湯富平

（浙江省第二測(cè)繪院，杭州310012）

土地利用既受自然因素的制約和作用，又受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、人類活動(dòng)等社會(huì)條件的重大影響。土地利用斑塊是人類與自然共同作用的結(jié)果，具有顯著的類型、數(shù)量、大小、形狀等自然特征，且隨著人地關(guān)系相互作用的強(qiáng)度與方向的變化而改變［1－2］，景觀格局包括景觀組成單元的多樣性與空間配置，是景觀生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)內(nèi)容，是土地利用空間異質(zhì)性的具體表現(xiàn)［3］，是土地利用景觀演變過(guò)程中的瞬間表現(xiàn)，因而成為景觀生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一［4－8］。

分析景觀格局是進(jìn)行區(qū)域景觀生態(tài)評(píng)價(jià)應(yīng)用的基礎(chǔ)，利用景觀生態(tài)學(xué)對(duì)土地持續(xù)利用進(jìn)行景觀生態(tài)評(píng)價(jià)，有助于綜合評(píng)價(jià)時(shí)空尺度上土地利用的持續(xù)性，已有部分學(xué)者在這方面開(kāi)展了初步研究［9－11］。土地利用總體規(guī)劃擔(dān)負(fù)著協(xié)調(diào)城鄉(xiāng)建設(shè)、資源利用與生態(tài)保護(hù)的社會(huì)責(zé)任［12］，需要以景觀生態(tài)學(xué)為理論基礎(chǔ)，以支持規(guī)劃的編制［13］，然而這方面的研究還比較少見(jiàn)，值得深入探討。新北區(qū)是在常州市國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)的基礎(chǔ)上于1995年正式成立的，2002年常州市調(diào)整了部分行政區(qū)劃，形成了目前的常州市新北區(qū)，具有典型的城鄉(xiāng)結(jié)合部特征。本文的目的是服務(wù)于土地利用總體規(guī)劃，以常州市新北區(qū)為研究區(qū)，選擇遙感影像、土地利用、基礎(chǔ)地理信息以及專題信息等為數(shù)據(jù)源，解譯該區(qū)域的土地利用現(xiàn)狀，運(yùn)用景觀格局指數(shù)分析該區(qū)域的土地利用景觀格局，參考已有景觀生態(tài)評(píng)價(jià)方法，在分析景觀格局異質(zhì)性與穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，將土地利用景觀格局納入研究區(qū)土地利用生態(tài)保護(hù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，綜合評(píng)價(jià)研究區(qū)景觀生態(tài)保護(hù)度，以期為優(yōu)化土地利用空間格局、保障土地的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

常州市新北區(qū)位于常州市北部，介于北緯31°48′—32°03′，東經(jīng)119°46′—120°01′，北瀕長(zhǎng)江，與泰州市隔江相望，東與江陰市相鄰，西與揚(yáng)中市、丹陽(yáng)市接壤，南接常州市老城區(qū)。常州市新北區(qū)屬于長(zhǎng)江三角洲沖積平原，地勢(shì)平坦，區(qū)域內(nèi)水網(wǎng)密布，河流縱橫。全區(qū)下轄3個(gè)街道（河海街道、三井街道、龍虎塘街道）和6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（新橋鎮(zhèn)、春江鎮(zhèn)、薛家鎮(zhèn)、羅溪鎮(zhèn)、西夏墅鎮(zhèn)、孟河鎮(zhèn)）。

區(qū)內(nèi)的常州國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)是1992年11月經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)最早成立的全國(guó)52個(gè)國(guó)家級(jí)開(kāi)發(fā)區(qū)之一，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，2007年，全區(qū)實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值258億元，二三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP的比重達(dá)97.5%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

