韓錦濤，李素清，常 冬

(1.山西體育職業(yè)學(xué)院，山西太原 030006;2.山西大學(xué)黃土高原研究所，山西太原 030006;3.膠州市國(guó)土資源局，山東膠州 266300)

婁煩縣LUCC景觀格局分析

韓錦濤1，李素清2，常 冬3

(1.山西體育職業(yè)學(xué)院，山西太原 030006;2.山西大學(xué)黃土高原研究所，山西太原 030006;3.膠州市國(guó)土資源局，山東膠州 266300)

LUCC;多樣性;優(yōu)勢(shì)度;破碎度;分離度;婁煩縣

為促進(jìn)區(qū)域土地利用向合理化、科學(xué)化的方向發(fā)展，利用1996、2004年婁煩縣數(shù)字化土地利用現(xiàn)狀圖，應(yīng)用生態(tài)學(xué)景觀指數(shù)分析法，從景觀多樣性、優(yōu)勢(shì)度、分離度、破碎度等方面分析了婁煩縣的土地利用變化情況。結(jié)果表明，地類(lèi)景觀間的多樣性指數(shù)減小、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)增加，呈幾種地類(lèi)占優(yōu)勢(shì)的格局;分離度、破碎度指數(shù)的增加導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)地類(lèi)景觀斑塊分散、延伸程度減小，各景觀類(lèi)型分散性增強(qiáng)，景觀的空間分布間隔加大，生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力減弱，不穩(wěn)定性增強(qiáng)。

土地是人類(lèi)與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交互的橋梁和紐帶。人類(lèi)為自身發(fā)展所引起的土地利用/土地覆被變化(LUCC，Land Use and Cover Change)是全球環(huán)境變化的重要組成部分，能夠反映全球生態(tài)環(huán)境綜合狀況和一定程度上的優(yōu)劣程度［1－2］。從地方和區(qū)域尺度上典型化、小尺度的LUCC研究，能為大尺度的綜合研究提供豐富的地方和區(qū)域信息，是研究全球環(huán)境變化的有效途徑之一［3］。

太原市婁煩縣位于黃河一級(jí)支流汾河流域。近年來(lái)，為了滿(mǎn)足區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，不合理的土地利用方式導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，影響了生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本研究選用GIS技術(shù)與生態(tài)學(xué)景觀指數(shù)法相結(jié)合的方法，探究婁煩縣生態(tài)惡化的原因，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境向和諧化方向發(fā)展，并為大尺度的LUCC研究提供小尺度的資料。

1 研究區(qū)概況

婁煩縣位于太原西北山區(qū)，介于 111.31°—112.01°E、37.51°—38.13°N 之間，東鄰古交縣，南鄰交城縣，西接方山縣，北與嵐縣相連，東北與靜樂(lè)縣接壤，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫7.1～8.1℃，年均降水量428～450 mm，水資源和礦產(chǎn)資源豐富，是太原市重要的礦產(chǎn)基地和水源區(qū)。

2 研究方法

利用研究區(qū)1996、2004年1∶5萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖，在MapGIS、Arcview 3.2支持下獲取土地利用類(lèi)型變化的空間屬性數(shù)據(jù)，使用Excel 2003和SPSS 11.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

選用生態(tài)學(xué)景觀指數(shù)分析方法中的景觀多樣性、優(yōu)勢(shì)度、破碎度和分離度指數(shù)4個(gè)典型指標(biāo)。它們濃縮了景觀格局信息，是反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征的定量指標(biāo)，可以直觀地揭示各景觀類(lèi)型的變化特征和變化機(jī)制［4］。

(1)Shannon－Weiner景觀多樣性指數(shù)(H)，計(jì)算公式為

式中:m為土地景觀類(lèi)型總數(shù);pi為第i種土地景觀類(lèi)型占景觀總面積的比例。

(2)景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)，計(jì)算公式為

式中:Hmax為最大多樣性指數(shù)，Hmax=lnm;wi為第i種土地景觀類(lèi)型的面積;其余符號(hào)意義同上。

(3)景觀破碎度指數(shù)(FN)，計(jì)算公式為

式中:FN為景觀破碎度指數(shù)，F(xiàn)N∈［0，1］，其中0表示無(wú)景觀破碎化現(xiàn)象，1表示景觀被完全破壞;n為某土地景觀類(lèi)型的斑塊數(shù);Nc為某土地景觀類(lèi)型中最小斑塊面積占景觀總面積的比例;MPS為某土地景觀類(lèi)型的平均面積與其最小斑塊面積的比值。

