3S技术在贵州喀斯特地区农业景观格局分析的应用——以.pdf

第 2 7卷 第 3期 2 0 0 9年 8月 贵州师范大学学报 自然科学版 J o u r n a l o fG ui z h o u N o r m a l U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e s V0 1 2 7 N O 3 Au g 2 0 0 9 文章编号 1 0 0 4 5 5 7 0 2 0 0 9 0 3 0 0 3 6 0 4 3 S技术在贵州喀斯特地区农业 景观格局分析 的应用 以普安县为例 姜鑫 安裕伦2 1 贵州师范大学 贵州省山地环境信息系统与生态环境保护重点实验室 2 贵州师范大学 地理与环境科学学院 摘要 以3 s技术为手段 将景观生态学原理延伸到农业生态景观 针对农业生态景观的特点 研究贵州喀斯特山 区农业生态景观格局 以贵州省普安县为例 为贵州省农业生态建设提供科学依据及数据支撑 关键词 3 S 农业景观 格局分析 中图分类号 T P 7 9 文献标识码 A The a p pl i c a t i o n o f s pa t i a l p a t t e r n t o a g r i c u l t u r a l l a nd s c a pe i n Gu i z h o u k a r s t a r e a b a s e d o n 3 S t e c h n o l o g y A c as e s t ud y o f Pu a n Co un t y J I ANG Xi n AN Yu l u n 1 P r o v i n c i a l K e y L a b o r a t o r y o f M o u n t a i n o u s E n v i r o n m e n t a l I n f o r ma t i o n a n d E e o e n v i ron me n t al P r o t e c t i o n G u i z h o u N o rm al U n i v e rs i t y 2 Sch o o l o f G e o g r a p h i c and E n v i ron me n t al Sci e n c e s G u i z h o u N o r mal U n i v e rs i ty A b s t r a c t B a s e d o n 3 S G I S R S G P S t e c h n o l o g y a n d a p p l y i n g l a n d s c a p e e c o l o g i c a l p r i n c i p l e s t h e p a p e r s t u d i e d o n a c u l t u r a l l a n d s c a p e pa t t e r n o f Gu i z h o u k a r s t mo u nt a i n a r e a wi t h P u h n c o u nt y a s a c a s e w h i c h p r o v i d e d a s c i e n t i fi c b a s i s a n d d a t a s u p p o r t f o r a g r i c u l t u r a l e c o l o g i c al c o n s t r u c t i o n i n Gu i z ho u p r o v i n c e Ke y wo r d s 3S a c u l t u r al l a n d s c a p e pa t t e rn an a l y s i s 0 引言 喀斯特地区 土层浅薄 保水保肥能力差 虽然 土地类型多样 但土壤肥力较低 坡地多 有效农业 资源较少 另外环境的劣变造成农业生态景观中 的多个指标被破坏 生物栖息地多样性降低 自然 景观破碎 土地利用和土地覆 盖发生变化等 这 也必将导致农业生态效益受到 巨大连锁效应导致 的伤害 景观泛指 由地貌过程和各种干扰作用形成 的 具有特定结构 功能和动态特 征的一种宏观 系统 景观是由异质性的斑块组成 斑块的空间分布成为 格局 景观格局的空间结构是自然 生物和人类社 会之间复杂相互作用的结果 其变化反映了 3者之 间的综合作用 农业生态景观研究较高等级的农 收稿日期 2 0 0 9 0 3 2 8 基金项目 贵州省科技厅攻关项 目 遥感数据库与空间信息网络共享平台试点研究黔科合重大专项字 2 0 0 6 6 0 0 6 2 作者简介 姜鑫 1 9 8 1 一 女 硕士 助教 研究方向 环境遥感与地理信息系统分析 3 6 第 3期 姜鑫 安裕伦 3 s技术在贵州喀斯特地区农业景观格局分析的应用 业生态系统群体嵌块体 其范围既包括地 区 省 自治区 和大流域的大尺度农业 景观 也包括几 