基于GIS的鄂爾多斯礦景觀格局變化分析

呂禹+徐華禮

摘 要：本文基于AcrGIS軟件對鄂爾多斯礦區開采階段和復墾后土地利用類型圖進行同柵格粒度大小處理，并使用Fragstats3.3軟件得出所需景觀格局指數數值。基于上述數值繪制了鄂爾多斯礦2個階段景觀指數的粒度效應曲線，并得出了適用于該礦區景觀指數計算的合理粒度范圍為10-15m。結果表明，經過復墾期間的建設，研究區景觀格局由單一性的裸地向著景觀類型復雜化的方向發展，景觀異質性程度和斑塊破碎化程度均加強。

關鍵詞：景觀格局指數；鄂爾多斯礦；粒度效應；AcrGIS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.209

1 引言

景觀是指土地及土地上的空間和物質所構成的自然綜合體，同時人類活動對其也產生了深刻的影響。景觀的形成與發展是自然基礎的發育，同時人類利用、改造自然環境對景觀的發育也產生了深刻的影響。土地利用變化對全球景觀生態環境變化產生了深遠的影響，土地利用變化作為其驅動因子之一，它直接影響區域景觀生態系統，同時在區域景觀格局變化中起到重要的作用[1]，近幾年，景觀生態系統研究及區域景觀格局變化研究日益成為了全球景觀變化區域的熱點。景觀格局通常是指大小、形狀各不相同的景觀在景觀空間上的排列與組合[2]。本文基于GIS和Fragstats3.3軟件對鄂爾多斯礦景觀格局進行定量分析，提取各階段的景觀格局指數，分析鄂爾多斯礦2個階段的景觀格局指數的粒度效應。對鄂爾多斯礦景觀格局指數的分析有利于礦區生態系統管理和景觀的可持續發展，以期達到礦區景觀格局優化的目的[3]。

2 研究區概況

鄂爾多斯金屬鐵礦行政區地址位于內蒙古自治區包頭市鄂爾多斯露天金屬礦區內，礦區范圍地理坐標從東經109°57′20″至109°59′30″，北緯從41°47′52″至41°48′09″。礦區范圍內交通四通八達，內部公路和鐵路相通，公路長達150公里，鐵路長達137公里，礦區中部東距西北某露天金屬火車站僅5公里，區內地勢平坦，交通方便。礦區海拔高度1450m-1800m，礦區丘陵地形為主導地形，地勢走向由東向西。項目區坐落于內蒙古高原南部地區，氣候特征為大陸性氣候。礦區內低溫、少雨、干旱、多風，溫差變化大，年平均降水量248.5mm，年蒸發量2100-2700mm，降雨量遠小于蒸發量。研究區內地質條件復雜，主要發育有斷裂和褶皺構造。

3 研究方法

根據礦區開采階段和復墾后的土地現狀利用圖，利用ArcGIS軟件對上述土地利用圖進行柵格處理。自5-100m，每隔10m設置一個柵格粒度5*5，15*15，…，100*100等柵格粒度大小。通過AcrGIS面轉柵格功能獲取出相應的柵格圖，并導出不同粒度下的柵格數據，并將其導入Fragstats3.3軟件，在Frastats3.3軟件中計算出所需要的景觀格局指數：斑塊數量（NP），斑塊類型面積（CA）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數（LSI）、最大斑塊所占景觀面積比例（LPI）、香農多樣性指數（SHDI）、香農均勻度指數（SHEI）[4]。本文所選景觀指數如表1。

4 結果分析

基于上述不同柵格粒度下各景觀格局指數，繪制開采和復墾后2個階段景觀指數粒度效應曲線，如圖1所示。

4.1 同一階段不同景觀指數粒度效應分析

由圖1可知，在選取的景觀格局指數中，除香農多樣性指數外，粒度大小變化對其余六種景觀指數均產生較明顯的影響。總體來說，7種景觀指數隨粒度增加呈現三類變化趨勢，如表2。

