基于地理國情普查成果的城市景觀格局分析

王彥軍，楊 月

(遼寧省基礎測繪院，遼寧 錦州 121000)

0 引 言

景觀格局通常指代景觀的空間格局，即大小和形狀各異的景觀要素在空間上的排列、組合，包括景觀組成單元的類型、數(shù)目及空間分布與配置，如不同類型的斑塊可以在空間上呈隨機型、均勻型或聚集型分布[1]。它是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)，在看似無序的景觀中，發(fā)現(xiàn)潛在秩序或規(guī)律是景觀格局分析的主要目的[2]。通過對研究區(qū)域景觀格局的研究，可以深入了解地區(qū)的景觀分布特點，為研究區(qū)域生態(tài)改善、格局規(guī)劃以及土地利用管理提供科學的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法介紹

1.1 研究區(qū)簡介

研究區(qū)位于遼寧省，總面積約80 km2，城市規(guī)劃區(qū)總面積超過200 km2，建成區(qū)面積超過20 km2。該地區(qū)農(nóng)作物、礦產(chǎn)資源十分豐富，是遼寧省重要的生態(tài)旅游基地，具有很大發(fā)展?jié)摿脱芯績r值。

1.2 研究方法簡介

傳統(tǒng)景觀格局研究往往是應用圖像處理軟件，利用影像分類方法獲得研究區(qū)土地利用狀況，然后對其進行分析的。這種方法比較省時、快捷，但是由于影像分辨率限制、分類方法選擇以及地物類別設定等問題，使得最后得到的結(jié)果不能滿足精度要求，分析的結(jié)果存在一定偏差。而我國的地理國情普查成果應用的是高分辨率遙感影像，投入了大量人力、物力，是一個高精度、體系完整的數(shù)據(jù)成果，其精度遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)分類方法所得結(jié)果。

以研究區(qū)地理國情普查成果為依據(jù)，按照地物實際應用價值對該體系進行重組，構(gòu)建了一個符合景觀格局分析的土地分類體系。然后，選取能反映研究區(qū)景觀格局特征的指數(shù)進行計算。根據(jù)計算結(jié)果，對研究區(qū)土地利用狀況、生態(tài)情況進行全方位分析，為該地區(qū)格局調(diào)控、可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)，現(xiàn)實意義巨大。

2 地理國情普查數(shù)據(jù)應用

地理國情主要是從地理的角度分析、研究和描述國情，即以地球表層自然、生物和人文現(xiàn)象的空間變化和它們之間的相互關系、特征等為基本內(nèi)容，對構(gòu)成國家物質(zhì)基礎的各種條件因素做出宏觀性、整體性、綜合性的調(diào)查、分析和描述，是空間化、可視化的國情信息[3]。我國于2013—2015年完成了地理國情普查工作，掌握了地形地貌、植被水系等自然地理要素的基本情況以及居民設施、交通網(wǎng)絡等人文地理要素的分布狀況。地理國情普查提供的大量高精確的成果數(shù)據(jù)可以用來服務科學研究和生產(chǎn)應用。由于地理國情普查的地物分類體系與景觀格局分析的地物類別體系不同，因此在開展研究前，首先要對地理國情地物分類體系進行重新構(gòu)建。

2.1 地理國情普查數(shù)據(jù)體系

在地理國情普查中，將普查的地表內(nèi)容分為10個一級類，51個二級類以及103個三級類。這里僅列舉一二類級(表1)。

在此基礎上，可以得到基于地理國情普查內(nèi)容指標下研究區(qū)的土地分類狀況圖，即地表覆蓋數(shù)據(jù)庫(圖1)。

表1 國情普查土地分類體系

圖1 土地分類狀況圖

2.2 景觀類型體系構(gòu)建

在進行景觀格局分析時，主要選取耕地、園地、林地、草地、居民地、交通運輸用地、水域水利設施用地以及其他土地8種景觀類型。本文根據(jù)土地實際用途以及地物現(xiàn)實意義將國情普查的10類地表覆蓋數(shù)據(jù)類型重新劃分為8類景觀類型(表2)。

通過ArcGIS軟件，對劃分后的土地斑塊進行分類合并處理，得到研究區(qū)景觀格局分布圖(圖2)。此時，圖斑的屬性以及個數(shù)都已發(fā)生了變化。

表2 景觀類型分類體系

圖2 景觀格局分布圖

3 景觀格局指標選取及計算

3.1 景觀格局指標選取

景觀格局指數(shù)種類繁多、門類多樣，但需要注意，并不是運用指數(shù)越多越能表明問題。因為有些指數(shù)相關性較高，同時采用多個指數(shù)進行往往不能增加新的信息[4]。要獲取理想的景觀分析結(jié)果和準確信息，必須根據(jù)不同景觀格局類型選擇合適的景觀格局參數(shù)。考慮當?shù)貙嶋H情況，本文主要選取面積(TA)、斑塊數(shù)(NP)、最大斑塊指數(shù)、景觀破碎度和周長面積分維數(shù)(PAFRAVC)5個類型水平的景觀指數(shù)和斑塊總數(shù)(NP)、景觀蔓延度(CONTAG)、斑塊密度(PD)以及香濃指數(shù)(SHDI)4個景觀水平的景觀格局指數(shù)對研究區(qū)景觀格局進行分析。

