遼寧省美國白蛾疫區土地利用與景觀格局分析

崔苗茹 胡樹發 周汝良

摘要 [目的]研究美國白蛾疫區土地利用與景觀格局之間的關系。[方法]以遼寧省谷歌影像為基礎數據，用最大似然法分類遙感影像，得到遼寧省發生縣區、疫區土地分類圖，用Fragstats軟件進行景觀格局指數計算。[結果]疫區大多分布在耕地、林地、建設用地這3類土地類型中。對發生縣區和疫區景觀格局指數進行分析，在斑塊水平景觀格局下疫區的斑塊類型比較多的是林地、耕地、建設用地;疫區中白蛾分布多的景觀破碎度比較高;疫區各地類的連通性和聚集程度都很高。在景觀水平景觀格局下疫區各斑塊在景觀中均勻分布、景觀比較細化、景觀形狀比較規則，斑塊比較聚集、景觀聚集程度比較高。[結論]美國白蛾疫區大多數在人為活動比較密集的區域，可以對白蛾發生區的耕地、林地、建設用地加強防治。

關鍵詞 美國白蛾;疫區;土地利用;景觀格局

中圖分類號 F301.24文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）17-0078-05

Abstract [Objective]To study the relationship between land use and landscape pattern in the Hyphantra cunea epidemic area.[Method]Taking Liaoning Province Google image as the basis of data， using the maximum likelihood method to classify remote sensing image，the classification map of county and epidemic area in Liaoning Province was obtained， with Fragstats software for landscape pattern index calculation. [Result]The epidemic areas were mostly distributed in cultivated land， woodland and construction land.According to the analysis of the landscape pattern index of the county and the epidemic area， in the class level landscape pattern，the forest land， cultivated land and construction land were the most types of the epidemic area.The landscape fragmentation degree of the H. cunea in the epidemic area was relatively high.In the epidemic areas， the connectivity and aggregation of the various types were high.At the landscape level， the patches in the epidemic area were evenly distributed in the landscape， the landscape was more refined， the landscape shape was more regular， the patches were more clustered， and the degree of landscape aggregation was higher.[Conclusion]Most of the H. cunea epidemic areas are in the areas where human activities are relatively intensive，it can strengthen the prevention and control of cultivated land， forest land and construction land in the area where H. cunea occurred.

Key words Hyphantria cunea;Epidemic area;Land use;Landscape pattern

美國白蛾（Hyphantria cunea）原產于北美，是重要的國際性檢疫害蟲。自1979年我國首次發現該蟲以來，其已經對我國農林業生態系統特別是園林植物造成了嚴重危害。據研究分析，該蟲1979年從朝鮮的新義州依靠飛翔能力傳入我國遼寧丹東，1982年由于漁民自遼寧捎帶木材，很快在膠東半島地區擴散蔓延。根據國家林業局2018年第3號公告，目前美國白蛾疫區涉及11個省（區、市）的572個縣級行政區，現已擴散蔓延到北京、天津、河北、內蒙古、遼寧、吉林、江蘇、安徽、山東、河南、湖北。筆者以美國白蛾在中國首次發現的地方——遼寧省為研究對象，探討遼寧省土地利用與景觀格局之間的關系。

1 研究區概況

遼寧省是美國白蛾發生的重災區，截至2018年，美國白蛾發生地由初期的1個市發展到現在的13個市67個縣，蔓延呈上升之勢，覆蓋了遼寧省的大部分地區[1]，美國白蛾發生縣區如圖1所示。

2 數據處理

2.1 遙感影像分類 該研究主要采用的基礎數據是2017年Google earth衛星影像。遙感影像的分類體系是進行遙感影像分類的重要依據和基礎。由于下載的谷歌影像分辨率不高，土地分類信息主要來自谷歌影像的提取，并在土地分類的基礎上進行景觀格局分析，故在考慮獲取土地覆蓋信息特點的前提下，將研究區景觀分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地六類一級類型[2-4]。影像分類主要采用監督分類方法中的最大似然法，并結合目視判讀進行圖像信息提取。

2.2 編制景觀分類圖 在ArcGIS中，將遼寧省景觀分類柵格數據與美國白蛾發生縣界和疫區統一成同一個坐標系，通過Arc Toolbox中按掩膜提?。‥xtract By Mask）工具，得到遼寧省美國白蛾發生縣區和疫區的景觀類型圖（圖2、3）。

