婁煩縣LUCC景觀格局分析

韓錦濤，李素清，常 冬

(1.山西體育職業學院，山西太原 030006;2.山西大學黃土高原研究所，山西太原 030006;3.膠州市國土資源局，山東膠州 266300)

婁煩縣LUCC景觀格局分析

韓錦濤1，李素清2，常 冬3

(1.山西體育職業學院，山西太原 030006;2.山西大學黃土高原研究所，山西太原 030006;3.膠州市國土資源局，山東膠州 266300)

LUCC;多樣性;優勢度;破碎度;分離度;婁煩縣

為促進區域土地利用向合理化、科學化的方向發展，利用1996、2004年婁煩縣數字化土地利用現狀圖，應用生態學景觀指數分析法，從景觀多樣性、優勢度、分離度、破碎度等方面分析了婁煩縣的土地利用變化情況。結果表明，地類景觀間的多樣性指數減小、優勢度指數增加，呈幾種地類占優勢的格局;分離度、破碎度指數的增加導致優勢地類景觀斑塊分散、延伸程度減小，各景觀類型分散性增強，景觀的空間分布間隔加大，生態系統自我調節和恢復能力減弱，不穩定性增強。

土地是人類與環境進行物質、能量和信息交互的橋梁和紐帶。人類為自身發展所引起的土地利用/土地覆被變化(LUCC，Land Use and Cover Change)是全球環境變化的重要組成部分，能夠反映全球生態環境綜合狀況和一定程度上的優劣程度［1－2］。從地方和區域尺度上典型化、小尺度的LUCC研究，能為大尺度的綜合研究提供豐富的地方和區域信息，是研究全球環境變化的有效途徑之一［3］。

太原市婁煩縣位于黃河一級支流汾河流域。近年來，為了滿足區域經濟發展的需求，不合理的土地利用方式導致生態環境惡化，影響了生態環境的可持續發展。本研究選用GIS技術與生態學景觀指數法相結合的方法，探究婁煩縣生態惡化的原因，促進生態環境向和諧化方向發展，并為大尺度的LUCC研究提供小尺度的資料。

1 研究區概況

婁煩縣位于太原西北山區，介于 111.31°—112.01°E、37.51°—38.13°N 之間，東鄰古交縣，南鄰交城縣，西接方山縣，北與嵐縣相連，東北與靜樂縣接壤，屬溫帶大陸性季風氣候區，年均氣溫7.1～8.1℃，年均降水量428～450 mm，水資源和礦產資源豐富，是太原市重要的礦產基地和水源區。

2 研究方法

利用研究區1996、2004年1∶5萬土地利用現狀圖，在MapGIS、Arcview 3.2支持下獲取土地利用類型變化的空間屬性數據，使用Excel 2003和SPSS 11.0軟件對數據進行統計分析。

選用生態學景觀指數分析方法中的景觀多樣性、優勢度、破碎度和分離度指數4個典型指標。它們濃縮了景觀格局信息，是反映景觀結構組成和空間配置特征的定量指標，可以直觀地揭示各景觀類型的變化特征和變化機制［4］。

(1)Shannon－Weiner景觀多樣性指數(H)，計算公式為

式中:m為土地景觀類型總數;pi為第i種土地景觀類型占景觀總面積的比例。

(2)景觀優勢度指數(D)，計算公式為

式中:Hmax為最大多樣性指數，Hmax=lnm;wi為第i種土地景觀類型的面積;其余符號意義同上。

(3)景觀破碎度指數(FN)，計算公式為

式中:FN為景觀破碎度指數，FN∈［0，1］，其中0表示無景觀破碎化現象，1表示景觀被完全破壞;n為某土地景觀類型的斑塊數;Nc為某土地景觀類型中最小斑塊面積占景觀總面積的比例;MPS為某土地景觀類型的平均面積與其最小斑塊面積的比值。

(4)景觀分離度指數(V)，計算公式為

式中:Di為第i種土地景觀類型的距離指數;Si為第i種土地景觀類型的面積指數;ni為第i種土地景觀類型的斑塊數;Ai為第i種土地景觀類型的總面積;A為景觀總面積。

3 結果與分析

3.1 多樣性和優勢度分析

多樣性指數是指景觀類型或生態系統在結構、功能以及隨時間變化方面的多樣性，它反映了景觀類型的豐富度和復雜度:當景觀由同一類型構成時，景觀類型是均質的，多樣性指數最小;當景觀由2個以上的類型構成且所占比例相等時，景觀多樣性指數最大。優勢度指數是指區域內一種或幾種景觀類型占優勢的程度，其含義與多樣性相反:優勢度指數小時，表示景觀是由多個比例大致相等的景觀類型組合而成;優勢度指數大時，表示景觀只受一個或少數幾個景觀類型所支配［5－6］。

