基于RS/GIS的東營市土地利用及景觀格局變化研究

黃軍，謝興震，王霞，丁慶福，柏永青，張智安

(1.山東省國土測繪院,山東 濟南　250013;2.聊城市水利局,山東 聊城　252000；3.山東省遙感技術應用中心,山東 濟南　250013)

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基于RS/GIS的東營市土地利用及景觀格局變化研究

黃軍1，謝興震2，王霞1，丁慶福1，柏永青1，張智安3

(1.山東省國土測繪院,山東 濟南250013;2.聊城市水利局,山東 聊城252000；3.山東省遙感技術應用中心,山東 濟南250013)

該研究利用遙感技術(RS)和地理信息技術(GIS)結合景觀生態學理論和方法，以東營市1992年、2000年及2010年TM遙感影像為基礎，分析了東營市近20年間的土地利用及景觀格局變化。經對比分析發現，東營市土地利用年動態變化在2000—2010年間較為顯著，景觀水平的變化趨勢表現為優勢度、穩定性增加而多樣性、均勻性遭到破壞。

土地利用類型；景觀格局；變化；東營市

引文格式：黃軍，謝興震，王霞，等.基于RS/GIS的東營市土地利用及景觀格局變化研究[J].山東國土資源，2015,31(6)：68-71. HUANG Jun, XIE Xingzhen, WANG Xia,etc. Study on Land Use and Landscape Pattern Changes in Dongying City Based on RS/GIS Software[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(6):68-71.

0　引言

土地開發利用引起的土地覆被變化是人類影響地理環境的重要形式[1]。土地利用/覆蓋變化(LUCC)直觀體現了地表特征的時空變化，直接影響景觀空間結構的變化[2]。從而影響該區域的生態過程和邊緣效應，景觀格局研究是整個生態系統變化的區域響應的重要方式之一。國內外相關數據提供了有力的理論依據[3-4]。而遙感和地理信息技術的發展對景觀格局的研究提供了強大的技術支撐。

東營市是黃河三角洲高效生態經濟區的主要區域，由于地處黃河入海口，生態環境比較脆弱。近年來，隨著東營市的自然資源開發規模增大以及地區經濟發展，生態環境惡化、濕地景觀退化、高標準耕地資源儲備下降也成為了生態文明建設亟需解決的問題。通過解譯分析1992，2000，2010年3期TM/ETM遙感影像資料，進而研究探索20世紀90年代至今的研究區景觀格局變化規律,以期為該地的生態環境保護、資源合理利用和整體的區域規劃提供理論支持。

1　研究方法

1.1數據源及數據處理

該研究選取上述3期經過圖像幾何校正和輻射校正的Landsat-TM/ETM遙感影像數據。并收集了東營市土地利用現狀矢量數據、東營市社會經濟數據等資料作為輔助數據。

數據準備階段結合東營市實地土地利用現狀，研究劃分了耕地、草地、林地、水域、鹽田蝦塘、未利用地、建設工礦用地、灘涂8種土地覆蓋類型。遙感解譯階段采用人機結合方法借助eCognition軟件，并充分利用矢量資料對3期影像進行了土地利用分類，得出最終數據如圖1所示。3期影像最終解譯精度均達到85%以上[5],為從宏觀角度分析土地利用變化提供了圖形基礎。

圖1　東營市土地利用分類示意圖

1.2景觀指數選取

對景觀格局進行定量定性研究可以有效地反映土地利用及覆被變化的空間格局及其景觀生態效應，更好的理解與解釋景觀功能[6]，該研究的分析分為類型和景觀2個層面。

對各景觀類型特征進行分析時選取以下4個指標：呈現地類破碎化趨勢的PD(斑塊密度)、CHOSION(斑塊聚合度指數)及描述地類形狀規則度的LSI(景觀形狀指數)、與FRAC-MN(平均分維數)。通過對這些指標進行時空分析，以期呈現各景觀類型特征在檢測期內的破碎化程度及規則度。在景觀水平上選取了呈現景觀整體破碎度的CONTAG(蔓延度指數)、描述景觀多樣性程度的SHDI(香農多樣性指數)及描述景觀均勻程度的SHEI(香農均勻度指數)3個指標。研究借助Fragstat 3.3軟件進行上述指數的運算。

