基于地理国情数据的区域景观格局变化分析——以民勤县为例

刘艳平

(甘肃省基础地理信息中心，甘肃 兰州 730000)

地理国情是我国基本国情的重要组成部分之一[1]。地理国情监测则是采用空间可视化的方法，按照所见即所得的采集原则，能够客观地表达自然地物和人工地物在地球表面的覆盖情况[2]，且其成形的成果可以为地域景观格局特征研究提供精准的基础数据[3]。

景观格局分析是景观生态学研究内容之一，而景观格局的变化则是人类、自然、生物之间相互作用的结果，因此，研究区域景观格局变化特征有助于挖掘该区域生态过程和景观格局的相互关系[4]。

本文以民勤县为研究区域，依托地理国情数据，利用景观格局指数分析其地表覆盖类型的景观格局变化，不仅能够揭示该区域地表覆盖类型的景观格局特征及其变化特征；还可以反映其生态过程，同时也便于该区域地理国情数据的应用和研究。

1 研究区域概况

民勤县位于河西走廊的东北部，是甘肃省武威市的下辖县之一，处于石羊河流域的下游[5]。西与金昌市的金川区、永昌县相邻，南与武威市的凉州区相依，西北与内蒙古自治区的右旗接壤、东北与其左旗接壤，具体位置如图1所示，主要由平原、沙漠及低山丘陵三种地貌构成。其地理位置处于东经101°49′ 41″～104°12′10″、北纬38°3′45″～ 39°27′37″之间，全县东西长约206 km，南北宽约156 km，总面积达15 890.82 km2。

图1 民勤县地理位置示意图

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

地表覆盖数据采集精细，不仅是对地表景观面貌客观真实的反映，也是探讨地域景观格局特征的基础信息数据[6]。本文数据源主要包括甘肃省第一次全国地理国情普查成果中的地表覆盖分类数据和2018年基础性地理国情监测成果中的地表覆盖分类数据。提取研究区域范围内2015年和2018年的数据，并从地表覆盖分类体系出发，结合研究目的，分别将两期数据整合为人工地物(将人工堆掘地、构筑物、房屋建筑区和道路归整为人工地物)、荒漠与裸露地、水域、园地、耕地、草地和林地7个类。

2.2 研究方法

首先,将提取整合的两期民勤县地表覆盖分类数据利用ArcGIS软件中的“要素转栅格”工具，将其分别转为栅格数据(由于该区域地表覆盖分类图斑的最小采集面积为400 m2，因此，在转换栅格数据时，栅格数据格网的大小为20 m×20 m)，输出栅格格式为.TIF；其次，利用Fragstats4.2软件，结合研究区域的地理概况和地表覆盖数据特点及研究目的，根据各个景观格局指数的生态意义及其之间的相关性，从类型水平、景观水平上遴选合适的景观格局指数，并分别计算两期数据的景观格局指数；最后，根据计算结果和生态学意义对比分析该区域2015年和2018年两个不同时期的地表覆盖类型的景观格局演变特征和发展趋势。

类型水平指数是用来表征研究区域每一种类型景观格局特征的指数；景观水平指数是将研究区域作为一个整体，用来综合表征区域景观格局特征的指数[7]。

3 景观格局分析

3.1 地表覆盖类型分布特征

统计2018年民勤县地表覆盖各类型面积及占比，如表1所示,并利用ArcGIS 软件绘制民勤县2018年地表覆盖类型现状空间分布图，如图2所示。

表1 2018年民勤县地表覆盖类型面积及占比统计表

图2 2018年民勤县地表覆盖类型现状空间分布图

由表1、图2可知，民勤县地表景观类型中面积最大为林地，占民勤县总面积的55.99%；其次，为荒漠与裸露地和耕地，占比分别为30.35%、7.11%。林地、荒漠与裸露地和耕地三者总面积约14 850.78 km2，占民勤县总面积的93.46%，构成了民勤县的主要景观格局。地表景观类型中面积最小为水域，占民勤总面积的0.20%，体现了民勤县的干旱区域的特征。

3.2 类型水平上县域景观格局变化分析

选定斑块数密度(PD)、景观形状指数(LSI)、聚集度指数(AI)、斑块凝聚度指数(COHESION)4个指标，并通过计算以上景观格局指数来反映该区域2015～2018年地表覆盖在类型水平上的景观格局变化趋势，如图3所示。

