松辽平原黑土区景观格局分析

张红红 林楠 白卉

摘要从遥感技术特点出发，以黑土区为研究对象，运用景观生态学研究方法，在斑块类型水平和景观水平两个层次上选取10种景观格局指数对1990～2000年黑土区景观格局变化特点进行分析。结果表明：耕地是该区的主导景观类型；10年来耕地面积逐渐减少，建设用地和其他类面积均增加；区内各景观存在破碎化趋势。

关键词松辽平原黑土区；遥感；景观格局分析

中图分类号S731；X321文献标识码A文章编号0517-6611（2015）34-022-02

景观格局分析是景观生态学研究的核心内容之一。景观是由大大小小的斑块组成的。斑块的空间分布被称为景观格局[1]。黑土区的景观格局是许多景观过程长期作用的产物，同时景观格局直接影响景观过程。不同景观格局对景观上的个体、种群或生态系统的作用差别很大。

黑土区作为典型的农业景观，也是受人类活动影响强烈的景观类型。通过研究黑土区景观格局，可以更好地理解黑土区景观结构及其变化过程，揭示黑土区景观演替的机制和规律，为实现黑土资源的可持续利用提供参考[2-3]。

1松辽平原黑土区概况

松辽平原黑土区是目前世界上继乌克兰、美国密西西比河之后的三大黑土区之一，分布在松花江、辽河两大流域中上游地区，行政区涉及黑龙江省、吉林省、内蒙古自治区和辽宁省。黑土区内土壤肥沃，是发展农业的天然宝地。作为中国粮食的主产区，它一直被形象地誉为中国的“北大仓”。

黑土区属地壳运动的下沉地带，构造上属新华夏系第二沉降带，即松辽断陷，受不同程度切割的高平原和山前洪积平原。地势由东北倾向西南，形成较宽阔的河谷平原与河间地。黑土区处于温带和暖温带范围，有大陆性和季风型气候特征。夏季短促而温暖多雨，冬季漫长而寒冷少雪，冬夏之间季风交替。选取黑土分布较集中的黑龙江省和吉林省黑土区作为该次研究区[4]。区内黑土面积约为80 108.50 km2。

2数据源与数据处理平台

该研究所选用的数据源为20世纪90年代初Landsat TM和2000年Landsat ETM遥感影像，经过波段组合、几何校正、增强镶嵌等数据预处理操作，采用人机交互解译的方法分别提取耕地、建设用地、水体和其他土地类型，然后将解译的两期矢量数据转换成栅格数据，用于景观格局分析计算使用。数据处理平台包括Erdas9.1、Mapgis6.7、Arcgis9.0和Fragstats3.3等软件。

3黑土区景观格局分析

黑土区内的主要景观要素是耕地，构成以耕地为背景基质，建设用地和水体为镶嵌斑块，林带及其他类为廊道的典型斑块—廊道—基质农业景观。在参考国内外文献[2-6]的基础上，从斑块类型水平和景观水平2个层次，选出10种景观格局指标来描述黑土区土地利用/土地覆盖景观格局的动态（表1）。

表1黑土区景观格局分析指数

景觀结构指数类型指数名称代码单位取值

景观单元斑块个数NP个NP≥1，无上限

特征指数斑块密度PD个/km2PD>0，无上限

斑块占景观面积PLAND%0

的比例

斑块形状指数LSILSI≥1，无上限

最大斑块指数LPI%0

景观异质分维数PAFRAC1≤PAFRAC≤2

性指数香农多样性指数SHDISHDI≥0，无上限

香农均匀度指数SHEI0≤SHEI≤1

蔓延度指数CONTAG%0

聚集度指数COHESION0≤COHESION<100

3.1斑块类型水平格局动态分析

3.1.1景观组成和结构分析。由表2可知，耕地斑块占景观面积的百分比为67.21%，是该区景观的主导类型，而建设用地和水体分别占景观面积的5.97%和4.59%。从斑块数量上看，4个景观类型共计15 933个，其中建设用地景观斑块数为10 011块，占黑土区总斑块数的62.83%，耕地斑块数最少，水体次之。由此可知，建设用地的面积小，而斑块数较多。同样，这从斑块密度上也能显示出来。斑块密度反映景观总体的斑块分化程度或破碎化程度，建设用地的斑块密度最大，为0.125个/km2，表明建设用地斑块规模小，异质性高，而耕地的破碎程度最小。

