于 佳，張 磊

(吉林建筑大學城建學院，長春 130114)

土地利用景觀格局動態(tài)效應分析*
——以長春市為例

于 佳，張 磊

(吉林建筑大學城建學院，長春 130114)

文章基于Rrcgis10.0和 Fragstats3.4軟件，以長春市1984年、2014年土地利用調查數據為主數據，采用景觀空間格局的分析方法，從斑塊類型水平、景觀水平等2個方向分析了該研究區(qū)近30年各土地利用景觀空間格局動態(tài)變化。結果表明：(1)該研究區(qū)以耕地為景觀基地，林地和未利用地面積減少，耕地、建設用地、交通運輸用地和水域面積增加，各土地利用類型間發(fā)生了復雜的雙向變化，林地低于全國平均水平，土地利用結構不合理； (2)不同的景觀指數對于土地利用類型動態(tài)效應的敏感性不同，其中最敏感的指數有斑塊面積百分比和最大斑塊指數，其次是斑塊個數和平均形狀指數，最不敏感的景觀指數為散布與并列指數； (3)整體景觀水平上，該研究區(qū)的景觀多樣性增加，破碎度增加，連通性降低，分布趨向分散，除斑塊密度外，其他景觀指數的動態(tài)效應不敏感。并提出合理規(guī)劃建設用地，限制建設用地的擴展，堅持實施退耕還林、還草政策等建議，以期為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供有力的科學依據。

動態(tài)效應 景觀格局 斑塊類型 景觀水平 長春市

0 引言

空間異質性是景觀空間格局的具體表現，主要是由于自然、社會等各種生態(tài)過程相互作用的結果[1-2]。近年來，隨著經濟社會的發(fā)展，人類不合理利用自然資源、工業(yè)三廢的排放，導致了一系列的生態(tài)問題，因此，景觀空間格局的結構、功能、動態(tài)成為景觀生態(tài)學研究的熱點問題[3-7]。目前，國內外關于景觀生態(tài)學的研究主要集中在定量化分析方法上，重點在于景觀空間格局指數和景觀格局動態(tài)分析模型兩大類，其中景觀空間格局指數是反應景觀空間異質性的定量化指標，是近一步反應景觀功能和動態(tài)的有效指標[8-9]。國內有些學者利用景觀空間格局的研究方法分析了景觀空間格局的動態(tài)變化，揭示了各土地利用類型的演變規(guī)律，如王婷婷，侯淑濤等[10]基于2000～2010年遙感數據，利用景觀空間格局的分析方法，分析了七臺河市景觀格局的動態(tài)變化特征，結合七臺河市的經濟數據，分析了該研究區(qū)的驅動力因素； 李歡，劉霞等[11]基于1987年、2007年等2個時期的遙感數據，運用RegionManger5.5、Arcgis、Fragstats3.3軟件，利用景觀空間格局的分析方法，分析了蒙陰縣1987～2010年近30年的景觀空間格局動態(tài)； 劉吉平，趙丹丹等[12]基于Arcgis和Fragstats3.3軟件，運用景觀空間格局的分析方法，分析了1954～2010年期間近60年三江平原土地利用景觀格局動態(tài)變化和驅動力因素。目前，學者關注的熱點地區(qū)主要為城市邊緣地帶或生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)或發(fā)達城市等生態(tài)環(huán)境變化劇烈的地區(qū)[13-14]，關于景觀指數分析空間格局動態(tài)效應的研究尚不常見，關于東北地區(qū)的研究更不多見。鑒于此，文章選擇以長春市為例，以1984年、2014年的土地利用調查數據為主數據，基于arcgis10.0軟件將其合并，將合并后的數據轉化為30m×30m的柵格數據，從斑塊類型、景觀等2個水平上分析1984～2014年長春市景觀空間格局動態(tài)效應，對以后關于東北地區(qū)土地利用景觀格局動態(tài)效應的研究提供參考，為土地規(guī)劃和管理提供依據。

