（自然地理学专业论文）基于gis的大同市土地利用景观格局研究.pdf

摘要 本论文选取大同市城区、矿区、南郊区、新荣区四个区为研究区域， 以大同市土壤普查办公室1 9 8 6 年编制的大同市土地利用现状图为基础 底图，扫描后装入m a p g i s 的输入编辑子系统中，经矢量化后建立相应的 空间数据库和属性数据库。在此基础上，利用e x c e l 、s p s s 等数理统计 软件对大同市的土地利用景观格局特征进行了研究，结论如下： ( 1 ) 大同市1 0 种土地利用类型的斑块大小分布不均衡。大多数类型 小斑块居多，大斑块数较少，中间等级的斑块数所占比例均不高，且斑 块大小呈非正态分布，绝大多数类型服从对数正态分布，显著性极强。 从各类型面积占总面积的比例来看，耕地和水浇地是大同市的两大优势 斑块类型，难利用地也占很大比重。林地园地虽然斑块数和总面积在利 用类型中排在前列，但平均面积却低于其它类型，说明受人类活动的影 响破碎化程度较高。 ( 2 ) 土地利用景观斑块的形状指数1 ( s 1 1 ) 随斑块面积的增大而减 小；形状指数2 ( s 1 2 ) 随斑块面积的增大而增大。后者说明斑块越大，单 位面积中的边界值越大，斑块形状越不紧凑。特殊用地和林地园地的斑 块形状与圆形较接近，形状较“紧凑”，而水域的斑块形状与圆形相差最 远，形状较“松散”。前者易于促进内部和外部因子的相互作用，而后者 有利于保蓄能量、养分和增加生物多样性。 ( 3 ) 各种土地利用景观类型的分维数值均小于2 ，说明整体上这些 景观斑块的褶皱程度较低。每一类型斑块的h 1a ( a 为斑块面积) 和h 1p ( p 为斑块周长) 之间的关系呈极显著。在1 0 种类型中，水域的分维数最小， 其次是水浇地、荒地、耕地、菜地、难利用地、草地、林地园地、工矿 居民区，而特殊用地的分维数最大，接近于2 。相对来说，水域的边界 格局最简单，而工矿居民区和特殊用地的边界格局最复杂。 ( 4 ) 各种土地利用类型面积所占比例差异较大，故均匀度不高，优 势度较大。特殊用地分离度指数最大，而耕地分离度最小。景观组分类 型面积多样性 景观组分斑块数多样性 景观组分类型周长多样性 o 表示右偏( 即f 偏) ，c s o 表示左偏( 即负偏) ， c s = o 表示分布对称。 ( 7 ) 最大斑块指数( l a l ) 表示最大斑块在整个类型或景观中的影响程度。 l a 仁竺堕亟二竺立l o o 即类型( 景观) 中最大斑块的面积除以整个类型( 景 观) 的总面积，显示最大斑块在整个类型( 景观) 中的影响程度。式中口l 口。为某 一类型( 景观) 的面积。 3 3 2 景观要素斑块形状 3 3 2 1 景观要素斑块形状指数( s i ) 一般而言，形状指数通常是经过某种数学转化的斑块周长与面积之比。结 构最紧凑而又简单的几何形状( 如圆或正方形) 常用来标准化周长与面积之比， 从而使其具有可比性。具体地讲，斑块形状指数是通过计算某一形状斑块与相 同面积的圆或正方形之间的偏离程度来测量其形状的复杂程度的。常见的斑块 形状指数s 有以下四种形式： ( 1 ) 斑块形状指数1 ( s 1 1 ) 计算公式为：s i ，= 只一。 式中：s i ，为第i 类景观要素第j 个斑块的斑块形状指数；p 。为第i 类景观 要素第j 个斑块的周长：a 。为第i 类景观要素第j 个斑块的面积( 下同) 。这个 指数是现实中斑块周长与面积之比，表征斑块的边界效应。 ( 2 ) 斑块形状指数2 ( s 1 2 ) 计算公式为：s i 。= p 2 剃。( 以圆为参照几何形状) 这是斑块周长与等面积的圆周长之比，代表斑块形状与圆形相差的程度。 该指数的最小值为1 ，其值越接近于1 ，表示斑块形状与圆形越接近；其值越大， 则斑块形状与圆形相差越大，形状越不规则。 ( 3 ) 斑块形状指数3 ( s 1 3 ) 计算公式为：s if = o 2 5 p 。爿，( 以j 下方形为参照几何 形状) 这是斑块的方形指数，代表斑块形状与正方形相差的程度。正方形斑块该 指数的值为1 ，指数值越大，表示斑块形状与正方形相差越大，斑块形状越长。 斑块方形指数与以圆形为标准的形状指数成比例关系，具有一致的生态学意义。 ( 4 ) 斑块形状指数4 ( s 1 4 ) 计算公式为：s i ，= 4 4 ，只，2 这是斑块的近圆指数，斑块近圆指数是某类景观要素各斑块面积与周长的 平方之比。代表斑块形状与圆形相差的程度，该指数的最大值为l ，其值越大， 越接近1 ，斑块越接近圆形。数值越大说明该斑块的形状越规则。数值越小，说 明景观要素斑块的形状越复杂。 3 3 2 2 分维数d ， 分形几何中不规则几何图形的分维数( f r a c t a ld i m e n s i o n 简称d ，) ，可以反 映空间实体几何形状的不规则性。由曼德布罗特提出的小岛法是测量分维数的 简捷而方便的使用方法，适用于测量景观要素斑块的边界分维数。 