貴州習(xí)水縣土地利用景觀格局特征分析

時間：2024-08-23 05:54:03 公共管理畢業(yè)論文我要投稿

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　　摘要：以土地利用數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，借助Arcgis和Fragstats工具，從景觀斑塊數(shù)、斑塊形狀、聚散性、多樣性、均勻度等方面對習(xí)水縣土地利用的景觀空間特征進行分析。結(jié)果表明，研究區(qū)林地斑塊面積占總面積的61.88%，其次是耕地占30.91%，形成林地、耕地這兩個優(yōu)勢明顯的景觀類型環(huán)繞交錯分布的景觀特征。景觀整體多樣性與均勻度均不高，景觀優(yōu)勢度較高，有相對較高的聚集程度與連通性。為習(xí)水縣土地整理及可持續(xù)發(fā)展提供了依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：土地利用;習(xí)水;景觀指數(shù);景觀生態(tài)學(xué)

　　景觀格局分析主要是研究景觀內(nèi)各斑塊類型在景觀中的分布規(guī)律，是研究景觀功能和動態(tài)的基礎(chǔ)[1-2]，數(shù)量分析方法已經(jīng)不斷修改和完善[3]。通過對景觀格局的分析有助于對宏觀區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況評價及發(fā)展趨勢進行分析，同時也有助于探索自然因素與人類活動對景觀格局及動態(tài)過程的影響[4];可以科學(xué)合理地規(guī)劃我們所面臨的環(huán)境，以實現(xiàn)人口、資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展[5]。以土地利用數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，借助Arcgis和Fragstats工具，從景觀斑塊數(shù)、斑塊形狀、聚散性、多樣性、均勻度等方面對習(xí)水縣土地利用的景觀空間特征進行分析，可為土地管理決策以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論支持。

　　一、研究區(qū)概況與研究方法

　　1.1 研究區(qū)概況

　　習(xí)水縣位于貴州高原北部，縣域面積307 563 hm2，2010年人口統(tǒng)計為717 534人。東連桐梓，西接赤水、四川古藺，面向重慶，背靠遵義，是貴州進川渝、通江達海的前沿窗口。習(xí)水縣地處大婁山山系西北坡與四川盆地南緣的過渡地帶，境內(nèi)屬中山峽谷地貌，地勢東高西低，最高處海拔1 871.9 m，最低處275 m。習(xí)水縣已發(fā)現(xiàn)煤礦、鐵礦、錳礦、銅礦、粘土礦等30余種礦產(chǎn)資源，儲量十分豐富，尤其以煤礦儲量最為豐富，初步估算蘊藏量為54.6億t，已查明儲量16.7億t，素有西南煤海之稱。縣域內(nèi)有赤水河、習(xí)水河、桐梓河等長江支流，屬于長江中上游生態(tài)保護的核心區(qū)域，域內(nèi)西北部有貴州省面積最大的自然保護區(qū)――貴州習(xí)水中亞熱帶常綠闊葉林國家級自然保護區(qū)。

　　1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

　　基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于習(xí)水縣2012年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)shape數(shù)據(jù)，土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)是在2009年全國第二次土地利用調(diào)查的基礎(chǔ)上通過年度變更調(diào)查得到，為.shp格式文件，地類編碼總數(shù)為24個，數(shù)據(jù)來源較權(quán)威、可靠[6]，可提高土地利用景觀格局分析的準確度及有效性。根據(jù)習(xí)水縣實際情況及研究需要將以上24個地類進行景觀重分類，然后利用Arcgis中conversition tools工具將“地類圖斑”shape數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成20 m×20 m的柵格數(shù)據(jù)，得到習(xí)水縣景觀類型圖(圖1)。借助Fragstats軟件根據(jù)景觀格局分析需要對景觀格局指數(shù)進行計算，得到相關(guān)的景觀類型水平(class level)和景觀水平(land-scape level)兩種類型景觀指數(shù)數(shù)據(jù)。　　1.3 土地利用及景觀分類

