基于GIS/RS的濱海濕地景觀空間格局多尺度分析

趙秀麗，侯英姿*，張 闖，王方雄

(1.遼寧師范大學遼寧省自然地理與空間信息科學重點實驗室，遼寧大連 116029；

2.遼寧師范大學城市與環境學院，遼寧大連 116029；3.浙江省杭州吉翱地理信息技術有限公司，浙江杭州 310012)

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基于GIS/RS的濱海濕地景觀空間格局多尺度分析

趙秀麗1，2，侯英姿1，2*，張 闖3，王方雄1，2

(1.遼寧師范大學遼寧省自然地理與空間信息科學重點實驗室，遼寧大連 116029；

2.遼寧師范大學城市與環境學院，遼寧大連 116029；3.浙江省杭州吉翱地理信息技術有限公司，浙江杭州 310012)

摘要[目的]為研究濱海濕地景觀空間格局的多尺度變化。[方法]運用GIS與遙感技術、Fragstats景觀分析軟件，以遼寧省盤錦市濱海濕地為研究對象，選取了具有代表性的景觀格局指數，從不同行政區單元及空間粒度出發，定量分析了區縣級與地級市的景觀格局空間尺度特征。[結果]空間粒度上，斑塊密度、斑塊數等景觀指數具有明顯的尺度效應，可預測性強。景觀空間格局在地市級和區縣級尺度都具有明顯的尺度效應，表現出不同程度的規律變化，整體趨勢一致。 [結論]區縣級和地市級尺度的濕地類型均受人類影響很大，景觀破碎度增加，總體濕地景觀結構向簡單化方向發展。

關鍵詞盤錦市；景觀空間格局；景觀指數；多尺度；濱海濕地

景觀空間格局是指大小和形狀不一的相互作用的景觀斑塊在空間上的配置，它是景觀異質性的具體表現，同時又是各種生態過程在不同尺度上作用的結果[1]。景觀格局的形成是在一定區域內各種自然環境條件與社會因素共同作用的產物，研究其特征可了解其形成原因與作用機制，為人類定向影響生態環境并使其向良性方向演化提供依據[2]。20世紀80年代以來，國內外學者在生態學、地理學、遙感學等學科開展了尺度效應研究[3-6]，景觀生態學的格局、尺度等方法和原理也逐漸運用于濕地科學領域中[7]，推動了濕地景觀格局演變的研究。但是這些研究針對特定地類的分析較少，選取的景觀指數也較少。濱海濕地是介于海洋與陸地之間的一種特珠的生態系統，生態種類繁多。盤錦市位于遼寧省西南部，是遼河三角洲的中心地帶，濱海濕地是盤錦市的重要生態資源，但是由于人類開發活動的不斷加劇，導致天然濕地面積不斷減少，濕地景觀呈破碎化發展趨勢，濱海濕地的演化變得復雜且不穩定。鑒于此，筆者基于GIS和RS技術，從行政尺度[3]和空間粒度兩方面研究了遼寧省盤錦市的濱海濕地景觀空間格局多尺度變化規律，旨在為景觀格局的合理調整及管理措施的科學制訂提供理論基礎。

1材料與方法

1.1景觀格局數據的提取借鑒《濕地公約》及《全國濕地資源調查與監測技術規程》中所規定的濕地分類方法，結合盤錦市的實際情況與人機交互式解譯等，將研究區內的濱海濕地分為灘涂、沼澤、河流、水庫坑塘、水田、海水養殖場、建設用地、旱地林地草地9類[8]。以ENVI軟件為解譯平臺，利用分辨率為30 m的2009年Landsat遙感影像數據，采用RGB541合成假彩色圖像(圖1)。

圖1　2009年遼寧省盤錦市遙感影像(RGB5、4、1)Fig.1　Remote sensing image map of Panjin City of Liaoing Province in 2009

對研究區的遙感影像進行幾何糾正及圖像增強等處理，結合2009年1∶100 000土地利用現狀數據、地形圖(1∶50 000)等建立分類模板，選取了1 058個分類樣本。利用最大似然法進行監督分類，結合人工目視解譯，得到2009年盤錦市濕地景觀類型分布(圖2)。

圖2　2009年遼寧省盤錦市濕地分布Fig.2　Distribution of wetland in Panjin City of Liaoning Rrovince in 2009

