GIS技术支持下的农村土地利用景观格局分析——以湖北省麻城市为例

汪雅男

(广州市城市规划勘测设计研究院,广东广州 510060)

GIS技术支持下的农村土地利用景观格局分析
——以湖北省麻城市为例

汪雅男∗

(广州市城市规划勘测设计研究院,广东广州 510060)

利用景观格局分析软件Fragstats,对麻城市各种景观类型进行相关分析。研究结果表明,麻城市景观格局以林地和耕地为主,对研究区整体景观产生深刻影响。水域及水利设施用地最为破碎。城镇中心城区范围小,农村居民点分布广泛且分散。园地、草地及其他土地破碎度较高。交通运输用地布局差异较大。总体景观多样性程度处于中等水平,区域内各类景观发育程度较好,整体破碎化程度较低,景观基质为林地。综合景观弹性度指数,麻城市景观格局稳定性处于较高水平。

土地利用;景观格局;景观指数;麻城市

1 引 言

景观生态学是研究景观空间结构和形态特征对生物活动以及人类活动影响的科学[1]。景观格局是指不同形状和大小的镶嵌体在空间上的不同排列方式的外在表现。生物因素、非生物因素和人为因素的长期作用下会产生不同的景观异质性。景观生态规划过程中需要考虑景观要素之间的相互作用,将景观作为研究整体,使人类活动与自然和其他生物之间相互协调。本文以位于中部地区的湖北省麻城市为例,结合景观生态学原理研究该区域的土地利用现状,并分别提取麻城市农村用地的景观格局指数,探讨城乡二元结构下农村土地利用格局的空间分异性,为未来科学合理的制定土地利用规划提供理论支持。

2 研究区域概况及研究方法

2.1 研究区概况

麻城市位于湖北省东北部,大别山南麓,鄂、豫、皖三省交界处,处于武汉、郑州、合肥三角经济区域中心。经纬度位置:114°40′E～115°28′E,30°52′N～31°36′N。三面环山,地势自东北向西南倾斜,且南北地势高低悬殊。土壤类型多种多样,以地带性黄棕壤占主导地位。气候属北亚热带湿润季风气候的江淮小气候区。全市有大小河流1 580多条,以龟山为分水岭,纵贯南北汇聚成的举水和巴水,流入长江。麻城市是长江经济带与京九经济带的交汇点,区位优势明显。

2.2 数据来源及研究方法

以湖北省麻城市2010年第二次农村土地调查数据为基础,将数据转换成10 m×10 m栅格数据。再运用景观结构定量分析软件Fragstats 3.3计算景观指数,对结果进行分析[2]。

2.3 景观生态分类

笔者根据研究目的,并结合区域的实际情况,参考中国《土地利用现状调查技术规程》,将区域内土地划分为耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地城、水域及水利设施用地及其他土地共8个类型[3,4]。景观分类如图1所示。

图1 麻城市土地类型分布图

3 景观指数的选择及分类

采用景观指数来描述研究区域斑块或整个景观的空间格局。对景观指数的评价不但要考虑单个景观指数的描述能力和适应性,还要将其置于整个景观指数体系中进行综合研究。当前所能采用的各种景观格局指数有近百个,不同指数直接存在很大冗余,甚至相互矛盾[6～8]。因此,必须依据简单性、代表性和统一性的原则,在全面了解所选指标生态意义的前提下[2],根据研究区域特点,选取反映景观格局特征的代表性指数来定量描述麻城市土地利用景观格局特征。景观格局指数公式及说明如表1所示。

表1 景观指数公式及其意义

4 结果与分析

4.1 景观斑块面积特征分析

表2 景观斑块面积特征指数表

由表2可知,林地和耕地在各类景观类型中面积最大,同时平均斑块面积最大,说明林地和耕地在整个区域占有绝对优势地位,其景观丰度高于其他景观。交通运输用地、草地以及其他土地的平均斑块面积值较小;最小的是水域及水利设施用地,反映出不同景观类型的面积存在较大的差异,这与人类活动有密切的关系。由于本区为中部丘陵地区的农耕地带,林地和耕地在该地区分布广泛,且人类干预改造程度较强。本区的村庄分布较为分散、破碎,因此城镇村及工矿用地表现出较低的平均斑块面积。本区基本没有人工牧草地,主要是较难开发利用的荒草地,分布比较分散且范围不大,景观破碎程度较高,因此斑块平均面积较小。

