福州市土地利用景观空间格局分析Analysis of Landscape Spatial Patterns of Land Use in Fuzhou林 婷Lin Ting(福建师范大学地理科学学院 福州 350007)(College of Geographical Science,Fujian Normal U niversity,Fuzhou350007) 摘 要 本文根据景观生态学原理,以2000年《福州市土地利用现状图》为主要信息源,在地理信息系统的支持下,从多样性、优势度、均匀性、分维数等角度对福州市景观空间格局进行分析。
研究结果表明:在自然因素与人类干扰共同作用下,福州市景观格局总体呈现多样性程度较低,斑块形状较复杂,景观生态系统较不稳定等特征,由此提出调整对策。
关键词 土地利用 景观格局 福州市0 引 言景观生态学是地理学与生态学之间一门新兴的交叉学科,主要研究景观空间格局、生态过程、景观生态规划与设计[1]。
由于在生态环境建设和可持续发展方面具有巨大应用前景,目前已成为生态学领域与地理学领域研究的前沿学科之一。
景观空间格局分析是景观生态规划与设计的基础,目前对景观空间格局分析方法主要采用数量分析和GIS分析相结合方法,如傅伯杰、陈利顶[2]、王宪礼[3]都将数量与GIS分析很好地结合在一起。
本文采用目前相对成熟的景观格局指数对福州市土地利用结构进行分析,旨在为福州市土地资源的可持续利用提供科学依据。
1 研究区概况福州市位于北纬25°15′～26°39′、东经118°08′～120°31′,地跨中亚热带与南亚热带,属亚热带海洋性季风气候,多年平均气温为19.6℃,多年平均降雨量为1000～2100mm,暖热湿润,雨热同期;西枕鹫峰—戴云山脉,地势由西向东渐次下降,形成了山地※丘陵※红土台地※冲积海积平原※滩涂※浅海的景观格局形式;地带性植被类型以中亚热带常绿阔叶林为主,但由于人为长期对植被的破坏,目前植被类型主要以马尾松群落为主的针叶林,而阔叶林只呈斑块状分布;母岩多为花岗岩和火山岩;地带性土壤以红壤为主;福州现辖6区(鼓楼、台江、仓山、马尾、晋安和琅岐区)2市(长乐、福清市)6县(闽侯、平潭、连江、罗源、闽清和永泰县),土地总面积11968km2,人口579.82万人[4]。
2 研究方法本文的数据源为福州市2000年1∶10万土地利用现状图(电子地图格式)。
由于部分资料的缺失,研究区不包括马祖列岛与白犬列岛。
景观格局分析是采用数量分析方法对景观类型的结构进行分析,因而有必要先进行景观分类。
本文依据土地利用基本类型划分景观类型,基本与目前土地利用类型分类相一致。
此分类方法目前国内多采用于土地利用方面。
目前关于景观格局指数有许多计算方法。
本文采用的是目前相对成熟的计算方法(如下)。
景观格局指数旨在分析研究区的景观空间结构。
景观生态系统空间结构在很大程度上控制其功能的特征及其发挥,影响着其中物质、能量和信息各种流过程及其形式。
因而对福州市土地利用的景观空间结构进行分析有重要意义。
2.1 多样性指数(H)景观多样性指数中,以Shannon-Weaner多样性指数较为常用。
Shannon-Weaner多样性指数的计算公式如下:H=-mi=1(P i)log2(P i) 第18卷 第3期福 建 地 理Vo l.18,N o.3 2003年9月F U JIA N GEOG RA PHY Sep.,2003式中,P i 是第i 类景观类型所占的面积比例,m 是景观类型的数目。
H 值的大小反映景观类型的多少和各景观类型所占比例的变化。
2.2 均匀度指数(E )景观多样性指数(H )与最大多样性指数(Hmax )之比值即均匀度。
对于SHANNON -WEINER 多样性指数,可进一步计算均匀度(E ):E =(H H max )×100%H max 为各类型所占比例相等的情况下,景观的最大多样性指数。
2.3 优势度指数(D )优势度用于测度景观结构组成中某一类型或一些景观类型占优势的程度,表示景观多样性对最大多样性的偏离程度,通过计算最大多样性指数(Hmax )与Shannon -Weaner 景观多样性指数(H )的差值来表达的。
D =H max +mi =1(P i )log 2(P i )D 为景观优势度,P i 为第i 类景观类型所占的面积比例,m 为景观类型数目。
2.4 分维数分维数常用于测定斑块形状的复杂程度,计算公式为:D =2log 2(P i 4) log 2(A )D 为分维数,P i 为斑块i 的周长,A 为斑块i 的面积。
通常D 值的可能上限为1.5,代表一种自相关为0的随机布朗运动的形状,处于最不稳定状态。
2.5 景观破碎化指数破碎化指数即为描述景观里某一景观类型在给定时间里和给定性质上的破碎化程度。
该指数的计算公式为:FN1=(Np -1) Nc FN2=M PS ＊(Nf -1) NcFN1为整个区域的景观斑块数的破碎化指数,FN2为区域内某一景观类型的斑块数破碎化指数,Nc 是用方格个数表示的研究区景观总面积,Np 是景观内各元素的斑块总数,M PS 是用方格个数表示的景观内各类元素的平均斑块面积;Nf 是景观中某一景观类型的斑块总数。
根据上述景观格局指数的公式,应用ARC -V IEW 与EXCEL 进行计算,计算结果见表1。
