基于GIS的尉犁縣景觀格局分析

張旭　張永福

摘要以尉犁縣為研究區，以尉犁縣2000年的MSS和2005年的TM遙感影像圖為數據源，運用遙感軟件進行解譯和景觀分類，在選取的景觀指數基礎上，借助GIS軟件對該區域的景觀格局進行分析。結果表明，隨著經濟社會的發展、城鎮化的不斷擴增，景觀斑塊的數量變化較為明顯，尉犁縣的自然景觀面積有所減少，自然生態系統遭到破壞，不再具備主導作用。

關鍵詞景觀格局；景觀指數；GIS

中圖分類號S127文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）09-02627-03

作者簡介張旭（1988- ），男，湖北黃梅人，碩士研究生，研究方向：國土資源信息技術。

從地理學的角度看，景觀是由氣候、水、土壤、植被等自然要素以及文化現象組成的地理地域綜合體[1]。景觀生態學是研究景觀的空間結構與形態特征對生物活動與人類活動影響的科學，具有多向性與綜合性特征[2]。景觀格局的研究是景觀生態學研究的核心內容和熱點問題之一[3-4]。景觀格局一般是指其空間格局，即大小和形狀各異的景觀要素在空間上的排列和組合，包括景觀組成單元的類型、數目及空間分布與配置，它是景觀異質性的具體體現，又是各種生態過程在不同尺度上作用的結果。

目前國內學者研究生態景觀的很多，主要研究集中在生態景觀概念、格局、生態景觀的優化和調控，以及生態景觀變化與區域和全球氣候變化等關系上，研究區域主要集中在中東部以及西北干旱生態脆弱區。3S技術（GIS，RS和GPS） 廣泛應用于景觀動態變化分析，為傳統景觀動態研究提供了一個獨特的視角[5]。筆者以MSS和TM衛星影像圖為數據源，應用景觀空間格局分析方法，對尉犁縣景觀格局從空間分布、空間形態及景觀總體結構等方面進行研究，以為建設規劃與決策部門提供相關依據和參考。

1研究區域與方法

1.1研究區域概況尉犁縣位于新疆中部，巴音郭楞蒙古自治州腹地，距庫爾勒市中心50 km，地理坐標為84°02′50″～89°8′50″E，40°10′33″～41°39′17″N。行政區域面積6萬km2，縣轄7鄉2鎮，另有生產建設兵團農二師駐縣團場及州直駐縣單位7個，縣域總人口11.24萬。在巴州庫尉一體化戰略中，尉犁縣處于庫爾勒市的副中心城市地位。尉犁縣地勢西北向東南傾斜，地域分北部庫魯塔格山前沖積戈壁平原、中部塔里木河和孔雀河沖積平原、南部為塔克拉瑪干大沙漠3部分。水資源有孔雀河、塔里木河兩大水系；屬暖溫帶大陸性干旱氣候，晝夜溫差大，空氣干燥，光照充足。中部自西北向東南是孔雀河、塔里木河沖積平原，地勢平緩，海拔800～940 m，地面坡降1/4 000左右。

1.2研究方法

1.2.1數據處理。筆者以2000年的MSS和2005年的TM全波段圖像， 在遙感軟件的支持下，通過321波段組合形成接近自然色的影像圖。利用ERDAS遙感圖像處理軟件，對遙感圖像數據進行配準、融合、校正、增強等處理，保證總體誤差均控制在一個像元點之內，并根據研究區域邊界對圖像進行剪裁和處理（圖1和圖2），采用人機交互的方式進行判讀解譯，并對兩期的圖形數據配準和矢量化，獲得兩個時期不同景觀類型的分布圖和景觀斑塊的特征數據。

1.2.2景觀分類。景觀格局定量分析必須在景觀分類基礎上進行。景觀格局變化主要表現為土地利用/土地覆蓋變化[6]。研究參照國土資源部2002年試行的《全國土地分類（試行）》，結合研究區土地利用特點和行政區劃圖，將景觀分為農田、草地、林地、道路、建筑、裸地與水系景觀。

1.2.3景觀空間格局分析。景觀空間格局的常用研究方法有波普分析、空間自相關分析、半變異矩分析、聚面分析及分形分析等，它們為景觀空間格局的分析提供了簡捷方便的數學工具，但是由于各種類型景觀斑塊的數目非常龐大，有必要借助于ArcGIS軟件強大的儲存與分析功能進行景觀格局的空間分析。

景觀格局指數被廣泛用于定量反映景觀格局的現狀及其變化過程[7-8]。研究從類型尺度和景觀水平上計算出景觀格局特征的指數，可以幫助理解和評價該地區的景觀現狀和空間分布特征，探討研究區景觀格局變化及其演變趨勢。選用的主要景觀指數及其意義列于表1。表1研究中選用的各種景觀指數及其意義

序號景觀指數意義1斑塊面積（TA）研究區內各種斑塊的面積2斑塊數（N）同一種景觀類型的總數3最大斑塊指數（LPI）對應景觀類型中最大的斑塊面積，是一種簡單的優勢度的測量方法4

景觀形狀指數（LSI）

LSI的最小值為1，表示組成景觀格局的斑塊形狀為正方形或近似正方形；LSI通常沒有最大值，其值越大，表示景觀形狀越不規則5

面積周長分維度指數（PAFRAC）

用于度量斑塊或景觀類型的復雜程度，PAFRAC值大于等于l小于等于2，值越小說明斑塊形狀趨于方形，值越大說明斑塊形狀趨于卷繞6聚集度指數（RC）反映景觀中不同斑塊類型的非隨機性或聚集程度，可反映景觀組分的空間配置特征7多樣性指數（SHDI）表示景觀中各類斑塊的復雜性和變異性的指標，值越大表示景觀多樣性程度越高8破碎度（FN）衡量景觀的破碎程度

