多梯度下雞西市景觀格局現(xiàn)狀及分異特征

葉欣 董倫 呂利娜 李方舟

摘要 采用景觀格局指數(shù)分析及緩沖區(qū)梯度帶分析2種方式相結(jié)合的方法，研究雞西市景觀格局空間分布和梯度變化特征。結(jié)果表明，研究區(qū)以建設(shè)用地和耕地景觀為主，從主城區(qū)向外，其景觀面積比例和最大斑塊指數(shù)沿著緩沖區(qū)梯度帶呈下降趨勢(shì);緩沖區(qū)內(nèi)的城市地表覆被變化較為強(qiáng)烈，呈現(xiàn)斑塊形狀多樣、復(fù)雜、破碎的分布格局。

關(guān)鍵詞 景觀格局;梯度分析;分異特征;緩沖區(qū);雞西市

中圖分類號(hào) TU-984? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）22-0097-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.22.022

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Current Situation and Differentiation Characteristics of Landscape Pattern in Jixi City under Multi-gradient

YE Xin，DONG Lun，L Li-na et al （College of Mining Engineering，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin，Heilongjiang 150027）

Abstract The spatial distribution and gradient change characteristics of urban landscape pattern in Jixi City was studied by combining landscape pattern index analysis and buffer zone gradient analysis.The results showed that the study area was dominated by construction land and cultivated land landscape.From the main urban area to the outside along the buffer zone gradient zone，the proportion of landscape area and the maximum patch index showed a downward trend.The buffer zone was the area with the most intense change of urban surface cover，showing the distribution pattern of patch shape diversity，complexity and fragmentation.

Key words Landscape pattern;Gradient analysis;Differentiation characteristics;Buffer;Jixi City

城市化作為一種復(fù)雜的社會(huì)活動(dòng)過程，被普遍認(rèn)為是改變地表覆被、造成生物多樣性降低、影響城市生態(tài)環(huán)境和景觀格局空間分布差異的重要原因[1]。城市擴(kuò)展造成大量的自然覆被向人工覆被迅速轉(zhuǎn)化[2]，嚴(yán)重威脅到城市生態(tài)安全和城市人居環(huán)境[3]。因此，對(duì)城市區(qū)域景觀格局的研究成為城市景觀生態(tài)學(xué)和城市規(guī)劃研究的熱點(diǎn)問題。

景觀格局是由空間上大小和形狀各不相同的景觀鑲嵌體排列而成，它既可以表現(xiàn)土地利用的動(dòng)態(tài)演變形式，同時(shí)也是自然、社會(huì)和生物相互之間作用而形成的結(jié)果[4-6]。城市區(qū)域景觀格局的研究是深入分析土地利用變化的基礎(chǔ)[7]，對(duì)揭示城市化進(jìn)程的變化特征具有重要作用[8-11]。

雞西市作為礦業(yè)特色鮮明的資源型城市，礦產(chǎn)資源豐富，但因長期進(jìn)行煤炭開采，形成大面積的采煤沉陷區(qū)，給雞西市土地利用帶來了一定困難。同時(shí)，雞西市農(nóng)耕業(yè)較為發(fā)達(dá)，耕地與建筑交錯(cuò)復(fù)雜的現(xiàn)象較為明顯，筆者將通過緩沖區(qū)劃分梯度的方式，以景觀格局指數(shù)為依據(jù)，分析雞西市多梯度下的景觀格局現(xiàn)狀以及差異特征，通過各梯度帶的各項(xiàng)景觀格局指數(shù)的對(duì)比來達(dá)到預(yù)期目的，以期為研究區(qū)土地資源的保護(hù)與合理開發(fā)及城市可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

雞西市位于中國黑龍江省東南部，共轄9個(gè)縣級(jí)行政區(qū)，土地面積2.25萬km 屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，地形以山地、丘陵、平原為主。截至2018年，雞西市地區(qū)生產(chǎn)總值為535.2億元，人口172.7萬人。該地區(qū)資源十分豐富，已探明煤炭儲(chǔ)量達(dá)到30億t，保有儲(chǔ)量20億t，境內(nèi)還有豐富的煤層氣資源，總儲(chǔ)量為636.7億m2。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理 該研究的數(shù)據(jù)源為2015年雞西市Landsat遙感影像數(shù)據(jù)。借助ENVI 5.3和ArcGIS 10.2軟件，對(duì)所選擇的原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正、圖像鑲嵌，融合，裁剪，研究范圍提取，圖像增強(qiáng)等預(yù)處理，根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017），采用監(jiān)督分類和目視解譯方法，將雞西市地表覆被劃分為建設(shè)用地、林地、水域、草地、耕地和未利用地6種景觀類型，并建立相應(yīng)的標(biāo)識(shí)字段。景觀格局指數(shù)通過Fragstats 4.2軟件進(jìn)行計(jì)算。

