黃軍，謝興震，王霞，丁慶福，柏永青，張智安

(1.山東省國土測繪院,山東 濟南　250013;2.聊城市水利局,山東 聊城　252000；3.山東省遙感技術(shù)應(yīng)用中心,山東 濟南　250013)

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基于RS/GIS的東營市土地利用及景觀格局變化研究

黃軍1，謝興震2，王霞1，丁慶福1，柏永青1，張智安3

(1.山東省國土測繪院,山東 濟南250013;2.聊城市水利局,山東 聊城252000；3.山東省遙感技術(shù)應(yīng)用中心,山東 濟南250013)

該研究利用遙感技術(shù)(RS)和地理信息技術(shù)(GIS)結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)理論和方法，以東營市1992年、2000年及2010年TM遙感影像為基礎(chǔ)，分析了東營市近20年間的土地利用及景觀格局變化。經(jīng)對比分析發(fā)現(xiàn)，東營市土地利用年動態(tài)變化在2000—2010年間較為顯著，景觀水平的變化趨勢表現(xiàn)為優(yōu)勢度、穩(wěn)定性增加而多樣性、均勻性遭到破壞。

土地利用類型；景觀格局；變化；東營市

引文格式：黃軍，謝興震，王霞，等.基于RS/GIS的東營市土地利用及景觀格局變化研究[J].山東國土資源，2015,31(6)：68-71. HUANG Jun, XIE Xingzhen, WANG Xia,etc. Study on Land Use and Landscape Pattern Changes in Dongying City Based on RS/GIS Software[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(6):68-71.

0　引言

土地開發(fā)利用引起的土地覆被變化是人類影響地理環(huán)境的重要形式[1]。土地利用/覆蓋變化(LUCC)直觀體現(xiàn)了地表特征的時空變化，直接影響景觀空間結(jié)構(gòu)的變化[2]。從而影響該區(qū)域的生態(tài)過程和邊緣效應(yīng)，景觀格局研究是整個生態(tài)系統(tǒng)變化的區(qū)域響應(yīng)的重要方式之一。國內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)提供了有力的理論依據(jù)[3-4]。而遙感和地理信息技術(shù)的發(fā)展對景觀格局的研究提供了強大的技術(shù)支撐。

東營市是黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的主要區(qū)域，由于地處黃河入?？?，生態(tài)環(huán)境比較脆弱。近年來，隨著東營市的自然資源開發(fā)規(guī)模增大以及地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，生態(tài)環(huán)境惡化、濕地景觀退化、高標(biāo)準(zhǔn)耕地資源儲備下降也成為了生態(tài)文明建設(shè)亟需解決的問題。通過解譯分析1992，2000，2010年3期TM/ETM遙感影像資料，進(jìn)而研究探索20世紀(jì)90年代至今的研究區(qū)景觀格局變化規(guī)律,以期為該地的生態(tài)環(huán)境保護、資源合理利用和整體的區(qū)域規(guī)劃提供理論支持。

1　研究方法

1.1數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

該研究選取上述3期經(jīng)過圖像幾何校正和輻射校正的Landsat-TM/ETM遙感影像數(shù)據(jù)。并收集了東營市土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)、東營市社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等資料作為輔助數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段結(jié)合東營市實地土地利用現(xiàn)狀，研究劃分了耕地、草地、林地、水域、鹽田蝦塘、未利用地、建設(shè)工礦用地、灘涂8種土地覆蓋類型。遙感解譯階段采用人機結(jié)合方法借助eCognition軟件，并充分利用矢量資料對3期影像進(jìn)行了土地利用分類，得出最終數(shù)據(jù)如圖1所示。3期影像最終解譯精度均達(dá)到85%以上[5],為從宏觀角度分析土地利用變化提供了圖形基礎(chǔ)。

圖1　東營市土地利用分類示意圖

1.2景觀指數(shù)選取

對景觀格局進(jìn)行定量定性研究可以有效地反映土地利用及覆被變化的空間格局及其景觀生態(tài)效應(yīng)，更好的理解與解釋景觀功能[6]，該研究的分析分為類型和景觀2個層面。