其中，計算斑塊面積以及斑塊數(shù)有助于對研究區(qū)域總體景觀概況有宏觀了解，也為后期應用其他指數(shù)分析研究區(qū)提供依據(jù)。通過對最大斑塊指數(shù)進行計算，可以快速有效地了解研究區(qū)內(nèi)各景觀類型之間優(yōu)勢度。景觀破碎度表征了景觀被分割的破碎程度，反映了空間結(jié)構(gòu)的復雜性，在一定程度上反映了人類對景觀的干擾程度[5]。而周長面積分維數(shù)可以有效度量景觀類型或斑塊的復雜程度；香農(nóng)指數(shù)可以通過景觀中各類嵌塊體復雜性和變異性的指標值來確定景觀多樣性程度。以上幾個參數(shù)都是極具代表性、現(xiàn)實意義極強的景觀格局參數(shù)，便于從多個層次對研究區(qū)域景觀格局進行分析，利于對研究區(qū)從整體到局部，從生態(tài)自然到人工干預的科學、全面認識。同時，在日后應用上，也可為研究區(qū)域的生態(tài)發(fā)展提供指導依據(jù)。

3.2 景觀格局指標計算

結(jié)合研究區(qū)域自身特點，在選取景觀格局參數(shù)后，對研究區(qū)各景觀類型參數(shù)進行計算(表3—4)。

表3 類型水平的景觀指數(shù)

表4 景觀水平的景觀格局指數(shù)

4 景觀格局分析

4.1 類型水平的景觀指數(shù)特征分析

斑塊面積是景觀格局計算的基礎。通過表3可以看出，研究區(qū)占地面積最大的景觀類型是耕地，為9**.6 km2，其次是林地，7**.9 km2，這與與該地區(qū)農(nóng)耕為主、多山地的實際情況相符合。

通過利用斑塊數(shù)與斑塊面積求得的景觀破碎度可以發(fā)現(xiàn)，草地的景觀破碎度最大，主要原因是草地除了自然地分布廣泛以外，還在很大程度上受人類干預，如城市內(nèi)部人工綠化草地、公路鐵路邊綠化帶等，是人類與自然共同作用的結(jié)果。其次是居民地，這是由人類居住分布比較廣泛造成的，明顯體現(xiàn)了人為因素對景觀的干預與作用。耕地與林地破碎度相對較小，主要是由于二者各自集中分布于平原與山地，圖斑大面積相鄰聚集造成的，符合二者自然分布規(guī)律。

最大斑塊指數(shù)是一種簡單的斑塊優(yōu)勢度測量方法，通過對比最大斑塊指數(shù)可以看出交通運輸用地要遠遠大于其他景觀類型，這是因為交通運輸用地主要由道路組成，而路網(wǎng)之間往往相互連通，因此構(gòu)成了一個占比較大的圖斑。其次是林地與其他土地，此二者主要是由大面積的森林或裸露的巖石地表引起的；而同樣比較聚集的耕地因為有道路割裂，反而沒有明顯的獨立大圖斑存在。

周長面積分維度主要用來度量斑塊或景觀的復雜程度，其值域為(1，2)。當值趨于1時，斑塊形狀趨于方形，當值趨于2時，圖斑形狀趨近于卷曲[6]。復雜度最高的為交通運輸用地(周長面積分維數(shù)：1.986)，這是由道路形狀屈曲且長寬比過大造成的，是絕對的人為因素干擾結(jié)果。而耕地、居民地等人為干預比較大的景觀，分維度往往偏小，形狀趨于規(guī)則，這也與景觀的實際構(gòu)型相吻合。

4.2 景觀水平的景觀格局指數(shù)特征分析

研究區(qū)西北部主要由山區(qū)構(gòu)成，東南部的平原地區(qū)則主要被耕地占據(jù)。因此，它主要由農(nóng)業(yè)景觀和森林景觀兩種景觀類型構(gòu)成。基于斑塊總數(shù)，可以對研究區(qū)域的景觀構(gòu)成有整體了解，也是景觀格局計算的基礎要素之一。景觀的蔓延度越大，表征了該區(qū)域內(nèi)某一占比較大的景觀類型存在。這里可以看出，景觀蔓延度值為91.10，屬于比較大的結(jié)果，這與由耕地占比近乎50%的實際情況相吻合。這里斑塊密度為4*.1，說明區(qū)域內(nèi)平均斑塊面積略大、大小差異明顯。景觀多樣性指數(shù)(即香農(nóng)指數(shù))為1.36，屬于比較適中的范圍，說明景觀構(gòu)造并不十分復雜，且其變異性較低。

5 結(jié) 語

(1)通過將地理國情普查數(shù)據(jù)分類體系進行重建，獲得研究區(qū)的土地利用狀況。然后對研究區(qū)類型水平和景觀水平的景觀格局參數(shù)進行計算，探討了城市景觀格局的分布特點和空間差異。

(2)該研究可為該區(qū)域的生態(tài)建設、可持續(xù)發(fā)展、水土保持及土地復墾等提供依據(jù)，具有較好的現(xiàn)實意義。

[1] 曹瑞娜，齊偉，李樂，等.基于流域的山區(qū)景觀格局分析和分區(qū)研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2014，22(7)：115-121.

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