基于GIS的江苏丘陵地区乡村景观格局特征分析——以南京市六合区金牛湖创意农业科技园区为例

陈 璐，马锦义

（南京农业大学园艺学院，江苏　南京　210095）



基于GIS的江苏丘陵地区乡村景观格局特征分析
——以南京市六合区金牛湖创意农业科技园区为例

陈 璐，马锦义

（南京农业大学园艺学院，江苏南京210095）

摘 要：以南京市六合区金牛湖创意农业科技园区为研究区，以土地利用现状数据为数据源，采用GIS技术，通过对研究区的斑块密度、斑块形状、多样性、破碎度等指数的计算、分析和对比，揭示研究区内景观结构的空间特征。研究结果表明，研究区是一个以农业为景观背景的地区，土地利用结构不尽合理，景观异质性差，多样性程度不高，景观斑块类型相对单一，分布存在不平衡现象。耕地为基质景观且相对集中，受地形和人类活动影响最大，不稳定性最高。在此基础上，提出了该研究区域景观格局优化的建议。

关键词：丘陵地区；斑块；景观指数；景观格局

景观格局分析是景观生态学研究的核心内容之一，是景观功能与动态分析的基础，是研究景观结构组成特征及空间配置的方法［1］。景观格局通常是指景观的空间结构特征，包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置［2］。通过对研究区的景观格局特征进行分析，确定其格局形成的影响因素，揭示景观格局与景观功能之间的关系，发现格局中存在的问题，并在此基础上对研究区的规划提供景观生态学依据，以达到调整景观格局，优化景观功能的目的。笔者基于GIS等技术，以南京市六合区北部乡村景观——金牛湖创意农业科技园区为研究对象，利用土地利用的现状数据，计算景观格局指数，定量化分析研究区的景观结构，通过景观格局特征的分析发现研究区景观组成及空间配置特点，为研究区景观格局优化规划以及土地资源的合理利用提供科学依据。

1 研究区概况

南京市六合区位于长江中下游中段北岸，地处北纬32°11′～32°37′，东经118°34′～119°03′，东邻扬州仪征市，南濒长江。其地貌大致分属宁镇扬山地和大别山余脉剥蚀丘陵山区，低山岗地占总面积的70%，主要分布在境内北中部。全区地势北高南低，北部为丘陵岗地，中南部为河谷平原、岗地，南部为沿江平原圩区，形成岗、塝、冲和圩等多种地形。

六合地处中纬度东部，北亚热带季风区，一年四季太阳高度角的变动及昼夜长短的变化均较为适中。季风显著，四季分明，雨量集中；冬冷夏热，春温多变，秋高气爽；光能充足，热量富裕，雨热同季。常年主导风向为偏东风。

金牛湖创意农业科技园区基地位于六合区东北部金牛湖街道的峨眉山村和铁牛村，东北、东南分别与安徽省天长市和江苏省仪征市接壤，为刚刚启动现代农业和美丽乡村规划建设的示范项目园区，总面积680.71 hm2，现状土地利用类型有农田（耕地）、林地、草地、园地、村庄、农村道路、水库和沟塘等。园区内岗地主要为砂砾岗地和黄土岗地，海拔20～100 m。岗地类型复杂，地势高，起伏大，多数为缓坡岗地和长条形岗地［3］。

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

2.1.1 数据选择 采用2014年5月完成的研究区域土地利用现状图，比例尺是1∶1 000，结合比对卫星图和实地踏勘调查得出的景观类型组成、地貌特征等相关数据。

2.1.2 数据处理 采用的数据处理软件主要为：AutoCAD 2010、Fragstats 4.1、ArcGIS 10.0以及Excel 2007等软件。

2.1.3 景观分类 在对研究区景观功能认识的基础上，根据土地利用现状，将研究区景观类型（斑块）划分为8类，即耕地（有灌溉设施和水源保障）、林地（包括生态林、用材林、经济林及岗坡地天然灌丛等）、园地（果树种植地）、水体（指水库、河沟、坑塘）、村庄用地（居民点）、道路交通用地、其他建设用地（包括工矿用地）和其他用地（荒草地、裸地）。具体景观斑块类型与面积数量见表1。

