基于Fragstats的湛江市麻章區(qū)景觀格局指數(shù)動(dòng)態(tài)研究

唐若瑩　謝鈺成　陳　沐　鄒麗琴　袁敏儀

基于Fragstats的湛江市麻章區(qū)景觀格局指數(shù)動(dòng)態(tài)研究

唐若瑩謝鈺成陳沐鄒麗琴袁敏儀

（廣東海洋大學(xué)濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院廣東湛江524000）

景觀格局指數(shù)是指景觀格局與景觀指數(shù)。景觀格局通常是指景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，具體是指由自然或人為形成的，一系列大小、形狀各異，排列不同的景觀鑲嵌體在景觀空間的排列，它既是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)，又是包括干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果。文章運(yùn)用GIS與Fragstats軟件對廣東省湛江市麻章區(qū)景觀格局指數(shù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀反映了場地所存在的生態(tài)問題，同時(shí)為后續(xù)麻章區(qū)生態(tài)建設(shè)提供可量化的科學(xué)依據(jù)。

景觀格局指數(shù)；動(dòng)態(tài)研究；GIS；Fragstats；麻章區(qū)

1 介紹

景觀格局指數(shù)動(dòng)態(tài)研究能幫助理解城市肌理變化與城市生態(tài)變動(dòng)之間的關(guān)系[1]。不同的土地利用類型在空間上的分布與變化是景觀格局變動(dòng)的直接驅(qū)動(dòng)因子[2]。通過對城市景觀格局指數(shù)的分析來把控城市土地利用變化，對于城市生態(tài)安全的提升具有重要意義[3]。

麻章區(qū)位于中國南端沿海城市湛江市內(nèi)，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，區(qū)總面積805.73 km2，陸地面積478 km2,常住人口26.54萬[4]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

該研究的主要數(shù)據(jù)來源為湛江市2000年與2010年的30 m精度柵格用地類型數(shù)據(jù)。利用GIS軟件進(jìn)行預(yù)處理后，利用最大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類，得到麻章區(qū)6類土地利用類型圖。六大類用地類型分別為耕地、森林、草地、水體、濕地和人造地表，見圖1。表1可以看出，6種用地類型中，耕地、濕地、水體人造地表的面積在研究時(shí)段內(nèi)呈增加趨勢，森林、草地面積在研究時(shí)段內(nèi)呈減少趨勢。

圖1　2000年與2010年土地利用類型圖

表1　2000年與2010年各土地利用面積

2.2 研究方法

該研究利用Fragstats軟件對2000年與2010年湛江市麻章區(qū)景觀格局指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從景觀生態(tài)學(xué)的角度對研究時(shí)段內(nèi)的城市發(fā)展變化進(jìn)行剖析。景觀格局指數(shù)包括3種，分別為斑塊尺度（patch）、景觀類型尺度（class）、景觀尺度（landscape），其定量說明景觀特征和變化趨勢[5]。在整個(gè)區(qū)域景觀格局分析中，由于單個(gè)斑塊景觀指數(shù)的計(jì)算分析貢獻(xiàn)比較小，因此，實(shí)證研究中對景觀格局指數(shù)的探討多采用斑塊類型和景觀水平這兩個(gè)尺度[5]。通過對麻章區(qū)的考察和相關(guān)數(shù)據(jù)的結(jié)合，該研究決定從斑塊類型水平上進(jìn)行景觀格局指數(shù)分析。在類型水平上，選取了斑塊面積（CA）、斑塊數(shù)量（NP）、最大斑塊面積指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、景觀聚集度指數(shù)（AI）、景觀導(dǎo)度指數(shù)（CONHSION）6個(gè)景觀格局指數(shù)進(jìn)行計(jì)算與分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 景觀構(gòu)成及其動(dòng)態(tài)分析

觀察2000—2010年湛江市麻章區(qū)景觀轉(zhuǎn)移面積占比（見表2），以景觀面積轉(zhuǎn)化率20 ％為分水線，2000—2010年之間，湛江市麻章區(qū)的草地、濕地、水體等景觀之間發(fā)生劇烈轉(zhuǎn)移。

由表2可知各景觀之間轉(zhuǎn)移概況:耕地的轉(zhuǎn)移概率最小，其他景觀轉(zhuǎn)移成耕地的總面積比耕地的轉(zhuǎn)移面積要大得多，說明城市在持續(xù)發(fā)展，耕地面積不斷擴(kuò)大；森林主要轉(zhuǎn)移為水體和耕地，但轉(zhuǎn)移率較小，森林保存得較為完好；草地主要轉(zhuǎn)化為耕地與森林，其中草地轉(zhuǎn)移為耕地的面積最多，為75.15 hm2，轉(zhuǎn)移概率達(dá)19.51 %，表明村民開荒種田等原因，導(dǎo)致草皮退化；濕地有多達(dá)40.42 ％區(qū)域轉(zhuǎn)移為水體，可能原因是該地區(qū)濕地退化或海水入侵；水體主要轉(zhuǎn)移為耕地與濕地，其中轉(zhuǎn)移為耕地的面積1 439.19 hm2，轉(zhuǎn)移率達(dá)14.32 ％，表明該區(qū)域進(jìn)行了大量填海造地活動(dòng)，同時(shí)也有部分區(qū)域在涵養(yǎng)濕地；人造地表的轉(zhuǎn)移率不高，主要轉(zhuǎn)移為森林和耕地，說明該區(qū)域有意識地進(jìn)行植樹造林活動(dòng)，但人造地表轉(zhuǎn)移為森林的面積仍小于森林轉(zhuǎn)移為人造地表的面積，水土保持工作還有待推進(jìn)。