（1）數(shù)據(jù)源。研究數(shù)據(jù)按照類型可分為遙感影像數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)等。遙感影像數(shù)據(jù)包括2007年的SPOT 2／4衛(wèi)星遙感影像（全色，10 m空間分辨率）和Landsat T M衛(wèi)星遙感影像（多光譜，30 m分辨率），土地利用數(shù)據(jù)為2006年土地利用更新調(diào)查數(shù)據(jù)，用于評(píng)價(jià)遙感影像解譯的精度；基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)來(lái)自測(cè)繪部門，主要有數(shù)字高程模型（DEM）；專題數(shù)據(jù)主要來(lái)自各專題數(shù)據(jù)對(duì)口管理部門，包括建成區(qū)、水網(wǎng)、植被類型分布、自然災(zāi)害、土壤等數(shù)據(jù)。

（2）土地利用景觀類型。依據(jù)遙感影像空間分辨率對(duì)景觀類型提取的情況，結(jié)合土地利用總體規(guī)劃任務(wù)與常州市新北區(qū)實(shí)際土地利用情況，將土地利用景觀劃分為7種類型：耕地、非耕農(nóng)用地、水面、荒地、城鎮(zhèn)用地、村莊用地及基礎(chǔ)設(shè)施用地。

（3）遙感影像的預(yù)處理與土地利用信息提取。以1∶5萬(wàn)地形圖為基準(zhǔn)，對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何校正。分析待解譯遙感圖像的光譜、圖像特征及空間分布，參考常州市新北區(qū)現(xiàn)狀資料，確定各類用地的解譯標(biāo)志，包括用地的色調(diào)、紋理、形狀、空間分布，建立完整的解譯標(biāo)志體系，通過(guò)目視判譯遙感影像，建立常州市新北區(qū)土地利用景觀數(shù)據(jù)，借助Arc GIS 9.2將土地利用矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Grid柵格數(shù)據(jù)。

1.3 景觀格局指數(shù)

土地利用／土地覆被圖的景觀格局指數(shù)是土地利用景觀空間格局分析的重要方法［14－15］，它能夠高度濃縮景觀格局信息，反映土地資源結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面的特征，被廣泛應(yīng)用于景觀格局研究。本文根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)以及研究的實(shí)際情況和需要，選取了斑塊數(shù)、面積變異系數(shù)、形狀指數(shù)、分維數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）、Shannon均勻度指數(shù)（SHEI）6個(gè)指標(biāo)［16－17］，在 Fragstats 3.3軟件中計(jì)算各項(xiàng)景觀格局指數(shù)。

1.4 生態(tài)保護(hù)度評(píng)價(jià)

本文采用綜合指數(shù)法，綜合評(píng)價(jià)景觀生態(tài)保護(hù)度。即在確定一套合理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)體指數(shù)加權(quán)平均，計(jì)算出評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合值。

式中：Ei——第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的景觀生態(tài)綜合指數(shù)；Xij——第i個(gè)單元第j個(gè)專題指標(biāo)要素的標(biāo)準(zhǔn)量化值；Wj——權(quán)重值。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀格局特征

（1）景觀結(jié)構(gòu)特征。斑塊面積變異系數(shù)這一指標(biāo)可以表示區(qū)域內(nèi)各景觀斑塊面積大小的差異程度或離散程度，綜合反映景觀斑塊面積大小的變動(dòng)程度以及各景觀斑塊在平均水平下面積大小的離散程度。研究區(qū)中面積變異系數(shù)最大的為水面，說(shuō)明區(qū)內(nèi)水面斑塊的面積最不均勻，這與研究區(qū)內(nèi)既有密布的江南水網(wǎng)，又有大面積的長(zhǎng)江水面這樣的實(shí)際情況相符。而城鎮(zhèn)用地、非耕農(nóng)用地與村莊用地等景觀面積變異系數(shù)最小，說(shuō)明這三類景觀的斑塊面積大小比較均勻（表1）。

（2）景觀形狀特征。斑塊的幾何形狀是景觀空間結(jié)構(gòu)度量中另一個(gè)很重要的特征。在分析景觀形狀特征時(shí)，選擇了分維數(shù)、形狀指數(shù)兩個(gè)指數(shù)，探索斑塊的形狀特征。分維數(shù)取值介于1～2之間，其值愈接近于1，則斑塊形狀就愈簡(jiǎn)單，斑塊的自我相似性愈強(qiáng)，表明受人類干擾的程度愈?。黄渲涤咏?，則斑塊形狀愈復(fù)雜，受人類活動(dòng)干擾程度愈大。形狀指數(shù)常用來(lái)表示斑塊形狀的不規(guī)則程度、斑塊邊界的復(fù)雜程度，形狀指數(shù)值愈大，說(shuō)明斑塊愈不規(guī)則，形狀指數(shù)值愈接近于1，說(shuō)明斑塊形狀愈規(guī)則。

