劉艷平

(甘肅省基礎(chǔ)地理信息中心，甘肅 蘭州 730000)

地理國(guó)情是我國(guó)基本國(guó)情的重要組成部分之一[1]。地理國(guó)情監(jiān)測(cè)則是采用空間可視化的方法，按照所見(jiàn)即所得的采集原則，能夠客觀地表達(dá)自然地物和人工地物在地球表面的覆蓋情況[2]，且其成形的成果可以為地域景觀格局特征研究提供精準(zhǔn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]。

景觀格局分析是景觀生態(tài)學(xué)研究?jī)?nèi)容之一，而景觀格局的變化則是人類(lèi)、自然、生物之間相互作用的結(jié)果，因此，研究區(qū)域景觀格局變化特征有助于挖掘該區(qū)域生態(tài)過(guò)程和景觀格局的相互關(guān)系[4]。

本文以民勤縣為研究區(qū)域，依托地理國(guó)情數(shù)據(jù)，利用景觀格局指數(shù)分析其地表覆蓋類(lèi)型的景觀格局變化，不僅能夠揭示該區(qū)域地表覆蓋類(lèi)型的景觀格局特征及其變化特征；還可以反映其生態(tài)過(guò)程，同時(shí)也便于該區(qū)域地理國(guó)情數(shù)據(jù)的應(yīng)用和研究。

1 研究區(qū)域概況

民勤縣位于河西走廊的東北部，是甘肅省武威市的下轄縣之一，處于石羊河流域的下游[5]。西與金昌市的金川區(qū)、永昌縣相鄰，南與武威市的涼州區(qū)相依，西北與內(nèi)蒙古自治區(qū)的右旗接壤、東北與其左旗接壤，具體位置如圖1所示，主要由平原、沙漠及低山丘陵三種地貌構(gòu)成。其地理位置處于東經(jīng)101°49′ 41″～104°12′10″、北緯38°3′45″～ 39°27′37″之間，全縣東西長(zhǎng)約206 km，南北寬約156 km，總面積達(dá)15 890.82 km2。

圖1 民勤縣地理位置示意圖

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

地表覆蓋數(shù)據(jù)采集精細(xì)，不僅是對(duì)地表景觀面貌客觀真實(shí)的反映，也是探討地域景觀格局特征的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)[6]。本文數(shù)據(jù)源主要包括甘肅省第一次全國(guó)地理國(guó)情普查成果中的地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)和2018年基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果中的地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)。提取研究區(qū)域范圍內(nèi)2015年和2018年的數(shù)據(jù)，并從地表覆蓋分類(lèi)體系出發(fā)，結(jié)合研究目的，分別將兩期數(shù)據(jù)整合為人工地物(將人工堆掘地、構(gòu)筑物、房屋建筑區(qū)和道路歸整為人工地物)、荒漠與裸露地、水域、園地、耕地、草地和林地7個(gè)類(lèi)。

2.2 研究方法

首先,將提取整合的兩期民勤縣地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)利用ArcGIS軟件中的“要素轉(zhuǎn)柵格”工具，將其分別轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)(由于該區(qū)域地表覆蓋分類(lèi)圖斑的最小采集面積為400 m2，因此，在轉(zhuǎn)換柵格數(shù)據(jù)時(shí)，柵格數(shù)據(jù)格網(wǎng)的大小為20 m×20 m)，輸出柵格格式為.TIF；其次，利用Fragstats4.2軟件，結(jié)合研究區(qū)域的地理概況和地表覆蓋數(shù)據(jù)特點(diǎn)及研究目的，根據(jù)各個(gè)景觀格局指數(shù)的生態(tài)意義及其之間的相關(guān)性，從類(lèi)型水平、景觀水平上遴選合適的景觀格局指數(shù)，并分別計(jì)算兩期數(shù)據(jù)的景觀格局指數(shù)；最后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果和生態(tài)學(xué)意義對(duì)比分析該區(qū)域2015年和2018年兩個(gè)不同時(shí)期的地表覆蓋類(lèi)型的景觀格局演變特征和發(fā)展趨勢(shì)。

