基于GIS/RS的滨海湿地景观空间格局多尺度分析

赵秀丽，侯英姿*，张 闯，王方雄

(1.辽宁师范大学辽宁省自然地理与空间信息科学重点实验室，辽宁大连 116029；

2.辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连 116029；3.浙江省杭州吉翱地理信息技术有限公司，浙江杭州 310012)



基于GIS/RS的滨海湿地景观空间格局多尺度分析

赵秀丽1，2，侯英姿1，2*，张 闯3，王方雄1，2

(1.辽宁师范大学辽宁省自然地理与空间信息科学重点实验室，辽宁大连 116029；

2.辽宁师范大学城市与环境学院，辽宁大连 116029；3.浙江省杭州吉翱地理信息技术有限公司，浙江杭州 310012)

摘要[目的]为研究滨海湿地景观空间格局的多尺度变化。[方法]运用GIS与遥感技术、Fragstats景观分析软件，以辽宁省盘锦市滨海湿地为研究对象，选取了具有代表性的景观格局指数，从不同行政区单元及空间粒度出发，定量分析了区县级与地级市的景观格局空间尺度特征。[结果]空间粒度上，斑块密度、斑块数等景观指数具有明显的尺度效应，可预测性强。景观空间格局在地市级和区县级尺度都具有明显的尺度效应，表现出不同程度的规律变化，整体趋势一致。 [结论]区县级和地市级尺度的湿地类型均受人类影响很大，景观破碎度增加，总体湿地景观结构向简单化方向发展。

关键词盘锦市；景观空间格局；景观指数；多尺度；滨海湿地

景观空间格局是指大小和形状不一的相互作用的景观斑块在空间上的配置，它是景观异质性的具体表现，同时又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果[1]。景观格局的形成是在一定区域内各种自然环境条件与社会因素共同作用的产物，研究其特征可了解其形成原因与作用机制，为人类定向影响生态环境并使其向良性方向演化提供依据[2]。20世纪80年代以来，国内外学者在生态学、地理学、遥感学等学科开展了尺度效应研究[3-6]，景观生态学的格局、尺度等方法和原理也逐渐运用于湿地科学领域中[7]，推动了湿地景观格局演变的研究。但是这些研究针对特定地类的分析较少，选取的景观指数也较少。滨海湿地是介于海洋与陆地之间的一种特珠的生态系统，生态种类繁多。盘锦市位于辽宁省西南部，是辽河三角洲的中心地带，滨海湿地是盘锦市的重要生态资源，但是由于人类开发活动的不断加剧，导致天然湿地面积不断减少，湿地景观呈破碎化发展趋势，滨海湿地的演化变得复杂且不稳定。鉴于此，笔者基于GIS和RS技术，从行政尺度[3]和空间粒度两方面研究了辽宁省盘锦市的滨海湿地景观空间格局多尺度变化规律，旨在为景观格局的合理调整及管理措施的科学制订提供理论基础。

1材料与方法

1.1景观格局数据的提取借鉴《湿地公约》及《全国湿地资源调查与监测技术规程》中所规定的湿地分类方法，结合盘锦市的实际情况与人机交互式解译等，将研究区内的滨海湿地分为滩涂、沼泽、河流、水库坑塘、水田、海水养殖场、建设用地、旱地林地草地9类[8]。以ENVI软件为解译平台，利用分辨率为30 m的2009年Landsat遥感影像数据，采用RGB541合成假彩色图像(图1)。

图1　2009年辽宁省盘锦市遥感影像(RGB5、4、1)Fig.1　Remote sensing image map of Panjin City of Liaoing Province in 2009

对研究区的遥感影像进行几何纠正及图像增强等处理，结合2009年1∶100 000土地利用现状数据、地形图(1∶50 000)等建立分类模板，选取了1 058个分类样本。利用最大似然法进行监督分类，结合人工目视解译，得到2009年盘锦市湿地景观类型分布(图2)。

图2　2009年辽宁省盘锦市湿地分布Fig.2　Distribution of wetland in Panjin City of Liaoning Rrovince in 2009

