娄烦县LUCC景观格局分析

韩锦涛，李素清，常 冬

(1.山西体育职业学院，山西太原 030006;2.山西大学黄土高原研究所，山西太原 030006;3.胶州市国土资源局，山东胶州 266300)

娄烦县LUCC景观格局分析

韩锦涛1，李素清2，常 冬3

(1.山西体育职业学院，山西太原 030006;2.山西大学黄土高原研究所，山西太原 030006;3.胶州市国土资源局，山东胶州 266300)

LUCC;多样性;优势度;破碎度;分离度;娄烦县

为促进区域土地利用向合理化、科学化的方向发展，利用1996、2004年娄烦县数字化土地利用现状图，应用生态学景观指数分析法，从景观多样性、优势度、分离度、破碎度等方面分析了娄烦县的土地利用变化情况。结果表明，地类景观间的多样性指数减小、优势度指数增加，呈几种地类占优势的格局;分离度、破碎度指数的增加导致优势地类景观斑块分散、延伸程度减小，各景观类型分散性增强，景观的空间分布间隔加大，生态系统自我调节和恢复能力减弱，不稳定性增强。

土地是人类与环境进行物质、能量和信息交互的桥梁和纽带。人类为自身发展所引起的土地利用/土地覆被变化(LUCC，Land Use and Cover Change)是全球环境变化的重要组成部分，能够反映全球生态环境综合状况和一定程度上的优劣程度［1－2］。从地方和区域尺度上典型化、小尺度的LUCC研究，能为大尺度的综合研究提供丰富的地方和区域信息，是研究全球环境变化的有效途径之一［3］。

太原市娄烦县位于黄河一级支流汾河流域。近年来，为了满足区域经济发展的需求，不合理的土地利用方式导致生态环境恶化，影响了生态环境的可持续发展。本研究选用GIS技术与生态学景观指数法相结合的方法，探究娄烦县生态恶化的原因，促进生态环境向和谐化方向发展，并为大尺度的LUCC研究提供小尺度的资料。

1 研究区概况

娄烦县位于太原西北山区，介于 111.31°—112.01°E、37.51°—38.13°N 之间，东邻古交县，南邻交城县，西接方山县，北与岚县相连，东北与静乐县接壤，属温带大陆性季风气候区，年均气温7.1～8.1℃，年均降水量428～450 mm，水资源和矿产资源丰富，是太原市重要的矿产基地和水源区。

2 研究方法

利用研究区1996、2004年1∶5万土地利用现状图，在MapGIS、Arcview 3.2支持下获取土地利用类型变化的空间属性数据，使用Excel 2003和SPSS 11.0软件对数据进行统计分析。

选用生态学景观指数分析方法中的景观多样性、优势度、破碎度和分离度指数4个典型指标。它们浓缩了景观格局信息，是反映景观结构组成和空间配置特征的定量指标，可以直观地揭示各景观类型的变化特征和变化机制［4］。

(1)Shannon－Weiner景观多样性指数(H)，计算公式为

式中:m为土地景观类型总数;pi为第i种土地景观类型占景观总面积的比例。

(2)景观优势度指数(D)，计算公式为

式中:Hmax为最大多样性指数，Hmax=lnm;wi为第i种土地景观类型的面积;其余符号意义同上。

(3)景观破碎度指数(FN)，计算公式为

式中:FN为景观破碎度指数，FN∈［0，1］，其中0表示无景观破碎化现象，1表示景观被完全破坏;n为某土地景观类型的斑块数;Nc为某土地景观类型中最小斑块面积占景观总面积的比例;MPS为某土地景观类型的平均面积与其最小斑块面积的比值。

(4)景观分离度指数(V)，计算公式为

式中:Di为第i种土地景观类型的距离指数;Si为第i种土地景观类型的面积指数;ni为第i种土地景观类型的斑块数;Ai为第i种土地景观类型的总面积;A为景观总面积。

3 结果与分析

3.1 多样性和优势度分析

多样性指数是指景观类型或生态系统在结构、功能以及随时间变化方面的多样性，它反映了景观类型的丰富度和复杂度:当景观由同一类型构成时，景观类型是均质的，多样性指数最小;当景观由2个以上的类型构成且所占比例相等时，景观多样性指数最大。优势度指数是指区域内一种或几种景观类型占优势的程度，其含义与多样性相反:优势度指数小时，表示景观是由多个比例大致相等的景观类型组合而成;优势度指数大时，表示景观只受一个或少数几个景观类型所支配［5－6］。

