基于GIS的徐州市區景觀格局變化分析

侯 飛，胡召玲

(徐州師范大學 a.測繪學院;b.城市與環境學院，江蘇徐州 221116)

0 引言

隨著我國土地調查制度的深入實施，某一區域內容詳盡的土地利用基礎數據越來越容易獲得。根據研究區的實際情況，研究景觀類型與土地利用類型的對應關系，可從土地利用基礎數據中挖掘出豐富的景觀信息，從而為景觀研究提供有用的信息源。景觀格局是指大小和形狀各異的景觀要素在景觀空間上的排列和組合［1］，城市是受人類活動強烈干擾下形成的各種景觀斑塊的混合鑲嵌體，人為的開發利用活動和局地的生物物理條件形成了城市特有的景觀格局［2］。研究城市景觀格局演變情況，可揭示城市生態狀況及空間變異特征，對改變城市生態環境、維護生態平衡、實現城市與自然共存的戰略目標以及建設生態城市具有重要意義。

近幾年，人們對城市生態系統景觀格局特征及形成機制進行了深入研究［3］，并基于景觀生態學的原理，對一些大中城市及典型地區的景觀格局及其演變特征開展了廣泛的實證研究［4－14］，這些研究大多以中高分辨率的遙感影像為主要數據源，在GIS技術的支持下完成的。由于城市地區的土地利用變更比其他地區頻繁，國土資源部門擁有大量的土地調查基礎數據，如何從這些數據中獲取景觀信息卻少有人研究。

徐州市地處蘇、魯、豫、皖4個省接壤區域，作為徐州都市圈的核心城市，經過多年的發展，已成為隴海蘭新經濟帶的中心城市之一，區域商務、商貿中心，以楚漢文化為主要特色的國家歷史文化名城。同時，伴隨著徐州市城市化進程的加劇和工業的集中布局，城市空間擴展迅速，市區內部的用地有所調整，城市景觀格局發生了較大變化。本研究以徐州市區2000年和2006年土地利用基礎數據為主要數據源，在GIS技術的支持下，分析了該區在2000—2006年間的景觀格局變化特征，可為徐州市景觀格局的優化以及生態城市建設提供參考。

1 研究區概況

徐州市(33°43'～34°58'N，116°22'～118°40'E)位于黃淮平原的南部，是黃泛沖積平原和魯南、宿北的插接地帶，地形地貌屬魯中南部低山丘陵的南延部分，地面較平緩。徐州市隸屬暖溫帶半濕潤季風性氣候區，主要植被類型是闊葉落葉林。人類活動的長期影響使得市區現有的地帶性植被面積較小，呈零星分布狀態，大部分山林為側柏人工純林。全市轄五區三縣二市，五區分別是:泉山區、云龍區、鼓樓區、銅山區、賈汪區;三縣為:睢寧縣、豐縣、沛縣 ;二市為:邳州市、新沂市。考慮到數據的范圍和研究區的連片性，本研究對徐州市主城區的4個區即云龍區、鼓樓區、泉山區和銅山區的一部分區域進行研究，面積為268.87 km2。采用的數據源分別為2000，2006年1∶10 000的徐州市區土地利用現狀矢量圖和相應的屬性數據庫，文件類型為shapefile文件。

2 景觀分類

2.1 數據預處理

以ArcGIS軟件為平臺，對2個年份的土地利用現狀圖進行投影變換和坐標校正，使得校正后的2幅土地利用圖具有相同的地理空間參考。本研究所采用的2個年份的土地利用類型劃分標準不一致，2000年土地利用類型采用1984年全國農業區劃委員會制定的全國土地利用現狀分類標準，將全國土地類型劃分成8類，分別為:耕地、園地、林地、牧副漁業用地、居民點及工礦用地、交通用地、水域、其他用地;2006年土地利用類型則采用國土資源部頒布的2002年開始實施的分類標準，將全國土地類型分為農用地、建設用地和未利用地3個一級類，耕地、城市用地、鹽田等15個二級類，71個三級類。這兩種土地分類標準存在差別，因此，本研究按照2002年全國土地分類標準，以2006年的土地利用類型為參考，對2000年的土地利用類型進行轉換，建立2個年份相同的土地利用分類體系。

