城市邊緣區(qū)土地利用景觀格局變化分析

近年來土地利用驅動機制研究成為研究的熱點,煤礦區(qū)是土地利用景觀格局變化顯著區(qū)域,該文主要研究土地利用景觀格局動態(tài)變化及其調控原理。以2000—2010年遙感影像為基礎,采用erdas軟件對土地利用景觀格局進行分類,研究景觀格局的動態(tài)變化、轉移矩陣及特征,結合七臺河市煤礦區(qū)社會經濟情況,確定影響景觀格局因子的驅動力因素。結果表明:林草地、未利用地減少,耕地、礦業(yè)用地增加,動態(tài)變化度較大成為該時期土地利用景觀格局動態(tài)變化的主要特征。第一產業(yè)總產值、人口數量是決定耕地的主要因子,林草地、礦業(yè)用地與第一、二產業(yè)產值及最終消費等經濟驅動因素密切相關,同時市政府的環(huán)境保護及土地復墾、整治和恢復措施使礦業(yè)用地增長速度減慢。

本文選擇崇明東部為研究區(qū)域,利用gis和rs技術對1988、1997年和2005年衛(wèi)片和航片進行了提取、分類和分析,并計算了景觀格局指數,分析了近20年來土地利用及景觀格局變化。結果表明:耕地基本沒有變化,河流水體、農村居民點等不斷增加,潮灘大大減少,城鎮(zhèn)發(fā)展緩慢,隨著人類活動程度的加劇,景觀多樣性稍有下降,均勻度上升。

為揭示湖北省黃石市土地利用景觀格局的發(fā)展變化,合理利用土地,選取2004、2011、2016年3期的landsat遙感影像,采用景觀生態(tài)學原理和gis技術,對各類用地進行土地利用變化分析。選取斑塊數量、斑塊密度、聚集指數、最大斑塊指數、景觀形狀指數、蔓延度指數、香農多樣性指數、香農均勻度指數8個指數進行分析,研究黃石市近15年的景觀格局的發(fā)展規(guī)律。結果表明:農田、建設用地面積增加,林地、水域面積基本保持不變,裸地數量大量減少,景觀連接性減弱,破碎度增加,景觀格局復雜性增加,景觀格局受人類活動影響加劇。

草原文化遺址是草原民族文化的靈魂之一,加強對草原文化遺址的保護具有重要的意義。本研究利用地理信息系統(tǒng)(geographicinformationsystem,gis)與遙感(remotesensing,rs)技術以及景觀分析軟件,選取了單一土地利用動態(tài)度、綜合土地利用動態(tài)度、土地利用轉移矩陣及景觀格局指數等指標對元上都遺址區(qū)域近30年土地利用和景觀格局的變化進行分析。結果表明,1)草地是元上都遺址最主要的土地利用類型,在研究時間段內面積波動變化；2)近30年,元上都遺址草地、林地、農田之間相互轉化頻繁,伴隨著景觀指標的不斷變化；3)2000–2005年綜合土地利用動態(tài)度最高,林地單一土地利用動態(tài)度變化速率最高；4)景觀整體比較脆弱,越來越多樣化、破碎化,但已逐漸趨于穩(wěn)定；生態(tài)建設工程的大力開展以及農牧民生產方式的不斷變化是引起變化的主要原因。維持草原類型的面積和草原景觀的穩(wěn)定性,對元上都遺址的保護具有重要的作用。

以1975年和2005年的土地利用圖為基礎圖件,以各個縣市為研究單位,提取各個縣市的土地利用數據,分析三峽庫區(qū)近30年來土地利用動態(tài)度的變化、土地利用程度的變化;然后接合景觀生態(tài)學的理論,引入了斑塊平均面積、景觀的多樣性與景觀破碎度,尋找分異特征。研究表明,三峽庫區(qū)近30年各類建設用地的變化速度>河流水域的變化速度>林地、草地的變化速度>耕地的變化速度;各縣市土地利用程度在增加;各個景觀指數的變化在各個地域分布上的變化趨勢是不一樣的,土地利用對景觀格局的影響比較和緩,三峽庫區(qū)景觀的多樣性在減少。

