大连北三市土地利用景观格局及其生态环境效应

2013-11-19艾晓荣

环境科学导刊 2013年1期

艾晓荣，张华，2

(1.辽宁师范大学自然地理与空间信息科学辽宁省重点实验室，辽宁大连116029;2.辽宁师范大学海洋经济与可持续发展研究中心，辽宁大连116029)

随着全球变化研究的深入，土地利用/土地覆盖变化 (LUCC)被认为是全球变化的重要组成部分和主要原因之一，已成为当今全球变化研究的热点和前沿问题［1］。土地资源的可持续利用是区域经济和可持续发展的重要保证，土地资源的合理利用对人类生存发展有着重要意义。目前，沿海地区由于工业化和城市化的快速发展，用地矛盾日益突出［2］，给沿海地区的生态环境带来很大压力。基于此，本文以大连市北部的3个县级市——瓦房店市、普兰店市和庄河市为研究区，引用研究区2005年土地利用矢量数据，选用生态意义较明确的景观特征指数，对大连北三市土地利用景观格局及其生态环境效应进行比较分析，揭示土地利用景观格局对生态环境的影响，为研究区土地利用结构的调整及生态环境管理决策的制定提供科学依据。

1 研究区概况

研究区位于辽东半岛中部，区内地貌轮廓从北至南为中山—低山—丘陵—台地—沿海阶地平原的层状地貌结构;气候上属于暖温带大陆性半湿润季风气候区，兼具海洋性气候特征，冬无严寒、夏无酷暑，四季分明;年平均降水量为600～790mm，由西南向东北方向递增，降水的季节分配多集中在夏季;区内地带性植被为夏绿阔叶林;主要河流有英那河、庄河、碧流河、复州河和浮渡河等。

2 研究方法

2.1 土地利用景观斑块类型划分

本研究的基础数据为研究区2005年的土地利用图形数据，为土地资源的二级分类系统 (25类)。考虑到景观格局研究的需要和辽宁沿海区域的地理环境状况，应用时将二级分类归并为水田、旱地、林地、草地、水域、滩涂、城乡工矿居民用地 (以下简称为城乡用地)、沼泽地和未利用地共9种景观斑块类型 (表1)。

2.2 景观格局指数计算

从斑块类型和景观2个水平上，选用生态意义较明确的景观格局指数［3，4，5］:斑块类型面积及面积比例、斑块数 (ni)、斑块分离度 (F)以及景观多样性指数 (H)、优势度指数 (D)和景观破碎化指数 (C)等，来分析研究区景观格局的空间变化特征。

(1)斑块分离度 (F)

F表示某一景观斑块类型个体分布的分离程度。其值越大，表明该景观类型在地域分布上越分散。其计算公式为:

式中:ni为景观斑块类型i的斑块数;Ai为景观斑块类型i的总面积;A为总景观面积。

(2)景观多样性指数 (H)

H是一种基于信息理论的测量指数，能反映不同景观类型分布的均匀性和复杂性的程度，特别对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感。计算公式为:

式中:Pi为景观斑块类型i在景观中所占的面积比例;m为景观类型数。

表1 研究区景观斑块类型及含义

式中:Pi为景观斑块类型i在景观中所占的面积比例;m为景观类型数。

(3)景观优势度指数 (D)

D通常用多样性指数的最大值与实际计算值之差来表示，用于测度景观结构组成中某种景观要素支配景观的程度，亦反映某种景观斑块类型在景观中所处的位置或重要性。计算公式为:

(4)景观破碎化指数 (C)

景观破碎化是指由于自然或者人文因素干扰所导致的景观类型由简单到复杂的过程，即景观由单一匀质到复杂异质的过程。景观破碎化指数能够反映景观空间结构的复杂性和人类活动对景观结构的干扰程度。其计算公式为:

式中:N为研究区斑块总数，A为总景观面积。

2.3 区域生态环境指数 (EV)计算

式中:LUi为区域内t时期第i种景观类型的面积;Ci为生态环境指数赋值;A为区域总景观面积。

3 结果与分析

3.1 大连北三市土地利用结构比较分析

大连北三市土地利用景观类型面积比例的统计结果 (图1)表明，北三市旱地、林地、城乡建设用地景观面积比例明显大于其它景观类型。其中，瓦房店市旱地面积最大，为145692.5hm2，景观面积比例为40.1%，林地次之，景观面积比例为39.9%，城乡建设用地、草地、水域、水田、滩涂和沼泽地的景观面积比例分别为14.8%、2.2%、1.5%、0.8%、0.5%和0.2%，没有未利用地 ;普兰店市旱地面积最大，为127791.3hm2，景观面积比例为45.5%，其次为林地，景观面积比例为33.9%，城乡建设用地、水田、水域和草地的景观面积比例分别为11.9%、5.3%、2.7%和0.6%，沼泽地和未利用地的景观面积比例最小，几乎为零;庄河市林地面积最大，为162115.6hm2，景观面积比例为42.3%，旱地次之，景观面积比例为37.0%，城乡建设用地、水田、草地和水域的景观面积比例分别为8.3%、，6.9%、2.8%和2.7%，沼泽地和未利用地的景观面积比例最小，几乎为零。由此表明，大连北三市的基质景观均为旱地和林地。