表1 福州市景观空间格局指数景观类型斑块数(个)面 积(km 2)周 长(km )多样性指数(H )优势指数(D )均匀度(E )最大多样性指数(H max )破碎化指数(FN2)分维数(D )耕 地15942575.3111360.930.581.420.292.000.2241.370园 地397354.612006.440.611.390.302.000.0801.330林 地2237249.0410950.830.012.220.042.320.6281.306城镇村及工矿用地(含民用机场)1107421.772604.791.710.880.672.580.0371.348水 域96315.422135.910.411.180.261.580.0801.348未利用土地538582.193414.930.671.330.332.000.6271.3303 结果与分析3.1 土地利用结构总体特征根据研究目的,本分类以土地利用为依据,作为景观分类基础,与土地利用类型一致,将景观类型整合为6个一级类型:耕地、园地、林地、城镇村及工矿用地(含民用机场)、水域和未利用土地。
这6个一级类型又包括二级类型26个,共有斑块3955个。
其中耕地面积为2575.32km 2,斑块数为1594个;园地面积354.61km 2,斑块数397个;林地7249.04km 2,斑块数223个;城镇村及工矿用地(含民用机场)421.77km 2,斑块数1107个;水域面积为315.2km 2,斑块数为96个;未利用土地582.19km 2,斑块数为538个。
可见福州市景观类型较为齐全,以林地为主,耕地次之,两者占了总面积的86.44%。
3.2 多样性分析17第3期林 婷:福州市土地利用景观空间格局分析本文主要从3个指标进行多样性分析,即多样性指数、优势度指数及均匀度指数。
从多样性指数来看,景观总体多样性指数为0.978,同最大多样性指数2.585相差比较多,可见该区的景观多样性较低,以耕地与林地景观占优势。
而从耕地与林地内部来看,其均匀度却比较小,仍然是以某一种或二种景观为主。
如林地中主要是以有林地为主;耕地中灌溉水田就占了87%。
就连多样性指数最高的城镇及工矿用地(含民用机场)也才1.71,与最大多样性指数2.58还有较大的差距。
由此可见,福州市的景观多样性比较低。
3.3 景观斑块的破碎化指数景观斑块的破碎化指数包括整个区域的景观斑块的破碎化指数和区域内某一景观类型的斑块破碎化指数,值域为[0,1]。
经计算整个研究区的景观破碎化指数为0.00414。
可见整个区域景观比较完整,无明显的破碎化现象。
从表1的数据可以看出,区域内各类景观的斑块破碎化指数大多数都比较低,最小的为城镇村及工矿用地,园地与水域次之,再次之为耕地,说明这4种景观类型分布较为集中。
城镇村及工矿用地属建成景观,受人为因素干扰大,在建设过程中,人类有意识地将建成景观集中连片分布[5];本区的水系以闽江为主,分支较少,除大樟溪外,其他均小且短,而且数目少,故水域分布也较为集中;而园地多分布在高度适中(如台地),人口较为密集的居民点附近,故也比较连片分布。
在福州盆地内,平原面积较广,海拔在50m以下,而大部分地区小于10m,坡度2～5度,有利于耕地集中连片分布。
需要指出的是,林地的破碎化指数最高,为0.628。
这主要是由于近年来城镇化水平加快,人口增长,人们为了维持生存,进行坡地及平原农业开发,致使森林被砍伐,造成大面积连续森林地区的破坏,具地带特点的南亚热带季雨林与中亚热带常绿阔叶林,正遭受萎缩与被演替的危险,逐渐被次生的针叶林所取代。
这些针叶林群落结构简单,多数地区表现为单层结构,林下灌木与草本植被极少,使土壤易受侵蚀。
由于群落结构趋于简单,群落组成趋于单一,这必然导致森林环境功能的减弱,潜伏着严重的危机[6]。
3.4 景观的分维度指数从计算结果来看,各景观类型分维度指数均比较大,都在1.3左右。
说明其形状都不规则,较为复杂且景观比较不稳定。
福州市属于闽东燕山断陷带,包括长林组、南园组、坂头组、石帽山群在内的中生代火山岩系和以花岗岩为主的燕山晚期侵入岩是构成本市的主要岩石。
市域正好位于福安—南靖深断裂和长乐—南澳深断裂之间,南平—福州—长乐东部平原南缘断裂斜贯全境。
各种构造体系、各种方向断裂的交叉穿插,使本市的基底支离破碎,地质基础软弱[5]。
在软弱地质基础以及以河流海洋动力为主的外营力的作用下,市域内地貌类型复杂。
西半部以山地为主,间以河谷盆地和山间盆地;东半部以丘陵为主,平原、台地错杂其间,地貌类型十分复杂。
受地貌条件的制约,土地的开发利用呈星散状分布和蚕食性扩展,使景观格局趋于散乱和不规则的结果[5],再加上福州地区枕山面海,处在闽江下游,是自然灾害的重发区和频发区,多台风、大风、风沙、洪涝、干旱、寒害、冰雹和地震等。
在此脆弱的景观生态基础上,如果土地开发利用不合理就容易造成景观生态的破坏与退化。
以林地为例,其分布与海拔、坡度、日照百分率呈负相关,可见林地的分布是在地形的控制之下形成的。
人类活动对其施加的影响也是通过地形因子来实现的。
海拔低和坡度小的地区自然条件较好,比较适于人类居住与开发,故在此范围内林地受影响较大,森林面积相对较小,而海拔高、坡度大的地区,人类活动受限,使森林得以保留或破坏后得以恢复[5]。