表1 景观（斑块）类型与面积数量

2.2 景观指数选取

景观指数作为能够高度浓缩景观格局，反映景观结构组成和空间配置某些方面的简单定量指标［4］能够反映景观的组成特征、空间配置、动态变化等。进行定量研究的景观格局指数主要选取斑块水平指数、斑块类型水平指数和景观水平指数［5］（表2）。

表2 景观指数类型

2.3 数据处理与计算

利用AutoCAD 2010软件将JPG格式的土地利用现状图转化为1∶1 000的DWF格式文件，利用ArcGIS 10.0转化成SHP文件格式，然后在利用ArcGIS 10.0中的Spatial Analysis模块将其转化为Arcgrid格式，制成景观格局图（图1）。

将上述Arcgrid文件导入到Fragstats 4.1景观指数计算软件中，根据选取的景观指数进行相关的参数设置及指标的勾选，进而计算得出相关的景观指数结果。

3 结果与分析

3.1 景观基本特征分析

3.1.1 景观斑块数量特征分析 一个景观类型占整个景观面积的比例，在相对意义上给出了每个景观类型对真个景观的贡献率［6］。从表1可以看出，研究区景观的斑块总数为529块。其中，面积最大的斑块是耕地，超过总面积的一半（57.276%），接下来依次为林地、村庄用地、水体和其他用地，各占总面积的8%～12%，其他建设用地、道路交通用地及园地所占面积较小，均未超过景观总面积的2%（图2）。

图1 金牛湖创意农业科技园区景观格局

图2 斑块类型占景观总面积的比例

从各景观类型对整个景观的贡献率来看，研究区耕地面积比例最大，为研究区的主导景观类型，说明该区以农业为主。耕地的平均斑块面积最大，其余景观平均斑块面积都较小，同样说明研究区是一个以农业景观为主导的地区，耕地具景观基质特征。从斑块数量来看，如表2所示，各景观类型的斑块数量分布不均，道路交通用地＞水体＞林地＞耕地＞村庄居民点用地＞其他用地＞其他建设用地＞园地，其中最大斑块数与最小斑块数相差136块。

斑块密度（又称孔隙度）能反映出景观基质被类型斑块分割的程度，对一个地区生态与环境保护、土地合理利用具有重要影响［7］。从表2看来，道路交通用地分布面积最小，斑块数量最多，斑块密度最大，表明道路交通用地呈小面积零散分布，分布较为广泛，这与道路交通用地受人类活动影响最大有关。另外，水体和林地的斑块密度较大，说明研究区内水体和林地分布较为广泛且零散。上述结果，一方面由于研究区低山丘陵的地形特征，水体以及林地分布不均，另一方面则说明该区土地资源的利用不尽合理，水体和林地同样受人类活动影响较大。

3.1.2 景观斑块的面积特征分析 平均面积特征不仅反映各景观类型分布特点，也反映大地貌特征［8］。平均斑块面积较小的是道路交通用地、园地、其他建设用地及水体，耕地是平均斑块面积最大的斑块类型，较显著地反映了研究区是一个以农业景观为主的景观区域。

从斑块面积标准差来看，研究区景观斑块的面积差异极大，在斑块面积变异系数中对比极为显著。其中，耕地的斑块面积标准差值最大，而道路交通用地的值最小。最大耕地斑块面积为271.12 hm2，其平均斑块面积为6.498 hm2，两者差异大，故面积标准差就大，耕地的斑块面积分布不均匀；而道路交通用地最大斑块面积以及平均斑块面积分别为0.22 hm2和0.031 hm2，两者差异相对较小，因而其面积标准差就小，道路交通用地的斑块面积相对较为均匀。