1 研究區(qū)與數據

1.1 研究區(qū)概況

長春市是吉林省的省會城市，地處北緯43°05′～45°15′，東經124°18′～127°05′； 行政區(qū)總面積為2.056 5萬km2，截止2014年，總人口為767萬人； 主要地貌類型為地臺和平原，地勢東高西低； 屬于北溫帶大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同期； 水資源豐富，土壤類型多樣，礦產資源多樣，主要為能源礦、金屬礦和非金屬礦； 動植物資源豐富，森林面積匱乏，低于全國平均水平。行政區(qū)劃為七區(qū)、兩市、一縣，是東北地區(qū)核心城市之一，屬于東亞經濟圈的中心城市； 號稱是中國汽車行業(yè)、電影行業(yè)、生物技術行業(yè)等的發(fā)源地，被稱為中國十大科研城市之一； 風景秀美，被評為中國首批優(yōu)秀旅游城市和中國四大園林城市之一，歷史人文資源豐富。

1.2 數據來源與研究方法

1.2.1 數據來源

該文基本數據來源于長春市1984、2014年的土地利用調查數據,2007年國土資源部頒布的《第二次全國土地調查技術規(guī)程》。

1.2.2 研究方法

首先，基于arcgis10.0軟件，將1984年、2014年土地利用調查數據，按照國土資源部頒布的《第二次全國土地調查技術規(guī)程》進行數據融合為6種地類，分別為耕地、林地、水域、居民點及工礦用地、交通運輸用地和未利用土地； 其次，將融合后的矢量數據按照中心屬性值法轉化為30×30m的柵格數據，利用Fragstats3.4軟件對景觀指數進行計算，將計算結果輸出到Excel中進行統計計算，并計算各景觀指數的變異系數，分析長春市近30年的景觀空間格局指數的動態(tài)效應。

1.2.3 景觀指數的選取

景觀空間格局表現了景觀的空間異質性，景觀指數又是景觀空間格局的核心研究方法，主要分為斑塊、類型和景觀等3種水平，其中斑塊水平是研究其他2種水平的基底[14-15]。綜合前人研究經驗，結合長春市的區(qū)域特點，該文主要從斑塊水平和類型水平等2個方面進行景觀空間格局指數粒度效應研究。類型水平上選取的景觀指數主要包括斑塊個數、斑塊面積百分比、最大斑塊指數、平均形狀指數、散布與并列指數； 整體景觀水平上選擇的指數主要包括斑塊密度、香農多樣性指數、香農均勻度指數、邊界密度、分離度指數、蔓延度指數。主要從面積、形狀、連通性和多樣性等方面分析進行長春市景觀空間格局粒度效應，各景觀指數的計算方法詳見Fragstats3.4應用指南。

2 結果分析

2.1 長春市土地利用現狀分析

基于arcgis10.0軟件將1984年、2014年的土地利用調查數據按照《第二次全國土地調查技術規(guī)程》分類原則，將其分為6類，分別為耕地、林地、水域、居民點及工礦用地、交通運輸用地和未利用土地。截止2014年，長春市土地利用總面積為205.650 0萬hm2，其中耕地面積最大，約占總面積的65%，建設用地為35.404 0萬hm2，約占長春市總面積的17%，林地面積約占14%，低于全國平均林地水平(16.9%)。

