎮(zhèn)建設(shè)用地LSI為33.22相對農(nóng)村居民用地要小很多，形狀趨于簡單化，這是因?yàn)榍捌诘貐^(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，近幾年城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模逐漸提高過程中城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃比較合理導(dǎo)致的。

邊界密度ED揭示了景觀類型被邊界的分割程度，明顯表現(xiàn)出邊界長度與斑塊形狀的規(guī)則程度以及面積的大小有很大的關(guān)系，可以從一定程度上反映斑塊與外界的聯(lián)系程度和受外界干擾強(qiáng)度[9-10]。由表1可知，習(xí)水縣景觀邊界密度最大的為耕地102.15，其次為林地93.28，表明在景觀本身的自然屬性和人類干擾影響下，耕地和林地邊緣復(fù)雜，邊緣效應(yīng)大。此外，農(nóng)村居民點(diǎn)用地達(dá)到了23.69，也進(jìn)一步說明了農(nóng)村居民點(diǎn)的點(diǎn)狀分散性。水域的邊界密度大小在各景觀類型中適中，水域則因主要分布于少數(shù)中小型水庫和低洼河谷區(qū)域，斑塊數(shù)量少，且分布相對穩(wěn)定，邊界密度也相對較小。草地和未利用地表現(xiàn)出相對較小的邊界密度，受人為影響較小，外界干擾程度小。城鎮(zhèn)建設(shè)用地ED達(dá)到了1.97的低值，這是由于早期城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展落后，近年來城市用地雖不斷擴(kuò)張，但建設(shè)用地斑塊由于城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃的影響，具有較強(qiáng)的團(tuán)聚式擴(kuò)張?zhí)攸c(diǎn)[11]，從而邊界密度相對較小。

2.4 景觀聚集度與連通性指數(shù)分析

景觀聚集度指數(shù)AI單位是%取值范圍在0～100，當(dāng)某一斑塊類型的破碎程度達(dá)到最大化時，AI等于0，隨著聚集程度的不斷增加，AI值也不斷增大[10]。如表所示，各景觀類型聚集度指數(shù)AI除農(nóng)村居民點(diǎn)用地53.68%和水域68.84%外，其余各景觀類型的聚集度指數(shù)都較高，尤其是林地92.38%、城鎮(zhèn)建設(shè)用地85.75%、耕地83.49%，草地83.63%和未利用地74.01%次之，這與研究區(qū)的山區(qū)地形條件及的人類活動影響有關(guān)。

從斑塊內(nèi)聚力指數(shù)COHESION的角度來看，林地99.89>耕地99.04>城鎮(zhèn)建設(shè)用地95.28>草地94.42>水域94.36>未利用地83.04>農(nóng)村居民點(diǎn)用地68.88，農(nóng)村居民點(diǎn)用地連通性較低，其余斑塊類型均處于一個相對較高的連通性水平，特別是林地和耕地。

從景觀水平上來看，景觀聚集度指數(shù)AI達(dá)到了88.15%，也從一定程度上說明了整個景觀較高的聚集性和連通性。

以上景觀指數(shù)分析情況比較真實(shí)地反映出了習(xí)水縣景觀概況：習(xí)水縣除西北部的自然保護(hù)區(qū)外，是典型的山地農(nóng)業(yè)景觀，低丘緩坡及壩子地區(qū)往往是耕地景觀，而林地則分布于山坡、山嶺之上，這就導(dǎo)致兩個斑塊類型的聚集程度和斑塊連通性處于一個較高的水平，形成耕地與林地面積占研究區(qū)絕大部分比重、兩者環(huán)繞交錯分布的總體格局。居民點(diǎn)往往根據(jù)耕地分布、地形條件而因地制宜分布，整體上處于較為零散的狀態(tài)，聚集度較低，水域則因山區(qū)地形條件限制，僅散落分布于少量水庫及河谷地帶，聚集度也較低。

2.5 景觀多樣性與均勻度指標(biāo)分析

Simpsons多樣性指數(shù)取值范圍為0≤SIDI<1。當(dāng)整個景觀中只有一個斑塊時SIDI=0，隨著景觀中斑塊類型數(shù)的增加以及他們面積比重的不斷均衡化，SIDI值也不斷向1接近。Simpsons均勻度指數(shù)范圍：0≤SIEI≤1。隨著景觀中不同斑塊類型面積比重越來越不平衡，指標(biāo)值不斷向0接近，當(dāng)只有一個斑塊時SHEI=0。當(dāng)景觀中各斑塊類型面積比重相同時，SHEI=1[10]。