表1 常州市新北區(qū)土地利用景觀指數(shù)

通過(guò)計(jì)算，新北區(qū)平均斑塊分維數(shù)為1.10，從圖1可知，各類型景觀斑塊的分維值基本相當(dāng)，保持在1.10左右，相差較小，與全區(qū)分維值基本一致，表明它們受人類活動(dòng)的干擾程度較為相似。常州市新北區(qū)總體平均形狀指數(shù)為1.77，各類景觀指數(shù)差異明顯，水面與荒地的形狀指數(shù)最高，分別為2.52與2.48，這是由于當(dāng)?shù)厮W(wǎng)密布，多數(shù)水面呈線狀分布，形狀指數(shù)很大。區(qū)內(nèi)其他土地利用類型的形狀指數(shù)相差不大，均分布在1.50～2.00之間，城鎮(zhèn)用地的形狀指數(shù)最小，為1.50，說(shuō)明區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)用地斑塊形狀比較緊湊，斑塊本身較為規(guī)整。

圖1 土地利用形狀特征指數(shù)

（3）景觀異質(zhì)性。景觀異質(zhì)性是形成不同景觀結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，景觀異質(zhì)性的存在決定了景觀格局的多樣性和斑塊的多樣性。通過(guò)景觀多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、景觀均勻度指數(shù)等，可以從景觀鑲嵌體層次上揭示土地利用景觀異質(zhì)性。

本文以鎮(zhèn)（街道）為單位，計(jì)算SHDI與SHEI，定量分析常州市新北區(qū)土地利用景觀的異質(zhì)性特征。景觀多樣性指數(shù)是景觀中各類斑塊復(fù)雜性和變異性的度量，其大小反映了景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化；景觀均勻度指數(shù)反映景觀由少數(shù)幾個(gè)主要景觀類型控制的程度。經(jīng)計(jì)算，研究區(qū)景觀多樣性指數(shù)為1.48，與新橋鎮(zhèn)的多樣性指數(shù)1.51最為接近；9個(gè)鎮(zhèn)（街道）中多樣性指數(shù)以春江鎮(zhèn)最大，為1.53，說(shuō)明其景觀組分相差比較大，類型多樣，河海街道最低，為0.60，景觀組分比較單一，以城鎮(zhèn)用地為主（圖2）。從均勻度來(lái)看，各鎮(zhèn)（街道）景觀組分分布不均勻，研究區(qū)總體均勻度為0.76，以春江鎮(zhèn)與新橋鎮(zhèn)為最大，均達(dá)到了0.78，其次為薛家鎮(zhèn)，多樣性指數(shù)接近于0.78，最小的是河海街道，這與河海街道內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)用地多，而其它類型用地少有關(guān)，因此均勻度指數(shù)僅為0.37。

圖2 常州市新北區(qū)土地利用景觀格局指數(shù)

景觀多樣性分析表明，研究區(qū)景觀多樣性層次明顯。河海街道與三井街道景觀多樣性比較低，主要由于這兩個(gè)街道基本已經(jīng)城鎮(zhèn)化，土地利用類型以城鎮(zhèn)用地為主。而孟河鎮(zhèn)、羅溪鎮(zhèn)河西夏墅等鎮(zhèn)以耕地景觀為主，景觀多樣性也不是很高。新橋鎮(zhèn)、龍虎塘街道、春江鎮(zhèn)河薛家鎮(zhèn)等鎮(zhèn)多樣性較高，其原因在于區(qū)內(nèi)各類景觀面積分布相對(duì)均勻，處于城市與農(nóng)村的交錯(cuò)地帶。總體來(lái)說(shuō)，新北區(qū)南部是常州市主城區(qū)的一部分，城市特征明顯，北部主要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，土地利用的城鄉(xiāng)梯度特征顯著，具有非常明顯的城鄉(xiāng)結(jié)合部特征。

