唐若瑩　謝鈺成　陳　沐　鄒麗琴　袁敏儀

基于Fragstats的湛江市麻章區(qū)景觀格局指數(shù)動態(tài)研究

唐若瑩謝鈺成陳沐鄒麗琴袁敏儀

（廣東海洋大學(xué)濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院廣東湛江524000）

景觀格局指數(shù)是指景觀格局與景觀指數(shù)。景觀格局通常是指景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，具體是指由自然或人為形成的，一系列大小、形狀各異，排列不同的景觀鑲嵌體在景觀空間的排列，它既是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)，又是包括干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果。文章運用GIS與Fragstats軟件對廣東省湛江市麻章區(qū)景觀格局指數(shù)動態(tài)進(jìn)行研究，得出的實驗數(shù)據(jù)直觀反映了場地所存在的生態(tài)問題，同時為后續(xù)麻章區(qū)生態(tài)建設(shè)提供可量化的科學(xué)依據(jù)。

景觀格局指數(shù)；動態(tài)研究；GIS；Fragstats；麻章區(qū)

1 介紹

景觀格局指數(shù)動態(tài)研究能幫助理解城市肌理變化與城市生態(tài)變動之間的關(guān)系[1]。不同的土地利用類型在空間上的分布與變化是景觀格局變動的直接驅(qū)動因子[2]。通過對城市景觀格局指數(shù)的分析來把控城市土地利用變化，對于城市生態(tài)安全的提升具有重要意義[3]。

麻章區(qū)位于中國南端沿海城市湛江市內(nèi)，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，區(qū)總面積805.73 km2，陸地面積478 km2,常住人口26.54萬[4]。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

該研究的主要數(shù)據(jù)來源為湛江市2000年與2010年的30 m精度柵格用地類型數(shù)據(jù)。利用GIS軟件進(jìn)行預(yù)處理后，利用最大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類，得到麻章區(qū)6類土地利用類型圖。六大類用地類型分別為耕地、森林、草地、水體、濕地和人造地表，見圖1。表1可以看出，6種用地類型中，耕地、濕地、水體人造地表的面積在研究時段內(nèi)呈增加趨勢，森林、草地面積在研究時段內(nèi)呈減少趨勢。

圖1　2000年與2010年土地利用類型圖

表1　2000年與2010年各土地利用面積

2.2 研究方法

該研究利用Fragstats軟件對2000年與2010年湛江市麻章區(qū)景觀格局指數(shù)進(jìn)行計算，從景觀生態(tài)學(xué)的角度對研究時段內(nèi)的城市發(fā)展變化進(jìn)行剖析。景觀格局指數(shù)包括3種，分別為斑塊尺度（patch）、景觀類型尺度（class）、景觀尺度（landscape），其定量說明景觀特征和變化趨勢[5]。在整個區(qū)域景觀格局分析中，由于單個斑塊景觀指數(shù)的計算分析貢獻(xiàn)比較小，因此，實證研究中對景觀格局指數(shù)的探討多采用斑塊類型和景觀水平這兩個尺度[5]。通過對麻章區(qū)的考察和相關(guān)數(shù)據(jù)的結(jié)合，該研究決定從斑塊類型水平上進(jìn)行景觀格局指數(shù)分析。在類型水平上，選取了斑塊面積（CA）、斑塊數(shù)量（NP）、最大斑塊面積指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、景觀聚集度指數(shù)（AI）、景觀導(dǎo)度指數(shù)（CONHSION）6個景觀格局指數(shù)進(jìn)行計算與分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 景觀構(gòu)成及其動態(tài)分析

觀察2000—2010年湛江市麻章區(qū)景觀轉(zhuǎn)移面積占比（見表2），以景觀面積轉(zhuǎn)化率20 ％為分水線，2000—2010年之間，湛江市麻章區(qū)的草地、濕地、水體等景觀之間發(fā)生劇烈轉(zhuǎn)移。

由表2可知各景觀之間轉(zhuǎn)移概況:耕地的轉(zhuǎn)移概率最小，其他景觀轉(zhuǎn)移成耕地的總面積比耕地的轉(zhuǎn)移面積要大得多，說明城市在持續(xù)發(fā)展，耕地面積不斷擴(kuò)大；森林主要轉(zhuǎn)移為水體和耕地，但轉(zhuǎn)移率較小，森林保存得較為完好；草地主要轉(zhuǎn)化為耕地與森林，其中草地轉(zhuǎn)移為耕地的面積最多，為75.15 hm2，轉(zhuǎn)移概率達(dá)19.51 %，表明村民開荒種田等原因，導(dǎo)致草皮退化；濕地有多達(dá)40.42 ％區(qū)域轉(zhuǎn)移為水體，可能原因是該地區(qū)濕地退化或海水入侵；水體主要轉(zhuǎn)移為耕地與濕地，其中轉(zhuǎn)移為耕地的面積1 439.19 hm2，轉(zhuǎn)移率達(dá)14.32 ％，表明該區(qū)域進(jìn)行了大量填海造地活動，同時也有部分區(qū)域在涵養(yǎng)濕地；人造地表的轉(zhuǎn)移率不高，主要轉(zhuǎn)移為森林和耕地，說明該區(qū)域有意識地進(jìn)行植樹造林活動，但人造地表轉(zhuǎn)移為森林的面積仍小于森林轉(zhuǎn)移為人造地表的面積，水土保持工作還有待推進(jìn)。