　　根據(jù)土地利用屬性和景觀生態(tài)學(xué)意義，參照國家土地利用現(xiàn)狀分類標準(GB/T21010―2007)，結(jié)合習(xí)水縣實際情況，進行景觀分類，共包括耕地、林地、草地、水域城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民點用地、未利用地7類，其中：(1)耕地：包括旱地、水田和園地(因本研究區(qū)園地面積很小且基本處于糧食生產(chǎn)狀態(tài))三個二級類型，為糧食生產(chǎn)用地;(2)林地：包括有林地、灌木林地、疏林地、未成林地等林地類型;(3)草地：包括天然牧草地以及樹木郁閉度<0.1、表層為土質(zhì)、生長草本植物為主、不用于畜牧業(yè)的草地;(4)水域：包括河流水面、湖泊水面、水庫水面、坑塘水面、內(nèi)陸灘涂、溝渠以及水工建筑用地等類型;(5)城鎮(zhèn)建設(shè)用地：主要包括城市用地、交通運輸用地以及建制鎮(zhèn);(6)農(nóng)村居民點用地：包括農(nóng)村居民用地、設(shè)施農(nóng)用地等村莊建設(shè)用地;(7)未利用地：主要指表層為土質(zhì)、基本無植被覆蓋的土地，或表層大多為巖石、石礫的未利用土地。

　　1.4 數(shù)據(jù)分析

　　本研究采用景觀指數(shù)來描述研究區(qū)斑塊或整個景觀的空間格局。當前所能采用的各種景觀格局指數(shù)累計近百個，但有些指標的生態(tài)學(xué)意義并不明確，甚至相互矛盾[7-8]。因此，本研究依據(jù)簡單性、代表性和統(tǒng)一性的原則，在全面了解所選指標生態(tài)意義的前提下[9]，根據(jù)研究區(qū)特征，在斑塊水平上選取斑塊面積(CA)、斑塊數(shù)(NP)、邊界密度(ED)、景觀百分比(PLAND)、平均斑塊面積(AMN)、斑塊形狀指數(shù)(LSI)、景觀聚集度指數(shù)(AI)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、斑塊內(nèi)聚集指數(shù)(COHESION)，在景觀水平上選取Simpson’s多樣性指數(shù)(SIDI)、Simpson’s均勻度指數(shù)(SIEI)、景觀聚集度指數(shù)(AI)等，較全面地從景觀聚散性、多樣性、異質(zhì)性等多方面反映習(xí)水縣土地利用類型的景觀特征，各指數(shù)公式、計算方法及生態(tài)學(xué)含義見參考文獻[9-11]。

　　二、結(jié)果與分析

　　2.1 景觀整體結(jié)構(gòu)分析

　　研究區(qū)總面積為307 563 hm2，總斑塊數(shù)97 742個。如表1所示，各景觀類型中，林地面積最大，為190 314.48 hm2，占研究區(qū)總面積的61.88%;其次為耕地，面積達95 080.72 hm2，占30.91%;此外，草地10 120.48 hm2，占3.29%;城鎮(zhèn)建設(shè)及農(nóng)村居民點用地合計9 919.6 hm2，占3.22%;水域2 021.76 hm2，占0.66%;未利用地106.2 hm2，占0.03%。耕地、林地面積達到了全縣土地總面積的92.79%，為研究區(qū)優(yōu)勢景觀類型，其中林地面積占研究區(qū)總面積的61.88%，在整個景觀生態(tài)系統(tǒng)中面積最大、連通性較好，是占主導(dǎo)地位的景觀類型，為整個研究區(qū)的景觀基質(zhì)[11]。研究區(qū)內(nèi)林地的平均斑塊面積最大，為9.35 hm2・個-1(剔除自然保護區(qū)最大斑塊外為4.67 hm2・個-1)，其次為耕地為3 hm2・個-1，兩個值均不是很大，這說明兩個主要景觀類型廣泛交錯分布于整個研究區(qū)域[12]，在局部仍分布著的較小面積斑塊。

