基于地理國情數據的區域景觀格局變化分析
——以民勤縣為例

劉艷平

(甘肅省基礎地理信息中心，甘肅 蘭州 730000)

地理國情是我國基本國情的重要組成部分之一[1]。地理國情監測則是采用空間可視化的方法，按照所見即所得的采集原則，能夠客觀地表達自然地物和人工地物在地球表面的覆蓋情況[2]，且其成形的成果可以為地域景觀格局特征研究提供精準的基礎數據[3]。

景觀格局分析是景觀生態學研究內容之一，而景觀格局的變化則是人類、自然、生物之間相互作用的結果，因此，研究區域景觀格局變化特征有助于挖掘該區域生態過程和景觀格局的相互關系[4]。

本文以民勤縣為研究區域，依托地理國情數據，利用景觀格局指數分析其地表覆蓋類型的景觀格局變化，不僅能夠揭示該區域地表覆蓋類型的景觀格局特征及其變化特征；還可以反映其生態過程，同時也便于該區域地理國情數據的應用和研究。

1 研究區域概況

民勤縣位于河西走廊的東北部，是甘肅省武威市的下轄縣之一，處于石羊河流域的下游[5]。西與金昌市的金川區、永昌縣相鄰，南與武威市的涼州區相依，西北與內蒙古自治區的右旗接壤、東北與其左旗接壤，具體位置如圖1所示，主要由平原、沙漠及低山丘陵三種地貌構成。其地理位置處于東經101°49′ 41″～104°12′10″、北緯38°3′45″～ 39°27′37″之間，全縣東西長約206 km，南北寬約156 km，總面積達15 890.82 km2。

圖1 民勤縣地理位置示意圖

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

地表覆蓋數據采集精細，不僅是對地表景觀面貌客觀真實的反映，也是探討地域景觀格局特征的基礎信息數據[6]。本文數據源主要包括甘肅省第一次全國地理國情普查成果中的地表覆蓋分類數據和2018年基礎性地理國情監測成果中的地表覆蓋分類數據。提取研究區域范圍內2015年和2018年的數據，并從地表覆蓋分類體系出發，結合研究目的，分別將兩期數據整合為人工地物(將人工堆掘地、構筑物、房屋建筑區和道路歸整為人工地物)、荒漠與裸露地、水域、園地、耕地、草地和林地7個類。

2.2 研究方法

首先,將提取整合的兩期民勤縣地表覆蓋分類數據利用ArcGIS軟件中的“要素轉柵格”工具，將其分別轉為柵格數據(由于該區域地表覆蓋分類圖斑的最小采集面積為400 m2，因此，在轉換柵格數據時，柵格數據格網的大小為20 m×20 m)，輸出柵格格式為.TIF；其次，利用Fragstats4.2軟件，結合研究區域的地理概況和地表覆蓋數據特點及研究目的，根據各個景觀格局指數的生態意義及其之間的相關性，從類型水平、景觀水平上遴選合適的景觀格局指數，并分別計算兩期數據的景觀格局指數；最后，根據計算結果和生態學意義對比分析該區域2015年和2018年兩個不同時期的地表覆蓋類型的景觀格局演變特征和發展趨勢。

類型水平指數是用來表征研究區域每一種類型景觀格局特征的指數；景觀水平指數是將研究區域作為一個整體，用來綜合表征區域景觀格局特征的指數[7]。

3 景觀格局分析

3.1 地表覆蓋類型分布特征

統計2018年民勤縣地表覆蓋各類型面積及占比，如表1所示,并利用ArcGIS 軟件繪制民勤縣2018年地表覆蓋類型現狀空間分布圖，如圖2所示。

表1 2018年民勤縣地表覆蓋類型面積及占比統計表

圖2 2018年民勤縣地表覆蓋類型現狀空間分布圖

由表1、圖2可知，民勤縣地表景觀類型中面積最大為林地，占民勤縣總面積的55.99%；其次，為荒漠與裸露地和耕地，占比分別為30.35%、7.11%。林地、荒漠與裸露地和耕地三者總面積約14 850.78 km2，占民勤縣總面積的93.46%，構成了民勤縣的主要景觀格局。地表景觀類型中面積最小為水域，占民勤總面積的0.20%，體現了民勤縣的干旱區域的特征。

3.2 類型水平上縣域景觀格局變化分析

選定斑塊數密度(PD)、景觀形狀指數(LSI)、聚集度指數(AI)、斑塊凝聚度指數(COHESION)4個指標，并通過計算以上景觀格局指數來反映該區域2015～2018年地表覆蓋在類型水平上的景觀格局變化趨勢，如圖3所示。