图 3 2015～2018年地表覆盖在类型水平上景观格局变化

(1)类型水平上景观破碎化程度分析

斑块密度可以用来表征各类地表覆盖的破碎化程度，其随各地类斑块破碎化程度的增加而增加。在景观破碎度方面，该区域人工地物、草地、水域的斑块密度,高于其他类型，如表2所示，说明三者的斑块破碎化程度相对较高，受干扰的程度较大；园地、荒漠与裸露地的破碎化程度最低。2015～2018年，该区域人工地物、园地的斑块密度呈上升趋势，说明了该区域人工地物、园地破碎化程度增加，二者受人类干扰的强度也有所增加；草地的斑块密度略有下降，且该区域其它地类的斑块密度基本保持不变。

表2 2015～2018年民勤县地表覆盖在类型水平上斑块密度及变化表

(2)类型水平上斑块形状分析

景观形状指数用来描述景观的形状特征。其数值越大，表明该类斑块的形状就越不规则[8]。在斑块形状方面，耕地的景观形状指数最大，说明该区域景观类型中耕地斑块的形状最复杂，有利于物质的扩散、转移和能量的流动；园地最低，如表3所示，说明其斑块形状最规则，聚合程度较高，有利于物质和能量的存储。2015～2018年，园地和人工地物的斑块景观形状指数增加趋势相对比较明显，表明二者的形状变得更复杂；其余地类的形状指数有所下降，说明这些地类的斑块形状简单化了，如图3所示。

表3 2015～2018年民勤县地表覆盖在类型水平上景观形状指数及变化表

(3)类型水平上斑块聚集度分析

聚集度指数(0

表4 2015～2018年民勤县地表覆盖在类型水平上聚集度指数及变化表

(4)类型水平上斑块连通性分析

斑块的自然连通性程度可以用斑块凝聚度指数(0

表5 2015～2018年民勤县地表覆盖在类型水平上斑块凝聚度指数及变化表

3.3 景观水平上县域景观格局变化分析

通过斑块数(NP)、斑块数密度(PD)、景观形状指数(LSI)、斑块凝聚度指数(COHESION)、香农多样性指数(SHDI)和香农均匀度指数(SHEI)共6个景观格局指数的计算来表征2015～2018年民勤县地表覆盖在景观水平上的景观格局特征及变化趋势，具体指数及变化情况如表6和图4所示。

表6 2015～2018年民勤县地表覆盖在景观水平上景观指数及变化表

斑块数可以用来描述研究区域景观的破碎化程度。由表6可知，2015～2018年期间，民勤县地表覆盖景观斑块数呈现增加趋势，斑块密度略有升高，表明该区域地表覆盖整体的破碎化程度有所增加。由图4可知，2015～2018年期间，景观形状指数呈增加趋势，整体上反映了该区域地类斑块形状不规则化和复杂化，有利于物质的扩散、转移和能量的流动；且该区域地表覆盖景观斑块凝聚度指数略有升高，地表覆盖整体的通达性变强。

图4 2015～2018年地表覆盖在景观水平上景观格局变化

香农多样性指数(SHDI>=0)用来描述景观的多样性。其值越大，表明区域斑块类型增加，各类斑块在区域景观中分布更均衡化[9]。2015～2018年，香农多样性指数有所升高,如图4所示，表明该区域地表覆盖景观类型向多样化、均衡化方向发展。

香农均匀度指数(0≤SHEI≤1)用来衡量区域景观中各类型斑块在面积或数目方面分布均匀化程度的一个有力手段。其值越接近于1，则表明该区域景观分布越均匀，反之越低[10]。2015～2018年，该区域地表覆盖景观的香农多样性指数稍有升高,如图4所示，其类型分布趋于均匀化方向发展。

4 结 语

该文基于地理国情数据，分析了民勤县地表覆盖的景观格局在2015～2018年期间的变化情况。通过分析得出：(1)该区域景观格局以林地、荒漠与裸露地和耕地为主，且水域占地面积最小，是以沙漠、种植业和林业为主的干旱区域。(2)该区域人工地物和园地的斑块破碎化程度、分布分散化程度、形状复杂化程度和连通性都增强，说明县域开发过程对生态景观的分割化程度明显；草地的斑块破碎化程度、形状复杂化程度、分布分散化程度和连通性有减弱趋势。(3)该区域地表覆盖景观整体上呈现斑块破碎化、通达性提高化、类型多样化和分布均匀化、形状复杂化的分布特征。

影响区域景观格局变化因素很多，如气候、经济、政策和人类活动等因素。因此，今后可以从这几个方面入手，对区域景观格局变化影响因素进行全面和深入的探究。