非欧几何不规则图形的周长和面积之间的关系可以表示为： pd ，* 爿式中d ，是不规则图形的边界分维数，p 和a 分别为图形的周 长和面积。由上式可知：图形的面积周长与分维数之间存在如下关系： i np = c + ! ka 式中c 为常数。 2 由此可以推论，对于具有相似边界特性的斑块，其面积周长与其边界的分 维数存在j 二述关系。此时该斑块的边界分维数可山同类斑块的周长和面积数据 经对数处理后，用最小二乘法确定回归直线的斜率，其斜率的二倍就是分维数 值。当边界分维数接近1 时，说明该类斑块的形状接近于正方形，边界分维数 越高，说明陔类斑块的形状越复杂。 3 33 景观整体格局分析参数 ( 1 ) 多样性指数( 1 a n d s c a p ed i v e r s i t yi n d e x ) 根掘信启、论原理，景观多样性指数的大小反映景观要素的多少和各景观要 素所占比例的变化，是用来度量系统结构组成复杂程度的指数。当景观山单一 要素构成时，景观是均质的，其多样性指数为0 ；由两个以上的要素构成的景观， 当各景观类型所占的比例相等时，其景观的多样性为最高：各景观类型所占比 例差异增大，则景观的多样性下降。 景观多样性指数常用的是s h a n n o n w i e n e r 指数。 h = 一l np f 式中，h 为s h a n n o n w i e n e r 指数，尸f 是景观类型i 所占面 r = l 积的比例，m 为景观类型的数目。h 越大，表示景观的多样性越大。 ( 2 ) 景观丰富度指数r ( 1 a n d s c a p er i c h n e s si n d e x ) 、均匀度指数e ( e v e n n e s si n d e x ) 和优势度指数d ( d o m i n a n c ei n d e x ) 景观丰富度r 是指在景观中斑块类型的总数。即r = m 式中m 为景观中斑块 类型的数目。 均匀度指数e 反映景观中各斑块在面积上分布的均匀程度，通常以多样性 指数和其最大值的比来表示。 即e = 驯h = 一只l n ( p i ) h ( m ) 式中：】 为s h a n n o n w i e n e r 指数， h 一为其最大值。r 是景观类型所占面积的比例；m 为景观类型的数目。娩然 当e 趋于1 时，景观斑块分布的均匀度亦趋于最大。 景观优势度指数d 用于测度景观多样性对最大多样性的偏离程度，或描述 景观由少数几个主要的景观类型控制的程度。优势度指数由o i l l 首先提出 并用于景观生态学。它是多样性指数的最大值与实际计算值之差。优势发指数 越大，! ! u 表明偏离程度越大，即组成景观的各类型所占比例差异人，或者蜕某 1 一种或少数景观类型占优势；优势度小则表明偏离程度小，即组成景观的各种 景观类型所占比例大致相当。表达式为：d = h + 只l n ( p 。) 式中：h 。是多样性指数的最大值，r 是景耐类型女所占面积的比例，。为 景观类型的数目。通常，较大的d 值对应于一个或少数几个缀块类型占主导地 位的景观。 ( 3 ) 生境破碎化指数( c ) 生境破碎化指数反映景观被分割的破碎程度，即景观单某一景观类型在给 定时间内和给定性质上的破碎化程度，是景观异质性的个重要组成。景观的 破碎化与人类活动密切相关，与景观格局、功能和过程密切联系，同时它又与 自然资源保护密切相关。 c ，= 孚 式中：n 是景观类型i 中斑块的总数，a ，是景观类型i 的面积，c ，值越 大，表明景观类型i 的破碎化程度越大，受人类活动影响越显著。 ( 4 ) 生境分离度指数( f ) 表示景观的分离程度。 f = 譬式中：f ，为景观类型i 的分离度，d ，为景观类型i 的距离指数，s ， 景观类型i 的面积指数。 盱圭、js ，= 鲁 式巾：a 为景观的总面积，a 为景观类型i 的的总面积，n 是景观类型i 中 的斑块总个数。 3 3 4 概率分布 ( 1 ) 正态分布 f 态分布的密度函数为： 1b 一“) 2 厂( x ) = e 一矿，一 o 3 4 结果分析 3 4 1 大同市土地利用景观中斑块大小的分布特征 采用斑块个数( n p ) 、斑块总面积( a ) 、平均斑块面积( a v ) 、斑块面积标准差 ( s d ) 、最小斑块面积( m n ) 、最大斑块面积( m x ) 、斑块面积极差( r g ) 、斑块面积 中值( m d ) 、斑块面积变异系数( c v ) 、斑块面积偏态系数( c s ) 、最大斑块面积指 数( l a i ) 几个描述统计量来刻画斑块大小的分布特征，对1 0 种土地利用类型都统 计了上述几个描述统计量，结果如表3 1 。