基于地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)的景觀格局變化分析

熊良生

摘 ? 要：本文基于2013年?yáng)|莞市第一次全國(guó)地理國(guó)情普查遙感影像和地表覆蓋數(shù)據(jù)，以及1979年、1999年、2003年、2008年建成區(qū)矢量數(shù)據(jù)，從景觀復(fù)雜度、景觀破碎度、景觀穩(wěn)定性、景觀多樣性、景觀均勻度、景觀優(yōu)勢(shì)度六個(gè)角度對(duì)東莞市景觀格局變化特征開(kāi)展監(jiān)測(cè)與分析。結(jié)果表明：（1）1999年后東莞市土地形狀逐漸變得不規(guī)則;（2）1979—2013年間東莞市景觀破碎度變化一定程度上反映了土地利用效率的降低和路網(wǎng)越來(lái)越連通;（3）1979—2013年間東莞市的土地穩(wěn)定性一直較低，反映東莞市在高速的城市擴(kuò)張下總體抗干擾能力較弱;（4）1979—1999年?yáng)|莞市景觀多樣性增大，1999年后景觀均勻度降低;（5）1979—2013年間東莞市有大量耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榉课萁ㄖ▍^(qū)）。

關(guān)鍵詞： 地理國(guó)情普查 ?景觀格局 ?變化分析

中圖分類號(hào)：P208 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（a）-0104-05

景觀格局通常是指景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，具體是指由自然或人為形成的，一系列大小、形狀各異，排列不同的景觀鑲嵌體在景觀空間的排列，它既是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)，同時(shí)又是包括干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過(guò)程在不同尺度上作用的結(jié)果。空間斑塊性是景觀格局最普遍的形式，它表現(xiàn)在不同的尺度上。景觀格局及其變化是自然的和人為的多種因素相互作用所產(chǎn)生的一定區(qū)域生態(tài)環(huán)境體系的綜合反映，景觀斑塊的類型、形狀、大小、數(shù)量和空間組合既是各種干擾因素相互作用的結(jié)果，又影響著該區(qū)域的生態(tài)過(guò)程和邊緣效應(yīng)。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)東南沿海尤其是珠三角地區(qū)逐漸由傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)區(qū)發(fā)展為高速城市化地區(qū)，城市的快速擴(kuò)張和土地的高強(qiáng)度利用導(dǎo)致城市景觀格局發(fā)生巨大變化，而對(duì)這一變化開(kāi)展監(jiān)測(cè)和分析，可以為城市現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、城市規(guī)劃校正、資源環(huán)境治理等提供參考和依據(jù)，具有重要意義。

我國(guó)2013年3月啟動(dòng)了第一次全國(guó)地理國(guó)情普查工作，對(duì)陸地國(guó)土范圍內(nèi)的地表自然和人文地理要素的現(xiàn)狀和空間分布情況進(jìn)行摸底調(diào)查，獲取較高精度的地表覆蓋等數(shù)據(jù)和高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，并通過(guò)與已有測(cè)繪成果和檔案資料進(jìn)行比對(duì)分析，形成了一批地理國(guó)情專題監(jiān)測(cè)成果，在國(guó)土資源、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)救災(zāi)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。本文以廣東省東莞市為例，基于耕地、林地、園地、草地、水域、居民地及設(shè)施、交通等地理國(guó)情普查信息，利用景觀格局分析模型和方法，分析景觀格局的各項(xiàng)指標(biāo)，從而反映區(qū)域全局的景觀特征和不同地表覆蓋類型的結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征。

1 ?研究區(qū)概況

東莞市位于廣東省中南部，珠江口東岸，東江下游的珠江三角洲，東面與惠州市接壤，北接廣州市增城區(qū)，西面與廣州市番禺區(qū)隔海相鄰，南面與深圳市寶安區(qū)相連，是廣州與香港之間水陸交通的要道，同時(shí)是珠江三角洲的重要工業(yè)城市，“廣東四小虎”之一。