1.3 研究方法

1.3.1 樣帶布設(shè)。

由于雞西市城鄉(xiāng)結(jié)合現(xiàn)象較為明顯，為探究在“城市-鄉(xiāng)村”復(fù)合影響下，雞西市景觀格局沿梯度變化的過程，采用緩沖區(qū)分析方法，以雞西市主城區(qū)為中心，向外圍設(shè)置5 km步長的緩沖區(qū)，并依次向外設(shè)立共5個(gè)緩沖區(qū)，從內(nèi)向外分別為第1緩沖區(qū)、第2緩沖區(qū)……第5緩沖區(qū)（圖1）。對(duì)于每個(gè)緩沖帶，計(jì)算景觀格局指數(shù)，通過對(duì)主要景觀格局指數(shù)的分析，從景觀尺度和類型尺度上，尋求雞西市景觀格局現(xiàn)狀及分異特征。

緩沖區(qū)選擇的中心是雞西市城市發(fā)展較為發(fā)達(dá)的主城區(qū)區(qū)域，沿著緩沖梯度帶向外，可以呈現(xiàn)出由城市到鄉(xiāng)村的變化過程。城市的發(fā)展是將鄉(xiāng)村化建設(shè)進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)楦诔鞘邪l(fā)展的高等級(jí)建設(shè)，緩沖區(qū)域內(nèi)城鄉(xiāng)結(jié)合情況較為明顯，建設(shè)和耕地交錯(cuò)復(fù)雜，有利于景觀格局的研究。

1.3.2 景觀格局指數(shù)。

景觀格局指數(shù)是高度濃縮的景觀格局和景觀動(dòng)態(tài)信息，被廣泛用于了解景觀格局的組成成分、空間配置和動(dòng)態(tài)變化過程[12]。為了更好地反映景觀格局與過程之間的聯(lián)系，需建立合理的景觀指標(biāo)體系。因此，綜合前人研究成果[13-15]，該研究在類型水平上選擇景觀面積指數(shù)（CA）、景觀面積比例（PLAND）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數(shù)（LPI）;在景觀水平上選擇斑塊密度（PD）、面積-周長分維數(shù)（PAFRAC）。基于景觀生態(tài)學(xué)原理，采用FRAGSTATS 4.2軟件計(jì)算各景觀指數(shù)，并分析雞西市景觀格局現(xiàn)狀。

2 結(jié)果與分析

2.1 雞西市景觀格局總體特征分析 從表1可以看出，

雞西市各景觀類型中建設(shè)用地所占比例最高，達(dá)33.95%，其次是耕地（31.97%），2種類型景觀用地占比基本持平;未利用地占比最低，僅為1.63%。研究區(qū)以建設(shè)用地和耕地景觀占主導(dǎo)地位，其中林地的斑塊密度（PD）較高，說明其景觀分布較為分散，景觀破碎度較高，且林地覆蓋范圍較廣，與綠化程度呈正相關(guān)。建設(shè)用地和耕地的最大斑塊指數(shù)（LPI）較高，分別達(dá)28.51和9.4 說明這2類景觀為研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)分布景觀且在雞西市的占地面積較大。

綜合來看，雞西市以大面積集中連片的建設(shè)用地景觀和耕地景觀為主，其他景觀較為分散，若想對(duì)雞西市進(jìn)行有益的規(guī)劃，需要引導(dǎo)人類活動(dòng)方向，對(duì)建設(shè)和耕地景觀進(jìn)行調(diào)整，并加大其他景觀優(yōu)勢(shì)。

2.2 雞西市景觀梯度變化分析

2.2.1 類型水平上的景觀格局梯度分析。從景觀面積指數(shù)（圖2a）來看，建設(shè)用地在中心區(qū)所占的面積最大，達(dá)10.08 km 其次為耕地景觀，隨著由中心梯度帶向外圍梯度帶的推進(jìn)，耕地所占面積逐步上升，建設(shè)用地所占面積逐步下降，在第5緩沖區(qū)（20 km）以后耕地所占面積超過了建設(shè)用地。與此同時(shí)，草地所占面積隨著距中心城區(qū)距離的增加而不斷增大。而林地和水域的景觀面積變化不明顯。未利用地直到第5緩沖區(qū)才出現(xiàn)，可見中心城區(qū)的土地利用率較為合理。