最大斑块指数反映最有优势的景观类型对整个区域景

表21990年黑土区各景观斑块水平类型特征

类型斑块占景观面积的比例∥%斑块个数个斑块密度个/km2最大斑块指数%斑块形状指数分维数聚集度指数

建设用地5.9710 0110.130.3999.241.5056.31

耕地67.212840.0110.3765.611.5399.26

其他类22.234 8300.063.9285.191.5697.03

水体4.598080.011.1432.821.4794.18

观格局的影响程度，最大斑块指数的大小顺序为耕地>其他类>水体>建设用地，耕地的最大斑块指数为10.37%，表明耕地为黑土区景观的背景基质。斑块形状指数的大小依次为建设用地>其他类>耕地>水体，表明各斑块类型景观格局的复杂性程度。

从分维数上看，其他类的分维数最大，耕地次之，反映二者的几何形状较复杂，受人为活动的影响较大。聚集度指数描述景观中同一斑块类型之间的自然衔接程度和斑块类型间的相互分散性，耕地的聚集度指数高达99.26，说明耕地斑块之间的自然衔接程度较高，相互分散性较小。由表3可知，耕地占该区景观总面积的62.65%，仍是该区的主要景观类型，水体最小，为2.62%，建设用地次之，占7.36%；4个景观类型斑块总数为17 679个，其中建设用地占斑块总数的63.06%，耕地和水体斑块数较少，分别为374和944；斑块密度的大小顺序为建设用地>其他类>水体>耕地，斑块密度大的说明该类景观斑块数量多、规模小、景观异质性高。

从最大斑块指数上看，耕地占9.34%，表明耕地为该景观区域的最有优势的景观类型，是黑土区主要的景观要素，建设用地最小为0.5%，水体次之，为0.71%；斑块形状是景观空间格局复杂性的一个重要特征。斑块形状指数依次为建设用地、其他类、耕地、水体，说明建设用地是该区景观中最复杂的。

表32000年黑土区各景观斑块水平类型特征

类型斑块占景观面积的比例∥%斑块个数个斑块密度个/km2最大斑块指数%斑块形状指数分维数聚集度指数

建设用地7.3611 1490.140.50106.361.5262.95

耕地62.653740.019.3477.351.5699.24

其他类27.375 2120.075.4588.731.5897.95

水体2.629440.010.7129.391.4890.82

分维数是反映景观格局总体特征的重要指标，同时在一定程度上反映人类活动对景观格局的影响。其他类的分维数较大，为1.58，说明其他类的边界形状较复杂，水体分維数较小，为1.48；聚集度指数的大小排序为耕地>其他类>水体>建设用地，说明耕地的连接性最好。

3.1.2景观动态分析。

结合表2和表3的计算结果，可以看出10年间斑块类型水平格局的变化。建设用地和其他类占景观面积的比例逐渐增大，而耕地和水体相应减少；从斑块密度上看，各地类均有增加；最大斑块指数与斑块占景观面积的比例变化大致相同，但其他类的最大斑块指数增加很多，表明其他类在面积上增加很多；各地类的分维数均有所增加，其中耕地增加最多，反映耕地受人为活动的影响较大。

3.2景观水平格局动态分析由表4可知，20世纪90年代景观斑块总数为15 933个，到2000年景观斑块总数为17 679块，斑块密度也由0.20增加到0.22。究其原因，是因为人类的生产活动破坏了黑土区原来的景观，最大斑块数减少了。最大斑块数描述了人类活动对黑土区斑块影响的方向、强弱程度。斑块形状指数增加了8.06，分维数和聚集度指数变化不大，蔓延度指数减少了2.87%。蔓延度指数包含着空间信息，是描述景观格局的最重要的指数之一。香农多样性指数和香农均匀度指数的变化趋势大致相同，二者呈正相关，与聚集度指数呈负相关。在一个景观系统中，香农多样性指数越高，表明黑土区土地利用越丰富，破碎化程度越高，其不定信息含量也越大。

表41990年和2000年黑土区景观水平指标

年份斑块个数个斑块密度最大斑块指数%斑块形状指数分维数蔓延度指数%聚集度指数香农多样性指数香农均匀度指数

199015 9330.2010.3765.301.5344.9098.470.910.66

200017 6790.22 9.3473.361.5542.0398.560.930.67