類(lèi)型水平指數(shù)是用來(lái)表征研究區(qū)域每一種類(lèi)型景觀格局特征的指數(shù)；景觀水平指數(shù)是將研究區(qū)域作為一個(gè)整體，用來(lái)綜合表征區(qū)域景觀格局特征的指數(shù)[7]。

3 景觀格局分析

3.1 地表覆蓋類(lèi)型分布特征

統(tǒng)計(jì)2018年民勤縣地表覆蓋各類(lèi)型面積及占比，如表1所示,并利用ArcGIS 軟件繪制民勤縣2018年地表覆蓋類(lèi)型現(xiàn)狀空間分布圖，如圖2所示。

表1 2018年民勤縣地表覆蓋類(lèi)型面積及占比統(tǒng)計(jì)表

圖2 2018年民勤縣地表覆蓋類(lèi)型現(xiàn)狀空間分布圖

由表1、圖2可知，民勤縣地表景觀類(lèi)型中面積最大為林地，占民勤縣總面積的55.99%；其次，為荒漠與裸露地和耕地，占比分別為30.35%、7.11%。林地、荒漠與裸露地和耕地三者總面積約14 850.78 km2，占民勤縣總面積的93.46%，構(gòu)成了民勤縣的主要景觀格局。地表景觀類(lèi)型中面積最小為水域，占民勤總面積的0.20%，體現(xiàn)了民勤縣的干旱區(qū)域的特征。

3.2 類(lèi)型水平上縣域景觀格局變化分析

選定斑塊數(shù)密度(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、聚集度指數(shù)(AI)、斑塊凝聚度指數(shù)(COHESION)4個(gè)指標(biāo)，并通過(guò)計(jì)算以上景觀格局指數(shù)來(lái)反映該區(qū)域2015～2018年地表覆蓋在類(lèi)型水平上的景觀格局變化趨勢(shì)，如圖3所示。

圖 3 2015～2018年地表覆蓋在類(lèi)型水平上景觀格局變化

(1)類(lèi)型水平上景觀破碎化程度分析

斑塊密度可以用來(lái)表征各類(lèi)地表覆蓋的破碎化程度，其隨各地類(lèi)斑塊破碎化程度的增加而增加。在景觀破碎度方面，該區(qū)域人工地物、草地、水域的斑塊密度,高于其他類(lèi)型，如表2所示，說(shuō)明三者的斑塊破碎化程度相對(duì)較高，受干擾的程度較大；園地、荒漠與裸露地的破碎化程度最低。2015～2018年，該區(qū)域人工地物、園地的斑塊密度呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明了該區(qū)域人工地物、園地破碎化程度增加，二者受人類(lèi)干擾的強(qiáng)度也有所增加；草地的斑塊密度略有下降，且該區(qū)域其它地類(lèi)的斑塊密度基本保持不變。

表2 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在類(lèi)型水平上斑塊密度及變化表

(2)類(lèi)型水平上斑塊形狀分析

景觀形狀指數(shù)用來(lái)描述景觀的形狀特征。其數(shù)值越大，表明該類(lèi)斑塊的形狀就越不規(guī)則[8]。在斑塊形狀方面，耕地的景觀形狀指數(shù)最大，說(shuō)明該區(qū)域景觀類(lèi)型中耕地斑塊的形狀最復(fù)雜，有利于物質(zhì)的擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移和能量的流動(dòng)；園地最低，如表3所示，說(shuō)明其斑塊形狀最規(guī)則，聚合程度較高，有利于物質(zhì)和能量的存儲(chǔ)。2015～2018年，園地和人工地物的斑塊景觀形狀指數(shù)增加趨勢(shì)相對(duì)比較明顯，表明二者的形狀變得更復(fù)雜；其余地類(lèi)的形狀指數(shù)有所下降，說(shuō)明這些地類(lèi)的斑塊形狀簡(jiǎn)單化了，如圖3所示。

表3 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在類(lèi)型水平上景觀形狀指數(shù)及變化表

