基于GIS與Fragstats的聊城市東昌府區(qū)景觀格局現(xiàn)狀研究

摘要：景觀格局的研究對(duì)于城市的發(fā)展和規(guī)劃具有重要的積極意義。為研究聊城市東昌府區(qū)景觀格局，本文以聊城市東昌府區(qū)2016年的TM影像為基礎(chǔ)，在ENVI、ARCGIS平臺(tái)以及景觀分析軟件Fragstats 4.2的支持下，對(duì)東昌府區(qū)景觀類型和景觀尺度水平下的景觀格局特征進(jìn)行了定量分析。結(jié)果表明：東昌府區(qū)耕地面積占全區(qū)總斑塊面積47.76%，占農(nóng)業(yè)用地面積的83.20%，耕地資源比較充足;建設(shè)用地平均斑塊密度為12.80個(gè)/hm?，平均斑塊面積為1.80 hm?，分布零散。整體上看，研究區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)合理，多樣性較高，土地利用類型分布較均勻，沒(méi)有任何一種土地利用類型占絕對(duì)優(yōu)勢(shì);景觀類型整體屬于散布分布，但分散度不大。

關(guān)鍵詞：景觀格局;景觀指數(shù);GIS;Fragstats

景觀是擁有很強(qiáng)的空間異質(zhì)性的區(qū)域，它是由大量不同形狀、大小的斑塊依據(jù)一定的規(guī)律組合而成的，一般來(lái)說(shuō)，景觀格局主要指景觀在空間散布上的特征，具體反映出景觀的異質(zhì)性特征，各種類型的生態(tài)過(guò)程在不同尺度上的功能在這里體現(xiàn)出來(lái)，包含組成單元類別、數(shù)目、分布和空間上的組合。在景觀格局的研究中，經(jīng)常會(huì)用到景觀指數(shù)分析方法。景觀格局指數(shù)是一種并不復(fù)雜的定量指標(biāo)，可以充實(shí)景觀格局的內(nèi)容，展現(xiàn)其組織構(gòu)成和空間形態(tài)組合。通過(guò)各種要素間多樣的組合方式，景觀格局指數(shù)可分為三個(gè)層級(jí)，即斑塊水平指數(shù)、景觀類型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)。目前，GIS技術(shù)發(fā)展十分迅速，將GIS與景觀格局軟件Fragstats相融合進(jìn)行景觀格局的綜合分析成為大眾普遍使用的方法。

東昌府區(qū)位于聊城市中心，近年來(lái)第二、第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，這也使得區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)必然消耗大量的土地資源。應(yīng)用東昌府區(qū)的景觀格局作為研究的目標(biāo)，從景觀生態(tài)學(xué)的角度進(jìn)行研究，著重斑塊類型和整體景觀水平兩個(gè)方面，對(duì)東昌府區(qū)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查分析，為東昌府區(qū)城市建設(shè)規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)提供了建設(shè)性意見(jiàn)。

一、數(shù)據(jù)和研究方法

（一）數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

在ENVI5.1軟件的支撐下，影像源于國(guó)家地理空間數(shù)據(jù)云（http//www.gscloud.cn），經(jīng)過(guò)系統(tǒng)輻射校正和大氣粗校正的2016年的遙感影像進(jìn)行精確的幾何校正、大氣校正與影像配準(zhǔn)，然后依據(jù)要研究區(qū)域的面積大小，裁剪所下載的影像，進(jìn)一步解譯得到東昌府區(qū)土地利用類型圖，并將其作為分析土地利用景觀格局演化的基礎(chǔ)樣本。這里的遙感影像選用Landsat8遙感影像，在組合多波段圖像文件（Layer Stack）時(shí)選用TM遙感影像的1、2、3、4、5、7這6個(gè)單波段圖像文件及與其相呼應(yīng)的OLI-RIS遙感影像2、3、4、5、6、7這6個(gè)單波段圖像文件進(jìn)行結(jié)合，這樣就能夠確保遙感影像的空間解析度全部為30m×30m和去除熱紅外波段對(duì)解譯的錯(cuò)誤影響。