从表中可以看出，斑块数以林地园地 和工矿居民区为最多，分别为5 5 7 个和4 6 9 个，占总斑块数f 1 7 4 4 1 的3 1 9 4 和 2 6 8 9 ，其次分别为荒地( 2 1 5 ) 耕地( 1 2 4 ) 难利用地( 1 l o ) 水浇地( 1 0 4 ) 草地 ( 6 5 ) 水域( 4 3 ) 菜地( 4 0 ) ，而特殊用地斑块数最少，只有1 7 个斑块。斑块面积 以耕地为最大，面积9 2 2 1 3 5 5h m 2 ，占土地利用总面积的4 4 0 5 ，其次是水浇 地，面积2 9 8 1 9 5 0h m 2 ，占1 4 2 5 。特殊用地最小，面积只有8 1 1 4 6h m 2 ，所 占比例为o 8 8 。就平均面积而言，林地园地和工矿居民区相对较少，尤其是林 地园地，斑块数和总面积在十种利用类型中排在前列，但平均面积却低于其他 类型，说明受人类活动的影响破碎化程度较高。从s d 、c v 两个指标可以看出， 类型内各斑块面积之间的变化也很大，其中耕地的标准差s d 为最大，工矿居民 区的变异系数c v 最大。从m x 、m n 和r g 三个指标来看，耕地的面积跨度也 很大。其最小斑块面积为0 8 4 h m 2 ，最大斑块面积为4 1 8 1 9 7 3h m 2 ，跨度为 4 1 8 1 8 8 9 h m 2 。从偏态系数c s 可以看出，所有类型的偏态系数都大于l ，其中以 工矿居民区为最大( 1 5 0 7 9 ) ，其次是荒地和林地园地。因此，各类型斑块面积的 分布是不对称的，而是偏斜的，并且是右偏的。对于十种土地利用类型来说， 其斑块面积分布的中值都都小于均值。最大面积指数以菜地和耕地为最大，也 就是说这两类中最大斑块面积对该类型总面积的影响程度最大，在4 5 以上， 其他类型的最大面积对类型总面积的影响程度不大。 分别绘制1 0 种类型的斑块面积分布图( 即不同斑块大小等级上斑块面积之 和占总斑块面积的百分数) 。如图3 1 。从图上可明显地看出，各类型斑块都呈 极不对称分布。在各类型对应的分级下，有的类型第一个等级的斑块数占多数， 某些甚至占绝大部分，如工矿居民区、菜地、草地等，其它等级的斑块数比例 则较小。而耕地、水域、难利用地较小和较大斑块所占比例远高于中阳j 等级。 特殊用地则是较大斑块占绝大部分。由此可见，大多数类型小斑块居多，大斑 块数较少，中阳j 等级的斑块数在十类土地利用类型中所占比例都不高。 表3 1 各种土地利用类型斑块大小统计值( 面积单位为h m 2 ) 注：1 、2 1 0 分别代表耕地、林地园地、草地、工矿居民区、菜地、水浇地、水域、特殊 用地、难利用地和荒地十种土地利用类型。( 下同) 通过图可以看出斑块大小分布极不均衡，但不知道它们究竟服从何种概率 分布。斑块面积的统计分布研究斑块的面积大小符合哪种数理统计分布规律。 不同的统计分布规律揭示不同的生态学特征。本文选取了几种有代表性的概率 分布加以检验。运用常见的正态分布、指数分布和对数指数分布类型来描述斑 丑 隶 l g 旧 式 嶷 丑 求 血 释 喧 盅 蹦 丑 求 岫 聪 旧 卷 删 篱叫 嚣“ 毳岫 1 0 02 0 03 0 06 0 0 斑块大小等级 2 0 蘸l 量莩量量善曼莩 斑块大小等级 薹襄k 岫 毒窖霉荸 斑块火小等级 2 5 丑2 0 求 1 5 雕 旧1 0 巷 删5 0 “ 水域 凰腓 1 0 0 2 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0 斑块大小等级 妇 求 妞 嚣 旧 卷 碱 嚣嚣量量星量莹羹善 斑块大小等级 2 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0 斑块人小等级 图3 11 0 种土地利用类型的斑块面积的分布( 面积单位为h m 2 ) 块面积的统计分布特征，这些分布的适合性检验都采用k 0 1 m o g o r o v s m i r n o v 检 验，检验结果如表3 2 。从表可以看出，l o 个类型都不服从对数指数分布，其 概率均小于o 0 5 。就正态分布而言，特殊用地的概率值o 0 6 7 ，大于o 0 5 ，服 从正态分布，但不显著。除林地园地外，其它类型都服从对数正态分布。自然 斑块大小并不总是服从正态分布和( 负) 指数分布，在我们研究的尺度下，更多 类型的斑块大小是服从对数正态分布的。 对l o 种土地利用类型的相关性进行p e a r s o n 相关性检验( 表3 3 ) 。结果表 明，类型4 与5 ，4 与8 呈极显著正相关。即工矿居民区和菜地之间，工矿居民 区与特殊用地之间是极显著相关的。耕地和林地园地、耕地和水浇地之间呈正 相关，与其它类型均是负相关的关系。林地园地与工矿居民区、特殊用地和难 利用地之间呈不显著的正相关，与其它类型负相关。草地和工矿居民区、水域、 特殊用地和荒地呈不显著的正相关，与其它类型负相关。工矿居民区与水域和 难利用地之间呈负相关的关系。菜地与水域、特殊用地之间呈不显著正相关。 弘巧加m 0 0 丑求姐娶旧群碳 水浇地与特殊用地呈不显著正相关。