3 景觀格局差異對美國白蛾疫區的影響

3.1 土地利用分析 遼寧省美國白蛾發生縣區林地面積404.65萬hm 2，占發生縣區總面積的55%，是發生縣區面積最大的地類;耕地面積195.04萬hm 2，占發生縣區總面積26%;草地面積27.64萬hm 2，占發生縣區總面積4%;水域面積33.79萬hm 2，占發生縣區面積5%;建設用地面積67.78萬hm 2，占發生縣區面積9%;未利用地面積11.74萬hm 2，占發生縣區面積2%。發生縣區土地利用以林地為主，其次是耕地，接下來是建設用地、水域、草地，未利用地面積最少[5-7]（圖4）。

遼寧省美國白蛾疫區林地面積56.02萬hm 2，占疫區總面積的49%，是疫區面積最大的地類;耕地面積49.19萬hm 2，占疫區總面積的43%;草地面積1.15萬hm 2，占疫區總面積的1%;水域面積1.64萬hm 2，占疫區總面積的1%;建設用地面積4.45萬hm 2，占疫區總面積的4%;未利用地面積2.37萬hm 2，占疫區總面積的2%。疫區土地利用以林地為主，其次是耕地，接下來是建設用地、未利用地、水域，草地面積最少。由此可以大致推算出美國白蛾的發生區主要是林地、耕地、建設用地，人為活動比較密集的區域（圖5）。

3.2 景觀格局分析 景觀指數用來定量描述景觀格局的演變過程，構建土地利用與景觀格局間的相互聯系。景觀指數種類眾多，整體可分為3種類型，即景觀水平指數、斑塊類型指數及斑塊水平指數。在斑塊類型尺度上選擇斑塊類型百分比（PLAND）、斑塊數量（NP）、邊界密度（ED）、平均斑塊面積（AREA_MN）、斑塊內聚力指數（COHESION）、聚合度（AI）來描述景觀的格局特征，在景觀尺度水平上選擇香農多樣性指數（SHDI）、香農均勻度指數（SHEI）來描述景觀多樣性;景觀分離度（DIVISION）代表景觀的破碎化程度;選擇蔓延度指數（CONTAG）和聚合度（AI）代表景觀的蔓延和聚集程度;用景觀形狀指數（LSI）代表景觀的形狀[8-10]。用Fragstats軟件進行景觀格局指數計算。

3.2.1 斑塊類型景觀分析。表1是遼寧省美國白蛾發生縣區、疫區的斑塊類型水平景觀格局指數特征及其變化情況，各斑塊類型的景觀格局指數特征隨區域變化而產生不同的動態變化趨勢（圖6）。

3.2.1.1 斑塊類型百分比（PLAND）。PLAND取值越小，說明該類型斑塊在景觀中越少，反之則反。它可以用來度量某一斑塊類型在景觀中豐度比，在景觀面積變化的情況下，它來度量景觀的組成比較恰當。從表1可以看出，疫區各地類PLAND值從大到小依次為林地、耕地、建設用地、未利用地、水域、草地，說明疫區中斑塊類型比較多的是林地、耕地、建設用地;林地的PLAND值發生縣區和疫區幾乎一樣，耕地的PLAND值是疫區大于發生縣區。建設用地的PLAND值是疫區大于發生縣區。

3.2.1.2 斑塊類型（NP）。NP直觀反映了景觀的破碎化程度，NP越大，破碎度越高。疫區各地類NP值從大到小依次為耕地、建設用地、林地、水域、草地、未利用地。說明疫區中景觀破碎度比較高的是耕地、建設用地、林地，疫區中白蛾分布比較多的景觀破碎度比較高。

3.2.1.3 邊界密度（ED）。ED反映景觀的破碎化程度，ED取值≥0。疫區各地類ED值從大到小依次為耕地、林地、建設用地、水域、草地、未利用地，說明耕地、林地、建設用地的斑塊邊緣被割裂的程度高，破碎程度大。耕地、建設用地的ED值都是疫區大于發生縣區，其他的草地、水域、林地、未利用地都是疫區小于發生縣區，說明疫區分布比較多的景觀破碎程度比發生縣區高，分布少的景觀破碎程度沒有發生縣區高。