2.2 景觀分類圖制作

景觀分類是景觀格局和功能研究的基礎，許多學者對景觀分類進行了研究，形成很多有重要影響的景觀分類系統。趙曉燕等結合西安市的實際情況，將西安市的景觀類型劃分成9類:居住景觀、工業景觀、道路景觀、商業服務景觀、文教科研景觀、綠地景觀、農業景觀、水體景觀和文物古跡景觀［4］;李偉鋒等提出按照耕地、園地、林地、城建用地、水域、灘涂、推平未建用地、草地和其他未利用地的類型，將深圳市的景觀類型劃分成9類［8］;曾輝等提出按水體、林地、城鎮建成區、農田、果園、開發區等類型，對珠江三角洲東部常平地區進行景觀分類［13］。這些景觀分類標準是根據研究區的實際情況提出的，受當地自然、人文因素的影響，因而不一定適合其他區域的情況。本研究根據徐州地區自然地理區域特征、地表覆被狀況、土地利用的現狀和特點等要素，參考已有的景觀分類研究，將徐州市區景觀劃分為8種景觀類型，各景觀類型的編碼、劃分標準及其所對應的土地利用類型、代碼如表1所示，這里的土地利用類型精確到三級類。根據所劃分的景觀類型，以ArcGIS軟件為平臺，對2個年份的土地利用基礎數據進行處理，包括圖形數據和屬性數據的分類、合并等，制作出2000年和2006年徐州市區景觀分類圖(圖1)。

表1 景觀類型與土地類型對照表Tab.1 Landscape type and corresponding land use type

3 景觀變化分析

本研究通過景觀類型轉移矩陣分析徐州市區各景觀類型之間的轉移變化特征，利用各景觀類型的斑塊數量、平均斑塊面積、斑塊密度、分離度指數等指標，在ArcGIS軟件平臺上，對徐州市區景觀類型轉移變化特征、景觀斑塊變化特征以及總體景觀格局變化進行定量分析。

3.1 景觀類型轉移變化特征

表2 2000，2006年徐州市區景觀類型轉移矩陣 km2Tab.2 Conversion matrix A of landscape type in Xuzhou City in 2000 and 2006

由表2可知，2000—2006年間，除農業景觀面積減少以外，其余的7類景觀面積均有不同程度的增加，其中，農業景觀面積由占研究區總面積的29.32%減少到20.01%，減少了24.78 km2;增加最快的是工業景觀，增長率達2.9%;其次是居住景觀，增長率為1.55%，園林綠地景觀增加了4.15 km2，增長率為1.51%，商服公共設施景觀的增長率為1.32%，交通景觀增長率為1.17%，其他景觀和水體景觀增長率均較低，分別為0.37%，0.33%。

在農業景觀的轉移中，轉為居住景觀的轉移率最大，達23.49%;園林綠地景觀轉為居住景觀的轉移率達12.99%;居住景觀轉為工業景觀和商服公共設施景觀的轉移率較高，分別為17.57%，12.52%，而工業景觀轉為居住景觀和商服公共設施景觀的轉移率也很高，分別為60.16%，10.16%，商服公共設施景觀轉為居住景觀和工業景觀的轉移率則分別為58.38%，12.16%，表明這三者的相互轉移頻繁;水體景觀轉為農業景觀的轉移率為8.51%，交通景觀轉為居住景觀的轉移率為14.39%，其他景觀轉為園林綠地景觀和農業景觀的轉移率較高，均為17.27%。對2006年的園林綠地景觀而言，其他景觀和居住景觀的貢獻率最大，分別為17.27%，17.22%;與別的景觀相比，農業景觀對居住景觀、交通景觀、工業景觀、水體景觀的貢獻率最大，分別為 20.09%，16.19%，13.92%，12.98%，表明這些景觀面積的增加是以農業景觀的減少為代價的;居住景觀對其他景觀的貢獻率為20.07%。