1.2.4景觀空間格局指數的計算方法。

（1）斑塊面積（TA）、斑塊數（N）和最大斑塊指數（LPI）可以從遙感影像的數據提取中直接得到。

（2）景觀形狀指數的計算公式如下：

（3）反映斑塊形狀的指標。自然界中，斑塊的形狀應是多種多樣的，一般地講，自然原因造成的斑塊常表現出復雜、不規則的形狀，而人為原因造成的斑塊往往表現出較為規則的幾何形狀。斑塊形狀的主要指標及計算公式如下：

（4）景觀多樣性指數是指不同景觀元素或生態系統在結構、功能以及隨時間變化方面的多樣性，它反映了景觀類型的豐富度和復雜度。其計算公式如下：

（5）景觀聚集度。景觀聚集度描述不同景觀要素的團聚程度，反映一定數量的景觀要素在景觀中的相互分散性。自ONeill（1988）提出以來，在景觀生態中常被用來分析景觀結構與異質性，并得到改進。其計算公式如下：

（6）斑塊的破碎度即是指平均的邊界長度，其計算公式如下：

2結果與分析

2.1景觀斑塊面積和斑塊數變化分析按照上述景觀斑塊的分類，對2000年和2005年的研究區景觀格局中斑塊數目和面積進行統計，可以匯總出景觀格局的基本參數（表2）。

由上表可以看出尉犁縣各類景觀類型變化的情況：農田面積從7.82 km2上升到9.91 km2，表明農田面積具有增加趨勢。2000～2005年，草地面積下降了2.5個百分點，年均減少294.986 km2。2005年林地面積與2000年相比增加0.62%，整個區域的林地面積呈整體上升趨勢。旱地面積較2000年略有增加，由原來的683.70 km2增加到771.49 km2。濕地面積在5年間由368.96 km2減少為312.72 km2，下降趨勢較為明顯。建筑用地面積增長迅速，4年間增長了0.03個百分點。裸地年均增長202.458 km2。研究區域的水系面積由原來的216.83 km2增長到261.69 km2，增長幅度較大。從斑塊個數上來看，草地、林地、濕地、裸地呈減少的趨勢；增加的是農田、旱地、建筑、水系，說明尉犁縣的生態景觀與自然生態系統遭到人為活動的干擾，主導地位優勢下降，人為干擾下的城鎮生態系統發揮的作用日益增加。這種變化的主

2.2景觀指數變化特征分析根據景觀類型以及面積（TA）、周長（P）、斑塊數（N），通過上述各種景觀指數計算公式計算出景觀指數值（表3）。

2.2.1景觀類型尺度上的分析。由表3可以看出，2000年最大斑塊指數（LPI）最大的是裸地指數，為61 673.28，其次分別為草原、林地、旱地等，這說明研究區內裸地的面積是占絕對優勢的，其次為草原和林地；最大斑塊指數景觀形狀指數（LSI）從大到小分別是：建筑、濕地、裸地、水系、草地等，說明了研究區內景觀類型的規則程度，且建筑用地最不規則；從面積周長分維度指數（PAFRAC）的大小得出，最為復雜的景觀類型是水系（1.96），其次分別是濕地、裸地、建筑等，說明在人為活動的干擾下，這些類型的斑塊變得越來越不規則；從聚集度指數（RC）所反映的狀況來看，裸地的聚集度指數最高，為76.32，其次分別是建筑、濕地、旱地等，這也反映了城鎮化發展與土地資源之間的矛盾；最后斑塊破碎度（FN）情況最大的屬農田，為10.74，其次是建筑、濕地等，這說明農田的分布是較為分散的。

2005年的情況與2000年的情況相似：最大斑塊指數（LPI）最大的也是裸地，指數為63 829.65，其次分別為草地、林地、旱地等，這說明研究區域內裸地占絕對優勢；景觀形狀指數（LSI）的大小分別是：建筑、水系、裸地、濕地等，這說明研究區域內建筑用地最不規則；從面積周長分維度指數（PAFRAC）的大小得出，最為復雜的景觀類型是水系（1.96），其次分別是濕地、裸地、草地、建筑等；從聚集度指數（RC）的情況來看，說明裸地的聚集度最高，其次是建筑、濕地、旱地等；相對于2000年，2005年斑塊破碎度（FN）變化最大的是農田，指數為11.30，其次為建筑、水系等。比較分析這些景觀指數，可以得出結論：規劃部門應該對建筑進行更加合理的規劃布局，同時增加林地等綠色景觀的比重，優化配置城鎮發展與土地資源。

2.2.2景觀尺度上的分析。研究區2000年和2005年景觀指數見表4。

景觀格局發生在不同的尺度，而尺度又影響景觀格局的研究[9]。從上表可以看出，破碎度（FN）呈增加趨勢，由1074增加到11.30，最大斑塊面積指數（LPI）也呈增加趨勢，由61 673.28上升到63 829.65；其余的都出現下降趨勢，如面積周長分維度指數（PAFRAC）、景觀形狀指數（LSI）和聚集度指數（RC）等都有一定程度的下降，這說明隨著社會經濟的發展，研究區域的人為干擾增加，部分景觀變得分散，同時隨著相關規劃部門的政策調整，整個研究區域的景觀格局正趨于合理化和規則化。而多樣性指數（SHDI）的下降說明該區域的人類生產活動已經一定程度上影響到了當地的生態環境。

3結論