2.2 斑塊類型水平上景觀指數動態(tài)效應分析

2.2.1 單一土地利用類型上的景觀指數動態(tài)效應分析

通過Fragstats3.4軟件進行斑塊類型上的景觀指數計算，測度結果如表1所示，發(fā)現具有以下的變化特征：(1)斑塊個數。在研究期間(1984～2014年)，斑塊個數從大到小的變化順序依次為建設用地、水域、未利用地、交通運輸用地、耕地、林地，除未利用地的斑塊個數微量減少外，其他土地利用類型的斑塊個數呈增大的變化趨勢，其中變化比較大的為水域和建設用地，分別由30.8、47.9增加到59.5、63.2，說明1984～2014年期間，該研究區(qū)的各土地利用類型的破碎度增加。(2)斑塊面積百分比。研究期間，各土地利用類型的斑塊面積百分比從大到小的排列順序依次為耕地、建設用地、水域、交通運輸用地、林地、未利用地，除林地和未利用地外，其他土地利用類型呈增大的趨勢，其中變化最大的為林地和建設用地，分別由7.3%、8.5%變化為4.7%、11.6%，耕地的斑塊面積最大，超過60%，耕地為該研究區(qū)的基底景觀，說明隨著時間的變化，各土地利用的景觀面積發(fā)生較大的變化。(3)最大斑塊指數。研究期間，各土地利用類型的最大斑塊指數從小到大的順序依次為水域、耕地、未利用地、交通運輸用地、建設用地、林地，除林地和未利用地最大斑塊面積減少外。其他土地利用覆蓋類型的景觀指數值都增大，研究期間各個景觀指數變化不大，其中變化比較明顯的為耕地和交通運輸用地。說明隨著時間的變化耕地和交通運輸用地的優(yōu)勢度增加，主要是受人為因素的影響。(4)平均形狀指數。研究期間，各土地利用覆蓋類型的景觀指數值從大到小的的變化順序依次為水域、耕地、林地、交通運輸用地、未利用地和建設用地，隨著時間的變化，各景觀指數沒有發(fā)生顯著的變化，其中水域的平均形狀指數值最大(超過18)，斑塊形狀最不規(guī)則。說明，研究期間，各土地利用類型的斑塊形狀未發(fā)生顯著的變化，水域受人為的因素影響最小，斑塊形狀最不規(guī)則。(5)散布與并列指數。不同土地利用類型的景觀指數值從大到小的排列順序依次為耕地、未利用地、建設用地、林地、水域、交通運輸用地，除了林地和水域的指數值呈減少的變化趨勢外，其他土地利用類型的景觀指數值呈增大的變化，說明耕地、未利用地、建設用地和交通用地的鄰接地類多樣性增加。

2.2.2 不同土地利用類型景觀指數的動態(tài)效應分析

從單一土地利用類型而言,1984～2014年不同景觀指數的動態(tài)效應具有以下變化規(guī)律，如表1所示。(1)耕地。研究期間，斑塊個數從21.4上升至23.1，斑塊面積百分比從65.5%下降至64.5%，最大斑塊指數數從7.3%上升至11.7%，說明該研究區(qū)內耕地面積微量增加，破碎化加劇； 平均形狀指數由4.5%下降至3.9%，散布與并列指數由83.5%上升至84.7%，說明耕地斑塊形狀趨于規(guī)則，與其他土地利用類型鄰接的多樣性增加； 在空間上變現為由南向北、由中間向外圍擴張。主要是耕地和其他土地利用之間發(fā)生了復雜的轉化，尤其是建設用地對耕地的占用，導致了耕地斑塊的破碎度加劇，但是總體上耕地的轉入大于轉出。(2)林地。1984～2014年，除斑塊個數外，其他的景觀指數呈現減少的變化趨勢，說明該研究區(qū)內，林地景觀的斑塊面積減少，破碎度增加，形狀變得規(guī)則，優(yōu)勢度降低，與其他土地利用類型之間的鄰接度降低，在空間上主要表現為與耕地互為進退的方式。主要是由于受人類的影響比較大，大量的林地轉化為耕地和其他用地。(3)建設用地。1984～2014年，各景觀指數值都成增大的變化，分別從47.9、8.5%、3.6%、2.6%、71.2%增加至63.2、11.6%、3.9%、2.8%、76.4%，說明該研究區(qū)內建設用地面積增加，破碎度增大，形狀趨于不規(guī)則化，優(yōu)勢度增加，與其他景觀的鄰接多樣性增加。建筑用地擴張主要是以近域推進和城市擴張所引起的，在空間上主要表現為“攤大餅”式外延擴展。(4)交通運輸用地。1984～2014年，各景觀指數值呈增加的變化趨勢，斑塊個數由23.6增加至28.7，斑塊面積百分比由7.5%增加至10.1%，最大斑塊指數由3.6%增加至3.9%，說明交通運輸用地的斑塊面積增加，破碎度增加，優(yōu)勢度增加； 平均形狀指數由3.1增加至4.3，散布與并列指數由48.4增加至52.5，說明該研究區(qū)的交通運輸用地形狀趨于規(guī)則，與其他土地利用景觀鄰接的多樣性降低，主要是由于經濟的發(fā)展，耕地和林地轉化為交通運輸用地，主要表現為機場和公路面積的增加，在空間擴張上具有和建設用地一致的規(guī)律。(5)水域。研究期間，各景觀指數具有以下的變化規(guī)律，斑塊個數由30.8增加到59.5，斑塊面積百分比由7.8%增加到9.8%，最大斑塊指數由18.6%上升到19.4%，平均形狀指數由5.8下降到5.1，散布與并列指數52.1%下降到42.5%，說明水域景觀面積增加，破碎度增加，優(yōu)勢度增加，形狀變得規(guī)則，與其他景觀鄰接的多樣性降低，主要是由于水田和灘涂轉化為湖泊水庫，導致了水域面積的增加。(6)未利用地。1984～2014年，除散布與并列指數呈增大的變化趨勢外(74.9%上升至78.9%)，其他的景觀指數呈減少的趨勢，斑塊個數、斑塊面積百分比、最大斑塊指數、平均形狀指數分別由26.3、3.4%、4.8%、2.7下降至25.1、1.3%、3.2%、2.4，說明該研究區(qū)的未利用地的景觀面積減少，破碎度降低，優(yōu)勢度降低，形狀變得規(guī)則，與其他景觀的鄰接多樣性降低。