　　就斑塊類型數(shù)量NP來說，農(nóng)村居民點用地36 708>耕地31 677>林地20 360>草地4 600>水域3 250>城鎮(zhèn)建設(shè)用地981>未利用地166，斑塊數(shù)在一定程度上可以反映出景觀的破碎性，農(nóng)村居民點用地在斑塊面積占比2.55%情況下，斑塊數(shù)量占比卻達到了37.56%，這說明了農(nóng)村居民點用地的點狀分散性。

　　2.2 景觀面積特征

　　從斑塊面積來看，林地面積最大，為190 314.48 hm2，其次為耕地95 080.72 hm2，兩者面積合計占研究區(qū)總面積的92.79%。林地平均斑塊面積最大，為9.35 hm2・個-1，雖然超過其他景觀斑塊，但相差也不是很大。最大斑塊為林地，最大斑塊指數(shù)達到了30.942 1，這說明習(xí)水縣林地斑塊之間面積懸殊非常大，而且以大面積斑塊占據(jù)林地景觀的主體，其中以習(xí)水中亞熱帶常綠闊葉林國家級自然保護區(qū)及其輻射區(qū)域斑塊面積最大，達95 160.07 hm2(其中保護區(qū)面積48 666 hm2)，占全部林地面積的50%，占研究區(qū)景觀的30.94%。這說明，其他林地斑塊面積也較小且有一定分散性，由此可見，習(xí)水中亞熱帶常綠闊葉林國家級自然保護區(qū)對于習(xí)水縣生態(tài)系統(tǒng)及其景觀的穩(wěn)定具有積極作用。城鎮(zhèn)建設(shè)用地和農(nóng)村居民用地的平均斑塊面積最小，城鎮(zhèn)建設(shè)用地為0.62 hm2・個-1，農(nóng)村居民用地為0.21 hm2・個-1，說明這兩類景觀斑塊主要呈帶狀、點狀分布。

　　不同景觀類型的面積大小差異較大，這與人類活動有密切關(guān)系[13]。由于研究區(qū)為高原山地區(qū)域以及長期以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主業(yè)的農(nóng)業(yè)區(qū)有關(guān)，耕地在該地區(qū)分布極為廣泛，且人類干預(yù)改造程度強，耕地整體地形起伏大，使得耕地多被分割為小塊狀分布，斑塊平均面積較小，大部分林地同樣如此。城鎮(zhèn)建設(shè)用地同樣受到人為影響較大，分布集中且形狀規(guī)則，表現(xiàn)出較高的平均斑塊面積，而農(nóng)村居民點用地受地形和歷史傳統(tǒng)影響，以“戶”為單位在全縣分布表現(xiàn)出較小的平均斑塊面積且斑塊數(shù)量多。

　　2.3 景觀形狀及邊緣特征分析

　　斑塊形狀指數(shù)LSI是反映景觀形狀復(fù)雜性以及受人為活動影響大小的重要指標，當景觀中該類型的斑塊只有一個，且接近正方形，LSI等于1，隨著斑塊類型的離散，它逐漸變大且沒有限制[9]。由表1可知，耕地斑塊LSI最大，達到了255.37，這主要是因為耕地斑塊分布較零散導(dǎo)致。此外，農(nóng)村居民用地LSI的也很大205.67，這是基于該區(qū)域經(jīng)濟條件落后，農(nóng)村居民用地還局限于耕地的分布范圍，隨耕地的分布而呈現(xiàn)出較高的離散性;林地LSI為167.01，這說明，除了自然保護區(qū)區(qū)域斑塊，其他林地斑塊也具有一定的離散性。而城鎮(zhèn)建設(shè)用地LSI為33.22相對農(nóng)村居民用地要小很多，形狀趨于簡單化，這是因為前期地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展落后，近幾年城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模逐漸提高過程中城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃比較合理導(dǎo)致的。