利用MapGIS、Arcview 3.2采集各地类变化的空间属性数据，利用式(1)、(2)计算1996、2004年研究区景观多样性指数和优势度指数，其结果见表1。由表1知，景观多样性指数总值呈递减趋势，从1996年的1.405 0减少到2004年的1.391 4，说明研究区地类景观的异质性在减少，呈单一化发展的趋势，景观格局的演变受单一地类控制程度增加;优势度指数呈递增趋势，从1996年的12.216 3增加到2004年的12.265 9，说明地类景观所占比例的差异增大，一种或少数几种景观的优势地位在扩大。多样性方面，研究区耕地、林地、草地、交通用地和水域的多样性指数减少，居民工矿和未利用地的多样性指数增加;优势度方面，耕地、草地、居民工矿、交通用地、水域优势度指数增加，林地、未利用地优势度指数减少。上述分析表明对生态环境起主要调节作用的地类景观类型——林地在减少，占主导地位的地类景观类型为居民工矿和交通用地。据实地考察，大量“空心村”的出现和铁矿资源开发的运输需求，导致居民用地和交通用地增加，这些大面积非绿地景观地类的增加使得研究区生态环境调节能力减弱，生态环境恶化。

表1 景观多样性和优势度指数

3.2 景观空间构型指数分析

衡量景观空间构型的指标主要有破碎度和分离度。破碎度指数是指景观被分割的破碎程度，它反映了自然或人为干扰导致的景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程，景观破碎化是生物多样性丧失的重要原因之一［7］。分离度指数是表示某一景观类型中不同斑块在空间上的离散程度，分离度越大，则斑块越离散，景观分布越复杂［8］。

利用MapGIS、Arcview 3.2采集空间属性数据，根据式(3)、(4)计算1996、2004年研究区的景观破碎度和分离度指数，见表2。由表2知，区域内耕地、林地、草地、居民工矿、交通用地、水域和未利用地的分离度指数从1996年的0.377 3、0.376 7、0.376 4、0.380 9、0.378 8、0.376 9、0.376 7 增加到 2004 年的0.433 9、0.433 7、0.432 3、0.436 7、0.434 8、0.429 2、0.433 6;各景观类型的破碎度指数也呈增加趋势。分离度和破碎度指数的增加说明区域土地利用格局在空间结构和距离上趋于分散。地类景观斑块数量增加、密度减小、斑块间廊道增加，说明研究区景观趋于复杂化、分散化。实地考察结果表明，地类景观格局的变化受自然条件影响较小，主要是受人类活动的干扰。

为了检验研究区1996、2004年景观空间构型指数中分离度和破碎度之间的相关关系，利用Excel 2003和SPSS 11.0将表2中的分离度和破碎度指数进行回归分析和相关性检验，结果见图1、2。由图1、2知，两者之间存在显著相关性(P＜0.01)，破碎度指数增加分离度指数也随之增加，说明地类景观间能量、物质和信息流通受阻，研究区生态环境趋于恶化。据调查，1996年以来为了发展经济，研究区大量开采煤炭、铁矿等矿产资源，采矿、运输、堆渣等活动和流动人口的增加占用了大量土地，而增加的用地主要来自于林地、草地等景观类型，宏观上土地利用景观的类型、形状、大小、数量和空间组合呈现复杂化，从而影响到生态过程和景观的边缘效应。

表2 景观分离度和破碎度指数

图1 1996年分离度与破碎度相关关系

图2 2004年分离度与破碎度相关关系

3.3 景观格局变化分析

研究区的地类景观在研究时段内发生较明显变化。地类景观间的多样性指数减小、优势度指数增加，呈几种地类占优势的格局;分离度、破碎度指数的增加导致优势地类景观斑块分散、延伸程度减小，各景观类型分散性增强，景观斑块间的空间分布间隔加大，影响到生态系统的自我调节功能和恢复能力，导致生态环境不稳定性增强［9］。

4 讨论

(1)土地景观格局是自然因素和人类活动共同作用的结果［10］。研究娄烦县土地利用、覆被格局变化在一定程度上为生态环境变化研究提供了一个丰富的小尺度信息，分析其中存在的问题，能为太原市合理开发土地资源、制定土地利用政策提供参考，以达到土地利用节约化、生态环境和谐化的目的。

(2)调整娄烦县的土地景观格局，改变现阶段几种地类景观占优势的格局，从空间上构建多层次化、丰富化的土地利用复合形式［11］，增加地类景观间的异质性，有助于生态系统向稳定性的方向发展。

(3)LUCC是一个复杂的、由多种因素共同作用的结果，如区域经济因素、土地政策因素、水保政策因素、产业结构调整因素等，因此在分析LUCC时应充分考虑这些因素的影响。

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［7］张景华，吴志峰，吕志强，等.基于景观连接度的斑块分级的尺度效应［J］.生态环境，2008，17(5):1926 －1930.

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F301.2

A

1000－0941(2012)10－0047－03

山西科技攻关项目(20110311039－1);山西省自然基金项目(2011011030－2);受山西大学科学科研启动费资助

韩锦涛(1976—)，男，山西娄烦县人，助教，硕士，主要从事生态地理方面的研究;通信作者李素清(1963—)，女，山西临汾市人，副教授，博士，主要从事恢复生态学方面的研究。

2012－01－18

(责任编辑 李杨杨)