錦葫沿海地區景觀格局變化研究

◎ 遼寧省建筑設計研究院 任韶紅

中科院沈陽應用生態研究所 蘇 雷

遼寧省環保廳 朱京海

1 引言

景觀格局變化研究是景觀生態學研究的核心內容之一，也是土地利用/土地覆蓋變化研究的重要組成部分。景觀格局的研究區主要集中在兩類地區：一類是“經濟熱點地區”，主要是城市化背景下經濟發展迅速和的人文活動極為活躍的地區，如北京、上海、深圳等地；另一類是“生態敏感地區”，主要位于生態交錯帶，該地區邊緣效應明顯、內部結構不穩定性、對外部干擾非常敏感，如黃河三角洲、喀斯特生態脆弱區、農牧交錯帶等。

錦葫沿海地區兼“經濟熱點區域”與“生態敏感地區”，是進行景觀格局研究的典型代表區域。對錦葫沿海地區進行景觀格局研究，有助于理解景觀格局形成的機制及其與人類活動之間的關系，從而為該區域的規劃決策、生態環境保護及進一步深入研究奠定基礎，對于區域的可持續發展具有重要意義。

2 研究區域概況

研究區域包括錦州市區、葫蘆島市區、興城市和凌海市的行政范圍面積7847.6 km2，沿海岸帶呈帶狀分布，是傳統的遼西走廊區位，也是溝通關內外、聯結東北華北的黃金通道。

研究采用1990、2000和2010年3個時相的Landsat TM和ETM遙感影像為主要數據源（軌道號為：120-31、120-32、121-31和121-32），借助Erdas 2011軟件進行影像預處理，參照1:10000地形圖進行了幾何校正和影像配準，然后進行圖形鑲嵌、剪裁、假彩色合成等步驟。結合2007年發布的《土地利用現狀分類》，確定7種景觀類型：耕地、園地、林地、草地、水域、建設用地和未利用土地。利用ArcGIS 9.3軟件，采用人工目視解譯方式進行地物分類，形成景觀格局圖（圖1）。

3 研究方法

3.1 轉移矩陣

轉移矩陣能夠直觀揭示每種景觀斑塊類型的減少面積及分別來自或轉變為哪些景觀斑塊類型，因此可全面而又具體地反映區域土地利用變化的結構、特征與各用地類型變化的來源與構成。

3.2 景觀格局指數

用景觀格局指數描述景觀格局及其變化，建立格局與過程之間的聯系是景觀生態學中最常用的定量化研究方法[10]，近年來在區域生態與區域城市化景觀研究中發揮著重要作用，景觀格局指數可以定量描述和監測景觀結構特征的時空變化。本研究借鑒相關文獻資料，將錦葫沿海地區的景觀格局研究粒度確定為400m，從景觀類型水平層次上展開，采用以下6種指數：斑塊數、斑塊密度、最大斑塊指數、斑塊平均大小、邊緣－面積分維和聚合度。

圖1 景觀格局圖

4 景觀格局變化特征分析

4.1 轉移矩陣分析

利用ArcToolbox工具下的Overlay命令，對1990～2000年和2000-2010年的土地利用遙感解譯圖進行空間疊加，應用statisties命令提取各種景觀類型之間轉化的面積，從而建立各時間間隔的景觀類型空間轉移矩陣，結果見表 1～ 2。

表1 1990-2000年景觀轉移矩陣（單位：km2）

表2 表2000-2010年景觀轉移矩陣（單位：km2）

從以上轉移矩陣中可以看出，各景觀類型變化特征如下：

(1)耕地景觀面積持續減少，土地利用方式轉換最為頻繁。1990～2000年間，耕地面積減少1.9km2，有0.2km2的園地、11.5km2的林地、0.7km2的草地、1.1km2的建設用地、27.2km2的水域和0.2km2的未利用地轉化為耕地。2000～2010年間，耕地面積減少35.1km2，有0.1 km2的海洋、0.1km2的園地、4.1km2的林地、6.3km2的草地、8.3km2的建設用地、0.3km2的水域和0.5km2的未利用地轉化為耕地。

(2)園地景觀面積變化不大，1990～2010年園地面積共減少0.6km2，主要轉出類型為草地和建設用地。

(3)林地景觀持續減少，主要與耕地、草地和建設用地發生轉換；1990～2000年間，林地面積減少15km2，有1.1km2的耕地、0.1km2的水域轉化為林地；在此期間，有11.5km2的林地轉化為耕地，1.7km2的林地轉化為草地，2.9km2的林地轉化為建設用地，0.1km2的林地轉化為未利用地。2000～2010年間，林地面積減少8.2km2，有1.1km2的耕地、0.2 km2的水域和0.2km2的建設用地轉化為林地；在此期間，有4.1km2的林地轉化為耕地，4.6 km2林地轉化為建設用地，0.2km2的林地轉化為水域。

(4) 草地景觀面積也呈減少趨勢，土地利用方式轉換也比較頻繁。1990～2000年間，草地面積減少6.3km2，有0.5km2的耕地、0.1km2的園地、1.7km2的林地和1.8km2的水域轉化為草地。2000～2010年間，草地面積減少14.2km2，有0.2km2的耕地、1.8km2的建設用地轉化為草地。

(5)近20年來，錦葫沿海地區建設用地面積顯著增加，土地利用方式以轉入為主。1990～2000年間，建設用地面積增加141.1km2，有2.3 km2的海洋、40.1 km2的耕地、0.3 km2的園地、2.9 km2的林地、9.5km2的草地、86.8 km2的水域和1.0m2的未利用地轉化為建設用地。2000-2010年間，建設用地面積增加131.1 km2，有29.6 km2的海洋、51.8 km2的耕地、4.6 km2的林地、9.0 km2的草地、41.9 m2的水域和4.9 km2的未利用地轉化為建設用地。

(6)水域景觀面積持續顯著降低，水域與其他景觀類型之間的轉換以轉出為主。1990～2000年間，水域面積減少113.4 km2，面積減少量占1990年水域面積的23.57%；2000～2010年間，水域面積減少46 km2，面積減少量占2000年水域面積的12.51%。

(7)未利用地面積呈遞減趨勢，1990-2000年間，未利用地面積減少了0.98%；2000～2010年間，面積減少了4.16%。

4.2 景觀格局指數分析

在ArcGIS9.3軟件的空間分析模塊（Spatial Analyst）支持下，采用Fragstats(raster version 3.3)軟件從景觀類型水平上計算了景觀格局指數，以揭示研究區內的景觀格局特征。

表3 1990年景觀類型水平指數

表4 2000年景觀類型水平指數

表5 2010年景觀類型水平指數

從以上景觀類型水平上的景觀格局指數可以得出以下結論：

(1)建設用地的斑塊數增加明顯，最大斑塊面積增幅明顯，聚合度呈增加趨勢，說明建設用地有連片成塊的趨勢。

(2)耕地、草地斑塊數增加，形狀復雜化，聚合度降低，破碎化程度增加。

(3)水域的斑塊數呈先增多后減少趨勢，斑塊平均大小持續減少，聚合度減少，形狀變化比較復雜。

(4)園地、林地、未利用地的景觀類型水平的指數在1990～2010年間幾乎無變化。