第一類是景觀指數隨著粒度的增加，整體呈水平方向，如Shannon多樣性指數。第二類與第三類的景觀指數粒度效應曲線的共同點都是隨著粒度尺寸的增大而呈現遞減趨勢，不同點是有無明顯尺度轉折點。造成這種現象的原因是：一方面，當粒度增加，由于一些小斑塊面積過小，在尺度轉換中直接消失，從而減少了斑塊數量和面積加權分形維數，降低了斑塊形狀復雜程度；另一方面，小斑塊在尺度轉化中被大斑塊“吞噬”形成大的斑塊，使得斑塊形狀復雜性降低，斑塊類型朝著單一化方向發展，斑塊間的連接度變大，蔓延度上升。

4.2 適宜粒度的確定與同一粒度下的景觀格局指數分析

景觀指數粒度效應指的是景觀指數隨柵格粒度大小變化而變化，導致景觀空間格局隨之變化。第一尺度域是指景觀指數值第一次發生突變的區間[5]，它是確定粒度大小和景觀格局分析的適宜范圍。在第一尺度域中，選擇了中等以上的粒度，既能反映尺度特征信息，又能減少計算工作量。根據表2且考慮到各階段景觀指數的適宜粒度范圍，綜合分析取研究區景觀指數計算的合理粒度范圍為10-15m。

在相同的粒度情況下，除最大斑塊所占景觀面積比例，其余的景觀指數都是復墾后的數值明顯高于開采階段。這類景觀指數的數值大小與景觀斑塊的類型、數量呈正相關關系，即景觀指數數值越大，景觀斑塊就越豐富。原因在于礦區開采活動破壞了礦區景觀類型，使得礦區景觀類型朝著單一性方向發展，景觀破碎度降低也即景觀異質性水平降低。復墾后礦區景觀類型和數量增加，景觀形態重新趨于復雜化。

4.3 鄂爾多斯礦區代表性景觀指數分析

本文通過綜合考慮作出了從7個指數中選取3個具有代表性景觀指數的取舍，這3個景觀指數分別為香農多樣性指數、景觀形狀指數和斑塊數量。香農多樣性指數反映景觀多樣性指標，且香農多樣性指數所反映的內容包含了香農均勻度指數所要表達的信息，故保留香農多樣性指數。景觀形狀指數是通過計算形狀與相同面積的圓或正方形之間的偏離程度來測算其復雜程度，它能夠直接反映景觀形狀復雜程度[6]。斑塊數量反映景觀破碎度指標，其為景觀斑塊數量與景觀總面積的比值，由此可見斑塊數量能夠直接反映景觀破碎度的情況，斑塊數量越大，景觀破碎度越高，景觀格局越復雜。

5 結論

（1）通過研究得出鄂爾多斯礦區景觀指數計算的適宜粒度范圍為10-15m。

（2）經過復墾期間的建設，研究區景觀格局由單一性的裸地向著景觀類型復雜化的方向發展，景觀異質性程度和斑塊破碎化程度均加強。

（3）研究期間，礦區景觀格局發生變化，除了受自然和政策因素等影響外，人類活動對景觀格局變化起了主要影響，相關部門應采取合理措施使礦區景觀格局發展趨于合理化。

參考文獻：

[1]田維淵，曾世斌，楊武年等.基于RS與GIS的雅安市土地利用景觀格局變化分析研究[J].測繪與空間地理信息，2011，34（02）：95-100.

[2]侯飛，胡召玲.基于GIS的徐州市區景觀格局變化分析[J].地域研究與開發，2012，31（01）：156-160.

[3]宋國利，李元寶，付春雷等.基于RS與GIS的樂清灣濕地景觀格局變化分析[J].2010，38（12）：80-83..

[4]郭亞東，王浩.基于GIS的湖南農業大學土地利用景觀格局變化分析[J].測繪與空間地理信息，2014，37（10）：82-87.

[5]楊麗，甄霖，謝高地等.涇河流域景觀指數的粒度效應分析[J].資源科學，2007，29（02）：183-187.

[6]劉燦然，陳靈芝.北京地區植被景觀中斑塊形狀的指數分析[J]. 生態學報，2000（04）.

作者簡介：呂禹（1992-），安徽合肥人，在讀碩士研究生，地質專業。endprint