1990~2000年昆明市景观格局变化研究

1990~2000年昆明市景观格局变化研究利用昆明市1990年和2000年2期遥感影像解译数据，结合GIS和统计软件，对昆明市10年间景观格局变化特征进行分析.结果表明：1990～2000年昆明市各景观要素之间变化显著，景观要素面积增加的有建设用地、城镇居住用地、草地和旱地，增加最大的是城镇居住用地，增加了10.92 km2，比1990年增加了5.5%；面积减少的有水田、林地和湿地；各景观要素之间相互转化，其主要特征：①城区外水田、旱地等生产用地向城市居住用地和建设用地转移，其中水田在10年间向城镇居住用地转化了1 134.25hm2，占1990年水田的5.81%；②林地、旱地和草地之间相互转化，林地向草地转化的面积最大，为1 694.19hm2.对昆明市景观格局分析结果为，随着城市化的快速发展，城市居住用地景观破碎度减少，斑块形状趋于规则化；林地、草地和旱地景观破碎度增大、斑块形状复杂化；景观总体格局趋向于多样化、复杂化.Key words:landscape pattern change; landscape elements; transfer characteristics; Kunming city景观生态学是地理学与生态学之间的交叉学科,它是以景观为对象,通过能量流、物质流、信息流和物种流在地球表层的交换,研究景观的空间结构、内部功能及各部分之间的相互关系［1］.在景观生态学研究中，景观格局变化是整个景观生态学研究的核心内容.景观格局变化是指在自然和人为影响下引起的景观结构、功能的改变.研究土地利用景观格局变化以及导致这些变化的因素等则成为景观生态学、环境规划和自然资源管理学等领域里的重要课题［2］.随着遥感(RS)、全球定位系统(GPS)与地理信息系统(GIS)技术的发展，国内学者与专家们采用“3S”技术结合景观指数软件Fragstats，在湿地景观、区域景观、城市景观、土地利用与保护等方面展开了深入而广泛的研究［3,9］.1990前昆明市城市变化不大，城区面积较小，1990年开始昆明市建设进入加速阶段，经过10年城市化建设，至2000年昆明市由市区中心向城区周边迅速扩张，城区面积增大，城市景观空间分布格局也发生了较大变化.本研究运用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术，研究昆明市1990~2000年城市化过程中景观时空演变和景观格局变化，旨在探讨昆明市城市化过程中的景观格局变化规律.1 研究区概况昆明市地处云南省中部偏北，北纬24°23′～26°22′，东经102°10′～103°40′，属于云贵高原中部，地势北高南低，海拔1 500～2 800 m，城区在滇池盆地北部，南濒滇池，三面环山.昆明市属低纬高原山地季风气候，年均气温14.5℃，最热月(7月)均温19.7℃，最冷月(1月)均温7.5℃，年温差12～13℃.全年降水量约1 031 mm，全年无霜期近年均在240 d以上.植被具有滇中高原的典型性，主要有常绿阔叶林、硬叶阔叶林、落叶阔叶林、暖性针叶林、温性针叶林、稀树灌草丛、灌丛、草甸、湖泊水生植被等［10］.2 数据源及分析方法2.1 数据源数据源有中国科学院地理科学与资源研究所提供的美国陆地卫星（LandStat）1990年和2000年2期遥感影像图TM(空间分辨率为30 m)解译而形成的shp格式矢量数据，以及云南1∶10万的地形图、土壤图、土地利用图和行政区划图.中国科学院地理科学与资源研究所参照1984年全国农业区划委员会《土地利用调查技术规程》的分类系统，采用2层结构将土地利用与土地覆被分为：1—耕地、2—林地、3—草地、4—水域、5—城乡工矿居民用地、6—未利用地等6个Ⅰ级类，25个Ⅱ级类，其中耕地在Ⅱ级地类基础上又再分4个Ⅲ类［11］.根据昆明市景观构成要素的特点，在研究的过程中为了便于景观格局变化分析，景观要素的划分以生态系统要素为基础，结合土地利用现状分类系统，把昆明市的景观要素分成水田、旱地、林地、草地、湿地、城镇居住用地、建设用地7种类型.2.2 分析方法运用ArcGIS 9.2软件clip功能，通过昆明市行政区划图把昆明市范围的土地利用矢量格式图提取出来.在ArcGIS 9.2下把1990年和2000年昆明市土地利用图的空间属性进行叠加分析，获取昆明市景观转移矩阵及2期景观变化图.在ArcGIS 9.2下把1990年和2000年昆明市土地利用/覆盖变化图矢量格式转换为栅格式，导入景观格局指数计算软件Fragstats 3.3中，计算出景观格局指数.3 结果分析3.1 景观结构变化特征昆明市景观的要素结构是：林地＞草地＞湿地＞城镇居住用地＞水田＞旱地＞建设用地.