對各景觀類型特征進(jìn)行分析時選取以下4個指標(biāo)：呈現(xiàn)地類破碎化趨勢的PD(斑塊密度)、CHOSION(斑塊聚合度指數(shù))及描述地類形狀規(guī)則度的LSI(景觀形狀指數(shù))、與FRAC-MN(平均分維數(shù))。通過對這些指標(biāo)進(jìn)行時空分析，以期呈現(xiàn)各景觀類型特征在檢測期內(nèi)的破碎化程度及規(guī)則度。在景觀水平上選取了呈現(xiàn)景觀整體破碎度的CONTAG(蔓延度指數(shù))、描述景觀多樣性程度的SHDI(香農(nóng)多樣性指數(shù))及描述景觀均勻程度的SHEI(香農(nóng)均勻度指數(shù))3個指標(biāo)。研究借助Fragstat 3.3軟件進(jìn)行上述指數(shù)的運算。

2　結(jié)果與分析

2.1土地利用景觀要素分布及基本變化特征

從空間來看，耕地占據(jù)了主要的圖幅，但狹長的沿海地帶耕地面積基本為零。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)3期數(shù)據(jù)耕地總面積變化較小，主要是2000—2010年間減少了1500hm2，減少約0.39%，幅度較小。林地和草地主要分布于黃河三角洲生態(tài)濕地周邊，林地總面積較小。期間林地面積增加3257hm2，增長率達(dá)到51%，草地與林地呈完全相反的變化趨勢。未利用地主要為沿海的鹽堿地、鹽田蝦塘集中在濱海的狹長地帶，并且鹽田蝦塘的增長較快達(dá)28.6%。建筑工礦用地主要分布于東營區(qū)及其他區(qū)縣的城區(qū)，總體趨勢靠近濱海地帶。東營市城市發(fā)展較快，建筑工礦面積從1992年的83543hm2增長為2010年的128411hm2。整個研究時域內(nèi)可見自然景觀(如草地、灘涂、未利用地)明顯減少，并且統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)所減少的自然景觀的80%發(fā)生在2000—2010年期間。可見隨著研究區(qū)經(jīng)濟發(fā)展此類自然景觀減少速度呈現(xiàn)加快的趨勢(表1)。

表1　東營市土地利用分類面積(hm2)

2.2景觀格局動態(tài)變化分析

2.2.1類型水平類型指數(shù)動態(tài)分析

研究借助ARCGIS軟件進(jìn)行空間統(tǒng)計分析和矩陣運算，得到東營市各時期土地利用類型景觀格局指數(shù)(表2)，結(jié)合圖1、表1分析得出如下結(jié)果。

表2　東營市類型層面景觀指數(shù)動態(tài)

(1)建筑用地景觀活躍度增大。建筑用地是人類經(jīng)濟生活最重要的下墊面載體，在整個監(jiān)測期內(nèi)其類型景觀水平呈現(xiàn)為以下態(tài)勢：斑塊密度最大、面積持續(xù)大規(guī)模增加導(dǎo)致的聚合度增加、形狀指數(shù)最高，且所有類型景觀指數(shù)皆呈明顯上升趨勢。以上態(tài)勢說明建筑用地是東營市景觀類型中離散化程度最高、形狀最為復(fù)雜的土地利用類型。種種態(tài)勢表明東營市建筑用地景觀日趨活躍、擴張態(tài)勢明顯，進(jìn)一步表明監(jiān)測期內(nèi)東營市建筑用地的開發(fā)建設(shè)傾向于粗放。

(2)耕地斑塊破碎顯著。耕地是東營市最主要的地表景觀類型，面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其余景觀類型，在監(jiān)測期內(nèi)耕地斑塊密度成上升趨勢，但與之相反的耕地面積減少，以及聚合度指數(shù)降低，呈現(xiàn)出耕地景觀斑塊之間的距離增大趨勢，說明耕地景觀破碎化程度愈發(fā)強烈。形狀指數(shù)的增加說明耕地斑塊形狀復(fù)雜化水平由于建筑用地占用升高。平均分維數(shù)的減少說明耕地的邊界規(guī)則化程度增加，表明20年來人類對耕地的控制及管理更加嚴(yán)格。

