武汉市土地利用景观格局变化研究

1、武汉市土地利用景观格局变化研究摘要:在遥感与地理信息系统的支持下,通过解译1991年2002年2007年3期Landsat5-TM影像,分析了武汉地区从1991年到2007年土地利用和景观格局的变化情况结果表明,16年间研究区内景观格局发生了很大变化;农业用地面积人工建筑用地面积在不断增加,而水域面积和林地面积相对减少;研究区景观的破碎化程度降低,景观多样性水平下降,景观异质性减少;引起变化的主要原因为城市化的快速发展关键词:景观空间格局;景观指数;土地利用;武汉市Land Use and Landscape Pattern Change in Wuhan CityAbstract: The

2、change of land use and landscape pattern from 1991 to 2007 in Wuhan city was discussed based on Landsat5-TM data in 1991, 2002, and 2007 with the support of GIS. Results showed that the landscape pattern in Wuhan city had been changed a lot during the last 16 years. The area of agricultural land and

3、 building land increased constantly, while those of water and forest land reduced. The landscape pattern could be characterized by gradually decreasing of landscape fragmentation degree, landscape diversity and landscape heterogeneity. The main reasons which led to the change in landscape pattern we

4、re the development of urbanization.Key words: landscape pattern; landscape index; land use; Wuhan city景观空间格局主要是指大小和形状不一的景观斑块在空间上的排列,它是景观异质性的重要表现,同时又是各种生态过程在不同尺度上作用的结果对景观格局研究的目的是在似乎由无序的斑块镶嵌而成的景观上,发现其潜在的有意义的规律性1景观动态指景观在结构单元和功能方面随时间的变化,包括景观结构单元的组成成分多样性形状和空间格局的变化,以及由此导致的能量物质和生物在分布与运动方面的差异;它反映了多种自然的人为的生物

5、的和非生物因素及其作用的综合影响2景观格局及景观格局动态变化的研究一直是景观生态学研究的热点和重要领域20世纪70年代,数量化研究开始受到人们的重视近年来出现了许多数量化方法,为景观生态学研究注入了新的活力1,3,4本研究综合运用景观生态学原理和数量分析方法,开展土地利用格局的量化研究,试图发现空间格局产生的原因与机制,了解人类活动与景观结构功能之间的相互关系并为景观的合理管理提供有价值的资料1研究区概况与研究方法1.1研究区概况武汉市位于中国腹地,湖北省东部,长江和汉水的交汇处,地理位置为东经1134111505,北纬29583122地貌属鄂东南丘陵经江汉平原向大别山南麓低山丘陵过渡地带,中

6、间低平,南北丘陵岗垄环抱,北部低山林立地形属于残丘性河湖冲积平原,地势平坦低洼,湖泊星罗棋布,河道纵横交错气候属亚热带季风湿润气候,常年雨量充沛,雨热同季,降水多集中在68月土壤类型繁多,其中水稻土的面积最大武汉市辖江汉江岸硚口汉阳武昌青山洪山蔡甸江夏黄陂新洲东西湖汉南等13个行政区本次研究选取城市化较快的外环线以内的区域,包括2 274 km2左右的国土面积1.2研究方法1.2.1景观类型划分与解译限于TM影像的分辨率和数据的可获得性,结合武汉市实际情况,将土地利用/覆盖分为农业用地(水田旱地)林地水域(河流湖泊库塘沟渠)人工建筑用地(城镇及农村居民点工矿交通用地)和其他土地(空闲地沙地裸地

7、)5个一级类型,并结合其他辅助资料建立解译标志1.2.2数据源及技术路线遥感数据选用质量较好,无云,季相一致且完全覆盖研究区的3期Landsat5-TM数据(1991-07-192002-07-092007-07-31),数据具有可比性在Erdas9.2中对3期影像进行预处理,配准精度控制在一个像元以内本研究通过ENVI4.4对遥感图像进行人机交互式判读解译先对影像进行非监督分类和监督分类,结合Google Earth软件植被图等辅助资料,人工目视解译,修改分类结果,提高解译精度经过精度评价3期分类图的总体分类精度都超过80%,满足本研究的精度要求最后,在ArcGIS9.3和景观格局分析软件F

8、ragstats3.3支持下,通过格式转换空间分析等处理,进行数据统计分析和景观格局指数计算此外,考虑到尺度效应对景观格局指数的影响,本研究粒度均设为30 m30 m,空间幅度统一在研究区范围内1.2.3景观格局指数的计算Fragstats3.3景观计算软件,可以相应计算景观3个级别上(斑块类型景观)的50多个指标因为缀(斑)块指数往往作为计算其他景观指数的基础,而本身对了解整个景观的结构并不具有很大的解释价值2,所以笔者从类型和景观两方面研究16年来武汉地区景观格局变化过程,并结合前人的研究成果5-8,最终选用景观面积斑块密度边缘密度面积百分比平均形状指数平均分维数斑块多度香农多样性指数香农

