唐溥-20126649-资源学院1

1、 基于GIS的广元市旺苍县土地利用景观格局特征分析资源学院资源环境与城乡规划管理（城乡规划与设计方向）唐溥指导教师：张毅（副教授）摘要：以景观生态学及其研究方法为理论基础,使用旺苍县国土局2010年土地变更调查数据为基础数据，以地理信息系统软件ArcGIS和景观指数软件Fragstates4.2为技术手段,在面积度量、边缘指标和形状指标三个方面选取了破碎度、形状指数、分维数、正方像元和边界密度5个景观格局指数，从景观水平、景观斑块水平和景观类型水平三个层次上计算其格局指数。结果表明：研究区景观类型以林地，耕地为主，林地景观面积最大，占76.23%。林地景观破碎度最低，形状指数与正方像元指数最大

2、。受人类活动干扰影响，其他用地破碎化相对较大，而建设用地破碎度极大，受人为干扰程度极为强烈。关键词：旺苍县土地利用景观格局指数ArcGIS景观生态学BasedonGISWangcangCountyinGuangyuanCitylandusecharacteristicsoflandscapepatternanalysisAbstract：Basedonthetheoryoflandscapeecologyanditsresearchmethods,usingthewangcangcountylandandresourcesbureau,whichbasedonthedataof2010land

3、changesurveydataingeographicinformationsystemsoftwareArcGISsoftwareFragstates4.2fortechnologyandlandscapeindex,indexandshapeindexontheedgeoftheareameasurement,threeaspects:theselectionoffragmentation,shapeindex,fractaldimension,thedensityoftetragonallikeyuanandboundaryfivelandscapepatternindex,fromt

4、helandscapelevel,thetypesoflandscapepatcheslevelandlandscapelevelindexcalculatingthepatternonthreelayers.Resultsshowthatthestudyarealandscapetypeinforestland,cultivatedlandisgivenpriorityto,forestlandscapeareaisthelargest,accountingfor76.23%.Forestlandscapefragmentation,shapeindexandtetragonallikeyu

5、anisthelargest.Affectedbyhumanactivitydisturbanceofotherlandfragmentationisoppositebigger,andtheconstructionlandfragmentationisgreat,thedegreeofhumandisturbanceisverystrong.Keywords:wangcangcountyLanduseLandscapepatternindexArcGISLandscapeecology前言景观格局是指景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置，是景观异质性的具体表现，同时又包括各种生态过程在

6、不同尺度上作用的结果，而土地利用中的各土地利用类型可以理解为景观生态学中的一个个景观缀块1；景观格局的形成是非生物的、生物的、人为的多种因素在一系类景观生态尺度上相互作用的结果，格局也同样影响着区域的生态过程以及边缘效应2。景观结构是景观生态学研究的核心对象之一，将土地利用类型视为区域整体的景观结构体，其景观生态学研究重点集中在空间格局的形成与生态过程的关系人类活动与景观结构、功能的相互关系以及景观异质性的评价和维护管理。由于景观生态学研究具有格局、过程、尺度的限制性，试验困难、数据获取周期长、数据精确度低等问题的不断涌现3，以往常用的景观指数数量化方法已无法满足人们对景观格局分析的需要，3S

7、（RS、GIS和GPS）高新技术的快速发展和进步，为处理大规模的空间数据提供了可能，为景观格局的调查、检测和分析，提供了有效的手段和工具。近些年来，3S技术和景观生态学方法相结合对土地利用景观格局进行分析研究取得良好效果；GIS在空间数据的处理和存储、制图和简单的空间关系分析方面，其功能是比较强大而实用的。对景观格局特征的研究旨在探究土地利用与景观生态过程的相互关系，是了解自然环境与人类社会相互作用关系的重要途径之一5。本文从景观生态学原理和旺苍县国土局土地变更调查2010年数据出发，借助GIS技术对旺苍县土地利用现状图进行分析处理，按属性将其土地利用类型归类并导出地图。将转换后的GRID格式

8、数据导入景观格局分析软件Fragstates。选择适宜的景观格局指数，计算出本县土地利用景观格局指数数据，并对计算结果进行分析有助于从无序的土地利用景观格局数据中找出潜在的相互关系6，揭示区域土地利用景观的空间分布状况。这将有利于准确地把握旺苍县土地利用景观空间分布、斑块数量、功能等特征，进而分析土地利用景观格局与人类活动的关系，帮助评价和预测土地利用规划和设计可能带来的额生态学后果。能为该县科学编制土地利用规划、促进土地资源合理高效可持续续利用、实现人地和谐发展提供重要的参考7。1.研究区域概况与研究方法1.1研究区域概况旺苍地处四川盆地北缘米仓山南麓东临巴中市南江县南接广元市苍溪县西连广元