表2（a） 2000年與2010 年湛江市麻章區(qū)景觀面積轉(zhuǎn)移矩陣/hm2

表2（b） 2000年與2010 年湛江市麻章區(qū)景觀轉(zhuǎn)移概率矩陣百分比/%

年份景觀類型2010年耕地森林草地濕地水體人造地表 2000年耕地94.941.960.020.092.390.60 森林5.1485.750.141.316.271.39 草地19.5111.2157.397.053.791.05 濕地5.108.520.0345.8840.420.05 水體14.321.310.2012.0572.080.04 人造地表6.046.940.020.200.0286.60

3.2 斑塊類型層級景觀格局指數(shù)分析

斑塊類型層級的景觀格局指數(shù)直接反映了不同土地利用類型的景觀生態(tài)狀況[6]，通過分析2000年與2010年各土地利用類型景觀格局指數(shù)的變化，研究該時(shí)段內(nèi)麻章區(qū)不同土地利用類型的生態(tài)狀況及其變化驅(qū)動(dòng)因素，相關(guān)數(shù)據(jù)詳見表3。

表3（a） 2000年與2010年麻章區(qū)各景觀類型斑塊類型層級景觀格局指數(shù)

表3（b） 景觀格局相關(guān)指數(shù)變化/%

土地利用類型CANPLPILSIAICOHESION 耕地2.6-1339-0.30 森林-4.8-27-7-8.50.50 草地-22.1-11-60-8.5-8.6-4.6 濕地6.6167-3063-2.4-0.6 水體5.6100-4550-2.4-0.4 人造地表3.85162.200.3

3.2.1 基礎(chǔ)指標(biāo)分析

（1）斑塊面積/CA：2000年時(shí)，各斑塊類型面積分布較為均勻，耕地用地面積最多為41 052.15 hm2，森林用地面積次之為20 482.47 hm2。2010年時(shí)，各用地類型的面積發(fā)生變化，其中草地面積變化最明顯，面積減少了22.10 %；而森林則減少了4.80 %。除了森林和草地這兩類的面積在不斷減少，其他類型土地面積都相應(yīng)增加。在這10年間，耕地、濕地、水體和人造地表的面積變化不是很明顯，分別增加了2.60 %、6.60 %、5.60 %和3.80 %。

（2）斑塊數(shù)量/NP：斑塊數(shù)量是直接反映城市景觀類型破碎化程度的景觀格局指數(shù)。2000—2010 年間，耕地、森林和草地的破碎化程度減小，斑塊數(shù)量變化的比率大概是13.00 %、27.00 %和11.00 %；而濕地和水體的破碎化程度明顯增大，斑塊數(shù)量增加了167.00 %和100.00 %。除此之外，人造地表的斑塊數(shù)量較為穩(wěn)定，十年間只增加了5.00 %。

3.2.2 形狀指標(biāo)分析

（1）最大斑塊面積指數(shù)/LPI：LPI值大小為斑塊類型中最大面積的斑塊占整體景觀積的比例。該景觀格局指數(shù)直接體現(xiàn)了景觀的優(yōu)勢類型，直接體現(xiàn)了人類活動(dòng)對于土地利用和景觀生態(tài)變化的干擾強(qiáng)度[7]。2000—2010年間，森林、草地、濕地和水體的最大斑塊面積指數(shù)都在減少。其中，草地、濕地和水體的指數(shù)變化明顯，草地的LPI從0.10減小至0.04，減少60.00 %；濕地的LPI從1.33減小至0.93，減少了30.00 %；水體的LPI從2.02 減小至1.11，減少了45.00 %。說明這10年間，麻章區(qū)的生態(tài)環(huán)境遭受到較高程度的干擾。

（2）景觀形狀指數(shù)/LSI：研究時(shí)段內(nèi)，各用地類型斑塊呈現(xiàn)了極其明顯的不規(guī)則化趨勢，其中濕地和水體斑塊的LSI指數(shù)增加最多，增長率分別為63.00 %和50.00 %。LSI指數(shù)增加代表了景觀斑塊的不規(guī)則化現(xiàn)象增加，說明人類活動(dòng)對于城市生態(tài)系統(tǒng)的干涉幅度增加。

3.2.3 聚散性指標(biāo)