从空间分布来看，瓦房店市旱地景观遍布全区，林地景观在东北部地区相对集中，城乡建设用地沿渤海在南部相对集中，但在其它地段也有零星分布现象;普兰店市旱地景观分布最广，集中分布在中南部地区，城乡建设用地沿渤海和黄海分布现象明显，水田和水域景观在普兰店市全区分布很分散;庄河市林地景观广泛分布在北部山地地区，旱地和水田景观分布的不均匀，但在东南部和东部地区相对均匀、集中，城乡建设用地沿黄海集中分布现象明显，水域景观零散分布在中部地区。

3.2 大连北三市土地利用景观格局指数比较分析

3.2.1 斑块水平指数

表2为北三市土地利用景观类型的斑块数量、斑块个数比例及斑块分离度的统计结果。从斑块数量上看，瓦房店市总斑块数为3222个，平均斑块面积为112.74hm2/个。其中，林地斑块数最多，为1519个，斑块个数比例为47.14%，城乡建设用地次之，斑块个数比例为39.32%，沼泽地斑块数最少，斑块个数比例为0.19%。普兰店市总斑块数为3249个，平均斑块面积为86.5hm2/个。其中，城乡建设用地斑块数最多，为1597个，斑块个数比例为49.15%，林地次之，斑块个数比例为37.37%，沼泽地斑块数最少，斑块个数比例为0.09%。庄河市总斑块数为2855个，平均斑块面积为134.1hm2/个。其中，林地斑块数最多，为1182个，斑块个数比例为41.40%，城乡建设用地次之，斑块个数比例为39.71%，沼泽地斑块数最少，斑块个数比例为0.10%。从斑块分离度来看，瓦房店市、普兰店市和庄河市的旱地和林地的景观斑块分离度均较小，旱地的斑块分离度分别为0.034、0.026和0.035，林地的斑块分离度分别为0.081、0.097和0.066。沼泽地的斑块分离度均最大，分别为0.914、4.678和12.641。表明在大连北三市，旱地、林地和城乡建设用地分布的较集中，而沼泽地分布很零散。

3.2.2 景观水平指数

表3为大连北三市景观特征指数计算结果。瓦房店市、普兰店市和庄河市的景观多样性指数分别为1.24、1.27和1.32;优势度指数分别为0.84、0.68和0.63，表明庄河市各类景观分布得较分散，瓦房店市各类景观分布得相对均匀。瓦房店市、普兰店市和庄河市的景观破碎化指数分别为0.0089、0.0116和0.0075，表明庄河市的景观空间结构较简单，并且受人类的干扰程度小。普兰店市景观空间结构比庄河市和瓦房店市相对复杂，并且受人为干扰较大。

3.3 大连北三市生态环境质量比较分析

在现有土地利用景观格局影响下，瓦房店市、普兰店市和庄河市的生态环境指数分别为1.16、0.63和1.23。可以看出，普兰店市旱地面积比例最大，为45.5%，林地面积比例最小，为33.9%，境内景观破碎化指数最高，为0.0116，其生态环境质量指数最低;而庄河市林地面积比例最大，为42.3%，且集中分布在北部山地，旱地面积比例最小，为37.0%，景观破碎化指数最低，为0.0075，其生态环境质量指数最高。由此表明，在大连北部地貌形态较为复杂的三个县级市，凡是旱地景观面积比例较大、林地景观面积比例较小、且景观破碎化程度较高、受人类干扰程度较大的区域，其生态环境状况较差。

表2 大连北三市景观斑块指数

4 结语

本文引用2005年土地利用矢量数据，对大连北部三个县级市的土地利用景观格局及其生态环境效应进行了比较分析，结果表明:大连北三市各类景观中，旱地、林地、城乡建设用地所占面积比例明显大于其它景观类型，北三市的基质景观均为旱地和林地。北三市中，庄河市的旱地和林地景观面积比例分别为37.0%和42.3%，林地面积比例相对较大，旱地面积比例较小，旱地和林地的斑块分离度分别为0.035和0.066，该区域景观破碎化指数最低，为0.0075，生态环境质量指数最高，为1.23;而普兰店市的旱地和林地景观面积比例分别为45.5%和33.9%，旱地面积比例相对较大，林地面积比例相对较小，旱地和林地的斑块分离度分别为0.026和0.097，该区域景观破碎化指数最高，为0.0116，生态环境质量指数最低，为0.63。由此表明，大连北部三个县级市的林地面积比例及空间分布的连续性、以及土地利用景观破碎化程度对区域生态环境质量起着明显的主导作用。