(3)類(lèi)型水平上斑塊聚集度分析

聚集度指數(shù)(0

表4 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在類(lèi)型水平上聚集度指數(shù)及變化表

(4)類(lèi)型水平上斑塊連通性分析

斑塊的自然連通性程度可以用斑塊凝聚度指數(shù)(0

表5 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在類(lèi)型水平上斑塊凝聚度指數(shù)及變化表

3.3 景觀水平上縣域景觀格局變化分析

通過(guò)斑塊數(shù)(NP)、斑塊數(shù)密度(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、斑塊凝聚度指數(shù)(COHESION)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)和香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)共6個(gè)景觀格局指數(shù)的計(jì)算來(lái)表征2015～2018年民勤縣地表覆蓋在景觀水平上的景觀格局特征及變化趨勢(shì)，具體指數(shù)及變化情況如表6和圖4所示。

表6 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在景觀水平上景觀指數(shù)及變化表

斑塊數(shù)可以用來(lái)描述研究區(qū)域景觀的破碎化程度。由表6可知，2015～2018年期間，民勤縣地表覆蓋景觀斑塊數(shù)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，斑塊密度略有升高，表明該區(qū)域地表覆蓋整體的破碎化程度有所增加。由圖4可知，2015～2018年期間，景觀形狀指數(shù)呈增加趨勢(shì)，整體上反映了該區(qū)域地類(lèi)斑塊形狀不規(guī)則化和復(fù)雜化，有利于物質(zhì)的擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移和能量的流動(dòng)；且該區(qū)域地表覆蓋景觀斑塊凝聚度指數(shù)略有升高，地表覆蓋整體的通達(dá)性變強(qiáng)。

圖4 2015～2018年地表覆蓋在景觀水平上景觀格局變化

香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI>=0)用來(lái)描述景觀的多樣性。其值越大，表明區(qū)域斑塊類(lèi)型增加，各類(lèi)斑塊在區(qū)域景觀中分布更均衡化[9]。2015～2018年，香農(nóng)多樣性指數(shù)有所升高,如圖4所示，表明該區(qū)域地表覆蓋景觀類(lèi)型向多樣化、均衡化方向發(fā)展。

香農(nóng)均勻度指數(shù)(0≤SHEI≤1)用來(lái)衡量區(qū)域景觀中各類(lèi)型斑塊在面積或數(shù)目方面分布均勻化程度的一個(gè)有力手段。其值越接近于1，則表明該區(qū)域景觀分布越均勻，反之越低[10]。2015～2018年，該區(qū)域地表覆蓋景觀的香農(nóng)多樣性指數(shù)稍有升高,如圖4所示，其類(lèi)型分布趨于均勻化方向發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

該文基于地理國(guó)情數(shù)據(jù)，分析了民勤縣地表覆蓋的景觀格局在2015～2018年期間的變化情況。通過(guò)分析得出：(1)該區(qū)域景觀格局以林地、荒漠與裸露地和耕地為主，且水域占地面積最小，是以沙漠、種植業(yè)和林業(yè)為主的干旱區(qū)域。(2)該區(qū)域人工地物和園地的斑塊破碎化程度、分布分散化程度、形狀復(fù)雜化程度和連通性都增強(qiáng)，說(shuō)明縣域開(kāi)發(fā)過(guò)程對(duì)生態(tài)景觀的分割化程度明顯；草地的斑塊破碎化程度、形狀復(fù)雜化程度、分布分散化程度和連通性有減弱趨勢(shì)。(3)該區(qū)域地表覆蓋景觀整體上呈現(xiàn)斑塊破碎化、通達(dá)性提高化、類(lèi)型多樣化和分布均勻化、形狀復(fù)雜化的分布特征。

影響區(qū)域景觀格局變化因素很多，如氣候、經(jīng)濟(jì)、政策和人類(lèi)活動(dòng)等因素。因此，今后可以從這幾個(gè)方面入手，對(duì)區(qū)域景觀格局變化影響因素進(jìn)行全面和深入的探究。