（1）景觀聚集度指數(shù)/AI：2000年，各景觀類型的AI值除草地外，均在90以上，相對較高，表示該時(shí)期各景觀類型中同類型的斑塊相互聚合，結(jié)構(gòu)緊湊。2010年時(shí)，耕地、草地、濕地、水體的AI值均發(fā)生了一定程度的下降，其中草地的AI值下降幅度最大，為8.60 %左右。值得關(guān)注的是，2000年該地區(qū)草地類型的AI值已經(jīng)較低，且10年后還有一定程度的下降，說明麻章區(qū)的草地斑塊聚合度一直較低，生態(tài)狀況較不穩(wěn)定。2010年數(shù)據(jù)顯示除草地外，其他類型的斑塊相對聚合、離散程度小、結(jié)構(gòu)緊湊。

（2）景觀導(dǎo)度指數(shù)/COHESION：2000年，各景觀類型的COHESION值均處于較高水平，表示景觀區(qū)域中的各景觀斑塊分布聚集，連通度高。2010年，除草地的COHESION值減小了4.60 %，其他類型的用地COHESION值波動(dòng)極小，耕地、森林的COHESION值幾乎保持不變，濕地、水體的COHESION值分別降低了0.60 %和0.40 %，人造地表的COHESION值增加了0.30 %。這些數(shù)據(jù)說明麻章區(qū)的景觀類型斑塊比例變化不大，保持較高的連通度，能為物種遷移和能量流動(dòng)提供保障[1]。

4 小結(jié)

4.1 斑塊類型層級景觀格局指數(shù)變化及分析

斑塊類型層級上，2000—2010年間，各用地類型面積均發(fā)生了變化，其中耕地和人造地表為變動(dòng)最小的用地類型，森林、濕地和水體用地變動(dòng)較為明顯，以草地發(fā)生變動(dòng)最大；用地類型斑塊數(shù)量增加的是濕地、水體和人造地表，斑塊數(shù)量減少是的耕地、森林和草地，各個(gè)用地類型發(fā)生了不同程度的景觀破碎化現(xiàn)象；各景觀類型的最大面積指數(shù)變化較為明顯，森林、草地、濕地和水體的最大斑塊面積指數(shù)都在減少；水體和濕地用地類型呈現(xiàn)及其明顯的形狀不規(guī)則化現(xiàn)象；草地的AI值有較大幅度的下降，說明草地斑塊聚合度低；各景觀類型的COHESION值均處于較高水平，表示研究區(qū)域中的景觀斑塊連通度高，連接性好。

4.2 策略與建議

通過對湛江市麻章區(qū)景觀格局指數(shù)動(dòng)態(tài)進(jìn)行分析及研究，了解其生態(tài)環(huán)境發(fā)展趨勢，對麻章區(qū)生態(tài)建設(shè)提供以下策略建議：（1）從區(qū)域整體角度統(tǒng)籌城市規(guī)劃；（2）繼續(xù)發(fā)揮連通度高斑塊的優(yōu)勢，構(gòu)建城市生態(tài)斑塊-廊道網(wǎng)絡(luò)，增加景觀空間連接度；（3）保持總量足夠的森林與濕地空間，并在城市建設(shè)中降低對生態(tài)斑塊形狀的干擾；（4）在城市生態(tài)斑塊安全水平足夠高的前提下，部分破碎化有利于將綠色基礎(chǔ)設(shè)施與灰色基礎(chǔ)設(shè)施更好地結(jié)合。

[1]袁軼男,金云峰,聶曉嘉,等.基于Fragstats4的上海市城市景觀格局指數(shù)動(dòng)態(tài)研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2020(6):1-6.

[2]郭曉妮,劉曉農(nóng),宋亞斌,等.基于Fragstats的海南省東方市景觀格局動(dòng)態(tài)研究[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2016,35(1):30-33,52.

[3]閆俊霞,張建峰,韓陽.基于Fragstats的邯鄲市城區(qū)綠地景觀格局研究[J].中國城市林業(yè),2018,16(1):21-24.

[4]湛江市麻章區(qū)政府辦公室.湛江市麻章區(qū)概況[R].湛江:麻章區(qū)人民政府,2020.

[5]其格樂很,何秉宇,黃玲.基于GIS和Fragstats的城市綠地景觀格局動(dòng)態(tài)變化研究——以新疆烏魯木齊市為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2019,47(15):72-77,88.

[6]于婧,陳艷紅,彭婕,等.基于GIS和Fragstats的土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價(jià)——以湖北省仙桃市為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2020,40(9):2932-2943.

[7]周亞東,周兆德.基于GIS與Fragstats的海南島森林景觀格局研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015,35(5):78-83.

廣東海洋大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(NO:S201910566059)；2019 年度廣東海洋大學(xué)“創(chuàng)新強(qiáng)校工程”教學(xué)類項(xiàng)目(NO:570219083)

唐若瑩(1991- )，女，碩士，研究方向：風(fēng)景園林與生態(tài)修復(fù)。

P901

A

2095-1205(2020)04-31-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.04.16