按照《土地利用現(xiàn)狀分類（GBT 21010-2017）》要求，詳細(xì)調(diào)查東昌府區(qū)土地資源的利用現(xiàn)狀和特征，分析遙感影像的特征，運(yùn)用監(jiān)督與非監(jiān)督綜合運(yùn)用的分類方法（Hybrid classification）和目視解譯相組合的方式進(jìn)行分類，將東昌府區(qū)劃分為耕地、園地、水域、建設(shè)用地、工業(yè)用地、交通用地和其它用地等7種土地利用類型，分類結(jié)果如圖2所示。為了使分類結(jié)果更加真實(shí)可靠，在地面調(diào)查和土地利用圖的基礎(chǔ)上，參考往年的土地使用信息，在遙感圖像選擇不同的位置，和總面積約東昌府區(qū)土地面積超過(guò)2%的監(jiān)督校驗(yàn)，同時(shí)使用誤差矩陣關(guān)系表來(lái)評(píng)估總體分類精度。最終驗(yàn)證后的結(jié)果顯示，土地利用類型圖的分類精確度為94.67%。

（二）景觀格局指數(shù)選擇

景觀指數(shù)是用來(lái)可量測(cè)和描述單個(gè)以及一些類別的斑塊，或者是定量指標(biāo)空間結(jié)構(gòu)的整個(gè)景觀，它的主要價(jià)值在于配置可以用來(lái)比較不同種類的景觀?，F(xiàn)在，網(wǎng)格層級(jí)指數(shù)的演進(jìn)以及其在景觀生態(tài)學(xué)上的運(yùn)用還不夠成熟，從斑塊（Patch）、類型（Class）、景觀（Landscape）3個(gè)方面對(duì)景觀指數(shù)進(jìn)行探討。

根據(jù)上述遙感影像解譯所得到柵格格式的東昌府區(qū)土地利用型圖，利用Fragstats4.2軟件，分別計(jì)算各種不同類型的景觀指數(shù)（Landscape metrics），然后再利用這些景觀指數(shù)探討東昌府區(qū)土地利用格局的變化情況。

二、結(jié)果與分析

（一）聊城市東昌府區(qū)景觀格局

東昌府區(qū)景觀類型豐富，有耕地、林地、園地、水域、建設(shè)用地、交通用地等，耕地作為最為主要的景觀類型，廣泛分布。園地亦占有一定比例，東南部分布有大量大棚種植的園地。建設(shè)用地集中分布在市中心主城區(qū)以及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。區(qū)域內(nèi)有眾多河流湖泊，東昌府區(qū)有江北水城之稱，河流湖泊眾多，水域面積接近城區(qū)面積的三分之一。黃河、徒駭河、馬頰河等多條河流流經(jīng)，歷史悠久的京杭大運(yùn)河也從市區(qū)蜿蜒而過(guò)，市區(qū)內(nèi)擁有中國(guó)北方最大的城市內(nèi)湖——東昌湖，水面面積達(dá)6平方公里。近年來(lái)，東昌府區(qū)高度重視植被建設(shè)，林地面積不斷增長(zhǎng)，天然林、經(jīng)濟(jì)林廣泛分布。

（二）多尺度景觀格局

1、類型水平上景觀格局特征分析

應(yīng)用ArcGIS軟件將數(shù)據(jù)源進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為5×5m的Grid柵格數(shù)據(jù)格式，然后是景觀指標(biāo)的計(jì)算，這里軟件采用景觀格局分析軟件Fragstats4.2和Excel。根據(jù)景觀類型分類，得到東昌府區(qū)各景觀類型水平上的指標(biāo)值，如表1所示。

通過(guò)表1數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，東昌府區(qū)斑塊面積最大的景觀類型為耕地，達(dá)到21521.43hm?，占全區(qū)總斑塊面積的47.76% ;園地為4344.39 hm?，占全區(qū)總斑塊面積的9.64%;二者面積之和為25865.82 hm?，占總面積的57.41%。顯然農(nóng)業(yè)用地是東昌府區(qū)的主要景觀類型，且耕地是農(nóng)業(yè)用地的主要類型。建設(shè)用地斑塊面積為10386.63hm?，斑塊個(gè)數(shù)為5768個(gè)，板塊密度為12.80個(gè)hm?，成為斑塊數(shù)目最多的景觀類型，并且其斑塊密度也是最大，說(shuō)明建設(shè)用地分布較為分散，沒(méi)有集中管理和協(xié)調(diào)，缺乏合理有效的規(guī)劃。分析平均斑塊面積（MPS）方，耕地的平均斑塊面積是12.23，建設(shè)用地為1.80，耕地斑塊的分布較為緊湊集中，而建設(shè)用地斑塊類型的分布比較零散。通過(guò)分析平均斑塊形狀指標(biāo)（MSI）可以看到，平均斑塊形狀指數(shù)均不超過(guò)2，數(shù)值不大，表明各斑塊類型之間的斑塊形狀差異比較小，形狀相對(duì)規(guī)則。整體來(lái)看，景觀的平均斑塊形狀指數(shù)是1.25，反映出東昌府區(qū)景觀整體的形狀比較簡(jiǎn)單規(guī)則。