9、市朝天区、利州区、元坝区北界陕西省宁强县、南郑县。地理坐标为东经105。5&24至106。46,2北纬31。5&45至32。42,24县域东西宽约75公里南北长约81公里幅员2975.864平方公里。距广元市区50公里。属中、低山地带地势北高南低嘉陵江一级支流东河南北纵贯。旺苍地貌复杂、土地利用类型复杂多样。相对海拔380-2281米县城海拔458米。境内山、丘、坝兼有地势北高南缓腹部低平形成一条东西走向的槽谷地带且横贯全境北部鼓城山、光头山、云雾山、汉王山、老君山、欧家坪等群峰雄踞构成米仓山西段主体南部崇山突兀壑谷纵横腹部丘坝相间溪河交错。旺苍气候温和。县境内属亚热带湿润季风气候，垂直气候明

10、显，气温年差大，月差小，四季分明，年均气温16.2C，年均日照1352.52小时，年均雨量1142毫米，年均无霜期266天。总面积2976平方千米。2010年总人口达46万人。全县辖15个镇、20个乡。1.2数据来源旺苍县国土局2010年土地变更调查数据1.3研究方法GIS数据处理GIS技术是随着计算机图形学的发展而不断完善的，它不但能对图形信息数据进行显示和处理，还能完成数据的地理模型分析以及许多具有地理意义的数据处理8土地利用类型归类：将旺苍县土地利用现状图添加到Arcmap，打开属性表添加土地归类字段，选择属性数据，利用字段计算器将旺苍县土地利用类型划分为林地、耕地、草地、园地、建设用地

11、、水域、未利用地7类9景观格局分布图：在土地利用属性中打开符号系统，选择类别唯一值，在值字段中选择已经分好的土地归类，添加所有值，得到图斑布局。将数据视图改为布视图，插入图例等，最后导出地图为png或jpeg格式。景观格局定量分析法景观格局指数选择：伴随对景观格局研究的深入，景观格局分析的指标和方法被提出了不少，其中的景观指数方法在景观结构的描述、比较和动态研究中的应用比较广泛10。基于土地利用、土地覆被图的景观指数分析法已经成为主要的定量分析方法11。本文景观指数的选择将根据景观格局分布图的图斑特征而决定，本研究区域是包括若干景观斑块类型的整个景观镶嵌体，因此所选景观指数需最大限度的浓缩区域

12、景观格局特征信息，来反映景观斑块组成间的联系和空间格局特征。选取了基于景观总体的景观格局指数有12：分维数、形状指数、破碎度指数、正方像元指数。计算方法：GIS制图综合后的土地景观数据,通过ArcGIS空间分析模块，将矢量数据转换为一定分辨率（粒度）的栅格图像，利用景观分析专用软件Fragstats计算景观格局指数。具体指数及计算方法、生态学意义见表3。表1景观格局指数计算方法和生态学含义序号名称计算方法生态学含义Fd=21n(P/4)/ln(A)表示一定观测尺度1分维数（Fd）P：斑块周长；A：景观总面积上斑块和景观格局的复杂程度0.25ELSIA表示斑块或景观形2形状指数（LSI）AE:斑

13、块总长度，A为景观总面积状复杂程度，LIS值越大，形状越复杂C=N/A景观被分割的破碎程度，在一定程度上3破碎度指数（C）N:斑块数，A：景观总面积反映了人为的干扰程度SQP1-4入4正方像元指数（SQP）E描述景观斑块形状A：景观总面积，E：景观总周长的方正程度5ED=106E/A描述景观内部斑块边界密度（ED）E：斑块边界总长度，A：景观总面积边界多少，一定程度上反映破碎程度2.结果与分析2.1土地利用景观要素分布从旺苍县土地利用类型景观分布图可以看出，林地景观分布最广、连通性最好，在研究区域中处于优势地位，成为区域景观的基质13。耕地主要分布在河谷地带且南部地区耕地面积较为集中。草地主要