3.1.3 景观斑块的形状特征分析 斑块的形状在一定程度上影响其景观功能，通常一个不规则的斑块可能比规则的斑块具有更异质的生态过程［9］。分维可理解为不规则几何形状的非整数维数，可以用来表征不同景观类型形状的复杂程度。分维数取值一般在1～2，其值愈接近于1，表明斑块的自我相似性强，斑块形状愈简单，受人为干扰程度愈大；反之，其值愈接近于2，形状愈复杂，受人为干扰程度愈小［10］。从表3可以看出，各景观类型的分维数均接近于1，说明该研究区斑块形状相对简单，受人类活动影响较大。

平均斑块形状指数是经过某种数学转化的斑块边长与面积之比，通过计算某一斑块形状相同面积的圆或正方形之间的偏离程度来测量其形状复杂程度的［4］。当某一景观类型中所有有斑块均为正方形时，其值为1，当斑块形状偏离正方形时，其值变大。通过比较表3中各景观类型的平均形状指数，其值范围为1.166～1.694，可知各景观类型的平均形状指数差别相对较小，表明各景观类型斑块的形状差异不很明显。其中形状最为单一的景观类型为水体，接近正方形，说明受人类活动影响较大；形状最为复杂的为耕地，说明该景观类型的斑块形状受人类活动影响相对较小，主要是研究区丘陵岗地自然起伏的地形因素决定了耕地形状多变的特征，且耕地斑块面积变化大，面积较大的斑块比面积小的斑块所占比重更大。

3.2 景观格局空间特征分析

3.2.1 聚集度和破碎度特征分析 如表4所示，除道路交通用地外，各景观类型的聚集度指数都较高，尤其以耕地、水体和村庄居民点这三种类型景观的聚集度指数最高，其他用地与林地次之。这验证了研究区为典型的乡村景观，具有耕地和水体围绕村落分布的总体空间格局特征。而林地大多是分布于山坡、丘陵地带，聚集度也较大。其他用地多分布于林地与耕地的间隔地带，斑块较为集中，因此聚集度较大。园地景观类型面积不到1%，斑块数目少，没有大面积的斑块，聚集度低，表明研究区园艺产业不发达。破碎度指数用于描述景观或景观类型被分割的破碎化程度，土地利用越丰富，破碎化程度越高，其不稳定的信息含量也越大［11］。从表4看来，研究区整体景观的破碎度指数较低，反映整体景观中各种斑块类型分布较为集中。耕地的破碎度指数最大，表明耕地这一景观类型相对于其他景观类型的不确定因素较大，破碎化程度高。如图3所示，聚集度指数与破碎度指数呈现明显的负相关关系，整体景观的聚集度指数为91.253，破碎度指数为0.007 8，说明研究区的连通性较好，破碎化程度低。

表3 景观格局指数情况

表4 景观聚集度和破碎度指数

斑块密度反映斑块破碎化程度，同时也反映景观空间异质性程度，斑块密度越大，破碎化程度就越高，空间异质性程度就越大，反之，破碎化程度越低，空间异质性就越小［12］。如图4所示，最大斑块指数最大值出现在耕地这一景观类型中，其斑块密度较小，是由于该景观类型斑块较大且较为完整，破碎化程度较低，空间异质性较小。图4中显示道路交通用地、水体、林地及村庄居民点用地这四种景观类型的两种指数负相关性很高，斑块密度大且最大斑块指数低。道路交通用地及水体这两种景观类型受人类活动影响较大，破碎化程度高，空间异质性大。村庄居民点用地和林地受丘陵岗地的地形影响，斑块比较分散，破碎化程度较高。如图5所示，比较各景观类型的斑块密度和破碎度指数可知，两个指数存在明显的正相关性，说明研究区内道路交通用地和水体的破碎化程度高，受人类活动影响大。