表1 1984年、2014年不同土地利用覆蓋各景觀指數值的變化規(guī)律

用地類型斑塊個數斑塊面積百分比%最大斑塊指數%平均形狀指數散布與并列指數%1984201419842014198420141984201419842014耕地21.423.165.567.57.311.74.53.983.584.7林地17.329.67.34.72.11.93.93.257.441.4建設用地47.963.28.511.63.63.92.62.871.276.4交通運輸用地23.628.77.510.14.76.33.14.348.452.5水域30.859.57.89.818.619.45.85.152.142.5未利用地26.325.13.41.34.83.22.72.474.978.9

為了定量的描述不同土地利用覆蓋景觀指數的動態(tài)效應的敏感性，計算了各景觀指數的變異系數，如表2。

表2 不同土地利用景觀指數的變異系數

景觀指數值斑塊個數斑塊面積百分比最大斑塊指數平均形狀指數散布與并列指數變異系數0.431.430.870.310.155

由表2可知，不同的景觀指數對于土地利用類型動態(tài)效應的敏感性不同，其中最敏感的指數有斑塊面積百分比和最大斑塊指數，其變異系數分別為1.43、0.87，其次是斑塊個數和平均形狀指數，其變異系數大于30%，最不敏感的景觀指數為散布與并列指數。

2.3 整體水平上景觀指數的動態(tài)效應分析

通過分析1984～2014年整體水平上的景觀指數值的大小，發(fā)現具有以下的變化特征，如表3。

表3 整體水平上景觀指數的變化規(guī)律

景觀指數值斑塊密度香農多樣性指數邊界密度香農均勻度指數分離度指數蔓延度指數1984年0.09353.254117.47560.813518.645761.52382014年0.19823.654924.37610.954722.459854.3127

斑塊密度是反應景觀破碎度和空間異質性的有效指標，其值越大，表示景觀越破碎； 邊界密度用來表征景觀斑塊被邊界分割的程度，其指數值越大，表明景觀斑塊被邊界分割度越大，景觀斑塊破碎度越大； 香農多樣性指數表示了景觀的豐富度和空間異質性，其指數值越大，表示景觀多樣性增加； 香農均勻度指數表征了景觀類型的均勻度，其指數值等于0時，表示研究區(qū)內只有一種斑塊類型組成，其指數值等于1時，表示研究區(qū)內各景觀類型均勻分布，同時可以用以表示景觀的優(yōu)勢度； 分離度指數用來表征景觀斑塊個體之間的離散程度，其指數值越大，表明斑塊之間的距離越大，分布越分散； 蔓延度指數是用來表征斑塊之間連通性的常用指標，其值越大，表明斑塊之間具有較好的連通性，反之景觀比較破碎。