2.2 生態(tài)保護(hù)度評(píng)價(jià)

空間異質(zhì)性是自然界最普遍的特征，是景觀生態(tài)學(xué)的核心所在［17］。景觀格局功能穩(wěn)定性是以景觀格局的空間異質(zhì)性為基礎(chǔ)的，是土地生態(tài)可持續(xù)利用的重要影響因素［10］。一般來(lái)說(shuō)，空間異質(zhì)性不明顯的區(qū)域，景觀穩(wěn)定性較差，需要加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)。對(duì)于土地利用總體規(guī)劃來(lái)說(shuō)，還需要考慮景觀的受脅度與生產(chǎn)力，綜合評(píng)價(jià)區(qū)域土地利用需要保護(hù)的程度，以科學(xué)、合理調(diào)控土地利用與保護(hù)的關(guān)系。

（1）指標(biāo)體系構(gòu)建。土地利用生態(tài)保護(hù)度評(píng)價(jià)是對(duì)一定范圍內(nèi)的土地資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，為優(yōu)化調(diào)控土地提供決策依據(jù)，對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱，敏感性極高的地方進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，對(duì)生態(tài)敏感性較弱、自我修復(fù)能力較強(qiáng)的地方可以優(yōu)先開(kāi)發(fā)。

應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)原理，考慮土地利用持續(xù)性的動(dòng)態(tài)性特征、常州市新北區(qū)土地利用的一般特點(diǎn)與人類活動(dòng)特征，以及土地持續(xù)利用的景觀生態(tài)內(nèi)涵，從景觀穩(wěn)定性、景觀生產(chǎn)力與景觀受脅度三方面構(gòu)建常州市新北區(qū)土地利用生態(tài)保護(hù)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。采用層次分析法（A HP）確定常州市新北區(qū)土地利用生態(tài)保護(hù)度影響因子的權(quán)重（表2）。

表2 常州市新北區(qū)土地利用生態(tài)保護(hù)度影響因子權(quán)重

景觀穩(wěn)定性包括景觀功能的穩(wěn)定性與空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，功能穩(wěn)定性是以景觀格局的空間異質(zhì)性為基礎(chǔ)。選擇景觀多樣性、景觀均勻度、景觀分維數(shù)與景觀破碎度4個(gè)因子。

景觀生產(chǎn)力反映景觀生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。選擇水網(wǎng)密度、土地利用程度與植被覆蓋度等3個(gè)因子。反映土地利用的生物物質(zhì)生產(chǎn)力目標(biāo)，景觀生產(chǎn)力越高，土地為人類提供生物物質(zhì)產(chǎn)品的能力越強(qiáng)。

景觀受脅度指景觀受人類活動(dòng)的脅迫程度，主要反映人類與景觀之間的相互作用關(guān)系。選擇坡度、土壤侵蝕、洪害與建成區(qū)距離等個(gè)因子。

（2）數(shù)據(jù)量化與標(biāo)準(zhǔn)化。定量因子，如坡度、多樣性指數(shù)等，采用數(shù)值量化方法，從相關(guān)資料直接獲取進(jìn)行數(shù)值量化；對(duì)于定性因子，如洪災(zāi)、土壤侵蝕強(qiáng)度等，在因子強(qiáng)度分級(jí)圖定性分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)分級(jí)量化。

指標(biāo)體系中有正作用和負(fù)作用兩種類型的指標(biāo)，為了突出景觀的地域差異性，采取不同極差標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行處理。① 對(duì)土地利用生態(tài)保護(hù)度起正作用的指標(biāo)（坡度、土壤侵蝕、洪災(zāi)、土地利用程度），采用Ai＝（Xi－Xi，min）／（Xi，max－Xi，min）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；② 對(duì)土地利用生態(tài)保護(hù)度起負(fù)作用的指標(biāo)（建成區(qū)距離、植被覆蓋度、水網(wǎng)密度、分維數(shù)、多樣性指數(shù)、破碎度指數(shù)與均勻度指數(shù)），則采用 Ai＝（Xi，max－Xi）／（Xi，max－Xi，min）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化使所有因子值統(tǒng)一在（－1，1）間。

