基于GIS的昆明市呈貢區景觀格局分析

朱沾斌，趙俊三

(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093)

利用遙感圖像的空間特征、光譜特性和時間特性研究城市景觀過程，揭示其生態狀況及變化規律，已成為當前國內外開展景觀格局研究的新趨勢。遙感技術具有快速、準確、周期性、宏觀性和實時獲取資源環境狀況及其變化數據的優勢，同時數據處理分析系統和地理信息系統又具有多種數據的綜合處理分析能力[1-4]。本研究綜合運用地理信息系統(GIS)和遙感技術(RS)等手段，基于ArcGIS 10.1平臺、ENVI 5.1軟件、FRAGSTATS 4.2軟件，對昆明市呈貢區1996、2001、2007和2011年的景觀格局進行分析，旨在為昆明市呈貢區的景觀生態規劃與生態管理提供科學依據與參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

呈貢區素有“花鄉”“果鄉”“菜鄉”“魚米之鄉”“礦泉水之鄉”等諸多美譽，位于滇池東岸，為昆明市政府駐地，位于102°45′～103 °00′E、24°42′～25°00′N，北鄰昆明市官渡區，南接玉溪市澄江縣、昆明市晉寧縣，西鄰滇池、昆明市西山區，東接昆明市宜良縣。呈貢區屬低緯度高原平壩地區，地勢東高西低，海拔1 900～2 000 m。呈貢區總面積510.38 km2，總人口19.40萬，下轄10個街道辦事處，65個社區居委會，155個自然村，主要生活有漢族、彝族、白族、哈尼族。

1.2 研究資料

采用研究區1996年1月、2001年4月、2007年4月和2011年2月的4期Landsat TM遙感影像數據，空間分辨率為30 m。條代號均為129，行編號均為43，云量分別為0.03、0.07、0.04和0.08，影像質量非常好，可滿足應用需求。

1.3 遙感圖像預處理

利用ENVI 5.1處理Landsat TM遙感影像數據。首先對遙感影像進行幾何校正、輻射定標、FLAASH大氣校正，然后對校正后的遙感影像進行拼接和鑲嵌，坐標系為WGS84，用呈貢區邊界矢量圖進行裁剪，獲得研究區域4個時期Landsat TM遙感影像圖。

1.4 景觀遙感分類及提取

參照云南省呈貢區第一次全國地理國情普查分類標準以及研究區實際情況，將研究區土地覆被劃分為5類：水域，種植土地，林草覆蓋，建設用地，其他用地。在ArcGIS 10.1和FRAGSTATS 4.2的支持下，分別計算呈貢區4期遙感影像的土地利用景觀指數，分析土地利用變化的基本格局特征和演變規律。開展獨立主成分分析，從分析結果中提取感興趣區，建立訓練樣本(樣本的分離度結果值均在0.9以上)，利用樣本數據完成數據分類，并在分類過程中導入1∶10 000數字高程模型以提高精度。利用研究區的土地利用現狀、土地利用變更數據對分類結果進行驗證，總體精度達到90%，滿足本研究要求[4]。

1.5 景觀格局指數分析

景觀指數是反映景觀結構格局的定量化指標，常用以描述經過該格局的時空變換及其與生態過程之間的聯系[5]。針對研究區景觀格局和斑塊類型的特征，選取斑塊數(NP)、散布與并列指數(IJI)、斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)、斑塊類型面積百分比(PLAND)、周長面積分形維數(PAFRAC)、最大斑塊指數(LPI)、形狀指數(LSI)、多樣性指數(SHDI)、均勻度指數(SHEI)和集聚度(AI)等指標[6]進行分析。

2 結果與分析

2.1 景觀類型分布及其動態變化

1996、2001、2007和2011年研究區景觀覆蓋類型分布如圖1所示?？梢钥闯?，其他用地和林草覆蓋是呈貢區1996—2011年的主要景觀類型(表1)。林草覆蓋面積在1996—2011年呈現先緩慢減少后迅速增加的趨勢，1996年林草覆蓋面積最大，達183.63 km2，2007年林草覆蓋面積最小，僅116.85 km2，至2011年研究區林草覆蓋面積又恢復至164.09 km2，這可能和當地政府出臺政策加強植被保護相關。其他用地面積在1996—2011年先略有增加后又減少，總面積由研究初期的143.79 km2減少到研究末期的130.74 km2。水域面積在1996—2011年緩慢平穩減少，尤其是在2001—2011年保持相對穩定。種植土地在1996—2011年呈現先緩慢增加后迅速減少的趨勢，其中，2007年種植土地面積最大，達82.72 km2，但到2011年研究區種植土地面積銳減至28.93 km2，可能與當地快速的城市化發展建設用地擴張有關。建設用地在1996—2011年呈現遞增變化趨勢，建設用地面積由研究初期(1996年)的40.41 km2迅速增加到研究末期(2011年)的116.29 km2。這與呈貢區大規模的城市建設和9所高校進駐，及許多原來非建設用地轉變為成片的建設用地等有關。