表2（a） 2000年與2010 年湛江市麻章區(qū)景觀面積轉(zhuǎn)移矩陣/hm2

表2（b） 2000年與2010 年湛江市麻章區(qū)景觀轉(zhuǎn)移概率矩陣百分比/%

年份景觀類型2010年耕地森林草地濕地水體人造地表 2000年耕地94.941.960.020.092.390.60 森林5.1485.750.141.316.271.39 草地19.5111.2157.397.053.791.05 濕地5.108.520.0345.8840.420.05 水體14.321.310.2012.0572.080.04 人造地表6.046.940.020.200.0286.60

3.2 斑塊類型層級景觀格局指數(shù)分析

斑塊類型層級的景觀格局指數(shù)直接反映了不同土地利用類型的景觀生態(tài)狀況[6]，通過分析2000年與2010年各土地利用類型景觀格局指數(shù)的變化，研究該時段內(nèi)麻章區(qū)不同土地利用類型的生態(tài)狀況及其變化驅(qū)動因素，相關(guān)數(shù)據(jù)詳見表3。

表3（a） 2000年與2010年麻章區(qū)各景觀類型斑塊類型層級景觀格局指數(shù)

表3（b） 景觀格局相關(guān)指數(shù)變化/%

土地利用類型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 濕地6.6167-3063-2.4-0.6 水體5.6100-4550-2.4-0.4 人造地表3.85162.200.3

3.2.1 基礎(chǔ)指標(biāo)分析

（1）斑塊面積/CA：2000年時，各斑塊類型面積分布較為均勻，耕地用地面積最多為41 052.15 hm2，森林用地面積次之為20 482.47 hm2。2010年時，各用地類型的面積發(fā)生變化，其中草地面積變化最明顯，面積減少了22.10 %；而森林則減少了4.80 %。除了森林和草地這兩類的面積在不斷減少，其他類型土地面積都相應(yīng)增加。在這10年間，耕地、濕地、水體和人造地表的面積變化不是很明顯，分別增加了2.60 %、6.60 %、5.60 %和3.80 %。

（2）斑塊數(shù)量/NP：斑塊數(shù)量是直接反映城市景觀類型破碎化程度的景觀格局指數(shù)。2000—2010 年間，耕地、森林和草地的破碎化程度減小，斑塊數(shù)量變化的比率大概是13.00 %、27.00 %和11.00 %；而濕地和水體的破碎化程度明顯增大，斑塊數(shù)量增加了167.00 %和100.00 %。除此之外，人造地表的斑塊數(shù)量較為穩(wěn)定，十年間只增加了5.00 %。

3.2.2 形狀指標(biāo)分析

（1）最大斑塊面積指數(shù)/LPI：LPI值大小為斑塊類型中最大面積的斑塊占整體景觀積的比例。該景觀格局指數(shù)直接體現(xiàn)了景觀的優(yōu)勢類型，直接體現(xiàn)了人類活動對于土地利用和景觀生態(tài)變化的干擾強度[7]。2000—2010年間，森林、草地、濕地和水體的最大斑塊面積指數(shù)都在減少。其中，草地、濕地和水體的指數(shù)變化明顯，草地的LPI從0.10減小至0.04，減少60.00 %；濕地的LPI從1.33減小至0.93，減少了30.00 %；水體的LPI從2.02 減小至1.11，減少了45.00 %。說明這10年間，麻章區(qū)的生態(tài)環(huán)境遭受到較高程度的干擾。

（2）景觀形狀指數(shù)/LSI：研究時段內(nèi)，各用地類型斑塊呈現(xiàn)了極其明顯的不規(guī)則化趨勢，其中濕地和水體斑塊的LSI指數(shù)增加最多，增長率分別為63.00 %和50.00 %。LSI指數(shù)增加代表了景觀斑塊的不規(guī)則化現(xiàn)象增加，說明人類活動對于城市生態(tài)系統(tǒng)的干涉幅度增加。

3.2.3 聚散性指標(biāo)

