龍珠河流域地表覆蓋景觀格局分析研究

吳佐　趙俊三　吳聰

摘要

基于遙感和GIS技術(shù)，利用最新地理國(guó)情及水利普查數(shù)據(jù)，通過景觀格局指數(shù)評(píng)價(jià)體系分析計(jì)算了華寧縣龍珠河流域地表覆蓋和景觀的分布、斑塊特征、異質(zhì)性以及多樣性等特征。研究結(jié)果表明，其地表覆蓋景觀格局以林地、耕地為主，園地、水體和道路因受人為控制而具有較好的穩(wěn)定性。流域整體受人為影響較大，景觀破碎程度低，自然環(huán)境保護(hù)較好，這為政府或相應(yīng)部門掌握該流域內(nèi)地表覆蓋、自然生態(tài)、自然資源狀況、將獲取到的地理國(guó)情信息為常態(tài)化的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞地表覆蓋；景觀格局；遙感；GIS；龍珠河

中圖分類號(hào)Q149；S127文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）28-09806-03

Analysis on Land Cover Landscape Pattern of Pearl River Basin

WU Zuo， ZHAO Junsan*， WU Cong

（School of Land Resources Engineering， Kunming University of Information Technology， Kunming， Yunnan 650093）

AbstractBased on the technology of remote sensing and geographical information system， the characteristics of distribution， patch， heterogeneity and diversity of land cover landscape in Huaning County Pearl River basin were analyzed and calculated by using the latest data of geographic condition sand water resources census information and evaluation system of landscape pattern index. The result showed that， the landscape pattern of land cover mainly on forest and cropland， also land， water and roads owing to human control has strong stability. Whole basin greatly influenced by human activities， and the degree of fragmentation of the landscape is low， the protection of natural environment is well. The research result of this paper is good for the government or the relevant department to grasp the situation of area cover， natural ecology and natural resources in the basin， besides get to the geographical of information to lay the foundation for the normalization of geographical condition monitoring.

Key wordsLand cover； Landscape pattern； Remote sensing； GIS； Pearl River

對(duì)流域生態(tài)環(huán)境變化的研究自21世紀(jì)以來一直是國(guó)內(nèi)的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一[1-2]，流域是一個(gè)完整的自然地理單元，流域內(nèi)景觀格局是自然和人類活動(dòng)疊加作用的結(jié)果。景觀格局是指由自然或人為形成的，一系列大小、形狀各異，排列不同的景觀鑲嵌體在景觀空間的排列。根據(jù)傅伯杰等[3-4]的觀點(diǎn)，景觀格局主要是指構(gòu)成景觀生態(tài)系統(tǒng)或土地利用/覆被類型的形狀、比例和空間配置。當(dāng)前國(guó)外的景觀格局研究發(fā)展已日趨完善，其中美國(guó)景觀生態(tài)學(xué)學(xué)派是當(dāng)今國(guó)際上研究景觀空間格局最活躍、進(jìn)展最快的，如今美國(guó)已形成從景觀空間格局、功能研究、景觀動(dòng)態(tài)直到景觀管理的一整套理論體系。而我國(guó)的景觀生態(tài)學(xué)者針對(duì)景觀結(jié)構(gòu)及景觀空間格局的研究較為熱門，比如馬克明、周華鋒等[5-6]先后對(duì)北京東靈山地區(qū)森林景觀格局的破碎化及景觀類型的空間分布規(guī)律、人類活動(dòng)與景觀格局演變的關(guān)系進(jìn)行分析。我國(guó)開展的全國(guó)地理國(guó)情普查在世界上也是首創(chuàng)，地理國(guó)情普查是地理國(guó)情監(jiān)測(cè)的首要任務(wù)之一，目的是從地理空間的角度反映環(huán)境的發(fā)展變化規(guī)律，掌握地表自然、生態(tài)以及人類活動(dòng)的基本情況，為開展常態(tài)化地理國(guó)情檢測(cè)奠定基礎(chǔ)，更重要的是對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域現(xiàn)狀背后的信息挖掘，掌握監(jiān)測(cè)區(qū)域的自然、社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀，為未來規(guī)劃提供有價(jià)值的決策依據(jù)。此次以華寧縣地理國(guó)情普查試點(diǎn)為契機(jī)，通過對(duì)龍珠河流域地表覆蓋景觀格局的分析與研究，旨在進(jìn)行宏觀區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀態(tài)的評(píng)價(jià)、發(fā)展趨勢(shì)的分析以及探索自然因素與人類活動(dòng)對(duì)景觀格局及動(dòng)態(tài)過程的影響，期望可以輔助土地規(guī)劃決策。

1研究區(qū)概況

龍珠河為華寧縣境內(nèi)一支重要的六級(jí)流域，流域管轄兩鎮(zhèn)（青龍鎮(zhèn)、寧州鎮(zhèn)），主要位于寧州鎮(zhèn)的北部和青龍鎮(zhèn)的南部，區(qū)域內(nèi)包括了小箐河、小干河、葫蘆沖河和龍珠河等水域，龍珠河為南盤江支流常年河，流域面積為148.208 km2，占全縣總面積11.29%（圖1～2）。

研究借華寧縣地理國(guó)情普查試點(diǎn)開展為契機(jī)，探討分析流域地表覆蓋景觀格局，從而為后期的地理國(guó)情監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)以及地理國(guó)情信息挖掘提供研究案例，借此豐富信息挖掘知識(shí)，并為研究區(qū)生態(tài)保護(hù)和自然資源的合理利用以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