1986年，東莞市開(kāi)始撤區(qū)建鎮(zhèn)，設(shè)立莞城、萬(wàn)江、附城和篁村四個(gè)街道辦事處。2000年3月，撤銷附城街道辦事處改立東城街道辦事處;2001年10月，撤銷篁村街道辦事處改為南城街道辦事處。現(xiàn)今，東莞主城區(qū)有街道4個(gè)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)28個(gè)。本次分析選取了1979、1999、2003、2008和2013年 6個(gè)經(jīng)典年份為時(shí)間斷面，以東莞32個(gè)鎮(zhèn)街為研究區(qū)域，以街、鎮(zhèn)作為最小的研究單元，對(duì)其城鎮(zhèn)擴(kuò)張及其與其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素的相關(guān)性進(jìn)行系統(tǒng)分析。

2 ?景觀分析方法

東莞市景觀格局變化分析分為單一景觀分析和全局景觀分析。當(dāng)分析單一的地表覆蓋要素時(shí)，計(jì)算景觀的復(fù)雜度，破碎度和穩(wěn)定性等指標(biāo)。而對(duì)于綜合要素分析，則從景觀的多樣性，穩(wěn)定性，均勻度和優(yōu)勢(shì)度進(jìn)行分析。景觀格局綜合分析的分析指標(biāo)如下圖1所示。

2.1 景觀復(fù)雜度分析

景觀復(fù)雜度即景觀中斑塊形狀復(fù)雜程度由面積-周長(zhǎng)分形維數(shù)指數(shù)（D）進(jìn)行度量。公式如下：

lnA（r）=a lnP（r）+b

A（r）代表景觀斑塊面積，P（r）代表景觀斑塊周長(zhǎng)。

斑塊面積的對(duì)數(shù)lnA（r）與斑塊周長(zhǎng)的對(duì)數(shù)lnP（r）回歸，得到回歸直線，由最小二乘法求得系數(shù)a。

面積-周長(zhǎng)分形維數(shù)值域?yàn)?-2，分形維數(shù)越接近1，表明景觀要素斑塊的自我相似性越強(qiáng)，斑塊形狀越有規(guī)律，斑塊的集合形狀趨向簡(jiǎn)單，表明受干擾程度越大;反之，分形維數(shù)越接近2，表明景觀要素斑塊的形狀越無(wú)規(guī)律，形狀越復(fù)雜，受干擾程度越小。

2.2 景觀破碎度分析

景觀破碎度描述整個(gè)景觀或某一給定景觀類型在給定時(shí)間和給定性質(zhì)上的破碎化程度，反映景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。用破碎度指數(shù)（FN）進(jìn)行度量，公式如下：

C=N/A，總斑塊數(shù)/總面積。

Ci=Ni/Ai，為景觀i斑塊數(shù)，景觀i的面積。

破碎度指數(shù)指數(shù)（FN）越大，表明景觀越破碎。

2.3 景觀穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性指一個(gè)系統(tǒng)對(duì)干擾或擾動(dòng)的反應(yīng)能力。景觀參數(shù)的長(zhǎng)期變化呈水平狀態(tài)并且在其水平線上下波動(dòng)幅度和周期性具有統(tǒng)計(jì)特征，可以稱景觀是穩(wěn)定的。用穩(wěn)定性指數(shù)（Si）進(jìn)行度量，公式如下：

Si=|1.5-D|

式中：D為景觀的面積-周長(zhǎng)分形維數(shù)指數(shù)

D為1.5時(shí)，代表圖形處于布朗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分形維指數(shù)越接近于1.5臨界值點(diǎn)，地表覆蓋類型越接近于布朗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，穩(wěn)定性越差;反之，穩(wěn)定性越強(qiáng)。

2.4 景觀多樣性分析

景觀多樣性由香濃多樣性指數(shù)（SHDI）進(jìn)行度量，公式如下：

式中：pi為i類型斑塊在景觀中出現(xiàn)的可能性，在此以斑塊所占景觀面積的比例計(jì)算，m為景觀類型的數(shù)目。

香濃多樣性指數(shù)一是表述斑塊類型的多少（即豐富度），二是說(shuō)明各類型在空間上分布的均勻程度。當(dāng)景觀由兩種以上的類型構(gòu)成，且各景觀類型所占的比例相等時(shí)，景觀的多樣性指數(shù)最高;當(dāng)各景觀類型所占的比例差異增大時(shí)，類型多樣性指數(shù)下降。