14、分布在该区域的中部以及北部。园地则主要分布在南部缓坡地带。建设用地多布局在地势平坦的河谷，东河河谷两岸的城镇，工矿用地和居民点较为集中。旺苍县水网密布，东河是旺苍县的母亲河，本县主要水域水网由其支流水面构成。特殊用地主要是由庙宇、北部米仓山和七里峡风景区构成。不难看出林地外其他用地类型多分布在地势较为低平的河谷地带，其格局状态从大尺度上说明是受到非生物因素干扰，由于地质、地貌、气候等非生物因素的空间异质性变化是很缓慢的，为此旺苍县土地利用现状格局的分布特征非生物干扰可以看做是相对静止；从图中可以看出：河流成为整个区域的廊道，城镇与耕地成为重要的景观格局构成要素，因此，旺苍县土地利用现状景观格局

15、的形成从大尺度上看是由非生物因素和人为因素共同构成。旺苍县景观分布图表1旺苍县景观格局总体特征园地斑块数冷、:/个斑块数比重斑块周长/km/%18.032.2景观格局总体特征分析|朕他所宵值归类I景观林地，浒17411I38411草地-30435327.20753.S耕地39.770.31134.67园地18901.961316.80水域20702.142641.21建设用地3569836.966175.83未利用地7940.82332.45斑块周长比斑块总面积斑块总面积重/%/km2比重/%48.182278.1776.2310.S14Miles37.36561.9318.800.182.6

16、20.091.8033.611.123.6033.371.128.4272.912.440.455.800.19研究区域8个景观类型的斑块总数为96578个，斑块总面积为2975.864平方公里,斑块分配不均匀，林地面积占整个景观总面积的76.23%,斑块数目占整个区域比例接18.03%（表1）,从图1也可以看出林地的在该县景观格局中具有主导作用。耕地斑块比重为39.77%，面积比重为18.80%，周长比重为37.36，说明耕地斑块分散，破碎度较高，受人为干扰程度较大。其次是建设用地，用地面积占2.44%，斑块数比重为36.96%，说明建设规模小，村庄居民点多而分散。园地与水域面积比重均为1.

17、12%，斑块数比重分别为1.96%和2.14%，说明园地和水域破碎较小。最后是未利用地和草地，其面积比重分别为0.19%和0.09%，斑块数比重为0.82%和0.31%，面积比重之和为0.28%很小，而斑块比重之和为1.13%相对较大，说明这两种景观斑块的破碎化较大。2.3景观斑块特征分析2.3.1景观的斑块规模特征分析从表2可知，旺苍县景观斑块面积最大的是林地，最小的是建设用地。景观类型的平均斑块面积的大小顺序为：林地园地耕地水域草地未利用地建设用地。林地平均斑块面积最大说明斑块之间的连通性最好，破碎度最小；建设用地的值最小，破碎化程度最高。耕地、草地、水域和未利用地景观类型破碎化程度也较高

18、，与人类活动的干扰程度相关。景观类型斑块面积的标准差和变异系数可以反映同一景观类型斑块面积的变动幅度。景观类型斑块面积标准差大小顺序为：林地水域园地耕地建设用地未利用地草地；变异系数大小依次为：林地建设用地水域耕地园地未利用地草地；说明林地景观斑块面积变动的程度大，异质性强烈。研究区域林地景观斑块的面积差异很显著，表明林地斑块受人类活动的影响最小；其它景观类型的斑块面积异质性相对较小，说明其受人类活动的干扰程度较大。表2旺苍县斑块规模特征景观类型最小值/km2最大值/km2平均值/km2标准差/km2变异系数林地0.1438.820.13080.85897.15耕地0.091.160.0146

19、0.03232.21草地0.380.070.00860.01081.26园地0.230.460.01780.03572.01水域0.160.510.01610.04222.62建设用地0.101750.00200.01466.56未利用地0210.01461.922.3.2景观斑块的破碎特征分析破碎度指数描述的是景观被分割的破碎程度与景观空间构成的复杂性，它是由于自然或人为干扰所导致的景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程。景观的破碎化是生物多样性丧失的重要原因之一，它与自然资源保护密切相关，在一定程度上反映出人类活动对景观的干扰程度。破碎

20、度指数指数的大小顺序依次为：建设用地未利用地草地耕地水域园地林地；（表3）由此说明林地景观的破碎度最小，受到人类活动干扰的程度最小，其空间异质性和连续性更强，物多样性更好；而建设用地破碎度最大，空间结构最为复杂；未利用地。草地和耕地等也受到较大的人类干扰。表3旺苍县斑块破碎特征景观类型破碎度指数/个/km2边界密度/km/km2林地7.6415.51耕地68.3648.75草地116.1951.45园地56.2339.18水域62.0379.14建设用地489.6384.71未利用地136.8357.29景观的边缘密度是表示景观边缘效应的指标14，反映了景观类型破碎化程度的大小。单位面积的周长