　　邊界密度ED揭示了景觀類型被邊界的分割程度，明顯表現(xiàn)出邊界長度與斑塊形狀的規(guī)則程度以及面積的大小有很大的關(guān)系，可以從一定程度上反映斑塊與外界的聯(lián)系程度和受外界干擾強度[9-10]。由表1可知，習(xí)水縣景觀邊界密度最大的為耕地102.15，其次為林地93.28，表明在景觀本身的自然屬性和人類干擾影響下，耕地和林地邊緣復(fù)雜，邊緣效應(yīng)大。此外，農(nóng)村居民點用地達到了23.69，也進一步說明了農(nóng)村居民點的點狀分散性。水域的邊界密度大小在各景觀類型中適中，水域則因主要分布于少數(shù)中小型水庫和低洼河谷區(qū)域，斑塊數(shù)量少，且分布相對穩(wěn)定，邊界密度也相對較小。草地和未利用地表現(xiàn)出相對較小的邊界密度，受人為影響較小，外界干擾程度小。城鎮(zhèn)建設(shè)用地ED達到了1.97的低值，這是由于早期城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展落后，近年來城市用地雖不斷擴張，但建設(shè)用地斑塊由于城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃的影響，具有較強的團聚式擴張?zhí)攸c[11]，從而邊界密度相對較小。

　　2.4 景觀聚集度與連通性指數(shù)分析

　　景觀聚集度指數(shù)AI單位是%取值范圍在0～100，當某一斑塊類型的破碎程度達到最大化時，AI等于0，隨著聚集程度的不斷增加，AI值也不斷增大[10]。如表所示，各景觀類型聚集度指數(shù)AI除農(nóng)村居民點用地53.68%和水域68.84%外，其余各景觀類型的聚集度指數(shù)都較高，尤其是林地92.38%、城鎮(zhèn)建設(shè)用地85.75%、耕地83.49%，草地83.63%和未利用地74.01%次之，這與研究區(qū)的山區(qū)地形條件及的人類活動影響有關(guān)。

　　從斑塊內(nèi)聚力指數(shù)COHESION的角度來看，林地99.89>耕地99.04>城鎮(zhèn)建設(shè)用地95.28>草地94.42>水域94.36>未利用地83.04>農(nóng)村居民點用地68.88，農(nóng)村居民點用地連通性較低，其余斑塊類型均處于一個相對較高的連通性水平，特別是林地和耕地。

　　從景觀水平上來看，景觀聚集度指數(shù)AI達到了88.15%，也從一定程度上說明了整個景觀較高的聚集性和連通性。

　　以上景觀指數(shù)分析情況比較真實地反映出了習(xí)水縣景觀概況：習(xí)水縣除西北部的自然保護區(qū)外，是典型的山地農(nóng)業(yè)景觀，低丘緩坡及壩子地區(qū)往往是耕地景觀，而林地則分布于山坡、山嶺之上，這就導(dǎo)致兩個斑塊類型的聚集程度和斑塊連通性處于一個較高的水平，形成耕地與林地面積占研究區(qū)絕大部分比重、兩者環(huán)繞交錯分布的總體格局。居民點往往根據(jù)耕地分布、地形條件而因地制宜分布，整體上處于較為零散的狀態(tài)，聚集度較低，水域則因山區(qū)地形條件限制，僅散落分布于少量水庫及河谷地帶，聚集度也較低。

　　2.5 景觀多樣性與均勻度指標分析

　　Simpson’s多樣性指數(shù)取值范圍為0≤SIDI<1。當整個景觀中只有一個斑塊時SIDI=0，隨著景觀中斑塊類型數(shù)的增加以及他們面積比重的不斷均衡化，SIDI值也不斷向1接近。Simpson’s均勻度指數(shù)范圍：0≤SIEI≤1。隨著景觀中不同斑塊類型面積比重越來越不平衡，指標值不斷向0接近，當只有一個斑塊時SHEI=0。當景觀中各斑塊類型面積比重相同時，SHEI=1[10]。