2　結果與分析

2.1土地利用景觀要素分布及基本變化特征

從空間來看，耕地占據了主要的圖幅，但狹長的沿海地帶耕地面積基本為零。統計發現3期數據耕地總面積變化較小，主要是2000—2010年間減少了1500hm2，減少約0.39%，幅度較小。林地和草地主要分布于黃河三角洲生態濕地周邊，林地總面積較小。期間林地面積增加3257hm2，增長率達到51%，草地與林地呈完全相反的變化趨勢。未利用地主要為沿海的鹽堿地、鹽田蝦塘集中在濱海的狹長地帶，并且鹽田蝦塘的增長較快達28.6%。建筑工礦用地主要分布于東營區及其他區縣的城區，總體趨勢靠近濱海地帶。東營市城市發展較快，建筑工礦面積從1992年的83543hm2增長為2010年的128411hm2。整個研究時域內可見自然景觀(如草地、灘涂、未利用地)明顯減少，并且統計發現所減少的自然景觀的80%發生在2000—2010年期間。可見隨著研究區經濟發展此類自然景觀減少速度呈現加快的趨勢(表1)。

表1　東營市土地利用分類面積(hm2)

2.2景觀格局動態變化分析

2.2.1類型水平類型指數動態分析

研究借助ARCGIS軟件進行空間統計分析和矩陣運算，得到東營市各時期土地利用類型景觀格局指數(表2)，結合圖1、表1分析得出如下結果。

表2　東營市類型層面景觀指數動態

(1)建筑用地景觀活躍度增大。建筑用地是人類經濟生活最重要的下墊面載體，在整個監測期內其類型景觀水平呈現為以下態勢：斑塊密度最大、面積持續大規模增加導致的聚合度增加、形狀指數最高，且所有類型景觀指數皆呈明顯上升趨勢。以上態勢說明建筑用地是東營市景觀類型中離散化程度最高、形狀最為復雜的土地利用類型。種種態勢表明東營市建筑用地景觀日趨活躍、擴張態勢明顯，進一步表明監測期內東營市建筑用地的開發建設傾向于粗放。

(2)耕地斑塊破碎顯著。耕地是東營市最主要的地表景觀類型，面積遠遠大于其余景觀類型，在監測期內耕地斑塊密度成上升趨勢，但與之相反的耕地面積減少，以及聚合度指數降低，呈現出耕地景觀斑塊之間的距離增大趨勢，說明耕地景觀破碎化程度愈發強烈。形狀指數的增加說明耕地斑塊形狀復雜化水平由于建筑用地占用升高。平均分維數的減少說明耕地的邊界規則化程度增加，表明20年來人類對耕地的控制及管理更加嚴格。

(3)草地及林地景觀發展趨勢良好。得益于黃河三角洲自然保護區的建立及護林護草意識的增強，東營市草地管理集中化，草地景觀穩定性增強，主要表現為：形狀指數及平均分維數的降低。但代表斑塊分布程度指標的斑塊密度減少將有可能降低當地生態系統功能性。

伴隨著斑塊密度增加的林地面積說明東營市林地分布及發展呈良好態勢，有助于維持當地生態系統多樣性。

(4)水域、鹽田蝦塘集中有序。隨著東營市大量平原水庫的開發，水域景觀成集中態勢，有利于合理配置水資源，并增強了研究區的水域景觀穩定性；但斑塊密度的減小表明了部分自然水域遭到破壞，不利于當地生態文明建設。監測期內，東營市鹽田蝦塘建設集中且管理有序，體現為鹽田蝦塘斑塊個數減小，密度日趨下降，但面積增加且聚合度相應增加。形狀指數及分維數的下降則說明鹽田蝦塘邊界日趨簡單。

(5)灘涂及未利用地被占用程度高。灘涂破碎化程度增加，且多被鹽田蝦塘占用，不利于濱海濕地生態系統功能性的建設。隨著墾荒及建設用地擴張，未利用的破碎度增幅最高，近20年來研究區未利用地斑塊密度增大約3倍，同時聚合度指數急劇下降，說明研究區土地利用率逐年上升。

2.2.2景觀水平類型指數分析

東營市土地利用景觀水平指數如表3所示。

表3　東營市土地利用景觀水平指數

2.2.3類型水平類型指數動態分析

從整體(表3)來看，研究區整體景觀多樣性指數、均勻度指數均呈“低—高—低”的高開低走趨勢，而蔓延度指數則反之，呈現先抑后揚的趨勢。

(1)1992—2000年間，多樣性及均勻度指數的上升表明整個景觀多樣增加且重心穩定。景觀表現為：此階段主要景觀類型(耕地、草地等)優勢度減小，稀有景觀類型(如鹽田蝦塘、建筑用地)向外擴張，數據表現為同一時間內的蔓延度指數下降，表明整體景觀趨于破碎化。