SHDI≥0。SHDI=0表明整個(gè)景觀僅由一個(gè)斑塊組成：SHDI增大，說(shuō)明斑塊類型增加或各斑塊類型在景觀中呈均衡化趨勢(shì)分布。SHDI越大表示景觀的多樣性越大。

2.5 景觀均勻度

景觀均勻度表示景觀鑲嵌體中不同景觀類型在其數(shù)目或面積方面的均勻程度，由香濃均勻度指數(shù)（SHEI）進(jìn)行度量，公式如下：

式中：pi為某類景觀所占面積的比例，m為景觀類型的數(shù)目。

0≤SHEI≤1。當(dāng)景觀中只包含一個(gè)斑塊（沒(méi)有多樣性）時(shí)SHDI=0，隨著不同斑塊類型間的面積分布越來(lái)越不均勻（比如主要以一種類型為主），SHDI趨近于0，而當(dāng)不同類型斑塊間是完全均勻（各類型所占比率相等）時(shí)，SHDI=1。

2.6 景觀優(yōu)勢(shì)度分析

景觀優(yōu)勢(shì)度表示一種或幾種類型斑塊在一個(gè)景觀中的優(yōu)勢(shì)化程度，也用來(lái)描述景觀多樣性對(duì)最大多樣性之間的偏差或描述景觀由少數(shù)幾個(gè)景觀要素控制的程度，由優(yōu)勢(shì)度指數(shù)進(jìn)行度量，公式如下：

式中：Hmax為多樣性指數(shù)（此處以SHDI最大值，即ln m計(jì)算），pi為某類景觀所占面積的比例，m為景觀類型的數(shù)目。

通常，較大的D0值對(duì)應(yīng)于一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)占主導(dǎo)地位的景觀。對(duì)于景觀類型數(shù)目相同的不同景觀，多樣性指數(shù)越大，則其優(yōu)勢(shì)度指數(shù)越小。

3 ?東莞市景觀格局變化分析

景觀格局分析使用地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)中的地表覆蓋矢量面數(shù)據(jù)，分析10個(gè)一級(jí)類草地、道路、房屋建筑（區(qū)）、耕地、構(gòu)筑物、荒漠與裸露地表、林地、人工堆掘地、水域、園地景觀類型斑塊的形狀特點(diǎn)、空間結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)包括1979、1999、2003、2008、2013年5個(gè)年份的數(shù)據(jù)。

3.1 景觀復(fù)雜度

由折線圖2和圖3可以看出1979年斑塊形狀與2013斑塊形狀相近，東莞市整體地表覆蓋斑塊多年間形狀變化不大。變化幅度值正值表示斑塊形狀趨向復(fù)雜、不規(guī)則，負(fù)值表示斑塊形狀趨向簡(jiǎn)單。各類地表覆蓋變化趨勢(shì)基本相同，1979—1999年斑塊形狀趨向簡(jiǎn)單，1999—2008年斑塊形狀微小幅度變不規(guī)則，2008—2013年斑塊形狀稍大幅度趨向復(fù)雜、不規(guī)則。房屋建筑（區(qū)）幾乎無(wú)變化，道路變化幅度最大。可能是由于1979—1999年間新開(kāi)發(fā)土地較多、規(guī)劃力度較強(qiáng)，各類斑塊形狀較簡(jiǎn)單、規(guī)則;1999—2013年各類土地斑塊逐漸細(xì)碎化，相互交互，形狀變得復(fù)雜、不規(guī)則。

3.2 景觀破碎度

景觀破碎度總體趨勢(shì)為破碎度逐年升高。其中，荒地、林地、耕地、草地，這些地表覆蓋斑塊越來(lái)越破碎。園地先破碎加劇，2013年破碎度下降說(shuō)明園地有所整合。道路破碎度持續(xù)下降，表明道路越來(lái)越連通。房屋建筑（區(qū)）1979年破碎度較高，1979—1999年間破碎度下降，之后一直較為平穩(wěn)。