從景觀面積比例（圖2b）來看，第1緩沖區(qū)以建設(shè)用地和耕地占主導(dǎo)地位且具有較大的景觀優(yōu)勢(shì)，而密度卻不是最高，說明這2類景觀的景觀異質(zhì)性較低。在第2至第5緩沖區(qū)，建設(shè)用地和耕地的景觀面積比例仍然是每個(gè)區(qū)占比較大的景觀，但隨著第1緩沖區(qū)向外圍緩沖區(qū)推進(jìn)，這2類景觀在各個(gè)區(qū)域所占的面積比例有所下降，各緩沖區(qū)其他景觀面積比例有顯著提高，同時(shí)建設(shè)用地和耕地的景觀密度也在不斷提高。這種變化說明隨著距中心城區(qū)的距離越遠(yuǎn)，景觀的異質(zhì)性越來越高，多樣性和復(fù)雜性也不斷升高。

從斑塊密度（圖2c）來看，林地斑塊密度在第3緩沖區(qū)達(dá)到最高，為81個(gè)/km 并隨著緩沖區(qū)向外逐漸降低，草地斑塊密度在第2緩沖區(qū)達(dá)到最高，綜合說明雞西市綠化建設(shè)多處于遠(yuǎn)離城中心的區(qū)域，林地和草地兩類景觀越向外圍緩沖區(qū)越趨近于自然狀態(tài)，不再因城市發(fā)展和人類活動(dòng)造成過大的影響。但相對(duì)來說景觀異質(zhì)性較低，缺乏多樣性。水域和未利用地在5個(gè)緩沖區(qū)的表現(xiàn)都不突出，但是第3緩沖區(qū)內(nèi)水域景觀的景觀密度與在其他4個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)表現(xiàn)不同，第3緩沖區(qū)水域景觀密度較高，達(dá)到與建設(shè)用地景觀相似的水平，但同時(shí)水域的最大斑塊指數(shù)很低，說明該區(qū)域水域景觀未能發(fā)揮出應(yīng)有的作用，有一定的景觀優(yōu)勢(shì)卻未能提供足夠的貢獻(xiàn)率，需加以改造合理利用。

從最大斑塊指數(shù)（圖2d）來看，建設(shè)用地最大斑塊指數(shù)（LPI）在第1緩沖區(qū)最大，并且是所有類型中LPI最大的景觀，沿著緩沖區(qū)梯度增加逐漸減小。而耕地景觀的LPI與其相反，在第1緩沖區(qū)最低，沿緩沖區(qū)梯度增加逐漸增加。說明主城區(qū)由于城市開發(fā)強(qiáng)度的增大而逐漸形成了大型建設(shè)用地斑塊成團(tuán)分布的格局，且建設(shè)用地分布較為集中，沿主城區(qū)向外，城市開發(fā)強(qiáng)度逐漸減弱，耕地景觀占主導(dǎo)地位，建設(shè)用地景觀逐漸成破碎化分布。

2.2.2 景觀水平上的景觀格局梯度分析。

從圖3可以看出，雞西市的總體景觀斑塊密度首先沿著緩沖梯度帶呈上升趨勢(shì)，到第4緩沖區(qū)達(dá)到最大值，然后開始呈下降趨勢(shì)。說明在第4緩沖區(qū)梯度上，雞西市總體景觀異質(zhì)性較高，景觀較為豐富。結(jié)合第5緩沖區(qū)和雞西市整體情況來看，隨著城市化干擾強(qiáng)度降低，景觀斑塊破碎化程度也降低。

從圖4可以看出，沿著緩沖區(qū)梯度向外，面積-周長分維數(shù)（PAFRAC）整體呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢(shì)，說明在主城區(qū)中心形狀比較規(guī)則，隨著直到鄉(xiāng)村邊緣地區(qū)，城市擴(kuò)張對(duì)自然斑塊的形狀結(jié)構(gòu)沖擊力減弱。受自然影響程度變大，其形狀結(jié)構(gòu)也趨于自然且不規(guī)則。

3 結(jié)論

該研究以建立緩沖區(qū)梯度帶的方式，探究多梯度下雞西市景觀格局現(xiàn)狀及分異特征，結(jié)果表明，雞西市整體景觀格局呈現(xiàn)多樣化、復(fù)雜化、破碎化的特征。近年來隨著雞西市城市化發(fā)展，將大量林地、草地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，致使草地、林地等生態(tài)景觀萎縮，導(dǎo)致整體景觀呈現(xiàn)更加多樣、更加復(fù)雜的趨勢(shì)。因此，雞西市要朝著更有利于人類活動(dòng)的方向發(fā)展，未來應(yīng)合理利用林地、草地、水域和未利用地，并在保證生態(tài)多樣性和穩(wěn)定性的前提下進(jìn)行景觀格局的優(yōu)化。

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