水域与特殊用地、荒地不显著负相关。特 殊用地与难利用地呈显著正相关。难利用地与荒地呈不显著负相关。 表3 ，2k s 检验土地利用类型斑块大小分布的四种类型显著性 注：+ 表示p 0 0 5 3 4 2 大同市土地利用景观斑块形状指数分析 选取四个斑块形状指数( 斑块周长面积比s 1 1 、斑块周长与等面积的圆周长 之比s 1 2 、斑块方形指数s 1 3 、斑块近圆指数s 1 4 ) 来描述土地利用斑块的形状 特征。对于每个形状指数，将每个类型所有斑块的指数值平均，结果列于表3 4 。 从表中可以看出，s 1 1 值从大到小依次为：类型2 、4 、1 0 、1 、7 、8 、5 、9 、 3 、6 ，这说明1 0 种土地利用类型单位面积上的边界值按此顺序逐渐减少。单位 面积中的边界数量越少，斑块形状越不紧凑。即林地园地和工矿居民区的斑块 形状最为紧凑。对s 1 2 指数来说，除类型7 即水域外，其余类型的值在1 与2 幻 9 o 00 叭7 詈! 耋川6 脚啪川加0 加加，啷量|懈 m o 0 加mi。洲肼坩懈加n n，m川m三i|笔 0 加加o 0 加02肼川心伽；詈哪量! m m 加加m 0 o 加懈|薹脚|耋咖m脚肼o加加加0加加加加 之间，且类型8 和2 为最小，最接近于1 。从此可以推断它们的斑块形状之间的 差异，即相对而言，8 和2 这两种类型即特殊用地和林地园地的斑块形状与圆形 较接近，而水域的s 1 2 值为2 3 9 2 ，远大于1 ，说明它的斑块形状与圆形相差最 大。事实上，大同市的水域即两条较大的河流御河和十里河呈狭长状穿过大同 市区，与实际情况相符。类型7 和1 的s 1 3 值最大，说明它们与正方形相差大， 斑块形状长。类型2 和8 的s 1 3 值最小，说明这两类型的斑块形状与正方形最 接近。类型8 和4 即特殊用地和工矿居民区的s 1 4 值最大，最接近于1 ，说明它 们的斑块形状与圆形最接近，而水域的斑块形状与圆形相差最远。s 1 3 与s 1 4 值 反映的斑块形状基本一致。将斑块形状与正方形、圆形进行比较，是因为正方 形和圆形这样较大的等径斑块边缘较小，与外界物质、能量交换比较少，而相 同面积的矩形或不规则斑块具有相对小的内部和相对多的边缘，相对面积的狭 长斑块可能全是边缘，它们与外界物质、能量的交换相对活跃。 表3 4 对1 0 种土地利用类型计算的斑块形状指数的平均值 类型 对s i l 、s 1 2 、s 1 3 、s 1 4 值两两之间进行了p e a r s o n 相关分析和s p e a r m a n 秩相关分析，结果如表3 5 。 表3 54 个形状指数间的相关性 从表中可以看出，p e a r s o n 相关分析表明，s 1 1 与s 1 4 、s 1 2 与s 1 3 之间达 到显著的相关水平，且为正相关，s 1 2 与s 1 4 、s 1 3 与s 1 4 之间达到了显著的负 m一m瑚m；墨粥姗m 一0 o o o 0 o 0 o o 0 迎缁舢撇嗽!量渤m；量 m一州蛳m弼仍m m 跚一啪研哪缁啷哪仍 一l 1 o l 1 o 1 1 0 1m踟的螂们m们 l 2 3 4 5 6 7 8 9 “ 相关水平。s p e a r m a n 秩相关分析同样表明，s 1 1 与s 1 4 、s 1 2 与s 1 3 之间达到显 著的相关水平，且为正相关，s 1 2 与s 1 4 、s 1 3 与s 1 4 之间达到了显著的负相关 水平。因此这四个指数之间在很大程度上存在着信息重迭。p e a r s o n 相关分析和 s 口e a r m a n 秩相关分析均显示形状指数s 1 2 和形状指数s 1 3 值的相关系数为l ， 表明二者具有一致的生态学意义，只是比较的对象不同，从数学公式中，也可 以看出二者的比为常数。同样，从数学公式中，也可以看出形状指数s 1 2 和形 状指数s 1 4 值成平方反比关系，具有较大程度的信息重迭。 1 0 种土地利用类型的形状指数s 1 1 、s 1 2 随斑块面积( 对数尺度) 的变化如图 3 2 和图3 3 所示，从图中可以看出，s i l 随斑块面积的增大而减小；s 1 2 随斑 块面积的增大而增大。这说明斑块越大，单位面积中的边界数量越少，斑块形 状越不紧凑。 面积对盈 o 。 。皂 西二 面积对数 形状指敦叽hh 形收指数hh 。 菜地 水域 吃：。、【 o o 。 乎o o 留o 。 面积对教 难利用地 面积对散 挚8 日。f 。 水浇地 o o 如 。繇o o 。： 面积对敢 特j 束h 地 面o o ”j o o0 o o r-l 2 面积对数 面积对敷 图3 21 0 大类型斑块的形状指数s 1 1 随斑块面积( 对数尺度) 的变化 形藉数h_ 。旦 遘磊 b 。面 。吃 。k - 0 o o 哪 撕 形状指数*h- o o oj l 刮f 形状指数呐h一形豁_甄昱- o c 。 。 