3.3 景觀穩(wěn)定性

穩(wěn)定性指數(shù)總體先升后降。道路穩(wěn)定度持續(xù)下降，表明道路景觀越來(lái)越不穩(wěn)定，變化加劇。多數(shù)地表覆蓋斑塊1999—2008年穩(wěn)定度較高，2013年下降。表明1999—2008抗干擾能力較強(qiáng)，預(yù)測(cè)性較高。2013年抗干擾能力下降，特別是林地，可能會(huì)很容易發(fā)生變動(dòng)。

3.4 斑塊所占景觀面積的比例（pi）

由圖6可以看出耕地比例持續(xù)下降;房屋建筑（區(qū)）所占比例持續(xù)上升;道路所占面積比例緩慢上升;林地、草地、園地所占比例變化不大。

3.5 景觀多樣性、景觀均勻度、景觀優(yōu)勢(shì)度

香農(nóng)多樣性指數(shù)先升后降，各類土地斑塊先變均勻，后向不均勻轉(zhuǎn)變，2008年后向均勻轉(zhuǎn)變;景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)先降后升，各類土地斑塊先變均勻，后出現(xiàn)占主導(dǎo)地位的土地斑塊，根據(jù)各類土地所占面積比例，早期1979年優(yōu)勢(shì)景觀為林地，2013年優(yōu)勢(shì)景觀為房屋建筑（區(qū)）。香農(nóng)均勻度指數(shù)先升后降，各類土地斑塊先變均勻，1999年后向不均勻轉(zhuǎn)變。景觀多樣性、景觀均勻度、景觀優(yōu)勢(shì)度2013年變化幅度變緩。

4 ?結(jié)語(yǔ)

本文基于地理國(guó)情普查等數(shù)據(jù)，采用定量與定性的方法分析東莞市景觀格局變化特征，取得較好效果。根據(jù)變化分析結(jié)果，并結(jié)合該市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程與規(guī)律，具體如下。

（1）1999年后東莞市土地形狀逐漸變得不規(guī)則，反映了1999—2013年隨著東莞市城市擴(kuò)張，土地斑塊逐漸細(xì)化，相互交錯(cuò)，形狀變得不規(guī)則。其中道路斑塊復(fù)雜度變化幅度最大，房屋建筑（區(qū)）斑塊復(fù)雜度變化最小。

（2）1979—2013年間東莞市景觀破碎度逐漸升高，耕地、林地、草地的土地破碎度不斷增大，在一定程度上反映了土地利用效率的降低;道路破碎度持續(xù)下降，反映了道路逐漸整合，路網(wǎng)越來(lái)越連通。

（3）1979—2013年間東莞市的土地穩(wěn)定性一直較低，其穩(wěn)定性指數(shù)均小于0.5，反映了東莞市在高速的城市擴(kuò)張下，土地利用類型轉(zhuǎn)變較大，總體抗干擾能力較弱。

（4）1979—1999年?yáng)|莞市景觀多樣性增大，各類土地面積有逐漸接近的趨勢(shì);1999年后景觀均勻度降低，各類土地面積差距拉大。

（5）1979年?yáng)|莞市優(yōu)勢(shì)景觀是耕地，其占總面積比例為68%;1979—2013年?yáng)|莞市耕地面積持續(xù)下降，2013年耕地面積占比僅為1%;1999—2013年優(yōu)勢(shì)景觀均為房屋建筑（區(qū)），其占總面積比例在1979年為3%，到2013年增大為44%;其他類型土地面積變化幅度不大，表明了東莞市在1979—2013年間有大量耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榉课萁ㄖ▍^(qū)）。

參考文獻(xiàn)

[1] 李秀珍，布仁倉(cāng)，常禹，等.景觀格局指標(biāo)對(duì)不同景觀格局的反應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24（1）：123-134.

[2] Jian P.土地利用分類對(duì)景觀格局指數(shù)的影響[J].地理學(xué)報(bào)，2006，61（2）：157-168.

[3] 馬克明，傅伯杰.北京東靈山地區(qū)景觀格局及破碎化評(píng)價(jià)[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，1（3）：320-326.

[4] 沈陽(yáng)西郊景觀格局變化的研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 1990，1（1）：75-84.

[5] 陳利頂，孫然好，劉海蓮.城市景觀格局演變的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，4（4）：1042-1050.