1.2景觀空間格局多尺度的劃分從行政區尺度和空間粒度兩方面對盤錦市景觀空間格局進行分析。行政區方面，依據行政區劃分尺度類型(地市/區縣)，區縣級將盤錦市劃分為3個評價單元，包括興隆臺區雙臺子區、大洼縣、盤山縣(將興隆臺區和雙臺子區合并為一個地區進行計算)。而空間粒度上，以30 m分辨率的遙感影像數據為基礎，在景觀水平上從30、60、90、120、150、180、210、240 m的空間粒度上利用ARCGIS軟件生成以各行政單元為單位的GRID格式數據，并將其導入Fragstats(v3.4)[9]計算工具中對數據進行處理，以此為基礎進行景觀格局變化分析。

1.3景觀格局指數的選取 景觀格局指數的度量分為斑塊水平、斑塊類型水平和景觀水平3個尺度。筆者注重盤錦市濱海濕地景觀格局空間的演變，因此選取了景觀水平及斑塊類型水平生態意義比較明確的指數[10-12]。景觀水平選取的指數有斑塊數量(NP)、斑塊密度(PD)、最大形狀指數(LSI)、邊界密度(ED)、蔓延度(CONTAG)、分割度指數(DIVISION)等。斑塊類型水平選取斑塊類型面積(CA)、斑塊類型百分比(PLAND)、最大斑塊指數(LPI)、斑塊結合度(COHESION)、聚集度指數(AI)、分維數(FRAC-MN)等指數。

2結果與分析

2.1行政區尺度從縱向角度對研究區域進行分析，依據行政區劃對興隆臺區雙臺子區、大洼縣、盤山縣、盤錦市4個地區的斑塊類型水平及景觀水平的景觀指數進行分析。選取2009年分辨率為30 m的空間粒度對多級行政區進行景觀指數分析。

2.1.1斑塊類型水平指數。PLAND反映了斑塊所占景觀的面積比例。從圖3可以看出，區縣級單位和地市級景觀總體土地類型中人工濕地的面積均大于天然濕地，其他用地中建設用地所占總面積比例最大。這說明人類活動干擾了濕地生態平衡，天然濕地數量銳減，轉化為以水稻田為主的人工濕地及其他用地，人類活動的方向集中于城鎮建設及人工濕地的開發。COHESION整體上反映了斑塊凝聚程度，而AI是指同類型景觀的相對聚集或分散的情況。從各指標對區縣級及市域的影響來看，興隆臺區雙臺子區人工濕地、天然濕地的AI指數、COHESION指數整體偏小，說明濕地抗干擾能力下降，聚集程度低，呈分散狀態。盤錦市及其下屬縣區濕地類型的FRAC-MN值均大于1.00(圖4)，表明該地區各類濕地都已經脫離了規則的幾何形狀，復雜程度增加。

圖3　各縣區斑塊類型百分比比較Fig.3　Percentage comparison of patch types in different counties and regions

圖4　各縣區分維數比較Fig.4　Comparison of fractal dimension in different counties and regions

2.1.2景觀水平指數。NP可以反映整個空間格局，常被用來描述空間異質性。NP指數越大，說明該區域的景觀斑塊數量越多，景觀破碎度越高。從圖5可以看出，盤錦市整體濕地景觀破碎度高，干擾明顯，區縣級中興隆臺區雙臺子區的濕地景觀斑塊數量最少，景觀破碎度低，空間異質性低；結合PD和ED的變化規律來看，斑塊數量的下降，導致了斑塊密度的下降，邊界密度也呈下降趨勢。

圖5　各區縣景觀破碎度比較Fig.5　Comparison of landscape fragmentation in different areas and counties

在盤錦市的區縣級單位中景觀形狀指數由大到小為盤山縣>大洼縣>興隆臺區雙臺子區，LSI指數體現了景觀聚集和離散程度的大小，說明盤山縣的濕地景觀離散程度最大，聚集度低。盤錦市整體的景觀形狀指數大于區縣級指數，表明盤錦市整體上景觀聚集度低，離散程度相對較高，區域破碎度較大。