（1）景觀聚集度指數(shù)/AI：2000年，各景觀類型的AI值除草地外，均在90以上，相對較高，表示該時期各景觀類型中同類型的斑塊相互聚合，結(jié)構(gòu)緊湊。2010年時，耕地、草地、濕地、水體的AI值均發(fā)生了一定程度的下降，其中草地的AI值下降幅度最大，為8.60 %左右。值得關(guān)注的是，2000年該地區(qū)草地類型的AI值已經(jīng)較低，且10年后還有一定程度的下降，說明麻章區(qū)的草地斑塊聚合度一直較低，生態(tài)狀況較不穩(wěn)定。2010年數(shù)據(jù)顯示除草地外，其他類型的斑塊相對聚合、離散程度小、結(jié)構(gòu)緊湊。

（2）景觀導(dǎo)度指數(shù)/COHESION：2000年，各景觀類型的COHESION值均處于較高水平，表示景觀區(qū)域中的各景觀斑塊分布聚集，連通度高。2010年，除草地的COHESION值減小了4.60 %，其他類型的用地COHESION值波動極小，耕地、森林的COHESION值幾乎保持不變，濕地、水體的COHESION值分別降低了0.60 %和0.40 %，人造地表的COHESION值增加了0.30 %。這些數(shù)據(jù)說明麻章區(qū)的景觀類型斑塊比例變化不大，保持較高的連通度，能為物種遷移和能量流動提供保障[1]。

4 小結(jié)

4.1 斑塊類型層級景觀格局指數(shù)變化及分析

斑塊類型層級上，2000—2010年間，各用地類型面積均發(fā)生了變化，其中耕地和人造地表為變動最小的用地類型，森林、濕地和水體用地變動較為明顯，以草地發(fā)生變動最大；用地類型斑塊數(shù)量增加的是濕地、水體和人造地表，斑塊數(shù)量減少是的耕地、森林和草地，各個用地類型發(fā)生了不同程度的景觀破碎化現(xiàn)象；各景觀類型的最大面積指數(shù)變化較為明顯，森林、草地、濕地和水體的最大斑塊面積指數(shù)都在減少；水體和濕地用地類型呈現(xiàn)及其明顯的形狀不規(guī)則化現(xiàn)象；草地的AI值有較大幅度的下降，說明草地斑塊聚合度低；各景觀類型的COHESION值均處于較高水平，表示研究區(qū)域中的景觀斑塊連通度高，連接性好。

4.2 策略與建議

通過對湛江市麻章區(qū)景觀格局指數(shù)動態(tài)進(jìn)行分析及研究，了解其生態(tài)環(huán)境發(fā)展趨勢，對麻章區(qū)生態(tài)建設(shè)提供以下策略建議：（1）從區(qū)域整體角度統(tǒng)籌城市規(guī)劃；（2）繼續(xù)發(fā)揮連通度高斑塊的優(yōu)勢，構(gòu)建城市生態(tài)斑塊-廊道網(wǎng)絡(luò)，增加景觀空間連接度；（3）保持總量足夠的森林與濕地空間，并在城市建設(shè)中降低對生態(tài)斑塊形狀的干擾；（4）在城市生態(tài)斑塊安全水平足夠高的前提下，部分破碎化有利于將綠色基礎(chǔ)設(shè)施與灰色基礎(chǔ)設(shè)施更好地結(jié)合。

[1]袁軼男,金云峰,聶曉嘉,等.基于Fragstats4的上海市城市景觀格局指數(shù)動態(tài)研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2020(6):1-6.

[2]郭曉妮,劉曉農(nóng),宋亞斌,等.基于Fragstats的海南省東方市景觀格局動態(tài)研究[J].中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃,2016,35(1):30-33,52.

[3]閆俊霞,張建峰,韓陽.基于Fragstats的邯鄲市城區(qū)綠地景觀格局研究[J].中國城市林業(yè),2018,16(1):21-24.

[4]湛江市麻章區(qū)政府辦公室.湛江市麻章區(qū)概況[R].湛江:麻章區(qū)人民政府,2020.

[5]其格樂很,何秉宇,黃玲.基于GIS和Fragstats的城市綠地景觀格局動態(tài)變化研究——以新疆烏魯木齊市為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2019,47(15):72-77,88.

[6]于婧,陳艷紅,彭婕,等.基于GIS和Fragstats的土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價——以湖北省仙桃市為例[J].生態(tài)學(xué)報,2020,40(9):2932-2943.

[7]周亞東,周兆德.基于GIS與Fragstats的海南島森林景觀格局研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2015,35(5):78-83.

廣東海洋大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(NO:S201910566059)；2019 年度廣東海洋大學(xué)“創(chuàng)新強校工程”教學(xué)類項目(NO:570219083)

唐若瑩(1991- )，女，碩士，研究方向：風(fēng)景園林與生態(tài)修復(fù)。

P901

A

2095-1205(2020)04-31-03

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.04.16