由表3可以看出,1984～2014年，香農多樣性指數和香農均勻度指數均呈微量增大的變化趨勢，分別由3.254 1、0.813 5增加至3.654 9、0.954 7，表明隨著時間的變化，該研究區(qū)景觀的豐富度和除均勻度都有了微量的增加，變化不顯著； 斑塊密度發(fā)生了顯著的變化，由0.093 5增加至0.198 2，說明隨著時間的變化，該研究區(qū)的景觀破碎度增加，主要是由于各土地利用類型間發(fā)生了復雜的轉化； 邊界密度也發(fā)生顯著的變化，由17.475 6增加至24.376 1，說明景觀斑塊被邊界分割的程度增加，景觀的破碎度增大； 延度指數呈減少的趨勢，由61.523 8下降至54.312 7，說明在1984～2014年，該研究區(qū)內的景觀斑塊之間的連通性降低，分布趨向分散。

為了定量的表述整體水平上各景觀指數的動態(tài)效應的敏感性，統計了各景觀指數隨時間變化的變異系數，如表4。

表4 整體水平上不同景觀指數的變異系數值

景觀指數值斑塊密度香農多樣性指數邊界密度香農均勻度指數分離度指數蔓延度指數變異系數0.510.060.230.110.130.09

在整體水平上，不同景觀指數隨著時間的變化具有不同的動態(tài)效應敏感性，其中最敏感的景觀指數有斑塊密度，其變異系數值為51%； 較敏感的景觀指數為邊界密度，其變異系數值大于20%； 其他景觀指數的變異系數值小于20%。

3 結論

通過分析1984～2014年間各景觀指數值的動態(tài)效應，可以得出以下幾點結論。

(1)各土地利用類型間發(fā)生復雜的轉變，建筑面積持續(xù)增加，其中農村居民點的比重超過60%，林地面積低于全國平均水平(16.9%)，土地類型結構不合理。

(2)單一土地利用類型水平上，耕地面積微量增加，與其他土地利用類型發(fā)生了復雜的雙向轉變，主要表現為向建設用地的轉入，但總體上轉入大于轉出； 林地景觀面積減少，破碎度增加； 建設用地面積增加，優(yōu)勢度增加，主要是由于人口增加、當地政策和相對便宜的地價所引起的建設用地的擴張； 交通運輸用地的斑塊面積增加，主要是由于耕地和林地轉化為交通運輸用地，主要表現為機場和公路面積的增加；，水域面積增加，主要是由于水田和灘涂轉化為湖泊水庫，導致了水域面積的增加； 未利用地的景觀面積減少。

(3)不同的景觀指數對于土地利用類型動態(tài)效應的敏感性不同，其中最敏感的指數有斑塊面積百分比和最大斑塊指數，其次是斑塊個數和平均形狀指數，最不敏感的景觀指數為散布與并列指數。

(4)整體景觀水平上，該研究區(qū)的景觀豐富度和均勻度增加，破碎度增加，連通性降低，分布趨向分散，除斑塊密度外，其他景觀指數的動態(tài)效應不敏感。

(5)根據景觀格局指數分析土地利用動態(tài)效應的結果，提出相應政策建議：合理規(guī)劃建設用地、限制建設用地的擴展、堅持實施退耕還林與還草政策等，以期為實現區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供合理依據。

[1] 王繼夏.南水北調中線工程水源地板凳河流域景觀格局特征變化研究.西安：陜西師范大學,2007

[2] 傅伯杰,陳利頂，馬克明，等.景觀生態(tài)學原理及應用.北京：科學出版社,2001

[3] 彭建,王仰麟，張源，等.滇西北生態(tài)脆弱區(qū)土地利用變化及其生態(tài)效應.地理學報,2004, 59(4): 629～638

[4] Wood R，Handley J．Landscape dynamics and the management of change．Landscape Research,2001, 26(1): 45～54