4.2 景观斑块形状分析

表3 景观形状特征指数表

斑块形状指数是反映景观形状复杂程度以及受人类活动影响程度的重要判别指标。由表3可知,耕地的斑块形状指数最大,这主要是因为耕地斑块大、面积较广,其形状具有较高的复杂性。林地、水域及水利设施用地、城镇村及工矿用地、园地,斑块形状指数均超过150,说明这些景观内部斑块的形状较为复杂,与其他类型的景观内部斑块嵌合分布程度较高。受到斑块数量影响,草地、交通运输用地以及其他土地的形状指数相对较小。8类景观类型的平均斑块分维数值在1.0564～1.1018之间,相互之间非常接近,说明这8类景观类型斑块均具有较小的核心面积(即景观结构上相对关键的部分)与较小的边界曲折性,受干扰程度较大。

4.3 景观边缘与破碎化分析

从表3可以看出,耕地和林地的总边界长度最大,二类用地所占面积大,分布广,反映出边界程度与斑块面积大小有很大的关系。由于麻城境内河流沟渠纵横,水库众多,因此,各类水域及水利设施用地分布较广,加之用地类型较多,因此水域及水利设施用地边界总长度也较大。

从破碎化指数来看,水域及水利设施用地、城镇村及工矿用地的斑块数量最多,相应的,其斑块破碎化程度也最高。说明景观破碎化程度受人类活动、人为干扰的影响很大。耕地和林地破碎化程度最低,是因为耕地和林地面积广大,聚集程度高。交通运输用地由于斑块数量较少,对景观的破碎化影响也较小,因此破碎化程度较低。

4.4 景观异质性分析

景观异质性特征可由蔓延度指数、香农多样性指数、香农均匀度、聚集度指数几大指标来判别和分析,从中能反映出景观斑块内部的空间分布状况,从而在整体上反映景观的空间结构特征。计算结果如表4所示:

表4 麻城市斑块景观异质性特征指数表

麻城市的多样性指数为1.344,说明该地区景观多样性处于中等水平,区域内的景观类型发育程度较好,景观类型较丰富。

麻城市景观类型的均匀度指数为0.646 3,说明景观类型的均匀程度中等。

由表4可知,麻城市景观斑块聚集度较高,为93.536 2,这是因为研究范围内的耕地和林地占据绝对的优势,分布广泛,其中,东部山区和西北部丘陵地区分布有大片的有林地,耕地集中分布在麻中南平原区,这两种地类分布面积大,范围广,斑块之间高度连接,聚合程度高,因此对整个区域的聚集度产生重要影响,反映出的聚集度值很高。

由表4可知,麻城市景观斑块蔓延度较高,为60.086 8,由分析可知麻城市占有绝对的优势的景观类型是耕地和林地,同时这两类景观多呈连片分布态势,连通度极高,延展性趋势明显。相比之下,其他景观类型斑块分布零散,破碎,连通度较差,团聚程度低。

4.5 景观稳定性分析

景观稳定性主要从生态系统的健康程度方面考虑,引入景观弹性度指数(R)进行分析,R值越高,说明生态系统受到压力胁迫后,保持系统结构和功能的能力越大,系统健康程度越高。为方便分析,对研究区域景观类型进行重分类,将林地和草地归为一类,水域单独为一类,城镇村及工矿用地、水利设施用地以及交通运输用地合并为一类。

景观弹性度指数计算公式:

R为景观弹性度指数,w为第i种土地类型的景观弹性度分值,s为第i种土地类型面积占总面积的比例。根据不同景观特点,采取专家咨询方式对不同土地利用景观弹性度分值进行界定,对麻城市土地景观弹性度进行分析,并赋予分值,如表5所示:

表5 不同景观类型弹性度分值及意义

借鉴相关研究[9],景观弹性度分级标准为:R＜20,景观处于弱稳定状态;20＜R＜40,景观不稳定;40＜R＜60,景观中等稳定;60＜R＜80,景观较稳定;R＞80,景观很稳定。经计算,麻城市景观弹性度指数值为61.837,表明麻城市土地利用景观格局稳定性处于较高水平。由于林草地和水域对于维持生态系统和景观稳定起具有积极作用,建设用地和工矿用地对维持景观稳定具有负面作用,而对整体景观影响较大的耕地和园地,对维持景观稳定具有边缘效应,如若利用不合理,则容易引起土地退化从而降低区域的景观稳定性。因此,要保持和提高麻城市的景观稳定性,必须对建设用地、工矿用地、园地和耕地进行科学规划、管理。

5 结论与讨论

麻城市各景观类型中林地和耕地面积最大,分布广泛,占据绝对优势,是该研究区域的景观生态主体,对研究区域产生深刻影响,使麻城市整体景观表现出较高的蔓延度、聚集度。

城镇建设用地的面积和所占比例均处在中等水平。土地利用中,交通运输用地和草地面积最小,两者仅占到总比例的3.13%。交通运输用地和水域及水利设施用地布局差异较大。水域及水利设施用地的斑块数量、斑块密度,破碎化指数均列其他景观之首;其次是城镇村及工矿用地,原因是受丘陵地形影响,农村居民点分布广泛且零散,加之城市化水平不高,中心城镇的范围较小;园地、草地、其他用地的斑块小而零散,破碎度较高;耕地和林地面积广大且多呈集中连片分布,景观破碎程度较低。综合景观弹性度指数,麻城市土地利用景观格局稳定性处于较高水平。

针对麻城市景观现状,在今后的土地利用和土地总体规划中应注意:对农用地和建设用地进行科学规划、管理。要充分利用和加强农用地的生态服务功能,使生态保护和耕地保障紧密联系起来,协调发展,寻找生态环境保护与社会经济发展的共赢模式。提高农村居民点的聚居程度和集约利用水平,改变分散式的分布现状,保持和提高麻城市的景观稳定性。

[1] 谢正峰.土地利用空间结构的研究综述.安徽农业科学, 2010,38(31):17704～17707.

[2] 邹艳红,刘玲玲,姚封.农村土地调查数据库的建立和土地利用分析——以怀仁县第二次农村土地调查为例[J].城市勘测,2010(2):13～18.

[3] 吴静,奚砚涛.GIS支持下的交通沿线土地利用状况分析[J].城市勘测,2011(4):23～25.

[4] 方碧云.城镇土地利用现状调查与建库的探讨[J].城市勘测,2013(3):66～69.

[5] 肖笃宁,李秀珍,高俊等.景观生态学[M].北京:科学出版社,2003.

[6] 彭健,王仰麟,张源等.土地利用分类对景观格局指数的影响[J].地理学报,2006,61(2):157～168.

[7] 何兴元.应用生态学[M].北京:科学出版社,2004.

[8] 布仁仓,胡远满,常禹等.景观指数之间的相关分析[J].生态学报,2005,25(10):2764～2775.

[9] 赵雪雁.甘肃省生态承载力评价[J].干旱区研究,2006, 23(3):506～512.

Analysis on Landscape Patterns of Rural Land——Taking Macheng City of Hubei Province as an example

Wang Yanan
(Guangzhou Urban Planning&Design Survey Research Institute,Guangzhou 510060,China)

Using the software FRAGSTATS to analyze the overall landscape patterns and landscape stability of Macheng city.The thesis concludes that the landscape patterns of Macheng city consist mostly of forest land and arable land.They have profound impact on the whole landscape of the area.The patches of water area and water facilities are the most broken.In the city and mining area,the urban patch has a limited size and rural residential patches are scattered widely.Patches of field,grassland have a high level of brokenness.Landscape patterns for transportation are diverse.Macheng city has a medium level of landscape diversity but boasts its landscape types and a low level of brokenness on the whole.Moreover,Macheng city has a favorable stability of landscape patterns,considering its landscape elasticity index.

land use;landscape pattern;landscape index;Macheng City

2013—11—22

汪雅男(1987—),女,助理工程师,主要从事地图制图与空间数据库工作。

广州市规划局智能城市规划管理与应用示范平台项目(2013Y2-00031)