松遼平原黑土區(qū)景觀格局分析

張紅紅 林楠 白卉

摘要從遙感技術(shù)特點(diǎn)出發(fā)，以黑土區(qū)為研究對(duì)象，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)研究方法，在斑塊類型水平和景觀水平兩個(gè)層次上選取10種景觀格局指數(shù)對(duì)1990～2000年黑土區(qū)景觀格局變化特點(diǎn)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：耕地是該區(qū)的主導(dǎo)景觀類型；10年來耕地面積逐漸減少，建設(shè)用地和其他類面積均增加；區(qū)內(nèi)各景觀存在破碎化趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞松遼平原黑土區(qū)；遙感；景觀格局分析

中圖分類號(hào)S731；X321文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）34-022-02

景觀格局分析是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。景觀是由大大小小的斑塊組成的。斑塊的空間分布被稱為景觀格局[1]。黑土區(qū)的景觀格局是許多景觀過程長期作用的產(chǎn)物，同時(shí)景觀格局直接影響景觀過程。不同景觀格局對(duì)景觀上的個(gè)體、種群或生態(tài)系統(tǒng)的作用差別很大。

黑土區(qū)作為典型的農(nóng)業(yè)景觀，也是受人類活動(dòng)影響強(qiáng)烈的景觀類型。通過研究黑土區(qū)景觀格局，可以更好地理解黑土區(qū)景觀結(jié)構(gòu)及其變化過程，揭示黑土區(qū)景觀演替的機(jī)制和規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)黑土資源的可持續(xù)利用提供參考[2-3]。

1松遼平原黑土區(qū)概況

松遼平原黑土區(qū)是目前世界上繼烏克蘭、美國密西西比河之后的三大黑土區(qū)之一，分布在松花江、遼河兩大流域中上游地區(qū)，行政區(qū)涉及黑龍江省、吉林省、內(nèi)蒙古自治區(qū)和遼寧省。黑土區(qū)內(nèi)土壤肥沃，是發(fā)展農(nóng)業(yè)的天然寶地。作為中國糧食的主產(chǎn)區(qū)，它一直被形象地譽(yù)為中國的“北大倉”。

黑土區(qū)屬地殼運(yùn)動(dòng)的下沉地帶，構(gòu)造上屬新華夏系第二沉降帶，即松遼斷陷，受不同程度切割的高平原和山前洪積平原。地勢(shì)由東北傾向西南，形成較寬闊的河谷平原與河間地。黑土區(qū)處于溫帶和暖溫帶范圍，有大陸性和季風(fēng)型氣候特征。夏季短促而溫暖多雨，冬季漫長而寒冷少雪，冬夏之間季風(fēng)交替。選取黑土分布較集中的黑龍江省和吉林省黑土區(qū)作為該次研究區(qū)[4]。區(qū)內(nèi)黑土面積約為80 108.50 km2。

2數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)處理平臺(tái)

該研究所選用的數(shù)據(jù)源為20世紀(jì)90年代初Landsat TM和2000年Landsat ETM遙感影像，經(jīng)過波段組合、幾何校正、增強(qiáng)鑲嵌等數(shù)據(jù)預(yù)處理操作，采用人機(jī)交互解譯的方法分別提取耕地、建設(shè)用地、水體和其他土地類型，然后將解譯的兩期矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)，用于景觀格局分析計(jì)算使用。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)包括Erdas9.1、Mapgis6.7、Arcgis9.0和Fragstats3.3等軟件。

3黑土區(qū)景觀格局分析

黑土區(qū)內(nèi)的主要景觀要素是耕地，構(gòu)成以耕地為背景基質(zhì)，建設(shè)用地和水體為鑲嵌斑塊，林帶及其他類為廊道的典型斑塊—廊道—基質(zhì)農(nóng)業(yè)景觀。在參考國內(nèi)外文獻(xiàn)[2-6]的基礎(chǔ)上，從斑塊類型水平和景觀水平2個(gè)層次，選出10種景觀格局指標(biāo)來描述黑土區(qū)土地利用/土地覆蓋景觀格局的動(dòng)態(tài)（表1）。

