右江谷地景观格局空间分异特性遥感研究

李新萍，郝多虎，段 朋

右江谷地景观格局空间分异特性遥感研究

李新萍1，郝多虎1，段 朋2

(1.中国矿业大学(北京)，北京 100083;2.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083)

利用1986年和2006年获取的TM图像，在GIS技术支持下，运用景观生态学原理，选取反应景观空间结构和景观异质性的景观指数，以右江谷地典型区广西平果县为研究区，分析该区近20 a间的景观格局及其动态变化特征。结果表明，1986～2006年间，平果县土地利用变化总趋势是林地、未利用地和居民地面积增加，草地、耕地和水域面积减少;各种景观指数随土地利用变化表现出明显的时空响应，景观多样性变大，景观优势度、破碎度和分维度均变小，表明整体景观朝着良性方向发展。

右江谷地;景观格局;景观指数;空间分异特性

0 引言

景观格局一般指景观的空间格局，是大小、形状、属性不一的景观空间单元(斑块)在空间上的分布与组合规律。景观格局是景观异质性的具体表现，分析景观格局要考虑景观及其单元的拓扑特征。景观格局分析的目的是为了在看似无序的景观中发现潜在的、有意义的秩序或规律。目前，国外对景观格局的研究主要包括:①对景观格局理论问题的探讨，如 Naveh［1］、Lieberman 和 Forman 等为景观格局研究提供了良好的概念基础;②对景观格局的尺度问题的研究;③对新的研究手段与技术的应用研究，如Milne等［2］以遥感和地理信息系统为工具，对景观格局的变迁过程进行了分析;④对建立空间模型方法的研究，如Robert等［3］建立了神经模型来研究景观格局对物种丰富度的影响。在国内，黎树式等［4］对右江流域提出了实现产业化的可持续发展对策;陈炜［5］从历史的角度重新审视了近代以来右江流域发展状况及其对民族经济融合的影响;覃小群等［6］针对岩溶石山区土壤侵蚀危险性评价问题，以广西平果县果化示范区为例，建立了土壤侵蚀危险性评价模型;向悟生等［7］以平果县这一典型的岩溶生态脆弱区为例，对区域生态系统的生态足迹和生态承载力进行了测算，并对区域生态系统可持续发展状况进行了评价。但对右江谷地的研究主要集中在社会、经济、气候等方面，涉及景观格局、土地利用及其空间变异的研究较少。

右江谷地在广西的西南部，地跨百色、田阳、田东和平果4县，东西长约150 km，南北宽20～25 km。其中平果县的岩溶石山区面积占了全县总面积的64.65%，居住人口占全县总人口的67.83%。这些岩溶石山地区石漠化现象严重，景观格局变化大，故本文选定平果县作为右江谷地典型区的研究对象。分析右江谷地1986～2006年景观格局空间分异性，深入了解该地区景观生态过程的相互关系，旨在为更广泛的区域性综合研究提供基础，为区域资源的可持续利用及生态环境保护和建设提供依据。

1 研究方法

1.1 数据来源

本文选用1986年和2006年获取的TM图像为基础数据源，以研究区行政区划图、1∶5万地形图、平果县1986年土地利用现状图、1986～2006年社会经济统计资料以及20 a以来土地利用的相关空间数据为辅助数据，构建平果县土地利用空间数据库。

1.2 景观分类系统

根据研究区景观类型分布特点，参考全国土地利用分类体系，将研究区的地物划分为6种类型(表1)。

表1 研究区地物类别Tab.1 Classes and features of the study area

(续表)

1.3 景观信息提取与处理

数据预处理主要包括TM图像的辐射校正、几何纠正与配准、图像镶嵌与裁剪等。以1986年平果县土地利用现状图为基础图像，分别对1986年和2006年两景TM图像进行预处理。

完成图像预处理后，通过对图像的分析，结合野外调查，确立了研究区各种地物在TM5(R)、4(G)、3(B)波段假彩色合成图像中的解译标志(表2)。

表2 研究区地类遥感解译标志Tab.2 Remote sensing interpretation keys of the study area

根据上述解译标志，分别对两景TM图像进行了耕地、林地、草地、居民点、水域和未利用地等6种地物的遥感解译，并对它们的空间关系和生态结构进行综合分析，得到平果县1986年景观格局分类现状图(图1(左))和2006年景观格局分类现状图(图1(右))。

图1 平果县1986年(左)和2006年(右)景观格局分类现状图Fig.1 Landscape pattern classification of Pingguo county in 1986(left)and in 2006(right)

