基于GIS的尉犁县景观格局分析

张旭　张永福

摘要以尉犁县为研究区，以尉犁县2000年的MSS和2005年的TM遥感影像图为数据源，运用遥感软件进行解译和景观分类，在选取的景观指数基础上，借助GIS软件对该区域的景观格局进行分析。结果表明，随着经济社会的发展、城镇化的不断扩增，景观斑块的数量变化较为明显，尉犁县的自然景观面积有所减少，自然生态系统遭到破坏，不再具备主导作用。

关键词景观格局；景观指数；GIS

中图分类号S127文献标识码A文章编号0517-6611（2014）09-02627-03

作者简介张旭（1988- ），男，湖北黄梅人，硕士研究生，研究方向：国土资源信息技术。

从地理学的角度看，景观是由气候、水、土壤、植被等自然要素以及文化现象组成的地理地域综合体[1]。景观生态学是研究景观的空间结构与形态特征对生物活动与人类活动影响的科学，具有多向性与综合性特征[2]。景观格局的研究是景观生态学研究的核心内容和热点问题之一[3-4]。景观格局一般是指其空间格局，即大小和形状各异的景观要素在空间上的排列和组合，包括景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置，它是景观异质性的具体体现，又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果。

目前国内学者研究生态景观的很多，主要研究集中在生态景观概念、格局、生态景观的优化和调控，以及生态景观变化与区域和全球气候变化等关系上，研究区域主要集中在中东部以及西北干旱生态脆弱区。3S技术（GIS，RS和GPS） 广泛应用于景观动态变化分析，为传统景观动态研究提供了一个独特的视角[5]。笔者以MSS和TM卫星影像图为数据源，应用景观空间格局分析方法，对尉犁县景观格局从空间分布、空间形态及景观总体结构等方面进行研究，以为建设规划与决策部门提供相关依据和参考。

1研究区域与方法

1.1研究区域概况尉犁县位于新疆中部，巴音郭楞蒙古自治州腹地，距库尔勒市中心50 km，地理坐标为84°02′50″～89°8′50″E，40°10′33″～41°39′17″N。行政区域面积6万km2，县辖7乡2镇，另有生产建设兵团农二师驻县团场及州直驻县单位7个，县域总人口11.24万。在巴州库尉一体化战略中，尉犁县处于库尔勒市的副中心城市地位。尉犁县地势西北向东南倾斜，地域分北部库鲁塔格山前冲积戈壁平原、中部塔里木河和孔雀河冲积平原、南部为塔克拉玛干大沙漠3部分。水资源有孔雀河、塔里木河两大水系；属暖温带大陆性干旱气候，昼夜温差大，空气干燥，光照充足。中部自西北向东南是孔雀河、塔里木河冲积平原，地势平缓，海拔800～940 m，地面坡降1/4 000左右。

1.2研究方法

1.2.1數据处理。笔者以2000年的MSS和2005年的TM全波段图像， 在遥感软件的支持下，通过321波段组合形成接近自然色的影像图。利用ERDAS遥感图像处理软件，对遥感图像数据进行配准、融合、校正、增强等处理，保证总体误差均控制在一个像元点之内，并根据研究区域边界对图像进行剪裁和处理（图1和图2），采用人机交互的方式进行判读解译，并对两期的图形数据配准和矢量化，获得两个时期不同景观类型的分布图和景观斑块的特征数据。

1.2.2景观分类。景观格局定量分析必须在景观分类基础上进行。景观格局变化主要表现为土地利用/土地覆盖变化[6]。研究参照国土资源部2002年试行的《全国土地分类（试行）》，结合研究区土地利用特点和行政区划图，将景观分为农田、草地、林地、道路、建筑、裸地与水系景观。

1.2.3景观空间格局分析。景观空间格局的常用研究方法有波普分析、空间自相关分析、半变异矩分析、聚面分析及分形分析等，它们为景观空间格局的分析提供了简捷方便的数学工具，但是由于各种类型景观斑块的数目非常庞大，有必要借助于ArcGIS软件强大的储存与分析功能进行景观格局的空间分析。

景观格局指数被广泛用于定量反映景观格局的现状及其变化过程[7-8]。研究从类型尺度和景观水平上计算出景观格局特征的指数，可以帮助理解和评价该地区的景观现状和空间分布特征，探讨研究区景观格局变化及其演变趋势。选用的主要景观指数及其意义列于表1。表1研究中选用的各种景观指数及其意义

序号景观指数意义1斑块面积（TA）研究区内各种斑块的面积2斑块数（N）同一种景观类型的总数3最大斑块指数（LPI）对应景观类型中最大的斑块面积，是一种简单的优势度的测量方法4

景观形状指数（LSI）

LSI的最小值为1，表示组成景观格局的斑块形状为正方形或近似正方形；LSI通常没有最大值，其值越大，表示景观形状越不规则5

面积周长分维度指数（PAFRAC）

用于度量斑块或景观类型的复杂程度，PAFRAC值大于等于l小于等于2，值越小说明斑块形状趋于方形，值越大说明斑块形状趋于卷绕6聚集度指数（RC）反映景观中不同斑块类型的非随机性或聚集程度，可反映景观组分的空间配置特征7多样性指数（SHDI）表示景观中各类斑块的复杂性和变异性的指标，值越大表示景观多样性程度越高8破碎度（FN）衡量景观的破碎程度