表1黑土區(qū)景觀格局分析指數(shù)

景觀結(jié)構(gòu)指數(shù)類型指數(shù)名稱代碼單位取值

景觀單元斑塊個(gè)數(shù)NP個(gè)NP≥1，無上限

特征指數(shù)斑塊密度PD個(gè)/km2PD>0，無上限

斑塊占景觀面積PLAND%0

的比例

斑塊形狀指數(shù)LSILSI≥1，無上限

最大斑塊指數(shù)LPI%0

景觀異質(zhì)分維數(shù)PAFRAC1≤PAFRAC≤2

性指數(shù)香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDISHDI≥0，無上限

香農(nóng)均勻度指數(shù)SHEI0≤SHEI≤1

蔓延度指數(shù)CONTAG%0

聚集度指數(shù)COHESION0≤COHESION<100

3.1斑塊類型水平格局動(dòng)態(tài)分析

3.1.1景觀組成和結(jié)構(gòu)分析。由表2可知，耕地斑塊占景觀面積的百分比為67.21%，是該區(qū)景觀的主導(dǎo)類型，而建設(shè)用地和水體分別占景觀面積的5.97%和4.59%。從斑塊數(shù)量上看，4個(gè)景觀類型共計(jì)15 933個(gè)，其中建設(shè)用地景觀斑塊數(shù)為10 011塊，占黑土區(qū)總斑塊數(shù)的62.83%，耕地斑塊數(shù)最少，水體次之。由此可知，建設(shè)用地的面積小，而斑塊數(shù)較多。同樣，這從斑塊密度上也能顯示出來。斑塊密度反映景觀總體的斑塊分化程度或破碎化程度，建設(shè)用地的斑塊密度最大，為0.125個(gè)/km2，表明建設(shè)用地斑塊規(guī)模小，異質(zhì)性高，而耕地的破碎程度最小。

最大斑塊指數(shù)反映最有優(yōu)勢(shì)的景觀類型對(duì)整個(gè)區(qū)域景

表21990年黑土區(qū)各景觀斑塊水平類型特征

類型斑塊占景觀面積的比例∥%斑塊個(gè)數(shù)個(gè)斑塊密度個(gè)/km2最大斑塊指數(shù)%斑塊形狀指數(shù)分維數(shù)聚集度指數(shù)

建設(shè)用地5.9710 0110.130.3999.241.5056.31

耕地67.212840.0110.3765.611.5399.26

其他類22.234 8300.063.9285.191.5697.03

水體4.598080.011.1432.821.4794.18

觀格局的影響程度，最大斑塊指數(shù)的大小順序?yàn)楦?gt;其他類>水體>建設(shè)用地，耕地的最大斑塊指數(shù)為10.37%，表明耕地為黑土區(qū)景觀的背景基質(zhì)。斑塊形狀指數(shù)的大小依次為建設(shè)用地>其他類>耕地>水體，表明各斑塊類型景觀格局的復(fù)雜性程度。

從分維數(shù)上看，其他類的分維數(shù)最大，耕地次之，反映二者的幾何形狀較復(fù)雜，受人為活動(dòng)的影響較大。聚集度指數(shù)描述景觀中同一斑塊類型之間的自然銜接程度和斑塊類型間的相互分散性，耕地的聚集度指數(shù)高達(dá)99.26，說明耕地斑塊之間的自然銜接程度較高，相互分散性較小。由表3可知，耕地占該區(qū)景觀總面積的62.65%，仍是該區(qū)的主要景觀類型，水體最小，為2.62%，建設(shè)用地次之，占7.36%；4個(gè)景觀類型斑塊總數(shù)為17 679個(gè)，其中建設(shè)用地占斑塊總數(shù)的63.06%，耕地和水體斑塊數(shù)較少，分別為374和944；斑塊密度的大小順序?yàn)榻ㄔO(shè)用地>其他類>水體>耕地，斑塊密度大的說明該類景觀斑塊數(shù)量多、規(guī)模小、景觀異質(zhì)性高。