DIVISION基于累計的斑塊面積分布越接近于1.00，說明其分割程度越嚴重。在盤錦市的區縣級單位中，盤山縣的DIVISION指數最大，其區域內的濕地景觀類型分布分散，景觀類型的演替頻繁。而盤錦市整體DIVISION指數大于0.90，這說明整個盤錦市的濕地景觀整體呈破碎趨勢(圖6)。由此得出，無論是區縣級或是地市級對濕地的利用和開發強度都隨著經濟的發展、城市化腳步的加快而增加。

圖6　各區縣景觀分割程度比較Fig.6　Comparison of landscape fragmentation degree in different areas and counties

2.2空間粒度變化隨著空間粒度的變化，各景觀格局指數均產生了變化。無論是盤錦市整體還是區縣級，空間粒度從30 m遞增到240 m，NP、PD、ED、LSI均表現為冪函數或指數函數下降的趨勢，且具有比較明確的尺度效應關系，可預測性較強。隨著空間粒度的增大，斑塊的形狀改變，小面積的斑塊被面積較大的斑塊融合或合并，LSI整體也呈下降趨勢。盤錦市及其下屬區縣，其蔓延度隨著空間粒度的增大呈下降趨勢(且隨著空間粒度增大而減小，濕地景觀格局呈脆弱化態勢)。DIVISION指數在景觀水平上隨空間粒度的增大呈降低趨勢，但是不單調的景觀指數無明確單一的尺度效應關系，可預測性不強(圖6)。

3結論與討論

該研究表明：①隨著空間粒度的增大，NP、PD、ED、LSI、CONTAG指標表現出不同程度的變化規律，具有明顯的尺度效應，可預測性強。無論是從地市級還是3個區縣，濱海濕地景觀格局均具有明顯的尺度效應，表現出不同程度的規律變化，整體趨勢一致。DIVISION指數總體呈降低趨勢，但不單調，無明確單一的尺度效應關系，可預測性不強。②在時間尺度不變的情況下，2009年各區縣濕地景觀呈離散、多樣性降低等特征，CONTAG、DIVISION蔓延度指數分割度指數均高于0.7。區縣級單位的濕地景觀破壞程度較大，其中盤山縣破碎化程度高于其他地區，盤山縣是雙臺河口自然保護區所在地，天然濕地分布較多，以沼澤地最為廣泛，但是該區由于受人類活動干擾較強且調控力度不強，圍墾和油氣田的開發造成該區域濕地面積大幅下降，沼澤規模萎縮，其景觀格局和調控力度明顯劣于大洼縣和興隆臺區雙臺子區。

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Multi-scale Analysis of Coastal Wetland Landscape Pattern Based on GIS/RS

ZHAO Xiu-li1,2, HOU Ying-zi1,2*, ZHANG Chuang3,WANG Fang-xiong1,2(1. Liaoning Key Laboratory of Physical Geography and Geomatics, Liaoning Normal University, Dalian, Liaoninng 116029; 2. School of Urban and Environmental Sciences, Liaoning Normal University, Dalian, Liaoninng 116029; 3. Hangzhou JiAo Geographical Information Technology Co. Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310012)

Abstract[Objective]The aim of the study was to research coastal wetland landscape spatial pattern of multi-scale of change. [Method] Using GIS and remote sensing technology, landscape analysis software Fragstats, Panjin coastal wetlands as the research object, selecting the representative landscape pattern index from different administrative unit and space granularity, quantitative analysis of the characteristics of the landscape pattern of the district and city space scale. [Result] Space granularity, patch density and the number of patches of landscape index has obvious scale effect, strong predictability. The landscape spatial pattern in the municipal and district scale has obvious scale effect, show different degrees of rule changes, the overall trend consistent. [Conclusion] Both the district and city scale, the wetland types is highly affected by the human, the landscape fragmentation increased, the overall wetland landscape structure to develop in the direction of simplification.

Key wordsPanjin; Landscape spatial pattern; Landscape index; Multi-scale; Coastal wetland

收稿日期2015-12-21

作者簡介趙秀麗(1991- )，女，黑龍江雙鴨山人，碩士研究生，研究方向：GIS技術應用。*通訊作者，講師，博士，碩士生導師，從事GIS建模與技術應用研究。

基金項目教育部人文社會科學研究青年基金項目(11YJC630202)。

中圖分類號S 181

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)02-139-03