基于GIS與Fragstats的聊城市東昌府區(qū)景觀格局現狀研究

摘要：景觀格局的研究對于城市的發(fā)展和規(guī)劃具有重要的積極意義。為研究聊城市東昌府區(qū)景觀格局，本文以聊城市東昌府區(qū)2016年的TM影像為基礎，在ENVI、ARCGIS平臺以及景觀分析軟件Fragstats 4.2的支持下，對東昌府區(qū)景觀類型和景觀尺度水平下的景觀格局特征進行了定量分析。結果表明：東昌府區(qū)耕地面積占全區(qū)總斑塊面積47.76%，占農業(yè)用地面積的83.20%，耕地資源比較充足;建設用地平均斑塊密度為12.80個/hm?，平均斑塊面積為1.80 hm?，分布零散。整體上看，研究區(qū)內土地利用結構合理，多樣性較高，土地利用類型分布較均勻，沒有任何一種土地利用類型占絕對優(yōu)勢;景觀類型整體屬于散布分布，但分散度不大。

關鍵詞：景觀格局;景觀指數;GIS;Fragstats

景觀是擁有很強的空間異質性的區(qū)域，它是由大量不同形狀、大小的斑塊依據一定的規(guī)律組合而成的，一般來說，景觀格局主要指景觀在空間散布上的特征，具體反映出景觀的異質性特征，各種類型的生態(tài)過程在不同尺度上的功能在這里體現出來，包含組成單元類別、數目、分布和空間上的組合。在景觀格局的研究中，經常會用到景觀指數分析方法。景觀格局指數是一種并不復雜的定量指標，可以充實景觀格局的內容，展現其組織構成和空間形態(tài)組合。通過各種要素間多樣的組合方式，景觀格局指數可分為三個層級，即斑塊水平指數、景觀類型水平指數和景觀水平指數。目前，GIS技術發(fā)展十分迅速，將GIS與景觀格局軟件Fragstats相融合進行景觀格局的綜合分析成為大眾普遍使用的方法。

東昌府區(qū)位于聊城市中心，近年來第二、第三產業(yè)發(fā)展迅速，這也使得區(qū)域內經濟實現高速增長，經濟的增長必然消耗大量的土地資源。應用東昌府區(qū)的景觀格局作為研究的目標，從景觀生態(tài)學的角度進行研究，著重斑塊類型和整體景觀水平兩個方面，對東昌府區(qū)進行細致的調查分析，為東昌府區(qū)城市建設規(guī)劃和環(huán)境保護提供了建設性意見。

一、數據和研究方法

（一）數據來源及處理

在ENVI5.1軟件的支撐下，影像源于國家地理空間數據云（http//www.gscloud.cn），經過系統(tǒng)輻射校正和大氣粗校正的2016年的遙感影像進行精確的幾何校正、大氣校正與影像配準，然后依據要研究區(qū)域的面積大小，裁剪所下載的影像，進一步解譯得到東昌府區(qū)土地利用類型圖，并將其作為分析土地利用景觀格局演化的基礎樣本。這里的遙感影像選用Landsat8遙感影像，在組合多波段圖像文件（Layer Stack）時選用TM遙感影像的1、2、3、4、5、7這6個單波段圖像文件及與其相呼應的OLI-RIS遙感影像2、3、4、5、6、7這6個單波段圖像文件進行結合，這樣就能夠確保遙感影像的空間解析度全部為30m×30m和去除熱紅外波段對解譯的錯誤影響。

按照《土地利用現狀分類（GBT 21010-2017）》要求，詳細調查東昌府區(qū)土地資源的利用現狀和特征，分析遙感影像的特征，運用監(jiān)督與非監(jiān)督綜合運用的分類方法（Hybrid classification）和目視解譯相組合的方式進行分類，將東昌府區(qū)劃分為耕地、園地、水域、建設用地、工業(yè)用地、交通用地和其它用地等7種土地利用類型，分類結果如圖2所示。為了使分類結果更加真實可靠，在地面調查和土地利用圖的基礎上，參考往年的土地使用信息，在遙感圖像選擇不同的位置，和總面積約東昌府區(qū)土地面積超過2%的監(jiān)督校驗，同時使用誤差矩陣關系表來評估總體分類精度。最終驗證后的結果顯示，土地利用類型圖的分類精確度為94.67%。

（二）景觀格局指數選擇

景觀指數是用來可量測和描述單個以及一些類別的斑塊，或者是定量指標空間結構的整個景觀，它的主要價值在于配置可以用來比較不同種類的景觀。現在，網格層級指數的演進以及其在景觀生態(tài)學上的運用還不夠成熟，從斑塊（Patch）、類型（Class）、景觀（Landscape）3個方面對景觀指數進行探討。

根據上述遙感影像解譯所得到柵格格式的東昌府區(qū)土地利用型圖，利用Fragstats4.2軟件，分別計算各種不同類型的景觀指數（Landscape metrics），然后再利用這些景觀指數探討東昌府區(qū)土地利用格局的變化情況。

二、結果與分析

（一）聊城市東昌府區(qū)景觀格局

東昌府區(qū)景觀類型豐富，有耕地、林地、園地、水域、建設用地、交通用地等，耕地作為最為主要的景觀類型，廣泛分布。園地亦占有一定比例，東南部分布有大量大棚種植的園地。建設用地集中分布在市中心主城區(qū)以及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。區(qū)域內有眾多河流湖泊，東昌府區(qū)有江北水城之稱，河流湖泊眾多，水域面積接近城區(qū)面積的三分之一。黃河、徒駭河、馬頰河等多條河流流經，歷史悠久的京杭大運河也從市區(qū)蜿蜒而過，市區(qū)內擁有中國北方最大的城市內湖——東昌湖，水面面積達6平方公里。近年來，東昌府區(qū)高度重視植被建設，林地面積不斷增長，天然林、經濟林廣泛分布。