由表2可知，研究區(qū)Simpsons 多樣性指數(shù)SIDI為0.519 7，說明景觀多樣性較低，部分斑塊類型存在明顯優(yōu)勢性。Simpsons均勻度指數(shù)SIEI也不大，為0.606 3，說明研究區(qū)斑塊類型均勻度不高而優(yōu)勢景觀類型比較明顯。從景觀水平的景觀聚集度AI分析結(jié)果來看，AI值達(dá)到88.15%，同樣體現(xiàn)出了整個景觀較高的聚集程度。從均勻度和聚集度來看，景觀類型均呈現(xiàn)出較高的聚集度，其反映的結(jié)果基本與多樣性指數(shù)一致，整體景觀復(fù)雜性不高，多樣性不高。這主要是因?yàn)榱值?、耕地兩個斑塊類型面積占到了研究區(qū)總面積的92.79%，占了整個研究區(qū)的絕大部分比例，與其他5個斑塊類型面積差異很大，從而導(dǎo)致林地、耕地景觀優(yōu)勢突出。

3 結(jié)論與討論

（1）習(xí)水縣景觀類型構(gòu)成比例大小依次為林地、耕地、草地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、水域和未利用地，形成耕地與林地兩個聚集程度較高、面積占研究區(qū)絕大部分比重、兩者環(huán)繞交錯分布的總體景觀特征。林地斑塊面積最大、景觀聚集度最高，表征了習(xí)水縣是典型山區(qū)農(nóng)業(yè)縣，且森林生態(tài)系統(tǒng)是支撐該縣農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。習(xí)水縣景觀多樣性較低與均勻度均不高，農(nóng)村居民點(diǎn)斑塊數(shù)量大，因?yàn)橐蕾嚫胤植?、地形條件而因地制宜分布影響，整體上處于較為零散的狀態(tài)，聚集度最低。城鎮(zhèn)建設(shè)用地則由于早期城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展落后，近年來城市用地雖不斷擴(kuò)張受城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃影響，具有較強(qiáng)的團(tuán)聚式擴(kuò)張?zhí)攸c(diǎn)，從而表現(xiàn)出相對較高的聚集度和趨于簡單化的斑塊形狀。草地和未利用地因受人類活動影響較小，主要分布于高山偏僻地區(qū)，斑塊數(shù)量少，且分布相對穩(wěn)定，受外界干擾程度小。水域則因研究區(qū)地形條件限制，僅散落分布于少量水庫及河谷地帶，斑塊數(shù)量少、面積小、聚集度也較低。從整個研究區(qū)景觀的角度來看，研究區(qū)不同景觀類型的面積大小差異較大，均勻度不高、多樣性較低，景觀優(yōu)勢度較高，有較高的聚集程度與連通性。

（2）雖然整個研究區(qū)景觀存在較高的聚集程度與連通性，但也存在以下幾個方面的問題。首先，林地、耕地斑塊雖然景觀類型面積最大，具有明顯的優(yōu)勢度，但斑塊類型內(nèi)部也存在明顯的離散性，都具有復(fù)雜的邊緣特征，邊緣效應(yīng)大。其次，作為典型的山區(qū)農(nóng)業(yè)景觀，農(nóng)村居民點(diǎn)用地斑塊數(shù)量大，離散性高。第三，本研究區(qū)域水域斑塊數(shù)量少、面積小、聚集度也較低，僅散落分布于少量水庫及河谷地帶。

因此，有必要進(jìn)行土地整理，整合較小面積耕地斑塊;繼續(xù)進(jìn)行合理的退耕還林工作，根據(jù)局部地區(qū)的主體景觀類型實(shí)現(xiàn)用途轉(zhuǎn)變，提升林地、耕地的相對集中分布程度;根據(jù)實(shí)際地形條件應(yīng)適度發(fā)展中小型水庫，提高山區(qū)百姓生產(chǎn)生活用水安全保障。有利于規(guī)?；a(chǎn)和集中管理，也有利于農(nóng)村居民點(diǎn)的遷改合并，達(dá)到集約節(jié)約用地的目的。

（3）通過空間格局分析，得到了習(xí)水縣景觀特征的初步認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上可進(jìn)一步開展有關(guān)坡度、坡向等地形因子對習(xí)水縣土地利用格局影響以及習(xí)水縣景觀生態(tài)安全格局等課題的研究，從而為習(xí)水縣生態(tài)建設(shè)和土地資源持續(xù)利用等提供理論依據(jù)。

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