9、均匀度指数聚合度等指数进行分析本研究不对每个指数的具体含义进行说明,具体描述见参考文献2,52结果与分析2.1类型水平分析对武汉市1991年2002年和2007年的TM影像解译结果分析并绘制图表,其中表1是本研究计算和分析的基础,图12反映了土地利用类型的景观格局指数随时间的变化情况2.1.1斑块数量与面积分析由表1可知,随着城市化的发展人口的增加及工农业内部结构的调整,研究区内不同用地类型的斑块面积和数量均发生了显著的变化,其中以水域景观的变化最为显著在19912007年间,水域面积共减小了29 598.57 hm2,水域所占研究区面积的比重也下降了13.02个百分点,这主要是由于围湖造田填

10、湖建房以及以湖泊为主体开挖鱼塘等人类开发利用活动的加剧引起的与此同时,水域斑块密度呈现小幅上涨趋势,说明水域景观已经逐渐破碎化农业用地面积和所占比重最大并且不断增加,2007年分别达到110 331.9 hm2和48.52%,说明研究区可看作以农业用地为基底的城市生态景观;而农业用地斑块数量减少了789个,使得斑块平均面积增加;斑块密度和边缘密度均出现下降趋势,说明斑块之间的孔隙度下降,农田分布相对集中人工建筑用地由1991年的35 825.58 hm2增加到2007年的52 786.53 hm2,增长47.34%,这是由于期间人口的快速增长,对建设用地的需求加大;据资料显示9,2007年武汉

11、市户籍人口为828.21万人,是第四次全国人口普查时武汉人口数的1.2倍;2002年,建筑用地斑块密度和边缘密度分别为3.959 4个/km2和36.1200 m/hm2,2007年时相应减少到2.615 1个/km2和31.4256 m/hm2,这可能是由于城市规模扩大,区域连块成片,使得斑块之间的连通性加强林地面积所占研究区比重不大,只占2.39%(2007年),原因是武汉市地处平原湖区,林地资源本来就不丰富7;其他土地类型仅占总面积比重的1.19%(2007年),属非优势景观类型2.1.2分维度分析由表1图1和图2可知,在16年的时间里,水域的指数值呈现不同程度地增加,说明其斑块形状愈加

12、不规则,边缘复杂程度更高,也从一定程度上反映了水域景观逐渐破碎化的事实;而农业用地林地人工建设用地的指数值均减少,表明这些斑块形状趋于规则,边缘复杂程度降低2.2景观水平分析由表2可知,研究区斑块密度香农多样性指数斑块多度聚合度香农均匀度指数均发生了变化,其中香农多样性指数从1991年的1.205 2减少到2007年的1.177 2,鉴于各年斑块多度均为5,因此各土地类型在面积分布上均匀程度的降低是其指数变化的原因,均匀度指数逐年降低充分说明了这一点聚合度与斑块密度反映了相反的趋势,即聚合度越高,斑块密度越小;本研究中聚合度出现先减后增的情况,这可能是受城市化水平的影响据相关资料显示9,10,

13、19852002年,武汉城市化增长缓慢,2002年底,其城市化率为59.8%;“十五”期间武汉市形成了城乡优势互补的主城-卫星城-小城镇为轴线的多层次网络状城镇体系;到2007年底,城市化率达68.0%城市规模的不断扩大,道路交通体系的逐渐完善,加强了斑块之间的连通性,同时,本研究仅对景观类型进行了一级分类,最终致使景观聚合度增加3讨论不同的景观指数之间具有相关性,如本研究中的反映相同趋势的平均形状指数和平均分维数,反映相反趋势的聚合度与斑块密度;正如邬建国2的研究表明,同时采用多种指数往往并不增加“新”信息就研究区整个景观而言,景观的破碎化程度降低,多样性水平下降,异质性减少由于干扰程度(城

14、市化水平)的不同导致景观格局出现不同的变化结果,如聚合度和斑块密度随时间的变化趋势,表明人类活动一方面能够使景观规则化,边缘复杂性降低;另一方面,也可使景观破碎化,边缘复杂性升高参考文献:1张金屯,邱扬,郑凤英.景观格局的数量研究方法J.山地学报,2000,18(4):346-352.2邬建国.景观生态学格局过程尺度与等级M.北京:高等教育出版社,2000.11-18,96-120.3邱扬,张金屯,郑凤英.景观生态学的核心:生态学系统的时空异质性J.生态学杂志,2000,19(2):42-49.4刘颂,李倩,郭菲菲.景观格局定量分析方法及其应用进展J.东北农业大学学报,2009,40(12):114-119.5李团胜,肖笃宁.沈阳市城市景观结构分析J.地理科学,2002,22(6):717-723.6宁龙梅,王学雷,吴后建.武汉市湿地景观格局