基于高分卫星影像的北部湾区域景观格局分析

凌子燕

摘要：本研究在利用国产卫星影像进行景觀分类的基础上，根据景观生态学原理定量分析了防城港市的景观格局现状。研究结果表明：防城港市的景观均匀度较低，林地是优势景观要素，是整个景观的基质；耕地在景观中呈扩张态势；建设用地、水域和其他用地受人类活动制约较大，边界形状较为规则；建设用地和其他用地的斑块小而分散，破碎化程度高。

关键词：景观格局；景观指数；GF-1；北部湾

1.引言

十九世纪中叶，德国地理学家洪堡德（A. von Humboldt）首次将景观作为科学概念引入地理学，提出景观是“描述地球表面一个特定区域的总体特征，探索由原始自然景观变成人类文化景观的过程”[1]。

景观（Landscape）是由不同类型、形状、大小的斑块在空间上镶嵌形成的，它们以基质作为背景，直接或通过廊道间接连接。景观格局（Landscape Pattern）是某个时空尺度上斑块的分布情况，它是景观异质性（Heterogeneity）的重要表现，是复杂的物理、生物和社会因素相互作用的结果。景观格局分析是数量化分析景观组分的空间分布特征，目的是在似乎由无序的斑块镶嵌而成的景观上，通过比较不同景观镶嵌体的特征，发现其潜在的有意义的规律性，并为景观的合理管理提供有价值的资料[2]。

景观的分类和评价是其开发利用的基础和前提条件[3]。本研究以广西北部湾经济区的核心区域防城港市为例，尝试利用国产遥感卫星GF-1影像对该区域进行景观分类，并根据景观生态学原理和方法定量分析防城港市的景观格局现状，以期为实现北部湾区域的经济与生态环境协调可持续发展提供决策参考。

2.研究区域

防城港市地处我国大陆海岸线的最西南端——北部湾畔（E107°28?～108°36?，N20°36?～22°22?），现辖港口区、防城区、东兴市、上思县，总面积6181平方公里，陆地边境线230多公里，海岸线580多公里。防城港市属南亚热带季风性气候地区，阳光充足，雨量充沛，年平均气温22℃，多年平均降水量2362.6mm。森林覆盖率达59%，拥有十万大山国家森林公园、金花茶自然保护区和海湾红树林等国家级自然保护区。

3.研究方法

3.1.景观分类

景观类型的提取是景观格局分析的基础。本研究采用遥感影像分类法进行景观分类，数据源是GF-1卫星CCD影像。本研究参考全国土地分类标准和防城港市土地使用情况，采用监督分类法将研究区土地利用分为五类，包括水域、林地、耕地、建设用地和其他用地，从而获得防城港市景观类型图（见图1）。

3.2.景观格局指标体系的建立

景观指数能够高度浓缩景观格局信息，发展至今已取得了较多的研究成果[4，5，6]。总体而言，景观格局指数可分为三个层面：斑块水平指数（patch-level index）、类型水平指数（class-level index）和景观水平指数（landscape-level index）。

本研究根据研究需要，选择以下指数构建景观格局分析指标体系。

（1）斑块数（NP）

式（1）

（2）斑块类型面积（CA）

式（2）

CA 即某斑块类型的总面积，单位为hm2。

（3）斑块面积比（PLAND）

式（3）

PLAND取值范围为0～100。

（4）平均斑块分维数（MPFD）

式（4）

1≤MPFD≤2，其值的大小可以用来反应斑块形状的复杂程度。越趋近于 1，表明斑块的几何形状越简单（如圆、正方形等），反之值越大，形状越复杂。

（5）斑块密度（PD）

PD=ni/Ai式（5）

（6）边缘密度（ED）

ED=ρi/Ai式（6）

（7）香农多样性指数（SHDI）

式（7）

SHDI≥0；SHDI=0 时表明整个景观仅由一个斑块组成；SHDI 增大，说明斑块类型增加或各斑块类型在景观中呈均衡化趋势分布。

（8）优势度指数（D）

式（8）

式（9）

Hmax为最大多样性指数，D用于测度斑块在景观中的重要程度。

（9）香农均匀度指数（SHEI）

式（10）

0≤SHEI≤1，SHEI=0 表明景观仅由一种斑块组成，无多样性；SHEI=1 表明各斑块类型均匀分布，有最大多样性。

式（1）～（10）中，ij代表第i种类型的第j个斑块，a为斑块面积，A为类型或景观面积，ρ为周长，Pi是i类型占景观总面积的比，n是斑块个数，N是景观类型总数。

4.防城港市景观格局分析

4.1.景观总体特征

由表1可知，防城港市的景观总共由21701个斑块构成，斑块面积比（PLAND）最大的林地占据整个景观面积的57.21%，其次是耕地27.98%，表明防城港市的景观是以林地为基质，其他景观类型镶嵌在其中，除林地与耕地外，水域、建设用地和其他用地三者之和仅占14.81%，可见防城港市自然生态保护较好，可开发利用潜力较大。