[5] Xiao D N，Li X Z．Development and prospect of contemperary landscape ecology．Scientia Geographica Sinica,1997, 17(4): 356～364

[6] 林孟龍，曹宇,王鑫.基于景觀指數的景觀格局分析方法的局限性：以臺灣宜蘭利澤簡濕地為例.應用生態(tài)學報,2008,19(1)： 139～143

[7] Turner MG.Landscape ecology：What is the state of the science?Annual Review of Ecology，Evolution，and Sys-tematics,2005,36： 319～344

[8] 鄔建國． 景觀生態(tài)學-格局、過程、尺度與等級(第二版)．北京：高等教育出版社,2007,106～124

[9] Forman R T T，Godron M.Landscape Ecology.New York：Wiley,1986

[10]王婷婷,侯淑濤，唐軍利，等.七臺河市土地利用景觀格局動態(tài)變化分析.水土保持學報,2012, 19(3): 90～94

[11]李歡,劉霞，姚孝友，等.蒙陰縣土地利用景觀格局動態(tài)分析.水土保持研究,2011, 18(5): 43～47

[12]劉吉平,趙丹丹，田學智，等.1954—2010年三江平原土地利用景觀格局動態(tài)變化及驅動力分析.生態(tài)學報,2014, 34(12): 3234～3243

[13]唐秀美,陳百明，路慶斌，等.城市邊緣區(qū)土地利用景觀格局變化分析.中國人口.資源與環(huán)境,2010, 20(8): 159～163

[14]董建軍,張慶，牛建明.呼和浩特市土地利用變化及其景觀格局和生態(tài)環(huán)境效應分析.內蒙古大學學報,2008, 39(4): 417～424

[15]仇恒佳,卞新民.環(huán)太湖景觀生態(tài)格局變化研究——以蘇州市吳中區(qū)為例.長江流域資源與環(huán)境,2006, 15(01): 81～85

[16]劉紀遠,劉明亮，莊大方，等.中國近期土地利用變化的空間格局分析.中國科學(D 輯：地球科學),2002,32(12)： 1031～1040，1058

ANALYSIS OF DYNAMIC EFFECTS OF LAND-UTILIZATIONL ANDSCAPE PATTERNS*——A CASE STUDY IN CHANGCHUN CITY

Yu Jia，Zhang Lei

(The City College of Jilin Jianzhu University，Changchun 130114，China)

Based on the software Rrcgis10.0 and Fragstats3.4, the data of land use survey in Changchun city from 1984 and 2014 were collected, the method of landscape spatial pattern analysis were adopted to analyze the spatial patterns and dynamic changeof land use landscape for nearly 30 years from two directions such as patch type level and landscape level. The results showed that: (1) taking arable land as the base of the landscape, woodland and unused land area reduced, the cultivated land, construction land, transportation land and water land increased.The land use types had a complex two-way change.The woodland was below the national average. (2) the sensitivity of different landscape indices for land use type dynamic effect was different, the most sensitive index was the percentage of plaque area and the largest patch index, followed by the number of patches and the average shape index, the most insensitive landscape index was the interspersion and juxtaposition index. (3) the overall level of landscape in the study area was that the landscape diversity increased, fragmentation increased, connectivity decreased, and the distribution scattered. The landscape indices,except the patch density index, were not sensitive to the dynamic effect.

dynamic effect; landscape pattern; patch type; landscape level; Changchun city

10.7621/cjarrp.1005-9121.20161215

2015-10-11

于佳(1982—)，女，遼寧鞍山人，講師。研究方向：風景園林。Email： 295437174@qq.com

*資助項目：吉林省教育廳“十二五”社會科學研究項目“城市快速路景觀空間體系的構建研究——以長春市寬平大路為例”(吉教科文合字[2014]第B082號)； 吉林省教育廳“十三五”社會科學研究項目“無障礙導視系統在交通樞紐體系中的應用研究”(吉教科文合字[2016]第551號)

F301.2; S127

A

1005-9121[2016]12-0098-06