1.4 景观指数选取与计算

将研究区域不同生态结构划分为景观单元斑块，通过定量分析景观空间格局的特征指数，从宏观角度给出区域生态环境状况。采用景观指标定量分析研究土地利用结构的变化，有利于揭示平果县土地利用景观格局，可为优化土地利用结构和可持续发展提供依据。在参考文献［8－11］的研究基础上，结合研究区的景观特点和空间尺度，选用景观多样性、优势度、破碎度和分维数等4种指标对本区景观格局进行定量化描述。

(1)景观多样性指数(diversity)。指景观元素或生态系统在结构、功能以及随时间变化方面的多样性，它反映了绿地景观类型的丰富度和复杂度。其计算公式为

式中，S为景观类型的数目;Pi为第i个景观面积占景观总面积的比重;H为景观多样性数，H值越大，表示景观类型越丰富，景观类型的多样性越强。

(2)景观优势度指数(dominance)。用于测度景观结构中一种或几种景观类型占支配地位的程度。它与景观多样性指数成反比，对于景观类型数目相同的不同景观，景观多样性指数越大，其优势度越小。其计算公式为

式中，D为优势度指数。D值越大，表示景观结构受一种或少数几种景观类型支配的程度越大。

(3)破碎度指数(fragmentation)。用单位面积内的斑块数来测度。破碎度表征景观被分割的破碎程度，反映景观空间结构的复杂性，在一定程度上反映了人类对景观的干扰程度。其计算公式为

式中，Ni为第i个景观类型的斑块数;A为景观总面积;F为破碎度指数，F的值越大，表示景观斑块越破碎。

(4)分维数(fractal dimension)。用来表征斑块形状的复杂程度。其计算公式为

式中，P和A分别为斑块的周长(m)和面积(m2);FD为分维数，FD值越大，表明斑块形状越复杂。FD值的理论范围为1.0～2.0(1.0代表形状最简单的正方形斑块，2.0表示等面积条件下周边最复杂的斑块)。

2 景观分析

2.1 景观类型

平果县1986～2006年各种土地利用类型变化情况统计见表3。

表3 平果县1986～2006年各类土地利用变化Tab.3 Land －use changes from 1986 to 2006 in Pingguo county

由表3可以看出，在1986～2006年间，平果县的土地利用类型变化明显，共有71 869.13 hm2土地发生了变化，林地、未利用地和居民地面积增加，草地、耕地和水域面积减少。其中林地面积增加了18 576.18 hm2(占总面积的7.47%);草地面积减少了8 704.44 hm2(占总面积的3.50%);耕地面积减少了25 550.69 hm2(占总面积的10.27%);未利用地面积增加了 12 549.88 hm2(占总面积的5.05%);居民地面积增加了4 808.50 hm2(占总面积的1.93%);水域面积减少了1 679.44 hm2(占总面积的0.68%)。

林地的面积增加幅度最大，并成为增加面积比例最大的类型，这主要是由于1991年开始的“沼气工程”的实施，沼气工程建设有力地保护了森林资源，改善了农村生态环境。

草地的面积略有减少，主要变成了林地。

耕地的面积减少幅度最大，这与2002年后国家实施退耕还林政策有关，部分耕地退为林地，说明国家生态政策已得到落实;也有相当一部分耕地转为居民地等其他用地。

居民地的面积增加了一倍多，这主要是因为从1995年起国家重点建设项目——平果铝矿全面建成投产，平果铝矿占地面积平均每年增加100 hm2左右。受平果铝矿的带动，相关的铝业公司以及上下游产业纷纷落户平果，厂房和县城的建设都影响着居民地的变化。

2.2 景观结构

平果县各种景观指数的计算结果见表4。

表4 平果县各种景观指数的特征值Tab.4 Landscape indices eigenvalue of Pingguo county

从表4可以看出，1986～2006年:①景观多样性指数变大，说明本区的景观类型更趋丰富，景观多样性增加;②景观优势度指数变小，说明本区的景观结构受一种或少数几种景观类型支配的程度变小(1986年主要受林地、草地和耕地支配，而2006年主要受林地和草地支配);③破碎度值变小，说明本区景观斑块更趋于规则和齐整;④分维数变小，说明研究区内总的斑块形状变得更加简单。

2.3 景观格局空间分异性

利用GIS的空间分析功能，将1986年和2006年平果县景观格局分类现状图进行叠加分析，得到平果县1986～2006年景观格局时空变化图(图2);并利用ArcGIS软件对上述6大类地物分别赋予属性值ID(2为居民地，3为未利用地，4为草地，5为林地，6为耕地，7为水域)，赋值方法为