(3)草地及林地景觀發(fā)展趨勢良好。得益于黃河三角洲自然保護區(qū)的建立及護林護草意識的增強，東營市草地管理集中化，草地景觀穩(wěn)定性增強，主要表現(xiàn)為：形狀指數(shù)及平均分維數(shù)的降低。但代表斑塊分布程度指標(biāo)的斑塊密度減少將有可能降低當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)功能性。

伴隨著斑塊密度增加的林地面積說明東營市林地分布及發(fā)展呈良好態(tài)勢，有助于維持當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)多樣性。

(4)水域、鹽田蝦塘集中有序。隨著東營市大量平原水庫的開發(fā)，水域景觀成集中態(tài)勢，有利于合理配置水資源，并增強了研究區(qū)的水域景觀穩(wěn)定性；但斑塊密度的減小表明了部分自然水域遭到破壞，不利于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)文明建設(shè)。監(jiān)測期內(nèi)，東營市鹽田蝦塘建設(shè)集中且管理有序，體現(xiàn)為鹽田蝦塘斑塊個數(shù)減小，密度日趨下降，但面積增加且聚合度相應(yīng)增加。形狀指數(shù)及分維數(shù)的下降則說明鹽田蝦塘邊界日趨簡單。

(5)灘涂及未利用地被占用程度高。灘涂破碎化程度增加，且多被鹽田蝦塘占用，不利于濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)功能性的建設(shè)。隨著墾荒及建設(shè)用地擴張，未利用的破碎度增幅最高，近20年來研究區(qū)未利用地斑塊密度增大約3倍，同時聚合度指數(shù)急劇下降，說明研究區(qū)土地利用率逐年上升。

2.2.2景觀水平類型指數(shù)分析

東營市土地利用景觀水平指數(shù)如表3所示。

表3　東營市土地利用景觀水平指數(shù)

2.2.3類型水平類型指數(shù)動態(tài)分析

從整體(表3)來看，研究區(qū)整體景觀多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)均呈“低—高—低”的高開低走趨勢，而蔓延度指數(shù)則反之，呈現(xiàn)先抑后揚的趨勢。

(1)1992—2000年間，多樣性及均勻度指數(shù)的上升表明整個景觀多樣增加且重心穩(wěn)定。景觀表現(xiàn)為：此階段主要景觀類型(耕地、草地等)優(yōu)勢度減小，稀有景觀類型(如鹽田蝦塘、建筑用地)向外擴張，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為同一時間內(nèi)的蔓延度指數(shù)下降，表明整體景觀趨于破碎化。

這一時間段內(nèi)作為主要景觀的自然景觀類型優(yōu)勢下降，其主要景觀地位被人工景觀替代。人工景觀由該階段的稀有景觀過渡為下階段主要景觀。

(2)2000—2010年間，多樣性及均勻度指數(shù)的下降則表明此階段的主要景觀類型(耕地、建筑用地等)優(yōu)勢度持續(xù)增加，而稀有景觀類型(草地、未利用地等)優(yōu)勢持續(xù)下降。而該時間段內(nèi)蔓延度指數(shù)回升，說明優(yōu)勢景觀形成了較好的連通性，如建筑用地等規(guī)模集中。

(3)研究區(qū)近20年的整體景觀發(fā)展趨勢為人工景觀優(yōu)勢度增加而多種天然景觀優(yōu)勢減少。整個景觀發(fā)展趨勢表現(xiàn)為優(yōu)勢度增加但多樣性和均勻度減小。

3　結(jié)論

人類及自然活動產(chǎn)生的土地利用/覆被變化大大改變了研究區(qū)的下墊面景觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響到整個景觀系統(tǒng)內(nèi)部的能量交換，最終響應(yīng)于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能并對生態(tài)系統(tǒng)演變產(chǎn)生影響。該研究對近20年來該區(qū)土地利用及景觀變化特點總結(jié)如下：

