基于Fragstats的湛江市麻章区景观格局指数动态研究

基于Fragstats的湛江市麻章区景观格局指数动态研究摘要景观格局指数是指景观格局与景观指数。景观格局通常是指景观的空间结构特征，具体是指由自然或人为形成的，一系列大小、形状各异，排列不同的景观镶嵌体在景观空间的排列，它既是景观异质性的具体表现，又是包括干扰在内的各种生态过程在不同尺度上作用的结果。文章运用GIS与Fragstats软件对广东省湛江市麻章区景观格局指数动态进行研究，得出的实验数据直观反映了场地所存在的生态问题，同时为后续麻章区生态建设提供可量化的科学依据。关键词景观格局指数；动态研究；GIS；Fragstats；麻章区介绍景观格局指数动态研究能帮助理解城市肌理变化与城市生态变动之间的关系[1]o不同的土地利用类型在空间上的分布与变化是景观格局变动的直接驱动因子[2]o通过对城市景观格局指数的分析来把控城市土地利用变化，对于城市生态安全的提升具有重要意义[3]o麻章区位于中国南端沿海城市湛江市内，属亚热带季风性气候，区总面积805.73km2，陆地面积478km2,常住人口26.54万气数据来源与研究方法2.1数据来源该研究的主要数据来源为湛江市2000年与2010年的30m精度栅格用地类型数据。利用GIS软件进行预处理后，利用最大似然法进行监督分类，得到麻章区6类土地利用类型图。六大类用地类型分别为耕地、森林、草地、水体、湿地和人造地表，见图1。表1可以看出，6种用地类型中，耕地、湿地、水体人造地表的面积在研究时段内呈增加趋势，森林、草地面积在研究时段内呈减少趋势。图12000年与2010年土地利用类型图表12000年与2010年各土地利用面积耕地/hm2森林/hm2草地/hm2湿地/hm2水体/hm2人造地表/hm22000年41052.1520482.47385.114972.2310049.583280.52010年42101.9119502.28299.615298.3911615.313404.25增长率2.6%-4.8%-22.1%6.6%5.6%3.8%2.2研究方法该研究利用Fragstats软件对2000年与2010年湛江市麻章区景观格局指数进行计算，从景观生态学的角度对研究时段内的城市发展变化进行剖析。景观格局指数包括3种，分别为斑块尺度（patch）、景观类型尺度（class）、景观尺度（landscape）,其定量说明景观特征和变化趋势囱。在整个区域景观格局分析中，由于单个斑块景观指数的计算分析贡献比较小，因此，实证研究中对景观格局指数的探讨多采用斑块类型和景观水平这两个尺度囱。通过对麻章区的考察和相关数据的结合，该研究决定从斑块类型水平上进行景观格局指数分析。在类型水平上，选取了斑块面积（CA）、斑块数量（NP）、最大斑块面积指数（LPI）、景观形状指数（LSI）、景观聚集度指数（AI）、景观导度指数（CONHSION）6个景观格局指数进行计算与分析。3结果与讨论3.1景观构成及其动态分析观察2000—2010年湛江市麻章区景观转移面积占比（见表2）,以景观面积转化率20%为分水线，2000—2010

年之间，湛江市麻章区的草地、湿地、水体等景观之间发生剧烈转移。由表2可知各景观之间转移概况:耕地的转移概率最小，其他景观转移成耕地的总面积比耕地的转移面积要大得多，说明城市在持续发展，耕地面积不断扩大；森林主要转移为水体和耕地，但转移率较小，森林保存得较为完好；草地主要转化为耕地与森林，其中草地转移为耕地的面积最多，为75.15hm2,转移概率达19.51%，表明村民开荒种田等原因，导致草皮退化；湿地有多达40.42%区域转移为水体，可能原因是该地区湿地退化或海水入侵；水体主要转移为耕地与湿地，其中转移为耕地的面积1439.19hm2，转移率达14.32%，表明该区域进行了大量填海造地活动，同时也有部分区域在涵养湿地；人造地表的转移率不高，主要转移为森林和耕地，说明该区域有意识地进行植树造林活动，但人造地表转移为森林的面积仍小于森林转移为人造地表的面积，水土保持工作还有待推进。表2（a）2000年与2010年湛江市麻章区景观面积转移矩阵/hm2年份景观类型2010年耕地森林草地湿地水体人造地表耕地38949-57806-499-1840-59979-92249-3森林1052-5517548-228-44269-191284-48284-42000年草地75-1543-2206-9127-1814-584-05湿地253-71423-541-622260-982009-972-7水体1439-19131-9420-71211-137237-534-41人造地表198-18227-790-816-576-842837-7表2（b）2000年与2010年湛江市麻章区景观转移概率矩阵百分比/%年份景观类型2010年耕地森林草地湿地水体人造地表耕地94-941-960-020-092-390-60森林5-1485-750-141-316-271-392000年草地19-5111-2157-397-053-791-05湿地5-108-520-0345-8840-420-05水体14-321-310-2012-0572-080-04人造地表6-046-940-020-200-0286-603.2斑块类型层级景观格局指数分析 地利用类型景观格局指数的变化，研究该时段内麻章区不斑块类型层级的景观格局指数直接反映了不同土地利 同土地利用类型的生态状况及其变化驱动因素，相关数据用类型的景观生态状况叫，通过分析2000年与2010年各土详见表3。