表1 1996—2011年呈貢區各景觀類型面積分布 km2

2.2 景觀指數變化

如表2所示，1996—2011年呈貢區景觀水平格局指數發生明顯變化。NP和PD能夠反映景觀的破碎化程度，這2項指數在1996—2011年均遞減。這主要是因為1996—2011年，呈貢區開展了大規模的新城市建設，加之9所高等院校進駐，許多原來破碎的非建設用地斑塊轉變為成片的建設用地，綠化生態用地等也連成一片，使得研究區斑塊數目減少，相應斑塊密度也減少。SHDI和SHEI在1996—2007年緩慢上升，說明景觀空間呈現不斷向多元化均衡方向發展，但之后呈現遞減趨勢，表明原優勢組分對景觀的控制作用減弱。LPI先下降后增加，說明景觀中的優勢種、內部中的豐富度先下降后上升。PAFRAC變化平緩，說明景觀斑塊類型的復雜度和穩定性比較好。AI在1996—2011年表現為增長趨勢，說明景觀聚集程度加大。

表2 研究區的景觀指數

水域。1996—2007年斑塊數由896個下降到336個(表3)，破碎度減小，散布與并列指數增加，斑塊復雜性和穩定性較平穩。2007—2011年，斑塊數增加179個，平均斑塊面積由9.97 km2增加到13.66 km2，破碎度下降，表明水體的破碎化程度減少。

種植土地。研究期間，種植土地的PLAND、LPI和平均斑塊面積變化劇烈，PLAND從研究初期的10.80%下降到研究末期的5.67%，LPI由2.87下降到0.51，平均斑塊面積則由4.87 km2減少到2.47 km2，但平均形狀指數和IJI變化相對穩定(表3)，說明景觀級別上各個拼塊類型間的總體散布與并列狀況穩定。從種植土地斑塊數的變化趨勢來看，可以分為3個階段：1996—2001年，斑塊數減少；2001—2007年，斑塊數快速增加；2007—2011年，斑塊數減少。

圖1 呈貢區土地利用景觀覆蓋類型分布

類型年份NPPLAND/%PDLPIED平均斑塊面積/km2平均形狀指數IJI水域199689617.131.7611.5311.549.761.2159.09200137114.000.7311.373.7219.261.1274.20200733613.550.6611.382.969.971.1092.92201151513.781.0111.424.2613.661.1177.09種植土地1996113310.802.222.8721.304.871.2775.50200193713.611.844.8223.117.411.2879.812007153116.213.002.3831.6520.581.2982.43201111725.672.300.5116.942.471.2575.62林草覆蓋1996159735.983.1319.0858.3811.501.3689.942001160129.473.1416.6345.009.401.3173.252007117222.902.305.2430.4812.561.3069.30201174332.152.1120.1135.6015.251.3266.63建設用地199615027.922.940.5822.212.691.2684.012001138010.382.700.6226.933.841.3271.102007128115.372.517.8129.775.401.2771.522011107622.781.4618.6630.4215.651.2980.45其他用地1996145428.172.853.3744.729.891.3471.162001147232.542.886.0849.3211.281.3870.412007130031.982.554.0344.736.121.3480.852011168225.623.303.4845.587.771.3571.28

林草覆蓋。研究期間，林草覆蓋斑塊數呈現先增加后減少趨勢，2001年NP最大，達1 601，至2011年減為743(表3)。1996—2001年，林草覆蓋NP增加，LPI、ED、平均斑塊面積、IJI減少；2001—2011年，NP快速減小，平均斑塊面積增加，而平均形狀指數趨于平穩。

建設用地。研究期內建設用地斑塊數減少，但平均斑塊面積快速增加(表3)，說明集聚程度總體上升。這主要是由大規模城市建設引起的。

2.3 城市化與景觀格局的關系

不同的景觀類型在城市地域的不同組合，形成空間配置相異的城市景觀鑲嵌體，體現了城市不同的發展形態和階段[7]。在城市化進程的不同階段，景觀格局也有所不同。一般地，經濟發展加快推動了城市化進程，經濟發展的階段越高，城市建設投資額也越充足，相應地，會促進城市空間的加速擴展和人口的集聚，而人口的集聚也會進一步推動城市化需求的增加[8-10]。鑒于現階段我國的城市化主要以城區擴張為主，因此，本研究選擇建設用地的平均斑塊面積來表示城市擴展特點，選取人口數量和GDP來反映城市化水平，分別進行相關性分析，結果如圖2所示?？梢钥闯觯珿DP、人口數量都與建設用地的平均斑塊面積呈現出較好的相關性，說明呈貢區的經濟發展和人口增長是城市土地利用格局變化的重要動力。

圖2 GDP、人口與建設用地景觀斑塊面積的相關性

3 小結

1996—2011年，呈貢區的景觀格局發生了顯著變化，主要是水體、種植土地、其他用地轉換成了建設用地，研究區整體的最大斑塊指數、多樣性指數、聚集度表現出逐步增大的趨勢，而斑塊數呈下降趨勢，說明景觀的集聚程度增加。景觀生態建設是呈貢區社會經濟可持續發展的重要途徑，在今后的發展中應以整體調節、局部控制、因地制宜為原則，保護和增加景觀多樣性和異質性，使景觀結構功能交互影響與促進，實現經濟社會生態的全面協調。

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