(1)從時間上看東營市土地利用變化以2000—2010年最為顯著，從空間上看，東營市土地利用變化差異較大，總的來說，濱海地區(qū)、東營市區(qū)及廣饒地區(qū)為土地利用動態(tài)變化的主要區(qū)域。

(2)結(jié)合土地利用分類圖發(fā)現(xiàn)，在監(jiān)測期內(nèi)，建筑用地的擴展面積非常大，其來源主要是位于其周邊耕地；但合理的開墾增加了其他區(qū)域的耕地，所以耕地總面積變化不大。此外，灘涂、草地及未利用地轉(zhuǎn)化成鹽田蝦塘的現(xiàn)象較為普遍。耕地的總面積在整個監(jiān)測期內(nèi)變化不大，但存在較大的區(qū)域分布的調(diào)整，主要表現(xiàn)為城鄉(xiāng)周邊耕地的流失和三角洲地區(qū)草地向耕地的轉(zhuǎn)化。

(3)在類型水平的景觀響應(yīng)中，耕地區(qū)域破碎與規(guī)則化；建筑用地日趨活躍及不合理、鹽田蝦塘趨向于集中有序；草地集約化明顯、未利用地日趨破碎；林地覆蓋增加、水域趨于集中、灘涂遭到破壞。

(4)整個東營市在整個監(jiān)測期內(nèi)表現(xiàn)為多種人工景觀類型(如鹽田蝦塘、建筑用地等)的斑塊積極向外發(fā)展，而草地、未利用地等主要天然景觀類型的優(yōu)勢度緊縮的變化趨勢。東營市景觀水平的變化趨勢表現(xiàn)為優(yōu)勢度、穩(wěn)定性增加而多樣性、均勻性遭到破壞。

[1]Tumer II B L，W C Clark，R W Kates，et al． The Earth as Transformed by Human Action: Global and Regional Changes in the Biosphere Over the Past 300 Years [M]． Cambridge University Press，1990．

[2]史培軍，江源，王靜愛，等．土地利用/覆蓋變化與生態(tài)安全響應(yīng)機制[M]．北京：科學(xué)出版社，2004．

[3]胡玉福，鄧良基，張世熔，等.基于RS和GIS的西昌市土地利用及景觀格局變化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27(10)：322-327.

[4]左麗君，徐進(jìn)勇，張增祥，等．渤海海岸帶地區(qū)土地利用時空演變及景觀格局響應(yīng)[J]．遙感學(xué)報，2011，15(3)：604-620.

[5]謝興震.基于RS與GIS的東營市土地利用生態(tài)安全研究[D].山東師范大學(xué)，2013.

[6]陳瑩，尹義星，陳爽．典型流域土地利用覆被變化預(yù)測及景觀生態(tài)效應(yīng)分析——以太湖上游苕溪流域為例[J].長江流域資源與環(huán)境，2009,18(8):765-770

Study on Land Use and Landscape Pattern Changes in Dongying City Based on RS/GIS Software

HUANG Jun1, XIE Xingzhen2, WANG Xia1, DING Qingfu1, BAI Yongqing1, ZHANG Zhi'an3

(1. Shandong Surveying and Mapping Insitute of Land and Resources, Shandong Jinan 250013, China; 2. Liaocheng Water Conservancy Bureau, Shandong Liaocheng 252000, China; 3. Shandong Remote Sensing Monitoring Center, Shandong Jinan 250013, China)

By using remote sensing (RS) technology and geographic information technology (GIS), combining with the theories and methods of landscape ecology, and based on TM remote sensing images in 1992, 2000 and 2010, land use and landscape pattern change in the last 20 years in Dongying city have been analyzed. Through comparasion and analysis, it is found that annual dynamic change of land use from 2000 to 2010 in Dongying city is very obvious. Its change trend of landscape appears as increased stability and diversity, and destroyed diversity and uniformity.

Land use types; landscape pattern; landscape change; Dongying city

2015-04-12；

2015-04-27；編輯：王敏

黃軍(1973—)，男，山東濟南人，高級工程師，主要從事基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)研究工作；E-mail：Huangx8j@163.com

P208

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