4.2.景观分维度

分维数越大代表斑块类型的形状越复杂，受人类活动干预较少，反之人类干扰所形成的斑块，形状则较为简单、规则，分维数越趋于1。防城港市斑块类型的分维度由大到小排序为：林地>耕地>建设用地>水域>其他用地，这是因为林地和耕地的形状取决于自然地貌的平面形态，斑块边界较为不规则，而建设用地、水域和其他用地属人类有目的干扰的结果，受人类活动的影响和制约较大，边界形状较为规则，所以分维数最小。

4.3.景观异质性

景观异质性是指在景观中对一个物种或更高级生物组织的存在起决定性作用的资源在时空上的变异程度[7]。斑块密度反映景观分化程度，斑块密度越高，表明一定面积上景观异质性越高。边缘密度反映景观中异质性斑块之间物质、能量和物种交换的潜力及其相互影响的强度，可直接表征景观整体的复杂程度。

防城港市的斑块类型中其他用地的斑块密度最高，值为0.17，其次为建设用地0.13，说明其他用地和建设用地均以较小的斑块出现，斑块小而分散，异质性高，破碎化程度大。而林地的斑塊密度仅为0.01，可见其斑块大而集中。边缘密度最大的为耕地，达到41.43，说明其空间扩展性极强，在景观中处于扩张状态。

4.4.景观多样性

景观多样性（landscape diversity）是景观要素丰富性及其分布特性的反映[8]，可由香农多样性指数、香农均匀度指数和优势度指数综合体现。SHDI=0时表明整个景观仅由一个类型组成，SHDI 增大，说明斑块类型增加或各斑块类型在景观中呈均衡化趋势分布；SHEI=0表明景观仅由一种斑块组成，无多样性，SHEI=1 表明各斑块类型均匀分布，有最大多样性。D=0表明各景观类型所占比例相等，没有一种景观占据优势，D越大，景观类型比例差距越大。

由表2可知，SHDI=1.11，趋于Hmax，景观类型丰富；SHEI=0.69，均匀度偏低，D=0.5，优势度较高，两者共同说明研究区中有少数优势类型控制整个景观。可见，虽然防城港市景观均匀度较低，由优势类型林地和耕地控制整个景观，但由于景观类型较为丰富，所以具有较高的景观多样性。

结语：本研究在利用HJ-1影像进行景观分类的基础上，根据景观生态学原理和方法对防城港市的景观格局进行分析。研究结果表明，防城港市的景观均匀度较低，林地是优势景观要素，是整个景观的基质，这为当地申报森林公园和开展生态旅游提供了丰富的森林资源；耕地在景观中呈扩张态势；建设用地、水域和其他用地受人类活动制约较大，边界形状较为规则；建设用地和其他用地的斑块小而分散，破碎化程度高。研究量化认识了防城港市的景观格局现状，有利于了解人类活动对资源分布与功能的影响，可为科学规划和可持续利用提供参考。

参考文献

[1]余新晓.景观生态学[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]肖笃宁.景观生态学：理论、方法及应用[M].北京：中国林业出版社，1991.

[3]肖笃宁，钟林生.景观分类与评价的生态原则[J].应用生态学报，1998，9 （2）∶217-221.

[4]傅伯杰，陈利顶，马克明.景观生态学原理及应用[M].北京：科学出版社，2001.

[5]李景玉，杨胜天，徐宗学，李发鹏.三门峡水库回水变动区土地利用/土地覆被变化及其景观格局分析[J].农业工程学报，2007，23（3）：61-68.

[6]张俊斌.景观与水文变迁之生态指标及典型相关性研究[J].资源科学，2006，28（3）：151-157.

[7]陈振雄，李际平，刘素青.基于RS和GIS的天鹅山林场森林景观格局研究[J].林业调查规划，2006，31（3）：6-10.

[8]张金屯，邱扬，郑凤英.景观格局的数量研究方法[J].山地学报，2000，18（4）：346-352.