基于landsatmss和tm影像數據,應用rs、gis軟件和景觀生態(tài)學方法,以拜泉縣為例分析了1979～1990年、1990～2001年兩個時段土地利用及景觀格局的動態(tài)變化情況。結果表明,拜泉縣以農田和建設用地為主,林地大幅度增加,各土地利用類型相互轉移,從1979年到2001年,農田面積減少了15.53%,林地、水體、草地、建設用地面積分別增加了710.71%、66.44%、13.73%和133.69%,土地利用率逐漸提高。運用分維數、優(yōu)勢度指數、破碎度指數、多樣性指數等景觀指數分析了拜泉縣景觀格局變化過程,斑塊數總體呈增加趨勢,表明景觀整體上破碎化程度增加,這是因為人類對生態(tài)環(huán)境的干擾越來越大。

在gis、rs技術與景觀格局分析軟件fragstats支持下,采用多樣性、優(yōu)勢度和均勻度等景觀格局指數,分析景電灌區(qū)1987、1991、1999年和2003年土地利用景觀格局變化。結果表明:土地利用類型總的變化趨勢為草地、戈壁、沙地和鹽堿地呈減少趨勢;耕地、林地、居民點呈增加趨勢,耕地的大幅度增加使得景電灌區(qū)的景觀基質由1987年的戈壁和草地變?yōu)?003年的戈壁和耕地。耕地、戈壁、草地和沙地土地類型的平均斑塊面積較大,林地、鹽堿地和居民點等類型的平均斑塊面積較小。隨著人類對灌區(qū)的開發(fā)、建設和利用,景觀優(yōu)勢度減少,景觀多樣性和景觀均勻度有所增加。總體上各指數都與人為活動有很強的相關關系。

利用天津濱海新區(qū)1979、1987、1992、1997、2005、2008年6期的衛(wèi)星遙感(tm)圖像解譯數據,并在地理信息系統(tǒng)(gis)和景觀格局分析軟件fragstats的支持下,對該區(qū)域1979—2008年的土地利用及景觀格局變化進行了分析。結果表明,1979—2008年天津濱海新區(qū)的建設用地面積大幅度增加,而林草地面積急劇下降,農用地面積也呈增加趨勢,濕地面積增加較不明顯。該區(qū)土地利用景觀的總體特征表現為在人類開發(fā)活動的干擾下,景觀多樣性、均勻度降低,不均勻性增強,景觀破碎化程度有所加強,蔓延度水平差,連通性不好。該區(qū)建設用地較為集中,城鎮(zhèn)化建設加劇,區(qū)域生態(tài)環(huán)境受到了人類活動的明顯干擾;尤其是濕地景觀、農用地、林草地等生態(tài)服務價值較高的景觀類型也基本呈現出破碎化、分散趨勢,亟需加強生態(tài)保護。最后針對以上結論提出了加強濕地自然保護區(qū)建設、構建景觀廊道及安全格局等建議。

以地理信息系統(tǒng)和景觀生態(tài)學為研究方法,以深圳市為研究區(qū)域,應用fragstats3.3軟件計算研究區(qū)各景觀指標,結果表明:林地是景觀的背景基質,其它景觀類型充當斑塊功能;交通運輸用地斑塊數量最大,破碎化程度最大;園地斑塊數量最少,板塊之間距離最大;林地景觀斑塊形狀最復雜,商服用地和園地比較簡單;研究區(qū)各景觀類型所占面積比例差異較大,景觀多樣性水平和均勻程度均較低.

運用gis技術和景觀分析軟件fragstat方法,依照自然地貌特點,研究了揚州地區(qū)土地利用及其景觀格局特征。土地利用分析表明:研究區(qū)自然地貌類型簡單,主要由平原區(qū)和丘陵區(qū)組成。平原區(qū)面積和斑塊數量占絕對優(yōu)勢,分別占83.54%和73.71%;區(qū)內95%以上的耕地、水體、草地面積分布在平原區(qū)。整個景觀組分中耕地面積最大,占總面積的68%。區(qū)內水網密布,天然河湖面積大,水體占總面積的19%。居民點數量最多,分別占總面積和總斑塊數量的11%和61%。林地和草地面積僅各占1%。景觀格局分析表明:研究區(qū)景觀多樣性和景觀優(yōu)勢度高,景觀均勻度指數不高,土地類型分配不均勻,在整個區(qū)域內表現為水田、居民點和湖泊為主要的土地類型,水田占有絕對優(yōu)勢。根據平原區(qū)和丘陵區(qū)景觀格局分析及其地貌特征指出:發(fā)展平原區(qū)林、農、牧、副復合經營的商品林建設,以低丘崗地植被恢復為主加強丘陵區(qū)生態(tài)公益林建設,以及在整個區(qū)域加強和完善城市森林建設和\"三網\"防護林體系建設應成為揚州現代林業(yè)發(fā)展的重點。