(4)景觀分離度指數(shù)(V)，計(jì)算公式為

式中:Di為第i種土地景觀類(lèi)型的距離指數(shù);Si為第i種土地景觀類(lèi)型的面積指數(shù);ni為第i種土地景觀類(lèi)型的斑塊數(shù);Ai為第i種土地景觀類(lèi)型的總面積;A為景觀總面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 多樣性和優(yōu)勢(shì)度分析

多樣性指數(shù)是指景觀類(lèi)型或生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、功能以及隨時(shí)間變化方面的多樣性，它反映了景觀類(lèi)型的豐富度和復(fù)雜度:當(dāng)景觀由同一類(lèi)型構(gòu)成時(shí)，景觀類(lèi)型是均質(zhì)的，多樣性指數(shù)最小;當(dāng)景觀由2個(gè)以上的類(lèi)型構(gòu)成且所占比例相等時(shí)，景觀多樣性指數(shù)最大。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)是指區(qū)域內(nèi)一種或幾種景觀類(lèi)型占優(yōu)勢(shì)的程度，其含義與多樣性相反:優(yōu)勢(shì)度指數(shù)小時(shí)，表示景觀是由多個(gè)比例大致相等的景觀類(lèi)型組合而成;優(yōu)勢(shì)度指數(shù)大時(shí)，表示景觀只受一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)景觀類(lèi)型所支配［5－6］。

利用MapGIS、Arcview 3.2采集各地類(lèi)變化的空間屬性數(shù)據(jù)，利用式(1)、(2)計(jì)算1996、2004年研究區(qū)景觀多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，其結(jié)果見(jiàn)表1。由表1知，景觀多樣性指數(shù)總值呈遞減趨勢(shì)，從1996年的1.405 0減少到2004年的1.391 4，說(shuō)明研究區(qū)地類(lèi)景觀的異質(zhì)性在減少，呈單一化發(fā)展的趨勢(shì)，景觀格局的演變受單一地類(lèi)控制程度增加;優(yōu)勢(shì)度指數(shù)呈遞增趨勢(shì)，從1996年的12.216 3增加到2004年的12.265 9，說(shuō)明地類(lèi)景觀所占比例的差異增大，一種或少數(shù)幾種景觀的優(yōu)勢(shì)地位在擴(kuò)大。多樣性方面，研究區(qū)耕地、林地、草地、交通用地和水域的多樣性指數(shù)減少，居民工礦和未利用地的多樣性指數(shù)增加;優(yōu)勢(shì)度方面，耕地、草地、居民工礦、交通用地、水域優(yōu)勢(shì)度指數(shù)增加，林地、未利用地優(yōu)勢(shì)度指數(shù)減少。上述分析表明對(duì)生態(tài)環(huán)境起主要調(diào)節(jié)作用的地類(lèi)景觀類(lèi)型——林地在減少，占主導(dǎo)地位的地類(lèi)景觀類(lèi)型為居民工礦和交通用地。據(jù)實(shí)地考察，大量“空心村”的出現(xiàn)和鐵礦資源開(kāi)發(fā)的運(yùn)輸需求，導(dǎo)致居民用地和交通用地增加，這些大面積非綠地景觀地類(lèi)的增加使得研究區(qū)生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)能力減弱，生態(tài)環(huán)境惡化。

表1 景觀多樣性和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)

3.2 景觀空間構(gòu)型指數(shù)分析

衡量景觀空間構(gòu)型的指標(biāo)主要有破碎度和分離度。破碎度指數(shù)是指景觀被分割的破碎程度，它反映了自然或人為干擾導(dǎo)致的景觀由單一、均質(zhì)和連續(xù)的整體趨向于復(fù)雜、異質(zhì)和不連續(xù)的斑塊鑲嵌體的過(guò)程，景觀破碎化是生物多樣性喪失的重要原因之一［7］。分離度指數(shù)是表示某一景觀類(lèi)型中不同斑塊在空間上的離散程度，分離度越大，則斑塊越離散，景觀分布越復(fù)雜［8］。