從最大斑塊指數(shù)上看，耕地占9.34%，表明耕地為該景觀區(qū)域的最有優(yōu)勢(shì)的景觀類型，是黑土區(qū)主要的景觀要素，建設(shè)用地最小為0.5%，水體次之，為0.71%；斑塊形狀是景觀空間格局復(fù)雜性的一個(gè)重要特征。斑塊形狀指數(shù)依次為建設(shè)用地、其他類、耕地、水體，說明建設(shè)用地是該區(qū)景觀中最復(fù)雜的。

表32000年黑土區(qū)各景觀斑塊水平類型特征

類型斑塊占景觀面積的比例∥%斑塊個(gè)數(shù)個(gè)斑塊密度個(gè)/km2最大斑塊指數(shù)%斑塊形狀指數(shù)分維數(shù)聚集度指數(shù)

建設(shè)用地7.3611 1490.140.50106.361.5262.95

耕地62.653740.019.3477.351.5699.24

其他類27.375 2120.075.4588.731.5897.95

水體2.629440.010.7129.391.4890.82

分維數(shù)是反映景觀格局總體特征的重要指標(biāo)，同時(shí)在一定程度上反映人類活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響。其他類的分維數(shù)較大，為1.58，說明其他類的邊界形狀較復(fù)雜，水體分維數(shù)較小，為1.48；聚集度指數(shù)的大小排序?yàn)楦?其他類>水體>建設(shè)用地，說明耕地的連接性最好。

3.1.2景觀動(dòng)態(tài)分析。

結(jié)合表2和表3的計(jì)算結(jié)果，可以看出10年間斑塊類型水平格局的變化。建設(shè)用地和其他類占景觀面積的比例逐漸增大，而耕地和水體相應(yīng)減少；從斑塊密度上看，各地類均有增加；最大斑塊指數(shù)與斑塊占景觀面積的比例變化大致相同，但其他類的最大斑塊指數(shù)增加很多，表明其他類在面積上增加很多；各地類的分維數(shù)均有所增加，其中耕地增加最多，反映耕地受人為活動(dòng)的影響較大。

3.2景觀水平格局動(dòng)態(tài)分析由表4可知，20世紀(jì)90年代景觀斑塊總數(shù)為15 933個(gè)，到2000年景觀斑塊總數(shù)為17 679塊，斑塊密度也由0.20增加到0.22。究其原因，是因?yàn)槿祟惖纳a(chǎn)活動(dòng)破壞了黑土區(qū)原來的景觀，最大斑塊數(shù)減少了。最大斑塊數(shù)描述了人類活動(dòng)對(duì)黑土區(qū)斑塊影響的方向、強(qiáng)弱程度。斑塊形狀指數(shù)增加了8.06，分維數(shù)和聚集度指數(shù)變化不大，蔓延度指數(shù)減少了2.87%。蔓延度指數(shù)包含著空間信息，是描述景觀格局的最重要的指數(shù)之一。香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)的變化趨勢(shì)大致相同，二者呈正相關(guān)，與聚集度指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。在一個(gè)景觀系統(tǒng)中，香農(nóng)多樣性指數(shù)越高，表明黑土區(qū)土地利用越豐富，破碎化程度越高，其不定信息含量也越大。

表41990年和2000年黑土區(qū)景觀水平指標(biāo)

年份斑塊個(gè)數(shù)個(gè)斑塊密度最大斑塊指數(shù)%斑塊形狀指數(shù)分維數(shù)蔓延度指數(shù)%聚集度指數(shù)香農(nóng)多樣性指數(shù)香農(nóng)均勻度指數(shù)

199015 9330.2010.3765.301.5344.9098.470.910.66

200017 6790.22 9.3473.361.5542.0398.560.930.67