基于大連市2005年土地利用圖形數據,選用生態(tài)意義較明確的景觀特征指數,從斑塊和景觀兩個水平上定量研究了大連市土地利用的景觀空間格局。結果表明:旱地景觀是大連地區(qū)面積最大、分布最廣、連續(xù)性最強的基質景觀,其面積比例為40.21%,斑塊個數比例為7.62%,平均斑塊面積高達5.53km2/個;林地和城鄉(xiāng)用地景觀的面積比例也較大,分別為39.28%和12.89%,水田、草地和水域的面積比例較小,分別為3.54%、1.83%和1.96%;灘涂、沼澤地及未利用土地的景觀面積比例均不足1%。

以中緬泰老\"黃金四角\"地區(qū)緬甸段為例,通過構建土地利用重心測度、動態(tài)變化及景觀指數等模型,對其1993年～2017年的土地利用與景觀格局變化狀況進行探究,得出以下結論:①隨時間演進,研究區(qū)林地顯著擴展而草地、耕地、灌叢及水體等均大幅減少,建筑用地雖擴展顯著但比重始終較小;各土地利用類型的空間分布重心及其轉移變化差異顯著,24年間,建筑用地、耕地、草地、水體及濕地重心均整體向東北方向偏移而林地與灌叢重心偏向西南.②研究區(qū)土地利用變化速度整體較快但小幅放緩,土地利用空間變化劇烈的區(qū)域主要集中在林地、草地及耕地等用地類型上;隨時間演進,各用地類型均發(fā)生了較明顯的相互轉化,其中以林地、草地、耕地及灌叢的間轉化最為顯著.③從斑塊類型尺度來看,研究區(qū)不同用地斑塊間的景觀指數及其變動差異懸殊,整體而言,灌叢、草地及耕地的斑塊密度明顯較高但形狀規(guī)整程度顯著較低,而林地的平均斑塊面積遠大于其余地類.④從景觀總體尺度來看,研究區(qū)景觀的多樣性與均勻度指數均持續(xù)降低而破碎度指數整體減小,各用地景觀面積差異持續(xù)擴大且空間分布的均勻程度不斷降低,整體呈由分散分布向集中布局的轉變.

以中緬泰老\"黃金四角\"地區(qū)緬甸段為例,通過構建土地利用重心測度、動態(tài)變化及景觀指數等模型,對其1993年~2017年的土地利用與景觀格局變化狀況進行探究,得出以下結論:(1)隨時間演進,研究區(qū)林地顯著擴展而草地、耕地、灌叢及水體等均大幅減少,建筑用地雖擴展顯著但比重始終較小；各土地利用類型的空間分布重心及其轉移變化差異顯著,24年間,建筑用地、耕地、草地、水體及濕地重心均整體向東北方向偏移而林地與灌叢重心偏向西南。(2)研究區(qū)土地利用變化速度整體較快但小幅放緩,土地利用空間變化劇烈的區(qū)域主要集中在林地、草地及耕地等用地類型上；隨時間演進,各用地類型均發(fā)生了較明顯的相互轉化,其中以林地、草地、耕地及灌叢的間轉化最為顯著。(3)從斑塊類型尺度來看,研究區(qū)不同用地斑塊間的景觀指數及其變動差異懸殊,整體而言,灌叢、草地及耕地的斑塊密度明顯較高但形狀規(guī)整程度顯著較低,而林地的平均斑塊面積遠大于其余地類。(4)從景觀總體尺度來看,研究區(qū)景觀的多樣性與均勻度指數均持續(xù)降低而破碎度指數整體減小,各用地景觀面積差異持續(xù)擴大且空間分布的均勻程度不斷降低,整體呈由分散分布向集中布局的轉變。