1.2景观空间格局多尺度的划分从行政区尺度和空间粒度两方面对盘锦市景观空间格局进行分析。行政区方面，依据行政区划分尺度类型(地市/区县)，区县级将盘锦市划分为3个评价单元，包括兴隆台区双台子区、大洼县、盘山县(将兴隆台区和双台子区合并为一个地区进行计算)。而空间粒度上，以30 m分辨率的遥感影像数据为基础，在景观水平上从30、60、90、120、150、180、210、240 m的空间粒度上利用ARCGIS软件生成以各行政单元为单位的GRID格式数据，并将其导入Fragstats(v3.4)[9]计算工具中对数据进行处理，以此为基础进行景观格局变化分析。

1.3景观格局指数的选取 景观格局指数的度量分为斑块水平、斑块类型水平和景观水平3个尺度。笔者注重盘锦市滨海湿地景观格局空间的演变，因此选取了景观水平及斑块类型水平生态意义比较明确的指数[10-12]。景观水平选取的指数有斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、最大形状指数(LSI)、边界密度(ED)、蔓延度(CONTAG)、分割度指数(DIVISION)等。斑块类型水平选取斑块类型面积(CA)、斑块类型百分比(PLAND)、最大斑块指数(LPI)、斑块结合度(COHESION)、聚集度指数(AI)、分维数(FRAC-MN)等指数。

2结果与分析

2.1行政区尺度从纵向角度对研究区域进行分析，依据行政区划对兴隆台区双台子区、大洼县、盘山县、盘锦市4个地区的斑块类型水平及景观水平的景观指数进行分析。选取2009年分辨率为30 m的空间粒度对多级行政区进行景观指数分析。

2.1.1斑块类型水平指数。PLAND反映了斑块所占景观的面积比例。从图3可以看出，区县级单位和地市级景观总体土地类型中人工湿地的面积均大于天然湿地，其他用地中建设用地所占总面积比例最大。这说明人类活动干扰了湿地生态平衡，天然湿地数量锐减，转化为以水稻田为主的人工湿地及其他用地，人类活动的方向集中于城镇建设及人工湿地的开发。COHESION整体上反映了斑块凝聚程度，而AI是指同类型景观的相对聚集或分散的情况。从各指标对区县级及市域的影响来看，兴隆台区双台子区人工湿地、天然湿地的AI指数、COHESION指数整体偏小，说明湿地抗干扰能力下降，聚集程度低，呈分散状态。盘锦市及其下属县区湿地类型的FRAC-MN值均大于1.00(图4)，表明该地区各类湿地都已经脱离了规则的几何形状，复杂程度增加。

图3　各县区斑块类型百分比比较Fig.3　Percentage comparison of patch types in different counties and regions

图4　各县区分维数比较Fig.4　Comparison of fractal dimension in different counties and regions

2.1.2景观水平指数。NP可以反映整个空间格局，常被用来描述空间异质性。NP指数越大，说明该区域的景观斑块数量越多，景观破碎度越高。从图5可以看出，盘锦市整体湿地景观破碎度高，干扰明显，区县级中兴隆台区双台子区的湿地景观斑块数量最少，景观破碎度低，空间异质性低；结合PD和ED的变化规律来看，斑块数量的下降，导致了斑块密度的下降，边界密度也呈下降趋势。

图5　各区县景观破碎度比较Fig.5　Comparison of landscape fragmentation in different areas and counties

在盘锦市的区县级单位中景观形状指数由大到小为盘山县>大洼县>兴隆台区双台子区，LSI指数体现了景观聚集和离散程度的大小，说明盘山县的湿地景观离散程度最大，聚集度低。盘锦市整体的景观形状指数大于区县级指数，表明盘锦市整体上景观聚集度低，离散程度相对较高，区域破碎度较大。

