大連市土地利用和生態(tài)景觀格局變化

王 甡

(遼寧省大連生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 大連 116023)

1 引言

土地利用與土地覆蓋是地球表層系統(tǒng)最突出的景觀標(biāo)志[1]，土地利用變化影響地表的各種景觀過程，而景觀變化是土地利用變化的最直觀標(biāo)志[2]。以景觀幾何特征為基礎(chǔ)的景觀格局分析主要運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理和方法來揭示土地利用的變化規(guī)律[3]。本文利用遙感和GIS技術(shù)，采用公里格網(wǎng)、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣及生態(tài)景觀指數(shù)來分析2005～2009年大連市土地利用和生態(tài)景觀格局的動態(tài)變化特征。

2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

土地利用現(xiàn)狀分類采用2000年原國家環(huán)?？偩帧爸袊鴸|北地區(qū)生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查”項目采用的土地利用/土地覆蓋變化分類系統(tǒng)，按照一級分類體系將大連市土地利用分為6類：耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地。遙感影像數(shù)據(jù)為2005年和2009年Landsat TM多光譜數(shù)據(jù)，輔助數(shù)據(jù)包括大連市1∶10萬地形圖、專題圖件及統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。影像預(yù)處理包括影像拼接、輻射校正、幾何校正、標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成等，在基礎(chǔ)上按照分類體系采用目視解譯方式提取各土地利用類型的矢量數(shù)據(jù)，作為定量分析土地利用和生態(tài)景觀格局變化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 研究方法

3.1 公里網(wǎng)格

格網(wǎng)GIS改變了以往以行政區(qū)尺度為單位。具有矢量數(shù)據(jù)的屬性信息，又具有柵格數(shù)據(jù)的顯示形式，是將傳統(tǒng)意義上的矢量數(shù)據(jù)詳細(xì)化[4]。大連市土地利用時空特征分析采用公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)，公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)是區(qū)域尺度土地利用變化監(jiān)測的空間數(shù)據(jù)融合方式。按土地分類標(biāo)準(zhǔn)對生態(tài)遙感解譯的矢量數(shù)據(jù)分層提取，疊加公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)分別生成大連市耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地公里格網(wǎng)數(shù)據(jù)，其中每個格網(wǎng)單元內(nèi)有不同土地利用類型面積所占百分比數(shù)據(jù)。

3.2 土地類型轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣能夠反映出兩個時期不同土地利用類型之間的相互轉(zhuǎn)化數(shù)量及轉(zhuǎn)化率[5]。轉(zhuǎn)移矩陣不但可以表征研究期初、研究期末的土地利用類型結(jié)構(gòu)，而且還可以反映研究時段內(nèi)各土地利用類型的轉(zhuǎn)移變化情況，從而可以掌握研究期初各類型土地的流失去向以及研究期末各土地利用類型的來源與構(gòu)成[6]。通過將2005年和2009年的生態(tài)遙感解譯矢量數(shù)據(jù)空間疊加，重新計算圖斑面積數(shù)據(jù)，通過各年度土地類型分類代碼計算得到土地類型轉(zhuǎn)移矩陣。

3.3 生態(tài)景觀指數(shù)

景觀是由不同生態(tài)系統(tǒng)組成的地表綜合體，這些不同的生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為不同的土地利用或土地覆被類型，所以景觀格局主要是指構(gòu)成景觀的生態(tài)系統(tǒng)或土地利用/覆被類型的形狀、比例和空間配置[7]。景觀指數(shù)是景觀格局分析常用的指標(biāo)，通過景觀指數(shù)描述景觀格局可以使土地利用類型數(shù)據(jù)獲取一定的統(tǒng)計性質(zhì)，進(jìn)而可以比較分析生態(tài)景觀格局特征，定量描述和監(jiān)測景觀空間結(jié)構(gòu)隨時間的變化[8]。本文利用Fragstats3.3軟件描述大連市生態(tài)景觀格局變化情況，選取斑塊數(shù)目(NP)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、分維數(shù)(PAFRAC)、蔓延度(CONTAG)和多樣性指數(shù)(SHDI)5個景觀指數(shù)進(jìn)行分析。