品11f】1l叫j【。 形状指觳叶一一 耕地 面积对数 林地园地 面积对散 o o o o o o 形 状 指 数3 0 ”j 水域 o o 暑。 。o o o oo。 o oo o。 o 筒 难利片j 地。 面积肘煎 形 状 指l3 0 。0 口 数 特琳刚地 o o o o o 面积对效 菪一。；。状。孑。 錾一j 。静。 罄j旱踟 到誉 8 守了 面积对教 图3 - 31 0 大类型斑块的形状指数s 1 2 随斑块面积( 对数尺度) 的变化 3 4 3 大同市土地利用景观中斑块形状的分形分析 对同类斑块的周长和面积经过对数处理后，进行线性回归所求得的斜率的 二倍即此类斑块的分维数。将1 0 种土地利用类型计算的分维数列入表3 6 。 表3 6土地利川类型斑块大小分维数及相关统计值 类型n pc rd ，口 91 1 00 9 7 11 5 4 90 0 0 0 1 q21 q ：2 z a! ：3 4 49 ：螋q 注：c r ：ha 与l np 之间的p e a r s o n 相关系数；d f ：估计的分维数 2 7 0 0 卜l 一 形状指敢12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o 0 0 0 0 0 o 0 0 0 o o 0 0 0 o 0 0 0 0 0 3 6 1 5 7 9 9 9 9 1 7 9 8 0 2 6 i l 2 8 4 3 5 2 4 6 o 3 l 8 6 8 7 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 o 0 0 0 0 0 0 m哪铂蜘如 i l 7 8 从表中可以看出，所有类型p 值远小于o 叭，每一类型斑块的ha 和hp 之间的关系呈极显著。在1 0 种类型中，水域的分维数最小，其次是水浇地、荒 地、耕地、菜地、难利用地、草地、林地园地、工矿居民区，而特殊用地的分 维数最大，接近于2 。相对来说，水域的边界格局最简单，而工矿居民区和特殊 用地的边界格局最复杂。这主要是因为水域在大同市呈带状分布，而工矿居民 区和特殊用地在人类活动的干扰下相对于自然状态褶皱程度相对较高。 3 4 4 土地利用景观整体格局及破碎化程度评价 3 4 4 1 景观整体格局特征 经计算得大同市土地利用景观多样性指数h = 1 8 0 0 0 9 5 7 ，丰富度r = 1 0 ，均 匀度e = 7 8 1 8 ，优势度指数d = 0 5 0 2 5 。 一般来讲，景观类型多，丰富度高，多样性指数就大。从土地利用的面积 来讲，十种土地利用类型中，耕地面积最大，为9 2 2 1 3 5 4 9 5 公顷，特殊用地面 积最小，为8 1 1 4 6 4 7 公顷，两者相差悬殊。景观面积分配相差很大，所以均匀 度不高( e = 7 8 1 8 ) 。因为多样性指数是丰富度与均匀度的综合指标，土地利用 景观类型少，均匀度不高，影响了景观多样性指数( h = 1 8 0 0 0 9 5 7 ) 。 土地利用景观优势度指数d = o 5 0 2 5 ，从土地利用类型占总面积的比例来看， 耕地占总面积的比例最大，为4 4 0 5 ，而占总面积的比例最小的特殊用地仅占 总面积的0 3 8 8 。这说明土地利用景观类型所占比例差异较大，优势度相应提 高，表明有少数土地利用景观占主导地位。优势度高导致复杂性、多样性下降， 这与土地利用景观多样性指数较低是一致的。 景观破碎度是指景观被分割的破碎程度。1 0 种土地利用类型的景观破碎度 指数依次为0 0 0 1 3 、o 0 2 3 9 、0 0 1 3 6 、o 0 3 3 4 、0 0 0 7 l 、o 0 0 3 4 、o 0 0 7 0 、o 0 2 0 9 、 0 0 0 8 5 、o 0 1 l o 。顺序为1 6 7 5 9 1 0 3 8 2 4 。工矿居民区的破碎 度指数最大，而耕地的破碎度指数最小。林地园地的破碎度指数仅次于工矿居 民区。这表明人类活动强度与景观破石卒程度成正比例关系，随着人类活动的加 强，原来的较大的自然景观斑块被改造为许多较小的斑块：同时随着道路、引 水渠等的修建，将原来较大斑块的景观分割为许多大小不同的小斑块，也增加 了景观的破碎度。而代表人类活动的耕地，一方面从景观尺度上看人类活动方 式对它的破碎度影响较小，另一方面因其面积的绝对值较大，虽然斑块数量较 多，但是破碎度较小。所以面积的大小成为影响景观破碎度的主要因素。景观 的破碎度反映的就是单位面积上斑块个数的多少。 1 0 种土地利用类型的景观分离度指数依次为o 0 2 7 6 、0 2 3 l3 、0 3 8 4 7 、 o 3 5 2 5 、o 2 5 8 0 、o 0 7 8 2 、o 2 4 3 6 、1 1 6 2 4 、o 1 8 5 7 、o 1 7 1 1 。景观分离度指 数的顺序为l 6 l o g 2 7 5 4 3 8 。