表3（a）2000年与2010年麻章区各景观类型斑块类型层级景观格局指数年份Year土地利用类型LandusetypeCA/hm2NP/个LPI/%LSIAI//%COHESION耕地41052.1526925-7125-2496-4199-70森林20482.479606-934-6292-9399-072000年草地385.112050-1020-0170-4591-69湿地4972-23361-3312-1395-2398-67水体10049-582192-0218-0094-8998-19人造地表3280-501610-5917-8791-1194-77耕地42101-9123426-4627-4396-1399-70森林19502-287016-3831-6993-3999-152010年草地299-162270-0421-0764-4187-51湿地5298-38960-9317-9892-9698-08水体11615-314381-1126-9692-7597-79人造地表3404-251690-7018-2791-0795-06表3(b)景观格局相关指数变化/%土地利用类型CANPLPILSIAICOHESION耕地2-6-1339-0-30森林-4-8-27-7-8-50-50草地-22-1-11-60-8-5-8-6-4-6湿地6-6167-3063-2-4-0-6水体5-6100-4550-2-4-0-4人造地表3-85162-200-33.2.1基础指标分析斑块面积/CA：2000年时，各斑块类型面积分布较为均匀，耕地用地面积最多为41052.15hm2,森林用地面积次之为20482.47hm2。2010年时，各用地类型的面积发生变化，其中草地面积变化最明显，面积减少了22.10%；而森林则减少了4.80%。除了森林和草地这两类的面积在不断减少，其他类型土地面积都相应增加。在这10年间，耕地、湿地、水体和人造地表的面积变化不是很明显，分别增加了2.60%、6.60%、5.60%和3.80%。斑块数量/NP：斑块数量是直接反映城市景观类型破碎化程度的景观格局指数。2000—2010年间，耕地、森林和草地的破碎化程度减小，斑块数量变化的比率大概是13.00%、27.00%和11.00%；而湿地和水体的破碎化程度明显增大，斑块数量增加了167.00%和100.00%。除此之外，人造地表的斑块数量较为稳定，十年间只增加了5.00%。3.2.2形状指标分析最大斑块面积指数/LPI：LPI值大小为斑块类型中最大面积的斑块占整体景观积的比例。该景观格局指数直接体现了景观的优势类型，直接体现了人类活动对于土地利用和景观生态变化的干扰强度［7］。2000—2010年间，森林、草地、湿地和水体的最大斑块面积指数都在减少。其中，草地、湿地和水体的指数变化明显，草地的LPI从0.10减小至0.04,减少60.00%；湿地的LPI从1.33减小至0.93,减少了30.00%；水体的LPI从2.02减小至1.11，减少了45.00%。说明这10年间，麻章区的生态环境遭受到较高程度的干扰。景观形状指数/LSI：研究时段内，各用地类型斑块呈现了极其明显的不规则化趋势，其中湿地和水体斑块的LSI指数增加最多，增长率分别为63.00%和50.00%。LSI指数增加代表了景观斑块的不规则化现象增加，说明人类活动对于城市生态系统的干涉幅度增加。3.2.3聚散性指标景观聚集度指数/AI：2000年，各景观类型的AI值除草地外，均在90以上，相对较高，表示该时期各景观类型中同类型的斑块相互聚合，结构紧凑。2010年时，耕地、草地、湿地、水体的AI值均发生了一定程度的下降，其中草地的AI值下降幅度最大，为8.60%左右。值得关注的是，2000年该地区草地类型的AI值已经较低，且10年后还有一定程度的下降，说明麻章区的草地斑块聚合度一直较低，生态状况较不稳定。2010年数据显示除草地外，其他类型的斑块相对聚合、离散程度小、结构紧凑。景观导度指数/COHESION：2000年，各景观类型的COHESION值均处于较高水平，表示景观区域中的各景观斑块分布聚集，连通度高。2010年，除草地的COHESION值减小了4.60%，其他类型的用地COHESION值波动极小，耕地、森林的COHESION值几乎保持不变，湿地、水体的COHESION值分别降低了0.60%和0.40%，人造地表的COHESION值增加了0.30%。这些数据说明麻章区的景观类型斑块比例变化不大，保持较高的连通度，能为物种迁移和能量流动提供保障。4小结4.1斑块类型层级景观格局指数变化及分析斑块类型层级上，2000—2010年间，各用地类型面积均发生了变化，其中耕地和人造地表为变动最小的用地类型，森林、湿地和水体用地变动较为明显，以草地发生变动最大；用地类型斑块数量增加的是湿地、水体和人造地表，斑块数量减少是的耕地、森林和草地，各个用地类型发生了不同程度的景观破碎化现象；各景观类型的最大面积指数变化较为明显，森林、草地、湿地和水体的最大斑块面积指数都在减少；水体和湿地用地类型呈现及其明显的形状不规则化现象；草地的AI值有较大幅度的下降，说明草地斑块聚合度低；各景观类型的COHESIO