3.2 景觀格局變化特征

斑塊是景觀的基本單元，研究區內各景觀類型斑塊的數量、密度、形狀、分布等的變化，最終導致了景觀格局的變化。在ArcGIS軟件平臺上，根據景觀分類圖(圖1)，在景觀類型水平上分別計算出2個年份各景觀類型的斑塊數量(PN)、平均斑塊面積(MPA)、斑塊密度(PD)、分離度指數(FI)、平均斑塊分維數(MPFD)(表3)，在景觀水平上計算出景觀多樣性指數(DH)、優勢度指數(DI)、均勻度指數(EI)、斑塊密度(PD)、平均斑塊分維數(MPFD)(表4)，各景觀指數的定義、計算方法見參考文獻［5］和［15］。

由表3可知，與2000年相比，2006年徐州市區各種景觀類型的斑塊數量顯著增加，平均斑塊面積減小，斑塊密度變大，除水體景觀外，其余景觀類型的平均斑塊分維數均變大，表明斑塊破碎程度加劇、形狀更加復雜。農業景觀的分離度指數增大，表明該景觀在空間上的分布逐漸分散，結合圖1可以看出，環繞在徐州市區周圍特別是西北部、東南部的農業景觀，2000年時在空間上呈大面積、集中分布，受城市化的影響，2006年時已被居住景觀、工業景觀等分割，轉變為小面積、分散的分布格局;其余的7種景觀類型的分離度指數均有不同程度的減小，表明在空間上分散程度降低，呈現聚集的趨勢。為緩解徐州市中心區居住壓力、加快工業發展，提高商業和服務業的服務能力，居住景觀、工業景觀、商服公共設施景觀、交通景觀不僅面積和規模越來越大，聯系逐漸增強，這些景觀分離度指數的減小，也表明徐州市的商業、市政公共服務部門和工業在發展過程中具有明顯的集聚效應，這與商業街的集聚和工業發展向工業產業園區的工業集中布局設置有關。在生態城市建設的引導下，徐州市城市綠地的面積和數量都不斷增加，在中心城區修建的一些休閑綠地、水體和公園減小了園林綠地景觀和水體景觀的分離度，使得它們之間的聯系增強，所發揮的生態功能日漸增強。其他景觀的分離度減小則是由于城市建設過程中彼此孤立的大片未利用地被開發利用，土地的集約利用程度增強。

由表4可知，與2000年相比，2006年徐州市區景觀多樣性指數、均勻性指數變大，優勢度指數減小，表明景觀異質性程度增大，占比例最大的居住景觀和農業景觀的控制作用減弱;斑塊密度和平均斑塊分維數均有所增加，表明景觀的破碎程度增大，整體形狀向復雜化轉變。

表3 2000，2006年各景觀類型的景觀格局指數Tab.3 Landscape pattern index of each landscape type in 2000 and 2006

表4 2000，2006年徐州市區景觀格局指數Tab.4 Landscape pattern index of Xuzhou City in 2000 and 2006

4 結論

大比例尺的土地利用基礎數據如1∶10 000土地利用現狀圖及其屬性數據庫中含有豐富的景觀信息，按照所制定的景觀分類標準，將相關的圖形數據和屬性數據進行分類、合并等必要的預處理后，建立起景觀類型與土地利用類型的對應關系，可為區域景觀研究提供有用的信息。

在2000—2006年間，景觀類型轉移矩陣顯示，由于城市擴展和工業的快速發展，大量的農田被開發利用、圈占，導致農業景觀面積大幅度減小，而其余的景觀面積迅速增加，由農業景觀向居住景觀、工業景觀的轉移成為景觀轉移的主要方向，這是城市化驅動下景觀變化的典型特征。商服公共設施景觀、居住景觀和工業景觀的相互轉移頻繁。農業景觀在空間上逐漸分散，其余的景觀類型呈現聚集的趨勢。總體上看，徐州市區呈現出景觀異質性程度、斑塊破碎化程度和斑塊復雜化程度均加強的景觀格局變化趨勢。

在2000年和2006年2個年份，徐州市區的居住景觀面積最大，它和農業景觀一起對研究區的景觀格局起主要的控制作用，隨著農業景觀面積的減少，園林綠地景觀、水體景觀、工業景觀等其他的景觀類型面積的增加以及布局的改善，該作用有減弱的趨勢，因而徐州市區景觀多樣性的恢復逐漸加強，反映出徐州市生態城市建設的理念已經發揮作用。

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