锦州—葫芦岛沿海地区景观格局动态分析

任韶红，苏 雷，朱京海

（1.辽宁省建筑设计研究院 辽宁 沈阳 110005；2.森林与土壤国家重点实验室，中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁 沈阳 110164；3.中国科学院 研究生院，北京 100049；4.辽宁省环保厅，辽宁 沈阳 110033）

景观格局动态变化研究是景观生态学研究的核心内容之一，也是土地利用／土地覆盖变化研究的重要组成部分［1］.通过景观格局及其变化过程的表象，可以研究景观格局及其环境因素之间规律性的空间关系，从而为景观格局变化驱动力诊断与机理模型构建提供依据［2-4］.

基于不同的土地利用形态形成的景观空间格局，是各种生态过程在不同尺度上的作用结果.进入20世纪90年代后期，在IGBP 和IHDP 等国际组织的倡导下，区域和地方尺度的LUCC 研究开始得到更多的关注［5-8］.

锦州—葫芦岛沿海地区包括锦州市区、葫芦岛市区、兴城市和凌海市的行政范围，沿海岸带呈带状分布，地理坐标在北纬39°59′～41°26′，东经119°12′47″～121°45′之间，面积7 847.6km2，是传统的辽西走廊区位，也是沟通关内外、联结东北华北的黄金通道［9］.该区域既是经济热点区域，又是生态敏感地区，是进行景观格局研究的典型代表区域.对锦州—葫芦岛沿海地区进行景观格局研究，有助于理解景观格局形成的机制及其与人类活动之间的关系，从而为该区土地管理决策、生态环境保护以及进一步深入研究奠定基础，对于区域土地可持续利用具有重要意义.

1 数据处理

（1）遥感数据的预处理.利用Erdas 2011软件的AutoSync图像自动配准模块，以中国科学院沈阳应用生态研究所景观组已经校正好的1989年Landsat TM 影像为基准，将1990、2000和2010年的影像（轨道号为：120-31、120-32、121-31和121-32）进行校正配准，之后拼接，并利用锦州—葫芦岛四市的行政边界图切割这些影像，得到研究区范围内的各期遥感影像.

（2）对遥感影像进行4、3、2假彩色合成，并进行图像增强.

（3）结合土地利用图、实地调查数据和Google Earth的高分辨率图像，辅助影像的判读和分析，通过人工解译遥感影像进行地物分类.景观分类依据锦州—葫芦岛沿海地区实际情况，并参考2007年中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会发布的《土地利用现状分类》（GB／T 21010—2007）、2011年中华人民共和国住房和城乡建设部与国家质量监督检验检疫总局联合发布的《城市用地分类与规划建设用地标准（GB 50137—2011），共分为耕地、园地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地七大类，具体含义见表1.

表1 锦州—葫芦岛沿海地区景观分类标准Table 1 Classification of land use types in Jinzhou－Huludao area

2 景观格局构成与变化分析

应用ArcGIS 9.3提取1990、2000和2010年各景观类型的面积，生成锦葫沿海地区各时期的景观格局构成分析图（图1）.从中可以看出，锦州—葫芦岛沿海地区景观主要是由耕地、林地、草地、建设用地组成，占总面积的90%以上.建设用地的比重呈逐年递增趋势，从1990年占总用地面积的9.77%上升到2010年的13.24%；耕地、园地、林地、草地及未利用地所占比重变化不大，分别稳定在44%、3.8%、20%、14%和0.6%左右；水域所占比重呈现递减趋势，已经从1990年占总用地面积的6.23%下降到2010年的4.15%.

图1 1990、2000和2010年锦州—葫芦岛沿海地区景观格局构成分析Fig.1 Percentage of Jinzhou－Huludao coastal area landscape types in 1990，2000and 2010

转移矩阵可以清晰地反映各景观类型的土地利用方式转换数量.本研究为更清晰地表示主要景观类型的空间位置变化，采用GIS 平台（ArcGIS 9.3版本）制作成各时间段的空间变化位置图，具体操作如下：利用ArcToolbox工具下的Overlay 命令，对1990—2000 年，2000—2010年和1990—2010年的土地利用遥感解译图进行空间叠加，应用statisties命令提取各种土地利用类型之间转化的面积，并将主要的景观类型转换空间用不同颜色在图上区分开来（图2）.