2、景觀水平上景觀格局特征分析

將處理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Fragstats4.2軟件，在景觀水平下，計(jì)算景觀聚散性指標(biāo)值，對(duì)其多樣性與異質(zhì)性進(jìn)行分析。

香農(nóng)多樣性指標(biāo)即景觀多樣性，能夠顯示出景觀的復(fù)雜程度和景觀異質(zhì)性特征，尤其能夠揭示景觀中各斑塊類型分布的不均勻狀況。從上表可以看出，東昌府區(qū)整體景觀水平的多樣性指標(biāo)（H）為1.30。觀察這幾個(gè)指標(biāo)的計(jì)算公式可以看到，多樣性指標(biāo)的最大值為l （研究中m=8），即1.83。可知多樣性指標(biāo)是比較高的，說(shuō)明東昌府區(qū)土地利用類型多樣性較強(qiáng)，分布合理。

香農(nóng)均勻度指數(shù)能夠反映景觀當(dāng)中不同景觀類型在數(shù)量和布局上的均勻程度，景觀的優(yōu)勢(shì)度與多樣性指數(shù)成負(fù)相關(guān)。東昌府區(qū)整體景觀均與度（H）較高，為0.67;優(yōu)勢(shì)度（D）不高，為0.65;這從另一角度反映出東昌府區(qū)景觀類型豐富，多樣性高，各景觀類型的分布也相對(duì)均勻，沒(méi)有出現(xiàn)景觀類型支配整體的情況。

散布與并列指標(biāo)（IJI）表示了景觀分散與信息重疊的程度。東昌府區(qū)的散布與并列指標(biāo)值為51.29%，表明很多斑塊都有臨近的狀況，散布性較高，但斑塊間相鄰接的邊長(zhǎng)不夠均勻，分散程度不高。

蔓延度（CONTAG）能夠綜合反映景觀的聚集程度，它既包含斑塊類型集聚的信息，也反映斑塊類型相互鄰接、交叉分布的特征。東昌府區(qū)蔓延度為48.24%，可以看出，東昌府區(qū)耕地面積接近全體景觀面積的一半，但其連接性一般，布局分散。

4 結(jié)論

選用ArcGIS和Fragstats作為分析軟件，結(jié)合東昌府區(qū)2016年遙感影像數(shù)據(jù)，重點(diǎn)放在斑塊類型水平和景觀水平，對(duì)東昌府區(qū)的景觀格局做了較為系統(tǒng)的分析，研究結(jié)果表明：

（1）從斑塊類型水平上分析，東昌府區(qū)農(nóng)業(yè)用地景觀在所有景觀中達(dá)到57.41%，其中園地面積為4344.39 hm?，占全區(qū)總斑塊面積的9.64%，占農(nóng)業(yè)用地面積的16.80%;耕地資源比較充足，面積為21521.43hm?，占全區(qū)總斑塊面積的47.76%，占農(nóng)業(yè)用地斑塊面積的83.20%。

（2）從空間上的整體分布來(lái)分析各景觀類型，東昌府區(qū)建設(shè)用地平均斑塊密度為12.80個(gè) /hm?，為各景觀類型最大;平均斑塊面積為1.80 hm?，比較小。可見(jiàn)，東昌府區(qū)有大量的建設(shè)用地，但面積并不大，零散分布，不集中。耕地斑塊類型的分布與之相反，斑塊數(shù)目多且面積大，成片廣泛分布在各個(gè)區(qū)域。

（3）從景觀水平上分析東昌府區(qū)景觀的多樣性和差異性，景觀多樣性指標(biāo)為1.30，表明東昌府區(qū)各景觀類型分配合理，多樣性較高;景觀均勻度為0.67，優(yōu)勢(shì)度為0.65，可見(jiàn)各景觀類型分布較均勻，沒(méi)有一種景觀占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

（4）從聚散性的角度來(lái)分析，東昌府區(qū)景觀類型分散程度較小，整體上屬于散布分布。

（5）國(guó)內(nèi)外對(duì)景觀格局的研究還在不斷發(fā)展，對(duì)斑塊數(shù)目的變化和空間分布特征的動(dòng)態(tài)演變研究還不夠完善，未來(lái)還需進(jìn)一步深入分析研究。

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作者簡(jiǎn)介：孫克（1996—），男，漢族，山東濟(jì)南市人，碩士研究生，單位：成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)專業(yè)，研究方向：“3S”技術(shù)與數(shù)字國(guó)土。