个村的中尺度小流域的农业景观 具体到内容 任 何农业模式在很大程度上均可表现为一定 的土地 利用方式及其组合 及农业景观空 间结 构 通过 3 S技术在农业生态景观研究上的应用 可 以实现 动态监测 实时监控 为综合评价研究 区的各种 自 然 社会经济等因素下的景观格局提供高效高质的 科学保障和技术支持 1 研究 区概况 研究 区贵 州 省普 安 县地 处 黔西 南 部 东 经 1 0 4 5 1 1 0 一1 0 5 0 9 2 4 北 纬 2 5 l 8 3 0 2 6 l 0 3 5 北与六枝水城接壤 南 与兴义 兴仁相 连 东 与 晴 隆 毗 邻 西 接 盘 县 全 县 总 面 积 1 4 2 9 k m 该地区地处云贵高原东部 属亚热带气 候 年均温 1 4 年降雨量 1 4 3 8 9 ra m 碳 酸 盐 岩分布广泛 喀斯特面积 占全县 面积 6 5 2 地 貌类型复杂多样 山地面积 占全县面积 8 9 6 5 农作物主产玉米 水 稻 小麦 经济作物及名 贵药 材主要 有 茶 叶 烤 烟 银 杏 天麻 百合 红 皮 大 蒜 核桃 人参果 杜仲 薏仁米 生姜等 2 研究数据的选取 处理 2 1 数据选取 2 1 1 遥感扫描影像 本研究选取 由美国 L a n d s a t 卫星的 T M 影像 其空间分辨率约为3 0 m 影像获取的时间为夏季 从影像上可分辨出有大面积植被覆盖 有利于进行 普安县典型农业景观茶场的辨识 2 1 2 纸质地图 本研究主要采用地形图 土地类型图 土壤类 型图 政 区 图等 所 有 的地 形 图 的 比例 尺 均 为 1 5 00 0 0 2 2 数 据处理 2 2 1 遥感影像处理 遥感影像处理包括影像的几何校正 图像增 强 图像分类 矢量数据处理等步骤 同时在野外调 查的基础上 进行初步目视解译 为计算机解译做 铺垫 2 2 1 1 影像增强 遥感影像增强处理主要包含有 3个大的类型 空间增强 辐射增强以及光谱增强 这里以实验的 方式对比增强效果 其处理的 目的主要是为了提高 影像图像质量 增加图像亮度 因此 通过多次 比对 确定使用辐射增强中的去霾处理 以便达到图像要 求 2 2 1 2 几何校正 以 1 5 0 0 0 0地形 图为基准 对选定图像进行 几何校正 选 择几何校正模型 的类型 为多项式变 换 并且采用双线性 内插 的方法进行重采样 按照 几何校正控制点选取的原则 将多项式的项数确定 为 3 即 n 3 通过 1 2 2的控制点 计算公式可知 图像 的控制点必须在 l 0个以上 同 时 这 1 O个控制点必须在全景 图像上均匀分布 并 且误差不得超过 3 个像元 选取阿尔伯斯等积圆锥 投影方式 并确定与普安所处 区带相吻合的位置参 数 分别为 第一标准纬线 2 5 第二标准纬线 4 7 中央经线 1 0 5 中央纬线为 0 椭球体参数选择 克拉索夫斯基 2 2 2 纸质地图的处理 将所有纸质地 图用大型扫描仪进行扫描 扫描 完毕后进行校正 首先校正地形 图 将所有收集到 的普安县内 1 5 0 0 0 0地形 图进行几何校 正 所选 参数与之前所述一致 待校正完毕后 通过软件进 行图像拼接 生成完整 的普安县地形图 作为遥感 图像几何校正的参照图 另外 其余纸质地图也以 地形 图为基础 根据 图像上 的同名地物进行校正 使所有地图都在 同一投影体系 同一坐标 系统之 内 为遥感图像分类打下基础 3 研 究方法 3 1 农业景观类型 景观类型的划分在我国通常采用土地利用的 分类标准 全国农业区划委员会 1 9 8 4年 9月颁布 的 土地利用现状调查技术规 程 规定 全国土地 利用现状采用两级分类 其中一级分为耕地 园地 林地 牧草地 居民点及工矿用地 交通用地 水域 未利用土地等 8类 根据最新全 国土地利用分类 系统 可将一级地类从原来的8 类扩展到了 1 2 类 耕地 园地 林地 草地 商服用地 工矿仓储用地 住宅用地 社会机构与公共用地 交通运输用地 水 域 未利用土地 其他用地 根据普安县的实际情 况将景观类 型分为 7大类 耕地 园地 林 地 草 地 建设用地 水域 其 他用地 二级分类 共 9类 3 7 贵州师范大学学报 自然科学版 第 2 7卷 表 1 表 1 贵州省普安县农业景观类型分 类表 r a b 1 C l a s s i fi e d t y p e s o f a g r i c u l t u r a l l a n d s c a p e i n P u k n c o u n t y Gu i z h o u p r o v i n c e 3 2 技术路线 在研究方法的技术路线上 从遥感图像计算机 分类的两种基本类型 即监督分类与非监督分类 中 选取前者 监督分类的关键在于野外调查 建立解 译标志 也就是通常的训练区 在野外调查 中 应 用 G P S即全球定位系统 作为调查辅助手段 精确 定位每一标地的地理位置 并将各位置的具体情况 详细记录下来 作为室 内解译的依据及标准 初步 解译完毕后 叠加植被 土壤等专题图 得出分类结 