生态环境 2008, 17(4): 1554-1559 Ecology and Environment E-mail: editor@基金项目：国家杰出青年科学基金项目（50225926；50425927）作者简介：华昇（1984－），女，硕士研究生，主要从事3S 技术、城市生态和景观生态研究。

E-mail: hs0723@ *通讯联系人：曾光明，教授（长江学者），湖南大学环境科学与工程学院院长，博士生导师。

E-mail: zgming@ 收稿日期：2008-02-20基于GIS 的市域景观格局定量分析与优化华昇，谢更新，石林，杨馥，周建飞，李忠武，曾光明*湖南大学环境科学与工程系，湖南 长沙 410086摘要：以长沙市为例，结合长沙市2000年4月份 Landsat TM 影像和1∶250000地理信息矢量数据库，借助Arc/view 和Arc/Info 软件，对其景观进行分类，并形成景观分类图，一级分类6个类型，在此基础之上进行二级分类，共分为15种景观类型。

并用景观格局分析软件FRAGSTA TS 软件计算了各类景观参数，并从斑块、类型和景观3个水平上，计算了相应的参数和景观指数，定量的揭示了整个景观格局与类型特征。

研究结果表明，分布面积占研究区总面积达46.8707%的有林地景观其连接性、完整性比其他景观类型好，是研究区的基质，但斑块和景观的空间形状较为复杂，表现出强烈的干扰特征。

水田的斑块数量最多，受人为活动影响强烈。

天然草地，改良草地，滩涂表现出萎缩特征。

从各类用地的空间组合来看，除了城镇相对集中的城区等几个地方外，农村居民点多为耕地和林地景观所隔开，各城镇和农村居民点由道路或水系连接。

定量分析城市景观的空间格局，将有助于深入研究景观格局的形成机制和理解城市景观的格局与过程。

在此基础上初步探讨了基于景观格局优化的城市生态系统的内部空间布局。

研究结果对长沙市景观生态规划有指导意义。

关键词：地理信息系统；景观格局分析；景观指数；FRAGSTA TS ；景观格局优化中图分类号：X821 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）04-1554-06景观生态学中的格局是指空间格局，包括景观组成的单元类型、数目以及空间分布与配置[1]。

景观格局分析主要是定量研究斑块在景观中的分布规律[2]。

空间格局分析的目的是从无序的景观上发现潜在的有意义的秩序与规律[3]。

景观格局对其中元素流产生影响，不同景观格局或景观格局动态演变导致区域景观功能发生变化，同时会影响到物种的丰富度、分布、和种群的生存能力与抗干扰能力[4,5]，以及各种生态过程，即景观结构或景观格局决定景观功能。

因此如何优化景观中斑块的组成、空间配置以及基底特征，从而最有利于生物多样性保护、生态系统管理和景观的可持续发展，是一个新的、颇有前景的方向[6]。

城市地域的可持续发展必须以生态环境的可持续发展为前提和保障[7]。

城市生态系统的状态是由系统的结构和功能所决定的，系统的功能取决于系统的结构。

要改善城市生态系统的状态，就必须从调整城市生态系统的结构入手。

城市土地既是城市空间格局的地域要素，又是人类活动及其影响的载体，它的利用方式和格局成为调控城市生态系统结构的关键环节，同时决定了城市生态系统的状态和功能[8]。

张惠元等人的研究表明，目前城市生态问题的主要由不合理的土地利用方式和利用强度造成，主要表现在自然生境大量损失；水土流失的加剧；景观破碎度的增加；景观结构单一；景观通达性降低[8]。

关于景观格局定性、定量分析的研究开展了不少。

但基于RS 和GIS 对城市景观格局进行全面的、定量的分析之上的景观格局优化研究较少,本文尝试借助GIS 和Fragstats 软件,在对长沙市景观格局定量分析基础之上，综合生态适宜性、敏感性、生态服务功能、经济发展水平和景观格局整体优化的方法，探讨长沙市市域生态调控的空间途径，以期达到城市景观格局优化的目的，构建长沙市合理的稳定的自然生态系统，引导区域及城市用地和空间资源的合理配置，保障区域城乡生态的良性循环，为城市的可持续发展提供保证。

1 研究区域概况长沙市位于湖南省东部偏北、湘江下游, 居湘东山地、湘中丘陵与洞庭湖平原结合部（111°53'～114°15'E, 27°51'～28°40'N ）,是湖南省省会,全市现辖芙蓉、天心、岳麓、开福、雨花5个区和长沙、望城、宁乡3个县及浏阳市, 总面积为11819.5 km 2。

长沙市地质构造形迹复杂, 地层褶皱, 断裂发育；属低山丘陵区, 东北、西北两端山地环绕，地势高峻, 向中部倾斜而趋于平缓；南部丘岗起伏, 北部平坦开阔, 地势由南向北倾斜；海拔高程在23.5～1607.9 m 之间。

山地面积约占全市总面积的29.5%, 丘陵占17.2%, 岗地占23.3%, 平原占25.3%。

从地型地貌特征来看, 属于红壤丘陵区。

长沙市属亚热华昇等：基于GIS的市域景观格局定量分析与优化1555带季风湿润气候,多年平均降雨量为1483.6 mm, 降水主要集中在4～7月份。

区域内植物属亚热带常绿阔叶林植物群落,植物种类繁多, 群落交错, 分布混杂。

2 景观格局定量分析方法2.1 景观分类景观格局的定量分析必需建立在景观分类的基础之上。

景观分类存在不同的分类体系：按人类影响的强度分类、以土地利用方式为主的景观分类、据自然度不同的景观分类、以及植被类型或地貌特征为主的景观分类等分类方式[9]。

本研究采用2000年4月30日长沙市Landsat TM影像的人机交互解释成果作为数据源，结合长沙市1∶250000地理信息矢量数据库，以《国土遥感综合调查工作意见》和《土地遥感动态监测技术规定》以及全国土地分类标准为依据，对长沙市的景观状况进行解译，并对长沙市的景观类型进行二级分类，在此基础上形成景观分类图。