圖1龍珠河流域在南盤江流域位置

圖2龍珠河流域在華寧縣位置

2研究方法

研究主要包括4個(gè)流程，即數(shù)據(jù)獲取、研究區(qū)流域地表覆蓋要素統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取、景觀格局特征分析和結(jié)果分析（圖3）。

圖3龍珠河流域地表覆蓋景觀格局研究技術(shù)路線

圖4龍珠河流域地表覆蓋分類

2.1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

2.1.1

數(shù)據(jù)來源。所用數(shù)據(jù)為2012年1月獲取的分辨率為0.5的WorldViewⅡ影像，1∶50 000華寧縣龍珠河流域范圍地表覆蓋分類GIS數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來自于華寧縣地理國(guó)情普查試點(diǎn)，華寧縣水利普查資料。

2.1.2

分類數(shù)據(jù)的提取。

遙感地表覆蓋信息提取使用的是FeatureStation地理國(guó)情要素智能解譯與提取系統(tǒng)。該軟件直接對(duì)影像進(jìn)行分割和利用DLG參考矢量數(shù)據(jù)分割，通過特征分析，選擇光譜、形狀、紋理等特征進(jìn)行特征提取，再通過樣本的采集和導(dǎo)入，利用SVM分類方法完成影像的自動(dòng)分類與二次分類。該算法所產(chǎn)生的結(jié)果往往也有錯(cuò)分、漏分情況，導(dǎo)致分類精度降低，所以與此同時(shí)配合使用ArcGIS軟件結(jié)合人工目視判讀，采用人機(jī)交互式信息提取來提高解譯效率和解譯精度，然后通過專題制圖方式最終得到龍珠河流域地表覆蓋分類圖（圖4）。

2.2景觀格局指數(shù)計(jì)算

[7-8]

基于耕地、林地、園地、水域、草地等地理國(guó)情普查信息，利用景觀格局分析模型和方法，綜合分析各類普查要素的景觀復(fù)雜度、景觀破碎度、景觀穩(wěn)定性、景觀多樣性、景觀優(yōu)勢(shì)度等，反映龍珠河流域全局的景觀特征和不同地表覆蓋類型的結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征。根據(jù)研究區(qū)的景觀特征，選用下列景觀格局指數(shù)來研究該流域2012年的景觀格局。

2.2.1

地表覆蓋格局分布。景觀面積比：根據(jù)景觀面積比可以得到各景觀要素的分布狀況。計(jì)算公式是

2.2.2

景觀要素斑塊特征[9]。

（1）面積指數(shù)——類斑塊平均面積：景觀中某類景觀要素斑塊面積的算術(shù)平均值，反應(yīng)該類景觀要素斑塊規(guī)模的平均水平。

受自然和社會(huì)環(huán)境因素的影響，各種景觀要素的景觀指數(shù)不同。研究區(qū)內(nèi)，從指標(biāo)來看，林地所占面積最多，為47.11%，其次是耕地和草地，園地和水體面積最小，區(qū)域林地和耕地面積占總面積88.75%，表明龍珠河流域幾乎是由耕地和林地所覆蓋；面積指數(shù)以耕地最大，其余依次為林地>道路>園地>堆掘地>草地>水體>建筑物>構(gòu)筑物，說明林地雖然占地面積最大，但是一般平均面積還是比耕地小，其次道路雖然占地面積小，但是因?yàn)榈缆藩?dú)具的構(gòu)網(wǎng)通達(dá)性特征，平均斑塊面積也較大，因地勢(shì)地形特征以及農(nóng)業(yè)發(fā)展程度導(dǎo)致園地的稀少性特點(diǎn)，但也出現(xiàn)占地總面積小但是一般平均面積大的現(xiàn)狀；分維值介于1.33～1.67，大小依次為道路>耕地>草地>林地>建筑物>構(gòu)筑物>堆掘地>水體>園地。穩(wěn)定性指數(shù)從大到小依次為道路>園地>水體>建筑物>堆掘地>構(gòu)筑物>林地>耕地>草地，從分維數(shù)和穩(wěn)定性指數(shù)來看，區(qū)域道路景觀形狀規(guī)律性小，形狀較復(fù)雜，受干擾程度小，同時(shí)穩(wěn)定性強(qiáng)，充分體現(xiàn)了道路的構(gòu)網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性以及穩(wěn)定性特征。而區(qū)域園地和水體景觀形狀規(guī)律性強(qiáng)、受干擾程度大、同時(shí)穩(wěn)定性強(qiáng)體現(xiàn)了區(qū)域園地和水體景觀識(shí)別度高，受人為干擾程度大，并因占比小并受土地保護(hù)政策影響呈現(xiàn)穩(wěn)定性強(qiáng)等特征；破碎度的大小依次為構(gòu)筑物>建筑物>水體>草地>堆掘地>園地>道路>林地>耕地，從圖4亦可看出構(gòu)筑物和建筑物景觀占地面積小且分布散亂不集中，破碎度高，而林地和耕地占比大覆蓋度高，破碎度低；區(qū)域景觀多樣性指數(shù)為1.681 1，景觀優(yōu)勢(shì)度為0.516 1，從表1就可看出流域內(nèi)主要以耕地和林地為主，兩