特殊用地的分离度指数最大， 而耕地的分离度指数最小。分离度的大小在不同类型问存在着较大的差异，在 一定程度上反映了人类活动强度对景观结构的影响。分离度的大小与人类活动 影响强度的关系较为复杂，一方面，与人类活动密切相关的景观组分，如耕地， 分离度与人类活动强度成反比。人类活动越强烈，分离度越小。另一方面，受 人类活动影响较弱的景观组分，如特殊用地，分离度与人类活动影响成正比。 人类活动越强烈，分离度越大。景观分离度的变化趋势与景观破碎度的变化趋 势基本一致，这也表明景观越破碎，景观分离度越大。特殊用地分布比较分散， 面积较小，因而分离度较大。代表人为活动的耕地分离度指数最小，说明这些 景观斑块相对集中，规模大，对自然生态空间的影响较大。 3 4 4 2 景观类型多样性 景观组分类型多样性包括类型面积的多样性、类型周长的多样性和类型斑 块数的多样性。按等概率计算( p ，= l 1 0 ) ，大同市的景观组分类型多样性指数为 2 3 0 3 ，而景观组分类型面积的多样性指数为1 7 6 7 ( p ，= 景观组分类型面积景 观斑块总面积) ，景观组分类型周长的多样性指数为1 8 6 4 ( p = 景观组分类型周 长景观斑块总面周长) ，景观组分类型斑块数的多样性指数为1 8 5 2 ( p = 景观组 分类型斑块数景观斑块总数) 。关于景观多样性，景观组分类型面积多样性 ( 1 7 6 7 ) 景观组分斑块数多样性( 1 8 5 2 ) 景观组分类型周长多样性( 1 8 6 4 ) 等概率情形下的景观组分类型多样性( 2 3 0 3 ) 。因此景观类型面积、周长、斑 块数分布都是不均衡的。 第四章结论与建议 4 1 结论 本论文以大同市土壤普查办公室1 9 8 6 年编制的大同市土地利用现状图为基 础底图，扫描后装入m a p g i s 的输入编辑子系统中，经矢量化后建立相应的空 间数据库和属性数据库。在此基础上，利用e x c e l 、s p s s 等数理统计软件对 大同市的土地利用景观格局特征进行了分析。文章从土地利用景观中斑块大小 的分布特征、斑块形状的指数分析、斑块形状的分形分析、土地利用景观格局 和破碎化评价四个方面研究了大同市的土地利用景观生态，得出以下结论： ( 1 ) 土地利用景观斑块大小的分布特征研究表明：各类型斑块大小分布不均 衡。大多数类型小斑块居多，大斑块数较少，中间等级的斑块数所占比例均不 高，且斑块大小呈非正态分布，绝大多数类型都服从对数正态分布，显著性极 强。从各类型面积占总面积的比例来看，耕地和水浇地是大同市的两大优势斑 块类型，分别占到了总面积的4 4 ，0 5 和1 4 2 5 ，难利用地也占很大比重。林地 园地虽然斑块数和总面积在利用类型中排在前列，但平均面积却低于其它类型， 说明受人类活动的影响破碎化程度较高。 ( 2 ) 土地利用景观斑块的形状指数分析研究表明：形状指数1 ( s 1 1 ) 随斑块面 积的增大而减小；形状指数2 ( s 1 2 ) 随斑块面积的增大而增大。后者说明斑块越大， 单位面积中的边界值越大，斑块形状越不紧凑。特殊用地和林地园地的斑块形 状与圆形较接近，形状较“紧凑”，而水域的斑块形状与圆形相差最远，形状较 “松散”。前者易于促进内部和外部因子的相互作用，而后者有利于保蓄能量、 养分和增加生物多样性。 ( 3 ) 土地利用景观斑块形状的分形分析研究表明：所有类型d f 值小于2 ，每 一类型斑块的ha 和hp 之f 白j 的关系呈极显著。在1 0 个类型中，水域的分维数 最小，其次是水浇地、荒地、耕地、菜地、难利用地、草地、林地园地、工矿 居民区，而特殊用地的分维数最大，接近于2 。相对来说，水域的边界格局最简 单，而工矿居民区和特殊用地的边界格局最复杂。 ( 4 ) 土地利用景观整体格局及破碎化程度研究表明：土地利用景观类型所占 比例差异较大，故均匀度不高，优势度较大。优势度高导致复杂性、多样性下 降，这与土地利用景观多样性指数较低是一致的。林地园地和工矿居民区的破 碎度指数最大，反映了人类活动的强度对其影响较大。与人类活动密切相关的 景观组分，如耕地，分离度与人类活动强度成反比。人类活动越强烈，分离度 越小。 4 2 建议 4 2 1 开展土地资源详查工作，建立土地利用的动态监测体系。 本区在土地资源普查方面，做过不少工作。今后应进一步努力，全面进行 土地资源利用现状的详查工作，建立土地资源管理的数据库；广泛搜集资料， 对土地资源作出综合评价：建立土地利用状态变化的动态监测体系，及时掌握 土地资源的变化规律。 4 2 2 调整用地结构，发挥资源优势，重建生态平衡。 本区土地利用结构不合理，农耕地比重大，林、草地比重小，与本区直林 宜草地广阔的资源特点很不协调。这不仅加剧了生态环境的恶化，而且限制了 农业的全面发展。因此，必须采取措施，调整用地结构，建立起农、林、牧、 副、渔协调发展，社会、经济、生态效益优良的土地利用结构。 4 2 3 加强土地基本建设，提高土地经济效益。 