果 并以地形图为地图 生成普安县的土地利用类 型图 最后通过 G I S工具强大的分析功能 进行农 业景观格局的分析 选定遥感影 像 I I 1 5 o o o o t 野外调查 建标I I 增强处理 几何校正 遥感图像分类 I I 植被 土壤等专题 l s o o o o 形图 拼接 镶嵌I 1 分类结果图 普 安县 土地利用类型图 G I s Y 析 得出景观格局分析结论 图 1 贵州省普 安县 景观 格局分析流程图 F i g F l o w c h a r t o f l a n d s c a p e p a t t e r n 4 分析与结论 4 1 农业景观空间规律 通过所做出的普安县土地利用类型图 可以得 到以下普安县 的农业景观格局的分布规律 普安县 的农业景观比较丰富 耕地作为主体 由旱地和水 田构成 其中旱地占绝大部分 水田主要分布在地 3 8 势较低 邻近水源的区域 另外园地也有较多分布 包含两大类别即果园和茶场 果园的分布主要在江 西坡及楼下两镇 茶场在江西坡也有大量分布 林 地的状况则是有林地中的原始林地 以及退耕还林 还革的幼林地 草地 连片的草地较少 相对而言 地瓜及江西坡的草坡资源较为丰富 有较多连片草 场 可以发展当地畜牧业 普安草地面积较少这一 问题主要是由于贵州省所特有的喀斯特地形 地形 较为破碎 从基本上来看草地多是与坡耕地及少量 未利用地杂合在一起 的 这也是通常所说 的 插花 地 这也是应用遥感影 像进行贵州山地信 息提 取的一大障碍性问题 4 2 格局分析 格局分析主要是采用景观生态学的植被计算 方法 通过统计数据进行定量分析 这里采取较为 容易理解的两个指标斑块密度 景观密度 斑块密 度是指斑块数量及分布 的稀疏情况 景观面积百分 比反应斑块及镶嵌体的大小 斑块密度 P D 斑块数 E l 总面积 1 0 0 景观面积 百分 比 P I 景观类型面 总面 积 j Ic 1 0 0 通过表 2的数据说明 可 以得到 以下结论 普 安县下辖 的八镇六乡斑块密度及景观类型各有不 同 选择其中 4 个较典型乡镇进行具体说明 龙吟 镇位于普安县的北部 全镇面积为 1 7 8 5 6 k m 其 中耕地的斑块密度达到 0 0 6 2 并且耕地景观 的百 分 比占到 0 0 6 8 大部分为旱地 占 0 0 5 3 另有少 部分为水 田 占 0 0 1 5 从 上述 数据也反 映出龙 吟 的实际情况 由于龙 吟地处普安较为偏远的地 区 交通欠 发达 建设 用地 的景 观百分 比较低 仅 占 0 0 1 3 其主要的生产收入还是来源于传统的农业 种植 高 棉 乡 位 于 普 安 县 以 北 全 镇 面 积 7 2 2 3 k in 是普安县 喀斯 特地貌特征最 为 明显 的 乡镇 对应数据可 以发现旱 地斑块密度为 0 0 5 4 其 中大部分为坡耕地 另外经济作物种植较少 因 此从遥感影像上反映出来 果园及茶场景观均未有 分布 草场及林地虽有广泛分布 但总体植被覆盖 率较低 仅达到 0 2 8及 0 1 5 其他的为例用地所 占比例较大 盘水镇 是普安县镇府所在地 位于普 安县中部 国土总面积较小 仅为 4 6 2 4 k in 2 其 中 耕地面积约为 8 9 2 6 3 7 m 旱地 占耕地面积 的 8 5 9 另 有 1 4 1 为水 田 建 设用 地 占总 面 积 6 3 9 是所有乡镇 中建设用地景观所 占百分 比最 大的乡镇 这种格局的形成主要是 由于盘水镇为政 第3期 姜鑫 安裕伦 3 s技术在贵州喀斯特地区农业景观格局分析的应用 府驻地 是普安县各类 活动 的中心区 地瓜镇地处 普安县中部 与盘水镇毗邻 较有地理优势 并且 自 然条件良好 从数据上来看 耕地面积约占本镇面 积的 6 6 共 1 4 1 3 k m 另外 园地 果 园及 茶 场 景观百 分 比为 2 5 2 草地 2 1 4 林地 为 3 3 5 草场及经济作物资源较丰富 成片的草场 有利于畜牧业的发展 5 结论与建议 根据试验区的遥感解译及数据提取 可以得到 以下结论 并给出合理化建议 5 1 农业生 态格局 主要是 由 自然 因素起 主导作 用 比如从数据分析来看 地势较平坦 自然资源较 丰富的地区 其农业景观主要就 以经济作物为主 比如茶场 烤烟种植 果 园等 而 自然条件较差 且 交通不便 的地 区则是主要 以传统农业模式 为主 因此 在制定农业区域规划时 主要根据各地情况 因地制宜 但另一方面还应该发掘欠发达地区的潜 在资源 并改善交通条件 确保对外窗口的畅通 5 2 通过普安县 1 4个乡镇农业景观的具体数据 可以看出 传统农业还是 占主导地位 但是也可以 看出很多乡镇也正在大力发展新型的生态农业 尤 其对于地瓜 窝沿 江西坡 楼下 青山 雪浦这几个 乡镇更要重点进行生态农业建设 的扶持 使经济效 益 社会效益以及生态效益均达到最大化的良性局 面 5 3 以普安县为代表的贵州省少数民族地 区 传 统农业占主导 社会经济发展较慢 如何在进行公 共 交通建设的同时 发挥特色农业的优势