以1987年、2000年、2014年的landsat影像數據為基礎,借助envi,arcgis,fragstats等軟件,提取了土地利用信息,計算了景觀指數,定量分析了流域土地利用變化及其對景觀格局的影響.結果表明:(1)近30年來,南四湖流域土地利用變化突出表現為耕地向建設用地的轉化,耕地面積減少1069.15km2,建設用地面積增加1573.26km2.2000-2014年,土地利用綜合動態(tài)度為0.461％,是1987-2000年的4倍.(2)景觀結構上,耕地是流域的主導斑塊,面積約占70％,30年來占景觀面積的比例降低了3.85％,斑塊形狀趨于復雜;建設用地日益發(fā)展為優(yōu)勢斑塊,占景觀面積的比例指數增加了6.1％.耕地與建設用地斑塊在景觀中的變遷,使得流域自然生態(tài)功能受到較為嚴重的干擾.(3)流域總體的景觀特征表現為優(yōu)勢斑塊明顯,景觀比較完整,但空間異質性較高而連通性較低.近30年來景觀結構由較完整的大斑塊主導、演化成小斑塊圈點狀穿孔于大斑塊的格局,景觀破碎化較為嚴重.

運用遙感與地理信息系統(tǒng)技術,對半城子水庫流域2000年和2005年的2期遙感影像數據進行解譯判讀,結合土地利用動態(tài)度模型和景觀生態(tài)學數量方法分析了流域土地利用和景觀格局的變化。結果表明:①2000-2005年間,流域土地利用類型發(fā)生了一定變化,但林地始終是流域主導土地利用類型;②研究期內,半城子水庫流域土地利用年變化速度為1.30%,其中闊葉林是最穩(wěn)定的土地利用類型,其他土地是最活躍的土地利用類型;③類型水平上格局指數顯示針葉林斑塊形狀最復雜,混交林的異質性較高;④景觀水平的格局指數顯示,區(qū)域景觀破碎化程度加劇,多樣性增加,均勻度增強。

以永定河流域為研究對象,對1978～2009年間6期遙感圖像的土地利用情況進行解譯,運用景觀格局指標,分析永定河流域景觀格局動態(tài)變化.結果表明:32年來永定河流域以農、林、草業(yè)景觀為主,耕地面積有下降趨勢,林地面積2000年最低,后緩慢上升,水域面積近10年下降明顯.景觀破碎化程度呈不斷上升的趨勢,多樣性指數逐步升高,景觀類型均勻度總體有下降趨勢,景觀類型轉移概率矩陣表明,林地最為穩(wěn)定,干旱河道的變化最大.

近25a來,受自然環(huán)境和人類活動的影響,陜西省關中地區(qū)土地利用及景觀格局發(fā)生了明顯變化。以陜西省1990—2015年4期30m柵格土地利用數據為基礎,利用gis技術和景觀生態(tài)學方法,對研究區(qū)土地利用和景觀格局時空變化特征及其驅動力進行分析。結果表明：（1）研究區(qū)土地利用類型以耕地、林地和草地為主,其中耕地面積最大,1990、2000、2010、2015年分別占46.25%、45.81%、44.73%和43.94%;（2）研究期內,耕地、草地面積持續(xù)減少,其中耕地減少面積較大,減少了12.79×104hm^2,林地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地面積均呈增加趨勢,城鄉(xiāng)工礦居民用地面積增加了14.94×104hm^2,增加幅度69.88%,未利用土地減少0.58×104hm^2,減少幅度38.16%;（3）由于人類活動干預,研究區(qū)土地利用類型相互轉化頻繁,主要表現為耕地轉為城鄉(xiāng)工礦居民用地、草地和林地,草地去向和來源主要為耕地和林地,林地去向和來源主要為耕地和草地等;（4）研究區(qū)景觀形狀指數、香農多樣性指數和均勻度指數分別從204.6934、1.7746、0.5741上升到211.8055、1.8518、0.5991,表明景觀破碎化程度升高,異質性增加;（5）研究區(qū)土地利用景觀格局變化的驅動因素是社會經濟發(fā)展及區(qū)域政策和農業(yè)生產。