1.2.4景观空间格局指数的计算方法。

（1）斑块面积（TA）、斑块数（N）和最大斑块指数（LPI）可以从遥感影像的数据提取中直接得到。

（2）景观形状指数的计算公式如下：

（3）反映斑块形状的指标。自然界中，斑块的形状应是多种多样的，一般地讲，自然原因造成的斑块常表现出复杂、不规则的形状，而人为原因造成的斑块往往表现出较为规则的几何形状。斑块形状的主要指标及计算公式如下：

（4）景观多样性指数是指不同景观元素或生态系统在结构、功能以及随时间变化方面的多样性，它反映了景观类型的丰富度和复杂度。其计算公式如下：

（5）景观聚集度。景观聚集度描述不同景观要素的团聚程度，反映一定数量的景观要素在景观中的相互分散性。自ONeill（1988）提出以来，在景观生态中常被用来分析景观结构与异质性，并得到改进。其计算公式如下：

（6）斑块的破碎度即是指平均的边界长度，其计算公式如下：

2结果与分析

2.1景观斑块面积和斑块数变化分析按照上述景观斑块的分类，对2000年和2005年的研究区景观格局中斑块数目和面积进行统计，可以汇总出景观格局的基本参数（表2）。

由上表可以看出尉犁县各类景观类型变化的情况：农田面积从7.82 km2上升到9.91 km2，表明农田面积具有增加趋势。2000～2005年，草地面积下降了2.5个百分点，年均减少294.986 km2。2005年林地面积与2000年相比增加0.62%，整个区域的林地面积呈整体上升趋势。旱地面积较2000年略有增加，由原来的683.70 km2增加到771.49 km2。湿地面积在5年间由368.96 km2减少为312.72 km2，下降趋势较为明显。建筑用地面积增长迅速，4年间增长了0.03个百分点。裸地年均增长202.458 km2。研究区域的水系面积由原来的216.83 km2增长到261.69 km2，增长幅度较大。从斑块个数上来看，草地、林地、湿地、裸地呈减少的趋势；增加的是农田、旱地、建筑、水系，说明尉犁县的生态景观与自然生态系统遭到人为活动的干扰，主导地位优势下降，人为干扰下的城镇生态系统发挥的作用日益增加。这种变化的主

2.2景观指数变化特征分析根据景观类型以及面积（TA）、周长（P）、斑块数（N），通过上述各种景观指数计算公式计算出景观指数值（表3）。

2.2.1景观类型尺度上的分析。由表3可以看出，2000年最大斑块指数（LPI）最大的是裸地指数，为61 673.28，其次分别为草原、林地、旱地等，这说明研究区内裸地的面积是占绝对优势的，其次为草原和林地；最大斑块指数景观形状指数（LSI）从大到小分别是：建筑、湿地、裸地、水系、草地等，说明了研究区内景观类型的规则程度，且建筑用地最不规则；从面积周长分维度指数（PAFRAC）的大小得出，最为复杂的景观类型是水系（1.96），其次分别是湿地、裸地、建筑等，说明在人为活动的干扰下，这些类型的斑块变得越来越不规则；从聚集度指数（RC）所反映的状况来看，裸地的聚集度指数最高，为76.32，其次分别是建筑、湿地、旱地等，这也反映了城镇化发展与土地资源之间的矛盾；最后斑块破碎度（FN）情况最大的属农田，为10.74，其次是建筑、湿地等，这说明农田的分布是较为分散的。

2005年的情况与2000年的情况相似：最大斑块指数（LPI）最大的也是裸地，指数为63 829.65，其次分别为草地、林地、旱地等，这说明研究区域内裸地占绝对优势；景观形状指数（LSI）的大小分别是：建筑、水系、裸地、湿地等，这说明研究区域内建筑用地最不规则；从面积周长分维度指数（PAFRAC）的大小得出，最为复杂的景观类型是水系（1.96），其次分别是湿地、裸地、草地、建筑等；从聚集度指数（RC）的情况来看，说明裸地的聚集度最高，其次是建筑、湿地、旱地等；相对于2000年，2005年斑块破碎度（FN）变化最大的是农田，指数为11.30，其次为建筑、水系等。比较分析这些景观指数，可以得出结论：规划部门应该对建筑进行更加合理的规划布局，同时增加林地等绿色景观的比重，优化配置城镇发展与土地资源。

2.2.2景观尺度上的分析。研究区2000年和2005年景观指数见表4。

景观格局发生在不同的尺度，而尺度又影响景观格局的研究[9]。从上表可以看出，破碎度（FN）呈增加趋势，由1074增加到11.30，最大斑块面积指数（LPI）也呈增加趋势，由61 673.28上升到63 829.65；其余的都出現下降趋势，如面积周长分维度指数（PAFRAC）、景观形状指数（LSI）和聚集度指数（RC）等都有一定程度的下降，这说明随着社会经济的发展，研究区域的人为干扰增加，部分景观变得分散，同时随着相关规划部门的政策调整，整个研究区域的景观格局正趋于合理化和规则化。而多样性指数（SHDI）的下降说明该区域的人类生产活动已经一定程度上影响到了当地的生态环境。

3结论