（二）多尺度景觀格局

1、類型水平上景觀格局特征分析

應用ArcGIS軟件將數據源進行格式轉化，轉化為5×5m的Grid柵格數據格式，然后是景觀指標的計算，這里軟件采用景觀格局分析軟件Fragstats4.2和Excel。根據景觀類型分類，得到東昌府區(qū)各景觀類型水平上的指標值，如表1所示。

通過表1數據可以得出結論，東昌府區(qū)斑塊面積最大的景觀類型為耕地，達到21521.43hm?，占全區(qū)總斑塊面積的47.76% ;園地為4344.39 hm?，占全區(qū)總斑塊面積的9.64%;二者面積之和為25865.82 hm?，占總面積的57.41%。顯然農業(yè)用地是東昌府區(qū)的主要景觀類型，且耕地是農業(yè)用地的主要類型。建設用地斑塊面積為10386.63hm?，斑塊個數為5768個，板塊密度為12.80個hm?，成為斑塊數目最多的景觀類型，并且其斑塊密度也是最大，說明建設用地分布較為分散，沒有集中管理和協調，缺乏合理有效的規(guī)劃。分析平均斑塊面積（MPS）方，耕地的平均斑塊面積是12.23，建設用地為1.80，耕地斑塊的分布較為緊湊集中，而建設用地斑塊類型的分布比較零散。通過分析平均斑塊形狀指標（MSI）可以看到，平均斑塊形狀指數均不超過2，數值不大，表明各斑塊類型之間的斑塊形狀差異比較小，形狀相對規(guī)則。整體來看，景觀的平均斑塊形狀指數是1.25，反映出東昌府區(qū)景觀整體的形狀比較簡單規(guī)則。

2、景觀水平上景觀格局特征分析

將處理好的數據導入Fragstats4.2軟件，在景觀水平下，計算景觀聚散性指標值，對其多樣性與異質性進行分析。

香農多樣性指標即景觀多樣性，能夠顯示出景觀的復雜程度和景觀異質性特征，尤其能夠揭示景觀中各斑塊類型分布的不均勻狀況。從上表可以看出，東昌府區(qū)整體景觀水平的多樣性指標（H）為1.30。觀察這幾個指標的計算公式可以看到，多樣性指標的最大值為l （研究中m=8），即1.83?？芍鄻有灾笜耸潜容^高的，說明東昌府區(qū)土地利用類型多樣性較強，分布合理。

香農均勻度指數能夠反映景觀當中不同景觀類型在數量和布局上的均勻程度，景觀的優(yōu)勢度與多樣性指數成負相關。東昌府區(qū)整體景觀均與度（H）較高，為0.67;優(yōu)勢度（D）不高，為0.65;這從另一角度反映出東昌府區(qū)景觀類型豐富，多樣性高，各景觀類型的分布也相對均勻，沒有出現景觀類型支配整體的情況。

散布與并列指標（IJI）表示了景觀分散與信息重疊的程度。東昌府區(qū)的散布與并列指標值為51.29%，表明很多斑塊都有臨近的狀況，散布性較高，但斑塊間相鄰接的邊長不夠均勻，分散程度不高。

蔓延度（CONTAG）能夠綜合反映景觀的聚集程度，它既包含斑塊類型集聚的信息，也反映斑塊類型相互鄰接、交叉分布的特征。東昌府區(qū)蔓延度為48.24%，可以看出，東昌府區(qū)耕地面積接近全體景觀面積的一半，但其連接性一般，布局分散。

4 結論

選用ArcGIS和Fragstats作為分析軟件，結合東昌府區(qū)2016年遙感影像數據，重點放在斑塊類型水平和景觀水平，對東昌府區(qū)的景觀格局做了較為系統(tǒng)的分析，研究結果表明：

（1）從斑塊類型水平上分析，東昌府區(qū)農業(yè)用地景觀在所有景觀中達到57.41%，其中園地面積為4344.39 hm?，占全區(qū)總斑塊面積的9.64%，占農業(yè)用地面積的16.80%;耕地資源比較充足，面積為21521.43hm?，占全區(qū)總斑塊面積的47.76%，占農業(yè)用地斑塊面積的83.20%。

（2）從空間上的整體分布來分析各景觀類型，東昌府區(qū)建設用地平均斑塊密度為12.80個 /hm?，為各景觀類型最大;平均斑塊面積為1.80 hm?，比較小。可見，東昌府區(qū)有大量的建設用地，但面積并不大，零散分布，不集中。耕地斑塊類型的分布與之相反，斑塊數目多且面積大，成片廣泛分布在各個區(qū)域。

（3）從景觀水平上分析東昌府區(qū)景觀的多樣性和差異性，景觀多樣性指標為1.30，表明東昌府區(qū)各景觀類型分配合理，多樣性較高;景觀均勻度為0.67，優(yōu)勢度為0.65，可見各景觀類型分布較均勻，沒有一種景觀占絕對優(yōu)勢。

（4）從聚散性的角度來分析，東昌府區(qū)景觀類型分散程度較小，整體上屬于散布分布。

（5）國內外對景觀格局的研究還在不斷發(fā)展，對斑塊數目的變化和空間分布特征的動態(tài)演變研究還不夠完善，未來還需進一步深入分析研究。

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作者簡介：孫克（1996—），男，漢族，山東濟南市人，碩士研究生，單位：成都理工大學地球科學學院地圖學與地理信息系統(tǒng)專業(yè)，研究方向：“3S”技術與數字國土。