　　由表2可知，研究區(qū)Simpson’s 多樣性指數(shù)SIDI為0.519 7，說明景觀多樣性較低，部分斑塊類型存在明顯優(yōu)勢性。Simpson’s均勻度指數(shù)SIEI也不大，為0.606 3，說明研究區(qū)斑塊類型均勻度不高而優(yōu)勢景觀類型比較明顯。從景觀水平的景觀聚集度AI分析結(jié)果來看，AI值達到88.15%，同樣體現(xiàn)出了整個景觀較高的聚集程度。從均勻度和聚集度來看，景觀類型均呈現(xiàn)出較高的聚集度，其反映的結(jié)果基本與多樣性指數(shù)一致，整體景觀復(fù)雜性不高，多樣性不高。這主要是因為林地、耕地兩個斑塊類型面積占到了研究區(qū)總面積的92.79%，占了整個研究區(qū)的絕大部分比例，與其他5個斑塊類型面積差異很大，從而導(dǎo)致林地、耕地景觀優(yōu)勢突出。

　　三、結(jié)論與討論

　　(1)習(xí)水縣景觀類型構(gòu)成比例大小依次為林地、耕地、草地、農(nóng)村居民點用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、水域和未利用地，形成耕地與林地兩個聚集程度較高、面積占研究區(qū)絕大部分比重、兩者環(huán)繞交錯分布的總體景觀特征。林地斑塊面積最大、景觀聚集度最高，表征了習(xí)水縣是典型山區(qū)農(nóng)業(yè)縣，且森林生態(tài)系統(tǒng)是支撐該縣農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。習(xí)水縣景觀多樣性較低與均勻度均不高，農(nóng)村居民點斑塊數(shù)量大，因為依賴耕地分布、地形條件而因地制宜分布影響，整體上處于較為零散的狀態(tài)，聚集度最低。城鎮(zhèn)建設(shè)用地則由于早期城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展落后，近年來城市用地雖不斷擴張受城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)劃影響，具有較強的團聚式擴張?zhí)攸c，從而表現(xiàn)出相對較高的聚集度和趨于簡單化的斑塊形狀。草地和未利用地因受人類活動影響較小，主要分布于高山偏僻地區(qū)，斑塊數(shù)量少，且分布相對穩(wěn)定，受外界干擾程度小。水域則因研究區(qū)地形條件限制，僅散落分布于少量水庫及河谷地帶，斑塊數(shù)量少、面積小、聚集度也較低。從整個研究區(qū)景觀的角度來看，研究區(qū)不同景觀類型的面積大小差異較大，均勻度不高、多樣性較低，景觀優(yōu)勢度較高，有較高的聚集程度與連通性。

　　(2)雖然整個研究區(qū)景觀存在較高的聚集程度與連通性，但也存在以下幾個方面的問題。首先，林地、耕地斑塊雖然景觀類型面積最大，具有明顯的優(yōu)勢度，但斑塊類型內(nèi)部也存在明顯的離散性，都具有復(fù)雜的邊緣特征，邊緣效應(yīng)大。其次，作為典型的山區(qū)農(nóng)業(yè)景觀，農(nóng)村居民點用地斑塊數(shù)量大，離散性高。第三，本研究區(qū)域水域斑塊數(shù)量少、面積小、聚集度也較低，僅散落分布于少量水庫及河谷地帶。

　　因此，有必要進行土地整理，整合較小面積耕地斑塊;繼續(xù)進行合理的退耕還林工作，根據(jù)局部地區(qū)的主體景觀類型實現(xiàn)用途轉(zhuǎn)變，提升林地、耕地的相對集中分布程度;根據(jù)實際地形條件應(yīng)適度發(fā)展中小型水庫，提高山區(qū)百姓生產(chǎn)生活用水安全保障。有利于規(guī)模化生產(chǎn)和集中管理，也有利于農(nóng)村居民點的遷改合并，達到集約節(jié)約用地的目的。

　　(3)通過空間格局分析，得到了習(xí)水縣景觀特征的初步認識。在此基礎(chǔ)上可進一步開展有關(guān)坡度、坡向等地形因子對習(xí)水縣土地利用格局影響以及習(xí)水縣景觀生態(tài)安全格局等課題的研究，從而為習(xí)水縣生態(tài)建設(shè)和土地資源持續(xù)利用等提供理論依據(jù)。

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