图3 聚集度指数与破碎度指数比较

图4 最大斑块指数与斑块密度指数比较

3.2.2 景观多样性、均匀度和优势度分析 Shannon多样性指数SHDI是基于信息论的测量指数，其大小反映景观类型的多少各个景观类型所占比例的变化，可以反映景观异质性。Shannon均匀度指数SHEI反映景观中不同景观要素在面积上分布的不均匀程度。均匀度与优势度指数（Dominance）呈负相关，并且SHEI与优势度之间可以相互转化，即Evenness=1-Dominance，即SHEI值较小时优势度一般较高，可以反映出景观受到一种或少数几种优势斑块类型所支配［13］。在景观类型确定的情况下（8类），多样性指数为1.349，故最大多样性指数为2.079，偏差较大，表明研究区景观类型所占比例差别较大，多样性程度不高；均匀度指数SHEI为0.649，根据Evenness=1-Dominance，因此景观优势度D为0.351，说明景观中有一定的优势斑块类型存在，但不明显。研究区主要景观类型为耕地，其余集中景观类型在总面积、平均斑块面积上差别不是太大，因此整体景观多样性和均匀度均较高，耕地为研究区的优势斑块类型。

图5 破碎度指数与斑块密度指数比较

4 结 论

对金牛湖创意农业科技园区景观格局特征研究分析可以看出，该区域是一个以农业为景观背景的地区，城镇建设不够发达，土地利用结构不尽合理，开垦土地过多，景观异质性差。耕地、林地、村庄居民点为主要景观类型，其中耕地为基质景观，是景观整体和景观类型中的具有支配作用的景观斑块类型；耕地相对集中，林地和村庄居民点受丘陵岗地地形的影响较为分散。景观斑块类型相对单一，多样性程度不高，分布存在不平衡现象；人类活动没有造成研究区景观整体和景观类型的严重破碎化，耕地更易受到人类活动、未来城市发展的影响。耕地这一主要景观斑块类型集中分布现象突出，受地形因素影响斑块形状复杂，同时受人类活动影响，不稳定性最高。因此，研究区的土地利用结构需进行更为科学、合理地调整规划，以提高景观的异质性和稳定性。

对研究区景观格局实施优化建议：①根据研究区的地形地貌特点和城市发展水平进行合理的土地利用规划，实现对资源的集约利用，尤其要加强耕地的保护；②大力发展园艺产业，增加园地比重，对于调整农业产业布局、优化土地结构具有重要作用；③在新型城镇化进程中，合理规划村镇建设，加强对自然村的整改与合并，避免小斑块分布过于分散；④合理利用与保护林地资源，在保证林地面积的情况下，增加林木种类的多样性，以提高生态环境的自我修复能力，提高景观的整体稳定性。

参考文献：

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（责任编辑：肖彦资）

Analysis of Characteristics of Rural Landscape Pattern in Jiangsu Hilly Region Based on GIS——A Case Study of Taurus Lake Creative Agricultural Science and Technology Park in Liuhe District of

Nanjing City CHEN Lu，MA Jin-yi
（College of Horticulture in Nanjing Agricultural University， Nanjing， 210095， PRC）

Abstract：Taking Taurus Lake creative agricultural science and technology park of Liuhe District， Nanjing City as the research area，using the land use data as the data source， using GIS technology， through the calculation， analysis and comparison of the patch density，patch shape， diversity and fragmentation degree of the study area， the spatial characteristics of landscape structure in the study area were revealed.The results showed that the study area was a region with the landscape background of agriculture，land use structure was not reasonable， Landscape heterogeneity was low， lack of diversity， landscape patch type was relatively single， distribution existed imbalance phenomenon.The cultivated land was the basic landscape and was relatively concentrated， which wasmost affected by the terrain and the human activity， highest instability. On the basis of above， the suggestions on the optimization of the landscape pattern in the study area were put forward.

Key words：hilly region； patch； landscape index； landscape pattern

中图分类号：F301.2；P901

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2016）05-0092-05

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.05.026

收稿日期：2016-01-26

作者简介：陈 璐（1990-），女，山东青岛市人，硕士研究生，研究方向为风景园林规划设计。

通讯作者：马锦义