本区耕地、林地、牧地的基本建设较差、经济效益不佳。今后开发利用土 地时，要改变粗陋的耕作方式，实行精耕细作、用养结合，加强农田基本建设， 增进土壤肥力，提高土地生产力。同时，在发展水利的前提下，因地制宣地改 善生态环境，提高自然降水的利用率，从而提高开发土地的经济效益。 4 2 4 加强土地资源开发利用研究。 土地资源的开发利用，受自然、技术、经济等多种因素制约，因此，必须 研究其规律性。探索土地资源的分异规律，探讨各类土地的最佳利用方式，研 究提高土地生产力的方法，开展综合土地区划和规划研究，为本区土地资源的 合理开发利用提供理论依据。 参考文献 1 马歇尔经济原理( 上卷) 北京：商务印书馆，1 9 6 4 年：1 5 7 2 f a o 土地评价纲要1 9 7 6 3 b l t u r n ei i 等l a n d u s ea n dl a n d c o v e rc h a n g es c i e n c e r e s e a r c hp l a n ， i g b pr e p o nn o ，3 5a n dh d pr e p o nn o ，7 ，l9 9 5 ：2 0 - 2 4 4 b l t u r n e ri i ，r h m o s sa n dd l s k o l e 19 9 3 ，r e l a t i n gl a n du s ea n d g l o b a ll a n d c o v e rc h a n g e i g b pr e p o r tn o 2 4 ，l h d pr e p o r tn o 5 5 吴传钧，郭焕成中国土地利用 m 北京：科学出版社，1 9 9 4 6 倪绍祥主编我国国土资源利用与保护 m 江苏教育出版社，1 9 9 9 ：1 6 2 7 周炳中，陈浮，包浩生等长江三角洲土地利用分类研究 j 资源科 学，2 0 0 2 ，2 4 ( 2 ) ：8 8 9 2 8 黄以柱黄河故道区域土地利用的合理结构地理学报 j ，1 9 9 6 ，5 l ( 2 ) ： 1 7 2 1 8 1 9 朱风武，彭补拙，丁建中等温州市土地利用空间格局研究 j 经济地 理，2 0 0 1 ，2 l ( 1 ) ：1 0 2 一1 0 4 【1 0 】d u m a n k s k i j l a n dq u a l i t ya n dt h et h r e s h o l da n di n d i c a t o r so fs u s t a i n a b l el a n d m a j l a g e m e n t 【j l i t cj o u r n a l ，1 9 9 7 ，3 ( 4 ) ：2 1 6 2 2 2 【11 s h a r i f i 、，a n k e u l e nh ad e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mf o rl a n du s ep l a n n i n ga t e n t e r p “s el e v e l 【j a g r i c u l t u r a ls y s t e m s ，1 9 9 4 ，( 4 5 ) ：2 3 9 2 5 7 【12 】，s t o o r v o g e lj j ，s c h i p p e r r a ，j a n s e e nd m u s t e d ：am e t h o d o l o g yf o ra q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so fl a n du s es c e n a r i o s n e t h e rl a n d sj o u r n a lo fa g r i c u l t u r a l s c i e n c e ，1 9 9 5 ，( 4 3 ) ： 5 1 8 1 3 东野光亮，赵文武，张银辉等农业开发区可持续土地利用系统结构模型 研究 j 农业工程学报，2 0 0 2 ，18 ( 2 ) ：1 6 5 1 7 0 】4 刘彦随区域土地利用优化配置 m 北京：学苑出版社，1 9 9 9 1 5 王思远，张增祥，赵晓丽等g i s 支持下不同生态背景的土地利用空间特征 分析 j 地理科学进展2 0 0 1 2 0 ( 4 ) ：3 2 4 3 3 0 1 6 安超，范红，于晓燕等地理信息系统( g i s ) 在农用土地资源上的应用 j 计算机农业应用1 9 9 6 1 ：1 1 1 7 1 7 赵庚星，李强，李玉环等g i s 支持下的马尔柯夫链模型模拟垦利县土地利 用空间格局变化 j 山东农业大学学报，1 9 9 9 ，3 0 ( 4 ) ：3 4 5 3 4 9 1 8 田光进，张增祥，王长有等基于遥感与g i s 