GIS技術支持下的農村土地利用景觀格局分析
——以湖北省麻城市為例

汪雅男

(廣州市城市規劃勘測設計研究院,廣東廣州 510060)

GIS技術支持下的農村土地利用景觀格局分析
——以湖北省麻城市為例

汪雅男?

(廣州市城市規劃勘測設計研究院,廣東廣州 510060)

利用景觀格局分析軟件Fragstats,對麻城市各種景觀類型進行相關分析。研究結果表明,麻城市景觀格局以林地和耕地為主,對研究區整體景觀產生深刻影響。水域及水利設施用地最為破碎。城鎮中心城區范圍小,農村居民點分布廣泛且分散。園地、草地及其他土地破碎度較高。交通運輸用地布局差異較大。總體景觀多樣性程度處于中等水平,區域內各類景觀發育程度較好,整體破碎化程度較低,景觀基質為林地。綜合景觀彈性度指數,麻城市景觀格局穩定性處于較高水平。

土地利用;景觀格局;景觀指數;麻城市

1 引 言

景觀生態學是研究景觀空間結構和形態特征對生物活動以及人類活動影響的科學[1]。景觀格局是指不同形狀和大小的鑲嵌體在空間上的不同排列方式的外在表現。生物因素、非生物因素和人為因素的長期作用下會產生不同的景觀異質性。景觀生態規劃過程中需要考慮景觀要素之間的相互作用,將景觀作為研究整體,使人類活動與自然和其他生物之間相互協調。本文以位于中部地區的湖北省麻城市為例,結合景觀生態學原理研究該區域的土地利用現狀,并分別提取麻城市農村用地的景觀格局指數,探討城鄉二元結構下農村土地利用格局的空間分異性,為未來科學合理的制定土地利用規劃提供理論支持。

2 研究區域概況及研究方法

2.1 研究區概況

麻城市位于湖北省東北部,大別山南麓,鄂、豫、皖三省交界處,處于武漢、鄭州、合肥三角經濟區域中心。經緯度位置:114°40′E～115°28′E,30°52′N～31°36′N。三面環山,地勢自東北向西南傾斜,且南北地勢高低懸殊。土壤類型多種多樣,以地帶性黃棕壤占主導地位。氣候屬北亞熱帶濕潤季風氣候的江淮小氣候區。全市有大小河流1 580多條,以龜山為分水嶺,縱貫南北匯聚成的舉水和巴水,流入長江。麻城市是長江經濟帶與京九經濟帶的交匯點,區位優勢明顯。

2.2 數據來源及研究方法

以湖北省麻城市2010年第二次農村土地調查數據為基礎,將數據轉換成10 m×10 m柵格數據。再運用景觀結構定量分析軟件Fragstats 3.3計算景觀指數,對結果進行分析[2]。

2.3 景觀生態分類

筆者根據研究目的,并結合區域的實際情況,參考中國《土地利用現狀調查技術規程》,將區域內土地劃分為耕地、園地、林地、草地、城鎮村及工礦用地、交通運輸用地城、水域及水利設施用地及其他土地共8個類型[3,4]。景觀分類如圖1所示。

圖1 麻城市土地類型分布圖

3 景觀指數的選擇及分類

采用景觀指數來描述研究區域斑塊或整個景觀的空間格局。對景觀指數的評價不但要考慮單個景觀指數的描述能力和適應性,還要將其置于整個景觀指數體系中進行綜合研究。當前所能采用的各種景觀格局指數有近百個,不同指數直接存在很大冗余,甚至相互矛盾[6～8]。因此,必須依據簡單性、代表性和統一性的原則,在全面了解所選指標生態意義的前提下[2],根據研究區域特點,選取反映景觀格局特征的代表性指數來定量描述麻城市土地利用景觀格局特征。景觀格局指數公式及說明如表1所示。

表1 景觀指數公式及其意義

4 結果與分析

4.1 景觀斑塊面積特征分析

表2 景觀斑塊面積特征指數表

由表2可知,林地和耕地在各類景觀類型中面積最大,同時平均斑塊面積最大,說明林地和耕地在整個區域占有絕對優勢地位,其景觀豐度高于其他景觀。交通運輸用地、草地以及其他土地的平均斑塊面積值較小;最小的是水域及水利設施用地,反映出不同景觀類型的面積存在較大的差異,這與人類活動有密切的關系。由于本區為中部丘陵地區的農耕地帶,林地和耕地在該地區分布廣泛,且人類干預改造程度較強。本區的村莊分布較為分散、破碎,因此城鎮村及工礦用地表現出較低的平均斑塊面積。本區基本沒有人工牧草地,主要是較難開發利用的荒草地,分布比較分散且范圍不大,景觀破碎程度較高,因此斑塊平均面積較小。