基于研究时段各景观类型变化位置分布图可以看出，景观类型发生转换的空间主要位于海岸带地区.总体来说，是以建设用地的持续扩张与耕地以及林地、水域面积缩小为特点；具体来讲，1990—2000年间，建设用地面积增加141.1km2，有2.3km2的海洋、40.1km2的耕地、0.3km2的园地、2.9km2的林地、9.5km2的草地、86.8km2的水域和1.0km2的未利用地转化为建设用地；与此同时，有1.1km2的建设用地转化为耕地、1.4km2的建设用地转化为水域.2000—2010年间，建设用地面积增加131.1km2，有29.6km2的海洋、51.8km2的耕地、4.6km2的林地、9.0km2的草地、41.9km2的水域和4.9km2的未利用地转化为建设用地；在此期间，有8.3km2的建设用地转化为耕地、0.2km2的建设用地转化为林地、1.8km2的建设用地转化为草地、0.1km2的建设用地转化为水域，0.2km2的建设用地转化为未利用地.1990—2010年间，建设用地面积共增加272.2km2，共有32.8km2的海洋、88.4km2的耕地、0.3km2的园地、9.3km2的林地、17.4km2的 草地、127.0km2的水域和5.8km2的未利用地转化为建设用地；与此同时，共有5.4km2的建设用地转化为耕地、1.6 km2的建设用地转化为草地、1.5km2的建设用地转化为水域，0.2km2的建设用地转化为未利用地.

图2 研究时段内各景观类型变化位置分布图Fig.2 Changes in spatial location of main landscape types in all research interval

3 土地利用度量变化分析

基于GIS平台，应用statisties命令提取各种土地利用类型之间转化的面积，在该结果基础上运用土地利用动态度计算公式对研究区景观类型的动态变化加以量化，各公式表述如下［10］：

（1）单一土地利用动态度

式中，ΔLUij为监测时段第i 类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值；LUi为监测起始时间第i类土地利用类型面积.

（2）单一土地利用转出率

式中，Ti为地类i在t0到tk时期内的土地利用转出率；Tij为在t0到tk时期地类i 转化为地类j的面积；Lt0是地类i在t0时刻的面积；n为研究区土地利用类型数量.

（3）单一土地利用转入率

式中，Mi为地类i 在t0到tk时期内的土地利用转入率；Mij为在t0到tk时期内由地类j 转化为地类i的面积；Ltk是地类i 在tk时刻的面积；n为研究区土地利用类型数量.

土地利用变化情况如表2所示.

表2 土地利用变化度量分析Table 2 Metrics analysis of land-use change %

从表2中可以看出以下几点：

（1）建设用地和水域的土地利用动态度显著高于其他景观类型，1990—2010年这20年间，锦葫沿海地区建设用地的土地利用动态度高达36.10%，水域的土地利用动态度达到33.13%.

（2）水域的土地利用转出率最高，1990—2000年，水域的土地利用转出率为24.14%；2000—2010 年，水域的土地利用转出率为13.58%.园地、林地和建设用地的土地利用转出率都很低，1990—2010年这20年间，园地的土地利用转出率只有0.19%，林地1.58%，建设用地1.16%.

（3）建设用地的土地利用转入率最高.1990—2000年，建设用地的土地利用转入率为16.05%；2000—2010年，建设用地的土地利用转入率为13.82%；1990—2010年这20年间，建设用地的土地利用转入率高达27.37%，显著高于其他景观类型，如耕地（1.63%）、园地（0.00%）、林地（0.11%）、草地（0.46%）、水域（1.69%）.

（4）未利用地的土地利用转出率和转入率都比较大.1990—2010年这20年间，锦葫沿海地区未利用地的土地利用转出率为14.97%，仅低于水域的土地利用转出率34.26%；未利用地的土地利用转入率为10.34%，仅低于建设用地的土地利用转入率27.37%.

4 景观格局指数分析

在众多景观类型中，建设用地与人类的关系最为密切，建设用地的扩展是城镇化过程的最直观表现，因此本文在类型水平上选择了建设用地作为研究对象，并计算了整体水平的景观格局指数.借鉴相关文献资料，将锦州—葫芦岛沿海地区的景观格局研究粒度确定为400 m，利用Fragstats（raster version 3.3）软件计算景观格局指数，结果见表3和表4.

表3 建设用地景观格局指数Table 3 Landscape pattern indices of constriction land

表4 景观格局整体水平指数Table 4 Landscape pattern indices of landscape metrics

从以上两个表可以发现：锦州—葫芦岛地区20年来建设用地的斑块数、斑块密度和边缘-面积分维值增加，说明破碎化程度加重，建设用地的边界越来越复杂；聚合度呈增长趋势，表明建设用地的聚集程度加大.

景观整体水平上，总斑块数先增加后减少，说明：1990—2000年，各类景观斑块以增加为主，到了2000—2010年，斑块呈减少趋势是由于城市在扩展过程中，一些小的用地斑块融合为大斑块的情况占据主导；斑块密度呈减少趋势，香农多样性指数与均匀度指数都起伏波动，形状不断规则化，景观聚集程度增加，蔓延度减少.由此，锦州—葫芦岛沿海地区的景观破碎化程度有所缓解.

5 结 语

本研究采用3S 技术及定量分析方法对锦州—葫芦岛沿海地区的景观格局进行分析，可以作为锦州—葫芦岛地区城市总体规划的前期研究，提高城市规划决策的科学性和智能性.该研究为锦葫沿海地区的规划决策、生态环境保护进一步深入研究奠定基础，对于区域土地可持续利用具有重要意义.

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