這一時間段內作為主要景觀的自然景觀類型優勢下降，其主要景觀地位被人工景觀替代。人工景觀由該階段的稀有景觀過渡為下階段主要景觀。

(2)2000—2010年間，多樣性及均勻度指數的下降則表明此階段的主要景觀類型(耕地、建筑用地等)優勢度持續增加，而稀有景觀類型(草地、未利用地等)優勢持續下降。而該時間段內蔓延度指數回升，說明優勢景觀形成了較好的連通性，如建筑用地等規模集中。

(3)研究區近20年的整體景觀發展趨勢為人工景觀優勢度增加而多種天然景觀優勢減少。整個景觀發展趨勢表現為優勢度增加但多樣性和均勻度減小。

3　結論

人類及自然活動產生的土地利用/覆被變化大大改變了研究區的下墊面景觀結構，進而影響到整個景觀系統內部的能量交換，最終響應于當地生態系統的結構功能并對生態系統演變產生影響。該研究對近20年來該區土地利用及景觀變化特點總結如下：

(1)從時間上看東營市土地利用變化以2000—2010年最為顯著，從空間上看，東營市土地利用變化差異較大，總的來說，濱海地區、東營市區及廣饒地區為土地利用動態變化的主要區域。

(2)結合土地利用分類圖發現，在監測期內，建筑用地的擴展面積非常大，其來源主要是位于其周邊耕地；但合理的開墾增加了其他區域的耕地，所以耕地總面積變化不大。此外，灘涂、草地及未利用地轉化成鹽田蝦塘的現象較為普遍。耕地的總面積在整個監測期內變化不大，但存在較大的區域分布的調整，主要表現為城鄉周邊耕地的流失和三角洲地區草地向耕地的轉化。

(3)在類型水平的景觀響應中，耕地區域破碎與規則化；建筑用地日趨活躍及不合理、鹽田蝦塘趨向于集中有序；草地集約化明顯、未利用地日趨破碎；林地覆蓋增加、水域趨于集中、灘涂遭到破壞。

(4)整個東營市在整個監測期內表現為多種人工景觀類型(如鹽田蝦塘、建筑用地等)的斑塊積極向外發展，而草地、未利用地等主要天然景觀類型的優勢度緊縮的變化趨勢。東營市景觀水平的變化趨勢表現為優勢度、穩定性增加而多樣性、均勻性遭到破壞。

[1]Tumer II B L，W C Clark，R W Kates，et al． The Earth as Transformed by Human Action: Global and Regional Changes in the Biosphere Over the Past 300 Years [M]． Cambridge University Press，1990．

[2]史培軍，江源，王靜愛，等．土地利用/覆蓋變化與生態安全響應機制[M]．北京：科學出版社，2004．

[3]胡玉福，鄧良基，張世熔，等.基于RS和GIS的西昌市土地利用及景觀格局變化[J].農業工程學報，2011，27(10)：322-327.

[4]左麗君，徐進勇，張增祥，等．渤海海岸帶地區土地利用時空演變及景觀格局響應[J]．遙感學報，2011，15(3)：604-620.

[5]謝興震.基于RS與GIS的東營市土地利用生態安全研究[D].山東師范大學，2013.

[6]陳瑩，尹義星，陳爽．典型流域土地利用覆被變化預測及景觀生態效應分析——以太湖上游苕溪流域為例[J].長江流域資源與環境，2009,18(8):765-770

Study on Land Use and Landscape Pattern Changes in Dongying City Based on RS/GIS Software

HUANG Jun1, XIE Xingzhen2, WANG Xia1, DING Qingfu1, BAI Yongqing1, ZHANG Zhi'an3

(1. Shandong Surveying and Mapping Insitute of Land and Resources, Shandong Jinan 250013, China; 2. Liaocheng Water Conservancy Bureau, Shandong Liaocheng 252000, China; 3. Shandong Remote Sensing Monitoring Center, Shandong Jinan 250013, China)

By using remote sensing (RS) technology and geographic information technology (GIS), combining with the theories and methods of landscape ecology, and based on TM remote sensing images in 1992, 2000 and 2010, land use and landscape pattern change in the last 20 years in Dongying city have been analyzed. Through comparasion and analysis, it is found that annual dynamic change of land use from 2000 to 2010 in Dongying city is very obvious. Its change trend of landscape appears as increased stability and diversity, and destroyed diversity and uniformity.

Land use types; landscape pattern; landscape change; Dongying city

2015-04-12；

2015-04-27；編輯：王敏

黃軍(1973—)，男，山東濟南人，高級工程師，主要從事基礎地理信息數據生產研究工作；E-mail：Huangx8j@163.com

P208

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