3.2.1.4 平均斑塊面積（AREA_MN）。AREA_MN反映景觀的破碎化水平，平均斑塊面積越大，其景觀類型的連通性就越好，反之越差。疫區各地類AREA_MN值從大到小依次為林地、未利用地、耕地、水域、草地、建設用地，說明疫區中景觀類型連通性比較好的是林地、耕地;建設用地的連通性不是很好。耕地、林地、建設用地的AREA_MN值都是發生縣區大于疫區，說明疫區景觀類型的連通性沒有發生縣區的好。發生縣區幾乎都是相連的，但是疫區大多數都是不相連的，都很散。

3.2.1.5 斑塊內聚力指數（COHESION）。在斑塊類型尺度水平下，當景觀中某斑塊類型的比例降低并且不斷細化時，其值趨近0，連通性降低，反之則反。疫區各地類COHESION值從大到小依次為未利用地、林地、耕地、水域、草地、建設用地。疫區和發生縣區各地類COHESION值都大于95%，說明連通性都還是很高的。

3.2.1.6 聚合度（AI）。當AI=0時，說明該斑塊類型的破碎化程度達到最大化，AI=100時，說明該斑塊類型聚集程度最大化。疫區各地類AI值從大到小依次為未利用地、林地、耕地、水域、草地、建設用地。疫區和發生縣區各地類AI值都大于95%，說明各地類的聚集程度都還是很高的。

3.2.2 景觀類型尺度分析。表2是遼寧省美國白蛾發生縣區、疫區的景觀水平景觀格局指數特征及其變化情況，各景觀類型的景觀格局指數特征隨區域變化而產生不同的動態變化趨勢，說明2個不同區域整體上的景觀特征（圖7）。

從景觀多樣性指標（SHDI、SHEI）上看，當SHDI不斷增大時，景觀斑塊類型數不斷增加且不同類型斑塊面積比重變得均衡。香農多樣性指數大，景觀結構越復雜，異質性越高。SHEI值大，表明景觀中沒有明顯的優勢景觀類型且各斑塊類型在景觀中均勻分布。SHEI、SHDI值都是發生縣區大于疫區，說明疫區的景觀結構不是很復雜，異質性也不是很高，也沒有明顯的優勢景觀類型且各斑塊類型在景觀中均勻分布。

從景觀破碎化程度（DIVISION）來看，當景觀只有一個斑塊時，DIVISION=0，景觀最大限度地細化時，該指標取值最大。DIVISION值疫區大于發生縣區，說明疫區的景觀比發生縣區的景觀細化。

從景觀的形狀（LSI）來看，LSI=1，景觀中只有一個正方形或接近正方形的斑塊，隨著景觀形狀的不規則和邊緣的加長，取值逐漸增大。另外，LSI還可以衡量斑塊的聚集或離散程度，隨著它的增大，斑塊越來越離散。LSI值發生縣區大于疫區，說明疫區的景觀形狀比較規則，斑塊比較聚集。

從景觀的蔓延和聚集程度（CONTAG和AI）來看，蔓延度指數（CONTAG）低時，說明景觀由許多不同類型的小斑塊組成;反之，則說明斑塊類型聚集程度較高，破碎化低。當景觀聚集程度不斷增大時，AI不斷增大，反之則反。CONTAG值疫區大于發生縣區，說明疫區的斑塊類型聚集程度較高。AI值疫區與發生縣區幾乎相等，說明疫區的景觀聚集程度比較高。

4 結論與討論

通過分析土地利用與景觀格局指數得出：以美國白蛾在我國首次發現的遼寧省為例，美國白蛾的疫區大多分布在耕地、林地、建設用地這3類土地類型中，其他地類草地、水域、未利用地中分布很少。通過對發生縣區和疫區景觀格局指數進行分析，在斑塊水平景觀格局下疫區的斑塊類型比較多的是林地、耕地、建設用地;疫區中白蛾分布多的景觀破碎度比較高;疫區的景觀連通性沒有發生縣區的好;疫區各地類的連通性和聚集程度都很高。在景觀水平景觀格局下疫區各斑塊在景觀中均勻分布、景觀比較細化、景觀形狀比較規則、斑塊比較聚集、景觀聚集程度比較高。

通過分析土地利用與景觀格局可以為美國白蛾的防治提供一定的策略，可以在美國白蛾疫區的耕地、林地、建設用地重點防治，在美國白蛾未發生區的耕地、林地、建設用地提前做好預防措施。

參考文獻

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