DIVISION基于累计的斑块面积分布越接近于1.00，说明其分割程度越严重。在盘锦市的区县级单位中，盘山县的DIVISION指数最大，其区域内的湿地景观类型分布分散，景观类型的演替频繁。而盘锦市整体DIVISION指数大于0.90，这说明整个盘锦市的湿地景观整体呈破碎趋势(图6)。由此得出，无论是区县级或是地市级对湿地的利用和开发强度都随着经济的发展、城市化脚步的加快而增加。

图6　各区县景观分割程度比较Fig.6　Comparison of landscape fragmentation degree in different areas and counties

2.2空间粒度变化随着空间粒度的变化，各景观格局指数均产生了变化。无论是盘锦市整体还是区县级，空间粒度从30 m递增到240 m，NP、PD、ED、LSI均表现为幂函数或指数函数下降的趋势，且具有比较明确的尺度效应关系，可预测性较强。随着空间粒度的增大，斑块的形状改变，小面积的斑块被面积较大的斑块融合或合并，LSI整体也呈下降趋势。盘锦市及其下属区县，其蔓延度随着空间粒度的增大呈下降趋势(且随着空间粒度增大而减小，湿地景观格局呈脆弱化态势)。DIVISION指数在景观水平上随空间粒度的增大呈降低趋势，但是不单调的景观指数无明确单一的尺度效应关系，可预测性不强(图6)。

3结论与讨论

该研究表明：①随着空间粒度的增大，NP、PD、ED、LSI、CONTAG指标表现出不同程度的变化规律，具有明显的尺度效应，可预测性强。无论是从地市级还是3个区县，滨海湿地景观格局均具有明显的尺度效应，表现出不同程度的规律变化，整体趋势一致。DIVISION指数总体呈降低趋势，但不单调，无明确单一的尺度效应关系，可预测性不强。②在时间尺度不变的情况下，2009年各区县湿地景观呈离散、多样性降低等特征，CONTAG、DIVISION蔓延度指数分割度指数均高于0.7。区县级单位的湿地景观破坏程度较大，其中盘山县破碎化程度高于其他地区，盘山县是双台河口自然保护区所在地，天然湿地分布较多，以沼泽地最为广泛，但是该区由于受人类活动干扰较强且调控力度不强，围垦和油气田的开发造成该区域湿地面积大幅下降，沼泽规模萎缩，其景观格局和调控力度明显劣于大洼县和兴隆台区双台子区。

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Multi-scale Analysis of Coastal Wetland Landscape Pattern Based on GIS/RS

ZHAO Xiu-li1,2, HOU Ying-zi1,2*, ZHANG Chuang3,WANG Fang-xiong1,2(1. Liaoning Key Laboratory of Physical Geography and Geomatics, Liaoning Normal University, Dalian, Liaoninng 116029; 2. School of Urban and Environmental Sciences, Liaoning Normal University, Dalian, Liaoninng 116029; 3. Hangzhou JiAo Geographical Information Technology Co. Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310012)

Abstract[Objective]The aim of the study was to research coastal wetland landscape spatial pattern of multi-scale of change. [Method] Using GIS and remote sensing technology, landscape analysis software Fragstats, Panjin coastal wetlands as the research object, selecting the representative landscape pattern index from different administrative unit and space granularity, quantitative analysis of the characteristics of the landscape pattern of the district and city space scale. [Result] Space granularity, patch density and the number of patches of landscape index has obvious scale effect, strong predictability. The landscape spatial pattern in the municipal and district scale has obvious scale effect, show different degrees of rule changes, the overall trend consistent. [Conclusion] Both the district and city scale, the wetland types is highly affected by the human, the landscape fragmentation increased, the overall wetland landscape structure to develop in the direction of simplification.

Key wordsPanjin; Landscape spatial pattern; Landscape index; Multi-scale; Coastal wetland

收稿日期2015-12-21

作者简介赵秀丽(1991- )，女，黑龙江双鸭山人，硕士研究生，研究方向：GIS技术应用。*通讯作者，讲师，博士，硕士生导师，从事GIS建模与技术应用研究。

基金项目教育部人文社会科学研究青年基金项目(11YJC630202)。

中图分类号S 181

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)02-139-03