基于高分衛(wèi)星影像的北部灣區(qū)域景觀格局分析

凌子燕

摘要：本研究在利用國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星影像進(jìn)行景觀分類的基礎(chǔ)上，根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理定量分析了防城港市的景觀格局現(xiàn)狀。研究結(jié)果表明：防城港市的景觀均勻度較低，林地是優(yōu)勢(shì)景觀要素，是整個(gè)景觀的基質(zhì)；耕地在景觀中呈擴(kuò)張態(tài)勢(shì)；建設(shè)用地、水域和其他用地受人類活動(dòng)制約較大，邊界形狀較為規(guī)則；建設(shè)用地和其他用地的斑塊小而分散，破碎化程度高。

關(guān)鍵詞：景觀格局；景觀指數(shù)；GF-1；北部灣

1.引言

十九世紀(jì)中葉，德國(guó)地理學(xué)家洪堡德（A. von Humboldt）首次將景觀作為科學(xué)概念引入地理學(xué)，提出景觀是“描述地球表面一個(gè)特定區(qū)域的總體特征，探索由原始自然景觀變成人類文化景觀的過程”[1]。

景觀（Landscape）是由不同類型、形狀、大小的斑塊在空間上鑲嵌形成的，它們以基質(zhì)作為背景，直接或通過廊道間接連接。景觀格局（Landscape Pattern）是某個(gè)時(shí)空尺度上斑塊的分布情況，它是景觀異質(zhì)性（Heterogeneity）的重要表現(xiàn)，是復(fù)雜的物理、生物和社會(huì)因素相互作用的結(jié)果。景觀格局分析是數(shù)量化分析景觀組分的空間分布特征，目的是在似乎由無序的斑塊鑲嵌而成的景觀上，通過比較不同景觀鑲嵌體的特征，發(fā)現(xiàn)其潛在的有意義的規(guī)律性，并為景觀的合理管理提供有價(jià)值的資料[2]。

景觀的分類和評(píng)價(jià)是其開發(fā)利用的基礎(chǔ)和前提條件[3]。本研究以廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心區(qū)域防城港市為例，嘗試?yán)脟?guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星GF-1影像對(duì)該區(qū)域進(jìn)行景觀分類，并根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理和方法定量分析防城港市的景觀格局現(xiàn)狀，以期為實(shí)現(xiàn)北部灣區(qū)域的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供決策參考。

2.研究區(qū)域

防城港市地處我國(guó)大陸海岸線的最西南端——北部灣畔（E107°28?～108°36?，N20°36?～22°22?），現(xiàn)轄港口區(qū)、防城區(qū)、東興市、上思縣，總面積6181平方公里，陸地邊境線230多公里，海岸線580多公里。防城港市屬南亞熱帶季風(fēng)性氣候地區(qū)，陽光充足，雨量充沛，年平均氣溫22℃，多年平均降水量2362.6mm。森林覆蓋率達(dá)59%，擁有十萬大山國(guó)家森林公園、金花茶自然保護(hù)區(qū)和海灣紅樹林等國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。

3.研究方法

3.1.景觀分類

景觀類型的提取是景觀格局分析的基礎(chǔ)。本研究采用遙感影像分類法進(jìn)行景觀分類，數(shù)據(jù)源是GF-1衛(wèi)星CCD影像。本研究參考全國(guó)土地分類標(biāo)準(zhǔn)和防城港市土地使用情況，采用監(jiān)督分類法將研究區(qū)土地利用分為五類，包括水域、林地、耕地、建設(shè)用地和其他用地，從而獲得防城港市景觀類型圖（見圖1）。

3.2.景觀格局指標(biāo)體系的建立

景觀指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局信息，發(fā)展至今已取得了較多的研究成果[4，5，6]。總體而言，景觀格局指數(shù)可分為三個(gè)層面：斑塊水平指數(shù)（patch-level index）、類型水平指數(shù)（class-level index）和景觀水平指數(shù)（landscape-level index）。

本研究根據(jù)研究需要，選擇以下指數(shù)構(gòu)建景觀格局分析指標(biāo)體系。

（1）斑塊數(shù)（NP）

式（1）

（2）斑塊類型面積（CA）

式（2）

CA 即某斑塊類型的總面積，單位為hm2。

（3）斑塊面積比（PLAND）

式（3）

PLAND取值范圍為0～100。

（4）平均斑塊分維數(shù)（MPFD）

式（4）

1≤MPFD≤2，其值的大小可以用來反應(yīng)斑塊形狀的復(fù)雜程度。越趨近于 1，表明斑塊的幾何形狀越簡(jiǎn)單（如圓、正方形等），反之值越大，形狀越復(fù)雜。

（5）斑塊密度（PD）

PD=ni/Ai式（5）

（6）邊緣密度（ED）

ED=ρi/Ai式（6）

（7）香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）

式（7）

SHDI≥0；SHDI=0 時(shí)表明整個(gè)景觀僅由一個(gè)斑塊組成；SHDI 增大，說明斑塊類型增加或各斑塊類型在景觀中呈均衡化趨勢(shì)分布。

（8）優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（D）

式（8）

式（9）

Hmax為最大多樣性指數(shù)，D用于測(cè)度斑塊在景觀中的重要程度。

（9）香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）

式（10）

0≤SHEI≤1，SHEI=0 表明景觀僅由一種斑塊組成，無多樣性；SHEI=1 表明各斑塊類型均勻分布，有最大多樣性。

式（1）～（10）中，ij代表第i種類型的第j個(gè)斑塊，a為斑塊面積，A為類型或景觀面積，ρ為周長(zhǎng)，Pi是i類型占景觀總面積的比，n是斑塊個(gè)數(shù)，N是景觀類型總數(shù)。