圖 3 2015～2018年地表覆蓋在類型水平上景觀格局變化

(1)類型水平上景觀破碎化程度分析

斑塊密度可以用來表征各類地表覆蓋的破碎化程度，其隨各地類斑塊破碎化程度的增加而增加。在景觀破碎度方面，該區域人工地物、草地、水域的斑塊密度,高于其他類型，如表2所示，說明三者的斑塊破碎化程度相對較高，受干擾的程度較大；園地、荒漠與裸露地的破碎化程度最低。2015～2018年，該區域人工地物、園地的斑塊密度呈上升趨勢，說明了該區域人工地物、園地破碎化程度增加，二者受人類干擾的強度也有所增加；草地的斑塊密度略有下降，且該區域其它地類的斑塊密度基本保持不變。

表2 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在類型水平上斑塊密度及變化表

(2)類型水平上斑塊形狀分析

景觀形狀指數用來描述景觀的形狀特征。其數值越大，表明該類斑塊的形狀就越不規則[8]。在斑塊形狀方面，耕地的景觀形狀指數最大，說明該區域景觀類型中耕地斑塊的形狀最復雜，有利于物質的擴散、轉移和能量的流動；園地最低，如表3所示，說明其斑塊形狀最規則，聚合程度較高，有利于物質和能量的存儲。2015～2018年，園地和人工地物的斑塊景觀形狀指數增加趨勢相對比較明顯，表明二者的形狀變得更復雜；其余地類的形狀指數有所下降，說明這些地類的斑塊形狀簡單化了，如圖3所示。

表3 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在類型水平上景觀形狀指數及變化表

(3)類型水平上斑塊聚集度分析

聚集度指數(0

表4 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在類型水平上聚集度指數及變化表

(4)類型水平上斑塊連通性分析

斑塊的自然連通性程度可以用斑塊凝聚度指數(0

表5 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在類型水平上斑塊凝聚度指數及變化表

3.3 景觀水平上縣域景觀格局變化分析

通過斑塊數(NP)、斑塊數密度(PD)、景觀形狀指數(LSI)、斑塊凝聚度指數(COHESION)、香農多樣性指數(SHDI)和香農均勻度指數(SHEI)共6個景觀格局指數的計算來表征2015～2018年民勤縣地表覆蓋在景觀水平上的景觀格局特征及變化趨勢，具體指數及變化情況如表6和圖4所示。

表6 2015～2018年民勤縣地表覆蓋在景觀水平上景觀指數及變化表

斑塊數可以用來描述研究區域景觀的破碎化程度。由表6可知，2015～2018年期間，民勤縣地表覆蓋景觀斑塊數呈現增加趨勢，斑塊密度略有升高，表明該區域地表覆蓋整體的破碎化程度有所增加。由圖4可知，2015～2018年期間，景觀形狀指數呈增加趨勢，整體上反映了該區域地類斑塊形狀不規則化和復雜化，有利于物質的擴散、轉移和能量的流動；且該區域地表覆蓋景觀斑塊凝聚度指數略有升高，地表覆蓋整體的通達性變強。

圖4 2015～2018年地表覆蓋在景觀水平上景觀格局變化

香農多樣性指數(SHDI>=0)用來描述景觀的多樣性。其值越大，表明區域斑塊類型增加，各類斑塊在區域景觀中分布更均衡化[9]。2015～2018年，香農多樣性指數有所升高,如圖4所示，表明該區域地表覆蓋景觀類型向多樣化、均衡化方向發展。

香農均勻度指數(0≤SHEI≤1)用來衡量區域景觀中各類型斑塊在面積或數目方面分布均勻化程度的一個有力手段。其值越接近于1，則表明該區域景觀分布越均勻，反之越低[10]。2015～2018年，該區域地表覆蓋景觀的香農多樣性指數稍有升高,如圖4所示，其類型分布趨于均勻化方向發展。

4 結 語

該文基于地理國情數據，分析了民勤縣地表覆蓋的景觀格局在2015～2018年期間的變化情況。通過分析得出：(1)該區域景觀格局以林地、荒漠與裸露地和耕地為主，且水域占地面積最小，是以沙漠、種植業和林業為主的干旱區域。(2)該區域人工地物和園地的斑塊破碎化程度、分布分散化程度、形狀復雜化程度和連通性都增強，說明縣域開發過程對生態景觀的分割化程度明顯；草地的斑塊破碎化程度、形狀復雜化程度、分布分散化程度和連通性有減弱趨勢。(3)該區域地表覆蓋景觀整體上呈現斑塊破碎化、通達性提高化、類型多樣化和分布均勻化、形狀復雜化的分布特征。

影響區域景觀格局變化因素很多，如氣候、經濟、政策和人類活動等因素。因此，今后可以從這幾個方面入手，對區域景觀格局變化影響因素進行全面和深入的探究。