21、越大则代表景观类型被边界分割程度越高；反之，表示景观类型的破碎化程度低。从表3可看出林地的边缘密度最小，其值为为15.51km/km2，说明其破碎化程度最小，边缘密度最大值为建设用地的84.71km/km2，表明其破碎化程度最大。2.3.3景观斑块的形状特征分析景观斑块不规则或偏离正方形的时候，形状指数值会增大，由表3可知，形状指数的大小顺序为：林地耕地建设用地水域园地未利用地草地，说明草地的形状更接近于正方形，林地的斑块形状偏离正方形最多。可以看出斑块的形状复杂程度与斑块面积的大小比重大致上呈现正相关的关系。林地的不规则其原因为斑块更加连续而景观斑块总面积最广，是本区域的景观基底；建设用地、

22、水域、园地、未利用地和草地面积相对较小，受到人为干扰也更大，因此其斑块形状较为规则。表4旺苍县斑块形状特征景观类型形状指数正方像元指数分维数林地185.040.99671.45耕地143.470.99621.56草地0.710.95201.41园地6.900.98241.47水域13.830.99141.55建设用地32.350.99101.57未利用地1.740.97101.48正方像元指数的取值范围为01,当景观斑块的形状接近正方形时,指数值趋近于0,当斑块的形状越来越复杂或偏离正方形的时候，值渐趋于1.。从表3可得，斑块的正方像元指数顺序为林地耕地水域建设用地园地未利用地草地,可以看出林

23、地的形状更为复杂,其次是耕地和建设用地。从总体上看,该县的景观斑块正方像元指数都比较接近1,说明该县的景观类型总体上不规则,结构复杂。也不难看出正方像元指数与形状指数具有一定的相关性。分维数理论取值范围为12,1.0代表形状最简单的正方形斑块，斑块自我相似性越强则分维数越接近于1,受人为干扰的影响就越弱，2.0表示斑块在等面积情况下边缘最复杂的斑块，受到人类活动干扰越多。分维数的大小顺序为：建设用地耕地水域未利用地园地草地林地（见表4）,可见，人类活动越来频繁的景观类型，其值越大，林地受到人类干扰的程度较小。4.结论通过对广元市旺苍县土地利用景观格局特征分析结果表明：研究区域7类土地利用类型景

24、观中，林地比重75.23%，分维数值最低，林地景观面积最大、分布最广、连续性更大，因此林地是本研究区域的基底；林地破碎度最小，说明区域内的土地生态环境还未受到严重胁迫性干扰，人为影响较小。林地和耕地的总面积占区域整体土地面积的95.03%,是该地区的绝对的景观生态主体,同时也说明农林业在该县社会经济发展中具举足轻重的地位和作用。本区域南部地区因处于河流中下游地段，河流充当联系北部高山区与南部中低山区的廊道，进行着景观区间物质和能量的输送，流水的堆积作用促成耕地资源相对集中于南部区域；南部区域土地开发利用程度较高,但受制于地形等自然条件，不利于农业规模化和集约化发展，农业生产水平较为低下。园地大

25、多分布于南部低山缓坡地带,这对区域未来的农业发展方向具有实验性意义，本研究区域林地资源丰富，利用多种用地类型镶嵌分布，可在保护生态环境的条件下，实施农林果立体开发，这对区域物质和能量的迁移也有重要作用，对区域经济结构的转型和经济发展水平的提高有重要意义。建设用地破碎度、分维数和边缘密度最大，布局较为分散，结构复杂，规模化较小，说明旺苍县社会经济不很发达。以旺苍县国土局2010年土地变更调查数据作为基础数据，利用GIS软件进行数字化处理并选择具有代表性的景观格局特征指数，运用Fragstates软件对旺苍县土地利用景观格局特征做了深入的研究和分析,这有利于掌握该研究区域土地利用景观的空间布局状况，发现土地利用现状中的优势与不足，从而为科学制定区域未来土地利用规划提供良好依据同时对实现本区域经济社会与自然生态良性发展具有重要意义。参考文献1HanM,SunYN,XuSG,etal.StudyonchangesofmarshlandscapepatterninZhalongwetlandassistedbyRSandGIS.ProgressinGeography,2005,24(6):42249.2张侃，张建英，陈英旭，等.基于