一级类型6个：耕地、水体、林地、草地、城镇用地和未利用土地[10]。

根据数据精度和长沙市土地利用的区域特点，再将一级类型细分为15个二级类型，并对类型进行编码，其中耕地，草地，城镇用地均细分为2类，水体细分为3类，林地细分为4类。

类型编码分别为（11）水田（12）旱地(21)有林地(22)灌木林地(23)疏林地(24)未成林造林地(31)天然草地(32)改良草地(41)城镇(42)农村居民点(51)河流沟渠(52)水库湖泊(53)滩涂(61)沼泽(62)裸地。

2.2 景观空间格局分析本研究通过ARC/INFO、ARCVIEW等GIS软件对景观图进行处理后，在ArcView软件的空间分析模块（spatial analyst）支持下，将土地利用矢量数据转换为象元大小为100 m×100 m的栅格数据，采用Fragstats(raster version 3.3)软件从斑块、斑块类型和景观三个水平上计算了景观格局指数，以揭示研究区内的景观格局特征。

3 定量分析结果3.1 斑块特征长沙市景观图共有16124块斑块，在斑块的水平上，计算了这些斑块的特征参数和相应的景观指数（如面积、周长、形状指数、分维数等）。

这些指数对研究物种的某些生态学特征（如物种的扩散与迁移、种群动态等）具有重要意义。

表1是部分斑块的特征。

最小的斑块是第9号斑块(水田)，面积100 m2。

最大斑块是第284号斑块（水田），面积89006 m2。

景观形状指数对景观大小起调节作用的总边界或边界密度的标准量度，同时也是斑块聚合和离散程度的量度[11]，LSI越大斑块越离散。

通过各个类型中最大斑块的形状指数比较我们发现，水田的形状指数最大，次之为疏林地、有林地、河流沟渠。

对单个斑块而言，分维数可以理解为表示斑块边界的不规则性和反映斑块形状的复杂程度[12,9,13]。

从分析结果我们可以看出，第284号斑块水田的分维数最大，说明其复杂程度最高。

表1 长沙市景观图斑块水平上的景观指数（部分斑块）Tab 1 Patch landscape metrics of Changsha City (partial patches)类型斑块号类型号面积/hm2周长/m2形状指数分维数水田9 11 1 400 1 1284 11 89006 821600 48.7571 1.3773旱地365 12 3 1200 1.5 1.10667742 12 892 64800 5.4 1.2113有林地6848 21 95 10800 2.7 1.1481265 21 62261 571000 41.8098 1.3443灌木林地65 22 9 1600 1.3333 1.05048239 22 2427 115800 5.8485 1.2083疏林地12391 23 39 6000 2.3077 1.136110623 23 16897 667000 12.8269 1.2694未成林造林地8922 24 17 3200 1.7778 1.1101677 24 276 24000 3.5294 1.1732天然草地9783 31 104 8000 1.9048 1.09721720 31 1079 83800 6.3485 1.2288改良草地12152 32 47 4600 1.6429 1.07922498 32 355 22800 3 1.1468城镇14912 41 4 1000 1.25 1.04216471 41 6929 242600 7.2635 1.22农村居民点3910 42 2 600 1 1.01195901 42 1012 43000 3.3594 1.151河流沟渠6787 51 22 5000 2.5 1.1594242 51 5615 346000 11.5333 1.2742水库湖泊3729 52 14 1800 1.125 1.0311379 52 794 54000 4.7368 1.1972滩涂866 53 10 2600 1.8571 1.12521315 53 616 40200 4.02 1.1789沼泽5675 61 4 800 1 111720 61 102 8000 1.9048 1.0988 图1长沙市景观图Fig.1 Landscape map of Changsha City Sheet1556 生态环境 第17卷第4期（2008年7月）3.2 类型特征在类型层次上，计算了9个景观类型的景观指数（如类型比例、斑块密度、形状指数、斑块面积变异系数、分维数等），分析结果如下，（1）分布面积占研究区总面积达46.8707%的有林地景观的类型比例，最大斑块指数、平均形状指数、面积加权平均斑块分维数、斑块面积标准差、边缘密度都显著大于其他景观，表明该景观再研究区内占绝对优势，其连接性、完整性比其他景观类型好，是研究区的基质，但斑块和景观的空间形状较为复杂，表现出强烈的干扰特征；（2）水田的斑块数量最多，面积也较大，仅次于有林地的景观面积，因此斑块密度、景观形状指数和斑块面积变异系数都最大，表明水田在研究区有较高的连通性和大块聚集分布的特征，且景观的空间形状复杂，受人为活动强烈影响的特征；（3）天然草地，改良草地，滩涂分别占0.2385%、0.2413%、0.2148%, 其最大斑块指数、平均形状指数、面积加权平均斑块分维数都比较小，表现出萎缩特征；（4）裸地的斑块总数为1，所占的类型比例最小，斑块面积标准差和斑块面积变异系数均为0。