的海口市土地利用结构动态 变化研究 j 自然资源学报，2 0 叭，1 6 ( 1 6 ) ：5 4 3 5 4 6 1 9 高华中临沂市土地利用结构变化及驱动机制研究 j 农业与技术， 2 0 0 1 2 1 ( 6 ) ：1 9 2 6 2 0 张明区域土地利用结构及其驱动因子的统计分析 j 自然资源学 报，1 9 9 9 ，1 4 ( 4 ) ：3 8 1 3 8 4 2 1 龙花楼，李秀彬长江沿线样带土地利用格局及其影响因子分析 j 地理 学报2 0 0 l ，5 6 ( 4 ) ：4 1 7 4 2 5 2 2 韩锦春，董召荣，方西屏等安徽省土地利用现状的数量结构分析及其丌 发利用的对策 j 安徽农业大学学报，1 9 9 6 ，2 3 ( 1 ) ：8 2 8 9 2 3 陈彦光，刘继生城市土地利用结构和形念的定量描述：从信息熵到分维数 j 地理研究2 0 0 l 。2 0 ( 2 ) ：1 4 6 一1 5 2 2 4 刘闯区域土地数量结构分析模型及其应用 j 中国土地科学，1 9 8 9 ， ( 3 ) ：3 1 3 8 2 5 张明，朱会义，何书金典型相关分析在土地利用结构研究中的应用一以 环渤海地区为侧 j 地理研究，2 0 0 l ，2 0 ( 6 ) ：7 6 卜7 6 7 2 6 肖笃宁，钟林生景观分类与评价的生态原则应用生态学报，1 9 9 8 ，9 ( 2 ) ： 2 1 7 2 2 l 2 7 肖笃宁，李秀珍当代景观生态学的进展和展望地理科学，1 9 9 7 ，17 ( 4 ) ： 3 5 6 3 6 3 2 8 肖笃宁试论景观生态学的理论与方法论特点见：肖笃宁，景观生态学 理论、方法及其应用北京：中国林业出版社，1 9 9 1 ：1 3 2 5 2 9 f o r m a nr t t ，l a n d s c a p em o s a i c s t h ee c o l o g yo fl a n d s c a p ea n dr e g i o n c a m b r i d g eu n i v e r s i t yp r e s s ，19 9 5 a 【3 0 】f o m a nr t t ，s o m eg e n e r a lp r i n c i p l e so fl a n d s c a p ea n dr e g i o n a le c o l o g y l a n d s c a p ee c o l o g y ，1 9 9 5 b ，1 0 ：1 3 3 1 4 2 【3 l 】r i s s e rp g ，k a r rj 。r ，f o r m a nr t t ，l a n d s c a p ee c o l o g y ：d i r e c t i o n s a n d a p p r o a c h e s i l l i n o i sn a t u r a lh i s t o 。y s u r v e ys p e c i a lp u b j i c a t i o nn u m b e r2 ， c h a m p a 追n ，1 1 l i n i o s ，19 8 4 【3 2 t u r n e rm g ，l a n d s c a p ee c o l o g y ：t h ee f h c to fp a t t e r no np r o c e s s a n n u a l r e v i e wo f e c o l o g ya n ds y s t e n l a t i c s ，1 9 8 9 ，2 0 ：1 7 l 一1 9 7 3 3 】a n d yp d o b s o ne ta l ，h o p ef o r t h ef u t u r e ：r e s t o r a t i o ne c o l o g ya n dc o n s e r v a t i o n b i o 】o g y j 】s c i e n c e ，1 9 9 7 ，2 7 7 ：5 1 5 3 4 】f o r m a nr t t & g o d m n m ，l a n d s c a p ee c o l o g y n e w y o r k ，19 8 6 【3 5 肖笃宁，布仁仓，李秀珍生态空间理论与景观异质性生态学报，1 9 9 7 ， 1 7 ( 5 ) ： 4 5 3 - 4 6 1 3 6 】p i c k e t lt a ，c a d a n a s s om l ，l a n d s c a p ee c 0 1 0 9 y ：s p a t i a lh e t e r o g e n e ic y i n e c o l o 卫i c a ls v s t e m s s c i e n c e ，1 9 9 5 ，3 5 3 9 3 7 1 t u r n e rm