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用現(xiàn)狀

2009年，大連市耕地面積占土地總面積的44.4%。其中旱地為主，占耕地面積的91.1%，主要分布在瓦房店市、普蘭店市和莊河市；水田面積占耕地面積的8.9%，主要分布在莊河市和普蘭店市。林地以有林地為主，其他林地主要混雜在有林地分布的區(qū)域之內(nèi)。林地面積占土地總面積的31.4%，其中有林地面積占林地面積的71.8%，主要分布在大連市北部及旅順口區(qū)，其中莊河市有林地居多。草地面積占土地總面積的1.2%，主要分布在莊河市和瓦房店市，市區(qū)內(nèi)有零星分布。水域面積占土地總面積的2.7%，以河流和水庫為主，主要分布在普蘭店市和莊河市。建設(shè)用地面積占土地總面積20.2%，密集分布在海岸線地帶，大片主要分布在市區(qū)和各區(qū)市縣城區(qū)。

2005和2009年大連市最主要的土地利用類型是耕地，其面積占總面積的比例分別為42.8%和44.4%。2005～2009年，大連市耕地比例主要呈現(xiàn)增加趨勢，瓦房店中北地區(qū)、普蘭店北部、莊河中部耕地比例增加，反映土地開墾強(qiáng)度和范圍的擴(kuò)大；而在大連市區(qū)、瓦房店南部、普蘭店北部和莊河中部地區(qū)比例減少，與區(qū)域城市化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快有關(guān)。林地比例主要呈現(xiàn)減少趨勢，瓦房店北部、普蘭店北部、莊河西部、市區(qū)西南及西北部林地比例減少較大。普蘭店和莊河交界的北部區(qū)域林地比例有所增加。沿海區(qū)域建設(shè)用地比例變化幅度很大，以市區(qū)北部和瓦房店南部區(qū)域建設(shè)用地比例變化最大，反映沿海區(qū)域開發(fā)活動較多，建設(shè)用地增加主要是城鎮(zhèn)化擴(kuò)張的結(jié)果。草地比例呈現(xiàn)減少趨勢，其中莊河和普蘭店草地比例明顯減少。水域比例總體變化幅度不大，其中大連市區(qū)水域面積比例略有增加。未利用土地基本沒有變化，主要是未利用地存量很小。相對于2005年，2009年填海造陸面積增加了94.8 km2，瓦房店填海造陸面積最大，占總造陸面積的62.7%，主要分布在瓦房店市的西北沿岸和南部沿岸，其次為莊河，造陸面積占18.6%，主要分布在莊河的南部沿岸(圖1)。

4.2 土地利用類型的轉(zhuǎn)換特征

根據(jù)土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣對大連市土地利用轉(zhuǎn)換變化情況進(jìn)行分析，2005～2009年大連市17.0%的土地出現(xiàn)了利用方式變化，其余83.0%的土地沒有發(fā)生顯著變化，其中主要為耕地、林地和建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)換變化。其中耕地、林地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)出量各占土地利用類型總轉(zhuǎn)出量的36.3%、45.0%和11.5%，耕地、林地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)入量各占土地利用類型總轉(zhuǎn)入量的45.7%、16.4%和32.4%(表1)。

圖1 2005～2009年大連市主要土地利用類型變化

表1 2005～2009年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2

耕地主要流向建設(shè)用地(56.5%)和林地(36.3%)；林地轉(zhuǎn)出量的75.4%變成了建設(shè)用地；草地變化部分的去向以耕地、建設(shè)用地為主，少量轉(zhuǎn)換成了未利用地；水域主要轉(zhuǎn)換為耕地和建設(shè)用地；由于農(nóng)村居民點撤并整理、土地開發(fā)復(fù)墾、生態(tài)恢復(fù)等導(dǎo)致部分建設(shè)用地轉(zhuǎn)成為耕地和林地。