利用MapGIS、Arcview 3.2采集各地類變化的空間屬性數據，利用式(1)、(2)計算1996、2004年研究區景觀多樣性指數和優勢度指數，其結果見表1。由表1知，景觀多樣性指數總值呈遞減趨勢，從1996年的1.405 0減少到2004年的1.391 4，說明研究區地類景觀的異質性在減少，呈單一化發展的趨勢，景觀格局的演變受單一地類控制程度增加;優勢度指數呈遞增趨勢，從1996年的12.216 3增加到2004年的12.265 9，說明地類景觀所占比例的差異增大，一種或少數幾種景觀的優勢地位在擴大。多樣性方面，研究區耕地、林地、草地、交通用地和水域的多樣性指數減少，居民工礦和未利用地的多樣性指數增加;優勢度方面，耕地、草地、居民工礦、交通用地、水域優勢度指數增加，林地、未利用地優勢度指數減少。上述分析表明對生態環境起主要調節作用的地類景觀類型——林地在減少，占主導地位的地類景觀類型為居民工礦和交通用地。據實地考察，大量“空心村”的出現和鐵礦資源開發的運輸需求，導致居民用地和交通用地增加，這些大面積非綠地景觀地類的增加使得研究區生態環境調節能力減弱，生態環境惡化。

表1 景觀多樣性和優勢度指數

3.2 景觀空間構型指數分析

衡量景觀空間構型的指標主要有破碎度和分離度。破碎度指數是指景觀被分割的破碎程度，它反映了自然或人為干擾導致的景觀由單一、均質和連續的整體趨向于復雜、異質和不連續的斑塊鑲嵌體的過程，景觀破碎化是生物多樣性喪失的重要原因之一［7］。分離度指數是表示某一景觀類型中不同斑塊在空間上的離散程度，分離度越大，則斑塊越離散，景觀分布越復雜［8］。

利用MapGIS、Arcview 3.2采集空間屬性數據，根據式(3)、(4)計算1996、2004年研究區的景觀破碎度和分離度指數，見表2。由表2知，區域內耕地、林地、草地、居民工礦、交通用地、水域和未利用地的分離度指數從1996年的0.377 3、0.376 7、0.376 4、0.380 9、0.378 8、0.376 9、0.376 7 增加到 2004 年的0.433 9、0.433 7、0.432 3、0.436 7、0.434 8、0.429 2、0.433 6;各景觀類型的破碎度指數也呈增加趨勢。分離度和破碎度指數的增加說明區域土地利用格局在空間結構和距離上趨于分散。地類景觀斑塊數量增加、密度減小、斑塊間廊道增加，說明研究區景觀趨于復雜化、分散化。實地考察結果表明，地類景觀格局的變化受自然條件影響較小，主要是受人類活動的干擾。

為了檢驗研究區1996、2004年景觀空間構型指數中分離度和破碎度之間的相關關系，利用Excel 2003和SPSS 11.0將表2中的分離度和破碎度指數進行回歸分析和相關性檢驗，結果見圖1、2。由圖1、2知，兩者之間存在顯著相關性(P＜0.01)，破碎度指數增加分離度指數也隨之增加，說明地類景觀間能量、物質和信息流通受阻，研究區生態環境趨于惡化。據調查，1996年以來為了發展經濟，研究區大量開采煤炭、鐵礦等礦產資源，采礦、運輸、堆渣等活動和流動人口的增加占用了大量土地，而增加的用地主要來自于林地、草地等景觀類型，宏觀上土地利用景觀的類型、形狀、大小、數量和空間組合呈現復雜化，從而影響到生態過程和景觀的邊緣效應。

表2 景觀分離度和破碎度指數

圖1 1996年分離度與破碎度相關關系

圖2 2004年分離度與破碎度相關關系

3.3 景觀格局變化分析

研究區的地類景觀在研究時段內發生較明顯變化。地類景觀間的多樣性指數減小、優勢度指數增加，呈幾種地類占優勢的格局;分離度、破碎度指數的增加導致優勢地類景觀斑塊分散、延伸程度減小，各景觀類型分散性增強，景觀斑塊間的空間分布間隔加大，影響到生態系統的自我調節功能和恢復能力，導致生態環境不穩定性增強［9］。

4 討論

(1)土地景觀格局是自然因素和人類活動共同作用的結果［10］。研究婁煩縣土地利用、覆被格局變化在一定程度上為生態環境變化研究提供了一個豐富的小尺度信息，分析其中存在的問題，能為太原市合理開發土地資源、制定土地利用政策提供參考，以達到土地利用節約化、生態環境和諧化的目的。

(2)調整婁煩縣的土地景觀格局，改變現階段幾種地類景觀占優勢的格局，從空間上構建多層次化、豐富化的土地利用復合形式［11］，增加地類景觀間的異質性，有助于生態系統向穩定性的方向發展。

(3)LUCC是一個復雜的、由多種因素共同作用的結果，如區域經濟因素、土地政策因素、水保政策因素、產業結構調整因素等，因此在分析LUCC時應充分考慮這些因素的影響。

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F301.2

A

1000－0941(2012)10－0047－03

山西科技攻關項目(20110311039－1);山西省自然基金項目(2011011030－2);受山西大學科學科研啟動費資助

韓錦濤(1976—)，男，山西婁煩縣人，助教，碩士，主要從事生態地理方面的研究;通信作者李素清(1963—)，女，山西臨汾市人，副教授，博士，主要從事恢復生態學方面的研究。

2012－01－18

(責任編輯 李楊楊)