利用MapGIS、Arcview 3.2采集空間屬性數(shù)據(jù)，根據(jù)式(3)、(4)計(jì)算1996、2004年研究區(qū)的景觀破碎度和分離度指數(shù)，見(jiàn)表2。由表2知，區(qū)域內(nèi)耕地、林地、草地、居民工礦、交通用地、水域和未利用地的分離度指數(shù)從1996年的0.377 3、0.376 7、0.376 4、0.380 9、0.378 8、0.376 9、0.376 7 增加到 2004 年的0.433 9、0.433 7、0.432 3、0.436 7、0.434 8、0.429 2、0.433 6;各景觀類(lèi)型的破碎度指數(shù)也呈增加趨勢(shì)。分離度和破碎度指數(shù)的增加說(shuō)明區(qū)域土地利用格局在空間結(jié)構(gòu)和距離上趨于分散。地類(lèi)景觀斑塊數(shù)量增加、密度減小、斑塊間廊道增加，說(shuō)明研究區(qū)景觀趨于復(fù)雜化、分散化。實(shí)地考察結(jié)果表明，地類(lèi)景觀格局的變化受自然條件影響較小，主要是受人類(lèi)活動(dòng)的干擾。

為了檢驗(yàn)研究區(qū)1996、2004年景觀空間構(gòu)型指數(shù)中分離度和破碎度之間的相關(guān)關(guān)系，利用Excel 2003和SPSS 11.0將表2中的分離度和破碎度指數(shù)進(jìn)行回歸分析和相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖1、2。由圖1、2知，兩者之間存在顯著相關(guān)性(P＜0.01)，破碎度指數(shù)增加分離度指數(shù)也隨之增加，說(shuō)明地類(lèi)景觀間能量、物質(zhì)和信息流通受阻，研究區(qū)生態(tài)環(huán)境趨于惡化。據(jù)調(diào)查，1996年以來(lái)為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)，研究區(qū)大量開(kāi)采煤炭、鐵礦等礦產(chǎn)資源，采礦、運(yùn)輸、堆渣等活動(dòng)和流動(dòng)人口的增加占用了大量土地，而增加的用地主要來(lái)自于林地、草地等景觀類(lèi)型，宏觀上土地利用景觀的類(lèi)型、形狀、大小、數(shù)量和空間組合呈現(xiàn)復(fù)雜化，從而影響到生態(tài)過(guò)程和景觀的邊緣效應(yīng)。

表2 景觀分離度和破碎度指數(shù)

圖1 1996年分離度與破碎度相關(guān)關(guān)系

圖2 2004年分離度與破碎度相關(guān)關(guān)系

3.3 景觀格局變化分析

研究區(qū)的地類(lèi)景觀在研究時(shí)段內(nèi)發(fā)生較明顯變化。地類(lèi)景觀間的多樣性指數(shù)減小、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)增加，呈幾種地類(lèi)占優(yōu)勢(shì)的格局;分離度、破碎度指數(shù)的增加導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)地類(lèi)景觀斑塊分散、延伸程度減小，各景觀類(lèi)型分散性增強(qiáng)，景觀斑塊間的空間分布間隔加大，影響到生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能和恢復(fù)能力，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境不穩(wěn)定性增強(qiáng)［9］。

4 討論

(1)土地景觀格局是自然因素和人類(lèi)活動(dòng)共同作用的結(jié)果［10］。研究婁煩縣土地利用、覆被格局變化在一定程度上為生態(tài)環(huán)境變化研究提供了一個(gè)豐富的小尺度信息，分析其中存在的問(wèn)題，能為太原市合理開(kāi)發(fā)土地資源、制定土地利用政策提供參考，以達(dá)到土地利用節(jié)約化、生態(tài)環(huán)境和諧化的目的。

(2)調(diào)整婁煩縣的土地景觀格局，改變現(xiàn)階段幾種地類(lèi)景觀占優(yōu)勢(shì)的格局，從空間上構(gòu)建多層次化、豐富化的土地利用復(fù)合形式［11］，增加地類(lèi)景觀間的異質(zhì)性，有助于生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定性的方向發(fā)展。

(3)LUCC是一個(gè)復(fù)雜的、由多種因素共同作用的結(jié)果，如區(qū)域經(jīng)濟(jì)因素、土地政策因素、水保政策因素、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整因素等，因此在分析LUCC時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素的影響。

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F301.2

A

1000－0941(2012)10－0047－03

山西科技攻關(guān)項(xiàng)目(20110311039－1);山西省自然基金項(xiàng)目(2011011030－2);受山西大學(xué)科學(xué)科研啟動(dòng)費(fèi)資助

韓錦濤(1976—)，男，山西婁煩縣人，助教，碩士，主要從事生態(tài)地理方面的研究;通信作者李素清(1963—)，女，山西臨汾市人，副教授，博士，主要從事恢復(fù)生態(tài)學(xué)方面的研究。

2012－01－18

(責(zé)任編輯 李楊楊)