（3）評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)單元是分值計(jì)算和評(píng)價(jià)的基本空間單位，考慮到研究所收集的資料情況和常州市新北區(qū)評(píng)價(jià)因素的特性，以及GIS空間疊置分析的有效性，本研究采用100 m×100 m的柵格單元（即1 k m2）進(jìn)行土地利用生態(tài)保護(hù)度評(píng)價(jià)分級(jí)。在對(duì)除建成區(qū)（90.09 k m2）以外的區(qū)域進(jìn)行影響因素因子作用分值計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用加權(quán)疊加方法分別求取各單元的綜合作用分值。采用自然斷裂（nat ural break）分級(jí)法，對(duì)綜合作用分值進(jìn)行空間聚類分析，最終將常州市新北區(qū)土地利用生態(tài)保護(hù)度劃分為4個(gè)等級(jí)：嚴(yán)格保護(hù)、中度保護(hù)、適度保護(hù)和輕度保護(hù)。① 嚴(yán)格保護(hù)面積為38.47 k m2，占全區(qū)土地總面積的8.50%，主要分布在常州市新北區(qū)的西北部，孟河鎮(zhèn)內(nèi)小黃山周圍，該范圍是新北區(qū)內(nèi)唯一地形起伏較大的區(qū)域，地質(zhì)條件差，有災(zāi)害發(fā)生的可能，需要進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。② 中度保護(hù)面積為115.22 k m2，占全區(qū)土地總面積的25.45%，主要分布在常州市新北區(qū)西北部的孟河鎮(zhèn)。③ 適度保護(hù)區(qū)面積為192.06 k m2，占全區(qū)土地總面積的42.43%，面積最大，主要分布在新北區(qū)南部的城區(qū)周圍與鎮(zhèn)區(qū)周圍；④ 輕度保護(hù)區(qū)面積為16.83 k m2，占全區(qū)土地總面積的3.72%，主要分布在新閘鎮(zhèn)，該區(qū)域靠近常州主城區(qū)，是未來(lái)城市擴(kuò)展的主要區(qū)域，交通等基礎(chǔ)設(shè)施條件較好，開(kāi)發(fā)的重要性高于保護(hù)性（圖3）。

圖3 常州市新北區(qū)土地利用生態(tài)保護(hù)度分級(jí)

3 結(jié)論與討論

選取6項(xiàng)景觀格局指數(shù)，分別從總體格局、斑塊形狀與景觀多樣性3個(gè)方面定性定量地分析了常州市新北區(qū)土地利用景觀格局，從總體上說(shuō)，耕地是該研究區(qū)的景觀基質(zhì)，研究區(qū)內(nèi)水面與荒地的形狀最為復(fù)雜，而城鎮(zhèn)用地的形狀最為簡(jiǎn)單，區(qū)內(nèi)景觀異質(zhì)性差異明顯，春江鎮(zhèn)的土地利用景觀異質(zhì)性最為顯著，而河海街道的景觀比較單一，由西北向東南景觀穩(wěn)定性逐步降低。

以景觀生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)，以景觀格局指數(shù)為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)考慮土地利用景觀受脅度與景觀生產(chǎn)力，篩選了多項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)、確定權(quán)重，建立評(píng)價(jià)模型。從土地利用景觀生態(tài)保護(hù)的角度出發(fā)，將全區(qū)劃分為嚴(yán)格保護(hù)、中度保護(hù)、適度保護(hù)和輕度保護(hù)4個(gè)土地生態(tài)保護(hù)度級(jí)別，以優(yōu)化調(diào)控區(qū)內(nèi)土地利用景觀格局，協(xié)調(diào)土地利用與保護(hù)的關(guān)系，服務(wù)于土地利用總體規(guī)劃的編制與實(shí)施。

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