建設(shè)用地擴(kuò)張的來源主要是耕地(63.4%)，其次是林地(30.1%)；林地轉(zhuǎn)入量主要來自耕地(80.2%)和建設(shè)用地(11.9%)；水域轉(zhuǎn)入部分主要來自于耕地、建設(shè)用地及林地。草地面積總量不多，轉(zhuǎn)入量主要來自于耕地、建設(shè)用地和林地。未利用地的面積總量基本沒變，表現(xiàn)出的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出有可能是遙感影像數(shù)據(jù)提取中存在的誤差所致。

4.3 景觀格局變化特征

景觀格局指數(shù)能夠濃縮景觀格局信息，是反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征的簡單定量指標(biāo)[9]。景觀格局指數(shù)一般分為斑塊水平、斑塊類型水平、景觀水平等3種類型，其中景觀水平指數(shù)代表了整個景觀鑲嵌體的空間格局，將所有斑塊類型一同考慮[10]。因此采用景觀水平指數(shù)反映大連市2005～2009年的生態(tài)景觀格局總體變化情況(表2)。

表2 2005～2009年大連市各景觀類型的景觀級別指數(shù)

斑塊數(shù)由2005年的1343個增長至2009年的1394個；最大斑塊指數(shù)增加2%，呈上升趨勢，說明隨著大連市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地資源的有序開發(fā)，土地利用向集約化方向發(fā)展，使原本破碎化的土地得到大片利用；斑塊分維數(shù)由1.599增加至1.608，差異不十分明顯，斑塊形狀特征整體上較為穩(wěn)定，表明大連市土地利用斑塊形狀主要取決于自然地貌與自然環(huán)境條件。

蔓延度值約為0.37，說明景觀區(qū)域所構(gòu)成的斑塊規(guī)模比較小，團(tuán)聚程度較低。4年間，蔓延度由37.04%降至36.56%，斑塊之間團(tuán)聚程度降低，景觀破碎化程度在增加，在斑塊類型分析中的建設(shè)用地分形維數(shù)增幅很大，進(jìn)一步說明景觀連接性下降可能與建設(shè)用地不規(guī)則擴(kuò)張相關(guān)。

多樣性指數(shù)較低約為1.2，主要原因是大連市的耕地、林地、建設(shè)用地面積比例較大，景觀以這三大地類為主，因而多樣性指數(shù)相對比較小。由于大連市耕地、林地和建設(shè)用地面積占據(jù)絕對優(yōu)勢，面積比例分別為44%、31%、21%，累計面積占總面積的96%，其它類別斑塊處于一種弱勢地位，因而多樣性指數(shù)較小。

5 結(jié)語

2005～2009年，大連市人口從565.3萬人增加到584.8萬人，增幅為12.7%，其中城鎮(zhèn)人口由占總?cè)丝诘?6.2%增加到61.2%；大連市國內(nèi)生產(chǎn)總值由2152億元增加到4350億元；城市人均可支配收入從11994元增加到19014元，農(nóng)村人均純收入從5903元增加到10725元。隨著城市化水平的不斷提高，農(nóng)業(yè)勞動力向非農(nóng)業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移，人口向城鎮(zhèn)集聚，城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴(kuò)張占用其它類型土地，同時伴隨著林地向耕地、農(nóng)田向果園和水產(chǎn)養(yǎng)殖轉(zhuǎn)化等土地類型轉(zhuǎn)變。景觀格局變化分析表明：耕地、林地和建設(shè)用地面積占據(jù)絕對優(yōu)勢，土地利用斑塊形狀主要取決于自然地貌與自然環(huán)境條件，區(qū)域土地利用向集約化方向發(fā)展，建設(shè)用地不規(guī)則擴(kuò)張影響景觀破碎化程度增加及連接性下降。