4.2 景觀斑塊形狀分析

表3 景觀形狀特征指數表

斑塊形狀指數是反映景觀形狀復雜程度以及受人類活動影響程度的重要判別指標。由表3可知,耕地的斑塊形狀指數最大,這主要是因為耕地斑塊大、面積較廣,其形狀具有較高的復雜性。林地、水域及水利設施用地、城鎮村及工礦用地、園地,斑塊形狀指數均超過150,說明這些景觀內部斑塊的形狀較為復雜,與其他類型的景觀內部斑塊嵌合分布程度較高。受到斑塊數量影響,草地、交通運輸用地以及其他土地的形狀指數相對較小。8類景觀類型的平均斑塊分維數值在1.0564～1.1018之間,相互之間非常接近,說明這8類景觀類型斑塊均具有較小的核心面積(即景觀結構上相對關鍵的部分)與較小的邊界曲折性,受干擾程度較大。

4.3 景觀邊緣與破碎化分析

從表3可以看出,耕地和林地的總邊界長度最大,二類用地所占面積大,分布廣,反映出邊界程度與斑塊面積大小有很大的關系。由于麻城境內河流溝渠縱橫,水庫眾多,因此,各類水域及水利設施用地分布較廣,加之用地類型較多,因此水域及水利設施用地邊界總長度也較大。

從破碎化指數來看,水域及水利設施用地、城鎮村及工礦用地的斑塊數量最多,相應的,其斑塊破碎化程度也最高。說明景觀破碎化程度受人類活動、人為干擾的影響很大。耕地和林地破碎化程度最低,是因為耕地和林地面積廣大,聚集程度高。交通運輸用地由于斑塊數量較少,對景觀的破碎化影響也較小,因此破碎化程度較低。

4.4 景觀異質性分析

景觀異質性特征可由蔓延度指數、香農多樣性指數、香農均勻度、聚集度指數幾大指標來判別和分析,從中能反映出景觀斑塊內部的空間分布狀況,從而在整體上反映景觀的空間結構特征。計算結果如表4所示:

表4 麻城市斑塊景觀異質性特征指數表

麻城市的多樣性指數為1.344,說明該地區景觀多樣性處于中等水平,區域內的景觀類型發育程度較好,景觀類型較豐富。

麻城市景觀類型的均勻度指數為0.646 3,說明景觀類型的均勻程度中等。

由表4可知,麻城市景觀斑塊聚集度較高,為93.536 2,這是因為研究范圍內的耕地和林地占據絕對的優勢,分布廣泛,其中,東部山區和西北部丘陵地區分布有大片的有林地,耕地集中分布在麻中南平原區,這兩種地類分布面積大,范圍廣,斑塊之間高度連接,聚合程度高,因此對整個區域的聚集度產生重要影響,反映出的聚集度值很高。

由表4可知,麻城市景觀斑塊蔓延度較高,為60.086 8,由分析可知麻城市占有絕對的優勢的景觀類型是耕地和林地,同時這兩類景觀多呈連片分布態勢,連通度極高,延展性趨勢明顯。相比之下,其他景觀類型斑塊分布零散,破碎,連通度較差,團聚程度低。

4.5 景觀穩定性分析

景觀穩定性主要從生態系統的健康程度方面考慮,引入景觀彈性度指數(R)進行分析,R值越高,說明生態系統受到壓力脅迫后,保持系統結構和功能的能力越大,系統健康程度越高。為方便分析,對研究區域景觀類型進行重分類,將林地和草地歸為一類,水域單獨為一類,城鎮村及工礦用地、水利設施用地以及交通運輸用地合并為一類。

景觀彈性度指數計算公式:

R為景觀彈性度指數,w為第i種土地類型的景觀彈性度分值,s為第i種土地類型面積占總面積的比例。根據不同景觀特點,采取專家咨詢方式對不同土地利用景觀彈性度分值進行界定,對麻城市土地景觀彈性度進行分析,并賦予分值,如表5所示:

表5 不同景觀類型彈性度分值及意義

借鑒相關研究[9],景觀彈性度分級標準為:R＜20,景觀處于弱穩定狀態;20＜R＜40,景觀不穩定;40＜R＜60,景觀中等穩定;60＜R＜80,景觀較穩定;R＞80,景觀很穩定。經計算,麻城市景觀彈性度指數值為61.837,表明麻城市土地利用景觀格局穩定性處于較高水平。由于林草地和水域對于維持生態系統和景觀穩定起具有積極作用,建設用地和工礦用地對維持景觀穩定具有負面作用,而對整體景觀影響較大的耕地和園地,對維持景觀穩定具有邊緣效應,如若利用不合理,則容易引起土地退化從而降低區域的景觀穩定性。因此,要保持和提高麻城市的景觀穩定性,必須對建設用地、工礦用地、園地和耕地進行科學規劃、管理。

5 結論與討論

麻城市各景觀類型中林地和耕地面積最大,分布廣泛,占據絕對優勢,是該研究區域的景觀生態主體,對研究區域產生深刻影響,使麻城市整體景觀表現出較高的蔓延度、聚集度。

城鎮建設用地的面積和所占比例均處在中等水平。土地利用中,交通運輸用地和草地面積最小,兩者僅占到總比例的3.13%。交通運輸用地和水域及水利設施用地布局差異較大。水域及水利設施用地的斑塊數量、斑塊密度,破碎化指數均列其他景觀之首;其次是城鎮村及工礦用地,原因是受丘陵地形影響,農村居民點分布廣泛且零散,加之城市化水平不高,中心城鎮的范圍較小;園地、草地、其他用地的斑塊小而零散,破碎度較高;耕地和林地面積廣大且多呈集中連片分布,景觀破碎程度較低。綜合景觀彈性度指數,麻城市土地利用景觀格局穩定性處于較高水平。

針對麻城市景觀現狀,在今后的土地利用和土地總體規劃中應注意:對農用地和建設用地進行科學規劃、管理。要充分利用和加強農用地的生態服務功能,使生態保護和耕地保障緊密聯系起來,協調發展,尋找生態環境保護與社會經濟發展的共贏模式。提高農村居民點的聚居程度和集約利用水平,改變分散式的分布現狀,保持和提高麻城市的景觀穩定性。

[1] 謝正峰.土地利用空間結構的研究綜述.安徽農業科學, 2010,38(31):17704～17707.

[2] 鄒艷紅,劉玲玲,姚封.農村土地調查數據庫的建立和土地利用分析——以懷仁縣第二次農村土地調查為例[J].城市勘測,2010(2):13～18.

[3] 吳靜,奚硯濤.GIS支持下的交通沿線土地利用狀況分析[J].城市勘測,2011(4):23～25.

[4] 方碧云.城鎮土地利用現狀調查與建庫的探討[J].城市勘測,2013(3):66～69.

[5] 肖篤寧,李秀珍,高俊等.景觀生態學[M].北京:科學出版社,2003.

[6] 彭健,王仰麟,張源等.土地利用分類對景觀格局指數的影響[J].地理學報,2006,61(2):157～168.

[7] 何興元.應用生態學[M].北京:科學出版社,2004.

[8] 布仁倉,胡遠滿,常禹等.景觀指數之間的相關分析[J].生態學報,2005,25(10):2764～2775.

[9] 趙雪雁.甘肅省生態承載力評價[J].干旱區研究,2006, 23(3):506～512.

Analysis on Landscape Patterns of Rural Land——Taking Macheng City of Hubei Province as an example

Wang Yanan
(Guangzhou Urban Planning&Design Survey Research Institute,Guangzhou 510060,China)

Using the software FRAGSTATS to analyze the overall landscape patterns and landscape stability of Macheng city.The thesis concludes that the landscape patterns of Macheng city consist mostly of forest land and arable land.They have profound impact on the whole landscape of the area.The patches of water area and water facilities are the most broken.In the city and mining area,the urban patch has a limited size and rural residential patches are scattered widely.Patches of field,grassland have a high level of brokenness.Landscape patterns for transportation are diverse.Macheng city has a medium level of landscape diversity but boasts its landscape types and a low level of brokenness on the whole.Moreover,Macheng city has a favorable stability of landscape patterns,considering its landscape elasticity index.

land use;landscape pattern;landscape index;Macheng City

2013—11—22

汪雅男(1987—),女,助理工程師,主要從事地圖制圖與空間數據庫工作。

廣州市規劃局智能城市規劃管理與應用示范平臺項目(2013Y2-00031)