式中，Land1986、Land2006分别为 1986、2006 年的地物属性值ID;Land1986～2006为1986～2006年的变 化地物属性值ID。

图2 平果县1986～2006年景观格局时空变化Fig.2 Spatio － temporal changes of the landscape pattern from 1986 to 2006 in Pingguo county

表5 平果县1986～2006年景观类型面积变化Tab.5 Area changes of the landscape type from 1986 to 2006 in Pingguo county (hm2)

从图2和表5可以看出，从1986年～2006年:①林地变为草地的最多，分布在本研究区的东北、东南原林地较多的地方;林地变为耕地的次之，分布在研究区的北部和原林地的边缘;林地变为未利用地的最少，分布在研究区的中部岩溶地区且很分散。②草地变为林地的最多，分布在研究区的东北角、东南角、西北角和西南角原林地较多的地方;草地变为未利用地的次之，分布在研究区的中间和西南岩溶地区;草地变为耕地的再次之，分布在原耕地和岩溶地区的边缘;草地变为水域的最少，分布在原水域的边缘。③耕地变为草地的最多，分布在右江的西北和东南部;耕地变为未利用地的次之，分布在研究区中间岩溶地区;耕地变为林地的再次之，分布在西南部右江附近及东南部右江上游耕地与林地的边缘;耕地变为居民地的最少，分布在原居民地附近。④未利用地变为草地的最多，分布在研究区中间和南部岩溶地区;未利用地变为耕地的次之，分布在岩溶地区和耕地的边缘;未利用地变为林地的再次之，分布在研究区南部岩溶地区和林地边缘;未利用地变为居民地的最少，分布在原居民地附近。⑤原居民地基本不变。⑥水域变为耕地的最多，分布在原水田附近;水域变为林地的次之，主要是原林地中的水域在减少。

3 结论

(1)运用GIS＆RS技术和景观格局分析方法研究了右江谷地典型区平果县景观格局空间分异特性，通过建立研究区的土地利用类型图，计算了一系列景观格局指数，并对统计结果进行了分析。

(2)平果县1986～2006年的景观控制性要素中，位于第一位的草地呈不断下降趋势，控制性降到第二位;位于第二位的耕地则迅速下降，控制性降到第三位;位于第三位的林地呈不断上升趋势，并取代草地成为第一位的控制性要素，这说明由于国家“退耕还林”政策的指导和“沼气工程”的实施，对岩溶石山地区石漠化的积极治理使该区景观整体朝良性方向发展。但耕地的迅速减少也表明生态环境破坏还相当严重。

(3)平果县1986～2006年的景观破碎度和分维度指数减小，这与林地和居民地的增加有关。随着人类治理石漠化力度的加大，景观形状趋于规则、简单。

(4)RS＆GIS技术的结合使用对景观格局的空间分异性研究是行之有效的，景观生态学定量模型的应用能够准确地刻画景观的动态变化。

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Research on Spatial Differentiating Characteristics of Landscape Pattern in Youjiang Valley by Using Remote Sensing and GIS

LI Xin－ping1，HAO Duo－hu1，DUAN Peng2
(1.China University of Mining＆ Technology(Beijing)，Beijing 100083，China;2.China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources，Beijing 100083，China)

Using TM data acquired in 1986 and 2006 and supported by the technology of geographic information system(GIS)and the principle of landscape ecology，the authors selected some indexes of landscape heterogeneity.Taking the Pingguo County of Guangxi，a typical area in the Youjiang valley area，as the study area，this paper analyzed the landscape pattern and its dynamic change characteristics of the study area in the past 20 years.The results show that the general trend of the land－use change from 1986 to 2006 in the study area was the increase of forest，unused land and residents，and the decrease of grassland，farmland and water area.All kinds of landscape indexes of land－use change indicate the space－time response obviously，and the diversity of landscape becomes more evident.On the other hand，the dominance and fragmentation of landscape and fractal dimension become smaller，which suggests that the whole landscape of the study area is developing in the ideal direction.

Youjiang valley area;Landscape pattern;Landscape index;Spatial differentiating characteristics

TP 79

A

1001－070X(2011)03－0095－05

2010－12－02;

2011－01－17

李新萍(1986－)，女，在读硕士研究生，主要研究方向为遥感与地理信息系统在地质解译中的应用。

(责任编辑:刘心季)