4.防城港市景觀格局分析

4.1.景觀總體特征

由表1可知，防城港市的景觀總共由21701個(gè)斑塊構(gòu)成，斑塊面積比（PLAND）最大的林地占據(jù)整個(gè)景觀面積的57.21%，其次是耕地27.98%，表明防城港市的景觀是以林地為基質(zhì)，其他景觀類型鑲嵌在其中，除林地與耕地外，水域、建設(shè)用地和其他用地三者之和僅占14.81%，可見防城港市自然生態(tài)保護(hù)較好，可開發(fā)利用潛力較大。

4.2.景觀分維度

分維數(shù)越大代表斑塊類型的形狀越復(fù)雜，受人類活動(dòng)干預(yù)較少，反之人類干擾所形成的斑塊，形狀則較為簡(jiǎn)單、規(guī)則，分維數(shù)越趨于1。防城港市斑塊類型的分維度由大到小排序?yàn)椋毫值?gt;耕地>建設(shè)用地>水域>其他用地，這是因?yàn)榱值睾透氐男螤钊Q于自然地貌的平面形態(tài)，斑塊邊界較為不規(guī)則，而建設(shè)用地、水域和其他用地屬人類有目的干擾的結(jié)果，受人類活動(dòng)的影響和制約較大，邊界形狀較為規(guī)則，所以分維數(shù)最小。

4.3.景觀異質(zhì)性

景觀異質(zhì)性是指在景觀中對(duì)一個(gè)物種或更高級(jí)生物組織的存在起決定性作用的資源在時(shí)空上的變異程度[7]。斑塊密度反映景觀分化程度，斑塊密度越高，表明一定面積上景觀異質(zhì)性越高。邊緣密度反映景觀中異質(zhì)性斑塊之間物質(zhì)、能量和物種交換的潛力及其相互影響的強(qiáng)度，可直接表征景觀整體的復(fù)雜程度。

防城港市的斑塊類型中其他用地的斑塊密度最高，值為0.17，其次為建設(shè)用地0.13，說明其他用地和建設(shè)用地均以較小的斑塊出現(xiàn)，斑塊小而分散，異質(zhì)性高，破碎化程度大。而林地的斑塊密度僅為0.01，可見其斑塊大而集中。邊緣密度最大的為耕地，達(dá)到41.43，說明其空間擴(kuò)展性極強(qiáng)，在景觀中處于擴(kuò)張狀態(tài)。

4.4.景觀多樣性

景觀多樣性（landscape diversity）是景觀要素豐富性及其分布特性的反映[8]，可由香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均勻度指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)綜合體現(xiàn)。SHDI=0時(shí)表明整個(gè)景觀僅由一個(gè)類型組成，SHDI 增大，說明斑塊類型增加或各斑塊類型在景觀中呈均衡化趨勢(shì)分布；SHEI=0表明景觀僅由一種斑塊組成，無多樣性，SHEI=1 表明各斑塊類型均勻分布，有最大多樣性。D=0表明各景觀類型所占比例相等，沒有一種景觀占據(jù)優(yōu)勢(shì)，D越大，景觀類型比例差距越大。

由表2可知，SHDI=1.11，趨于Hmax，景觀類型豐富；SHEI=0.69，均勻度偏低，D=0.5，優(yōu)勢(shì)度較高，兩者共同說明研究區(qū)中有少數(shù)優(yōu)勢(shì)類型控制整個(gè)景觀。可見，雖然防城港市景觀均勻度較低，由優(yōu)勢(shì)類型林地和耕地控制整個(gè)景觀，但由于景觀類型較為豐富，所以具有較高的景觀多樣性。

結(jié)語：本研究在利用HJ-1影像進(jìn)行景觀分類的基礎(chǔ)上，根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理和方法對(duì)防城港市的景觀格局進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明，防城港市的景觀均勻度較低，林地是優(yōu)勢(shì)景觀要素，是整個(gè)景觀的基質(zhì)，這為當(dāng)?shù)厣陥?bào)森林公園和開展生態(tài)旅游提供了豐富的森林資源；耕地在景觀中呈擴(kuò)張態(tài)勢(shì)；建設(shè)用地、水域和其他用地受人類活動(dòng)制約較大，邊界形狀較為規(guī)則；建設(shè)用地和其他用地的斑塊小而分散，破碎化程度高。研究量化認(rèn)識(shí)了防城港市的景觀格局現(xiàn)狀，有利于了解人類活動(dòng)對(duì)資源分布與功能的影響，可為科學(xué)規(guī)劃和可持續(xù)利用提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]余新曉.景觀生態(tài)學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]肖篤寧.景觀生態(tài)學(xué)：理論、方法及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1991.

[3]肖篤寧，鐘林生.景觀分類與評(píng)價(jià)的生態(tài)原則[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，1998，9 （2）∶217-221.

[4]傅伯杰，陳利頂，馬克明.景觀生態(tài)學(xué)原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2001.

[5]李景玉，楊勝天，徐宗學(xué)，李發(fā)鵬.三門峽水庫回水變動(dòng)區(qū)土地利用/土地覆被變化及其景觀格局分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（3）：61-68.

[6]張俊斌.景觀與水文變遷之生態(tài)指標(biāo)及典型相關(guān)性研究[J].資源科學(xué)，2006，28（3）：151-157.

[7]陳振雄，李際平，劉素青.基于RS和GIS的天鵝山林場(chǎng)森林景觀格局研究[J].林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2006，31（3）：6-10.

[8]張金屯，邱揚(yáng)，鄭鳳英.景觀格局的數(shù)量研究方法[J].山地學(xué)報(bào)，2000，18（4）：346-352.