依據景觀生態(tài)學基本原理,應用spss軟件、arcgis軟件和景觀格局分析軟件fragstates對隴縣1989～2009年土地利用景觀格局的變化和空間分布進行研究,并根據各景觀類型的景觀格局指數計算結果對該區(qū)土地利用景觀格局進行分析評價。結果表明,隴縣主要景觀類型為林地、耕地和草地,林地和建設用地保持穩(wěn)定而迅速增長,草地和未利用地呈現逐漸減少趨勢;人類活動使水域、未利用地更為分散,建設用地、園地更為集中;景觀多樣性降低,破碎化程度減緩,斑塊形狀的復雜程度并未發(fā)生大幅度的變化,人類活動對景觀格局的影響保持在一定范圍內。

景觀格局與土地利用空間結構密切相關。運用景觀多樣性、優(yōu)勢度、均勻度和破碎度等景觀生態(tài)學指標,對水西景區(qū)景觀格局及其用地現狀進行了分析。結果表明:水西用地類型多樣性較高,以林地占優(yōu)勢,林地破碎度低,森林景觀較完整,但空閑地和建筑用地受人類活動干擾大,破碎度高,在一定程度上影響了水西的景觀格局。

選擇城鎮(zhèn)化過程特征突出的深圳市為研究對象,獲取1980～2015年六期landsat遙感數據進行土地利用景觀格局變化分析,結合ca-markov模型和logistic回歸進行土地利用變化模擬,并預測了深圳市2020年3種不同情景下的土地利用空間格局。結果表明:(1)1980～2015年期間,建設用地面積不斷增加并成為優(yōu)勢地類,農田和水體面積不斷減少；在景觀水平上,城市化前期土地利用破碎化程度加劇,后期則出現土地利用向集約化的轉變。(2)使用5a、10a、20a和30a不同步長的轉移矩陣模擬的2015年土地利用kappa系數分別為0.868、0.844、0.835和0.846。不同步長轉移矩陣對于模擬精度有一定影響。(3)3種情景的深圳市2020年土地利用變化預測結果顯示,驅動力情景下城市發(fā)展最快,城市自組織情景和生態(tài)控制情景增長趨勢相似,生態(tài)控制情景下土地利用集約度更高。

為研究土地利用空間格局變化地形特征,采用1990年、2000年、2010年、2013年4期鄱陽湖地區(qū)landsattm解譯數據及dem數據,借助地形位、分布指數、地學信息圖譜方法,深入探討了1990-2013年鄱陽湖地區(qū)不同地形下土地利用格局的變化特征.結果表明:(1)1990-2013年,鄱陽湖地區(qū)土地利用類型以耕地、林地、水域為主,三種類型面積占比均在90％以上,建設用地快速增長,由1990年的1387.42km2增加到2013年的2413.98krn2,增加了1026.56km2,耕地、未利用土地、林地面積分別減少513.39km2,399.04km2,123.75km2;(2)1990-2013年,土地利用格局變化具有地形效應,低地形范圍優(yōu)勢分布耕地、建設用地、水域,高地形范圍林地優(yōu)勢分布,未利用土地、草地零散分布對地形變化適宜性較強;(3)1990-2013年,研究區(qū)土地利圖譜以穩(wěn)定型和中期型為主,面積分別為48457.44km2,2014.56km2,穩(wěn)定型圖譜的優(yōu)勢區(qū)域位于高、低地形范圍,耕地、林地、建設用地變化穩(wěn)定;低、中高地形范圍是中期變換型的優(yōu)勢分布區(qū),主要表現為未利用土地—未利用土地—水域—水域、耕地—耕地—建設用地—建設用地.

以2010年和2014年兩期遙感影像為數據源,綜合利用rs技術、gis技術和景觀生態(tài)學方法,對北戴河區(qū)2010~2014年的土地利用景觀格局變化進行了分析。結果表明,北戴河區(qū)景觀類型以建設用地、林地為主;2010~2014年建設用地面積增加,耕地、林地、草地、未利用地面積減少;2010~2014年北戴河區(qū)景觀斑塊數量和密度增加,平均斑塊面積減小,景觀破碎化程度有所增加,景觀shannon多樣性指數和均勻度指數下降,異質性程度有所降低。