林地是昆明市优势景观类型，面积为1 003.97 km2，约占整个昆明市的42.18%；其次是草地和湿地,面积分别为459.73 km2、324.90 km2，占昆明市的面积比例分别为19.32%和13.65%（表1）.林业调查规划第35卷第5期余茂源,等：1990～2000年昆明市景观格局变化研究1990～2000年期间，研究区内景观要素结构变化明显，各景观要素面积呈现一定的增减，其中增加的有建设用地、城镇居住用地、草地和旱地，减少的有水田、林地和湿地；面积增加最大的是城镇居住用地，增加了10.92 km2，比1990年增加了5.5%；其次是草地，面积增加了9.18km2，增长2.0%；水田面积减少最大，减少了11.37 km2，每年以0.58%的速度在减少；建设用地景观变化率最大，比1990年增加了15.2%.3.2 景观要素的转移特征利用ArcGIS 9.2的叠置分析功能Overlay将2期矢量格式的数据导入，经过叠加分析即可获得T时期Aij状态的景观要素转移到T＋1时期Cij状态的景观要素［12］.由T时期到T＋1时期的景观变化空间数据Cij，可求得反映景观类型相互转化定量关系的转移矩阵，由此获得景观要素间的转移数量信息(表2).从表2可以分析出昆明市从1990~2000年10年间景观要素内部之间相互转化的关系，水田景观在这10年间向城镇居住用地转换了1 134.25 hm2，占1990年水田的5.81%，是1990年水田转化为2000年其它景观最多的一个，其次是向建设用地转换，面积为27.14 hm2，表明昆明市城市化过程中，大量水田向城镇居住及建设用地转移，同期也有少量面积的其它景观要素转入水田，主要转入源是城镇居住用地和草地；旱地景观主要转化为城镇居住用地和建设用地，面积分别为43.4 hm2和21.76 hm2.旱地转移方向与水田相似，表明昆明市城市化过程主要为向较平坦的水田和旱地的扩张，而在这时期，转入旱地的景观要素是林地和草地.林地主要向草地和旱地方面转化，转化为草地的面积最大，为1 694.19 hm2.由于城市化过程中城镇向外扩张，部分林地也转化为城镇居住用地和建设用地，在同一时期转入林地的是草地和湿地.草地主要分布于林间与城市边缘地带，这一方面是由于植树造林的影响向林地转化，另一方面由于城市化和工业化加快，建设用地向城市郊外扩张，迫使草地向建设用地转化.昆明以滇池为主的湿地，因滇池面积较大，因而湿地总体变化较小.由于加大河岸绿化，部分湿地转化成林地；另一方面，城市建设扩大，也使湿地转化成了建设用地.城镇居住用地景观转化为其它景观的比例很低，只占1990居住用地景观的0.39%，1990~2000年期间加快城区绿化，使小部分城镇居住用地转化为林地，同期转入城镇用地景观的主要是水田和林地，其面积分别占2000年城镇居住用地景观总和的5.4%和0.25%；建设用地景观基本上没有转化为其它景观类型，同期转入建设用地的有草地、林地和水田等. 3.3 景观格局变化分析景观格局是景观要素在景观空间的配置和组合形式，是景观结构和生态过程相互作用的结果［12］.在长期的景观生态过程中，景观各要素在空间上组织、排列、分布与配置呈现一定特征规律.本研究从宏观尺度上和时空尺度上研究昆明市的景观格局动态变化［13］，故选取以下指数：①优势度指数；②斑块密度；③边界密度；④分维数；⑤景观形状指数；⑥香农多样性指数；⑦香农均匀度指数；⑧蔓延度指数；⑨聚集度指数；⑩散布与并列指数.3.3.1 景观破碎化程度变化景观破碎化是研究景观格局变化的一个重要的指标，景观的破碎化过程是景观格局变化的一个显著特征，也是城市化过程对景观格局影响的最主要表现之一.各景观要素破碎化指数变化如表3所示.从表3可见，1990~2000年10年间，昆明市林地、草地之间相互转化、互相分割，草地、林地和旱地破碎度增加；城市化建设使昆明市城镇居住用地向周边村庄、水田、湿地等扩张、延伸，主城区逐渐与周边的村、镇连接成片，因而城镇居住用地、水田和湿地的破碎化程度变小；建设用地的斑块个数增加，破碎化程度变大.3.3.2 景观形状变化景观形状指数（LSI）与分维数(PAFRAC)2个指数均用于描述景观要素的形状的复杂程度.从表4可以看出，1990~2000年10年间，昆明市城镇居住用地、湿地的形状指数和分维数均有所下降，水田、旱地、草地、林地及建设用地的形状指数和分维数则呈增大趋势.原因是昆明市在城市化进程中，城镇居住用地不断向城市周边延伸，把周边的村、镇吞并，逐渐连成一片，所以城镇居住用地斑块形状趋于规则化、简单化；滇池周边的池塘或小湖10年来不断地向滇池靠拢收缩，所以湿地的斑块形状也趋向简单化、规整化；林地、草地、旱地和水田在10年间相互转化，互相分割，相互影响，使其斑块的形状越来越复杂，其中草地的形状指数增幅最大，增幅达1.465 2，原因是草地由林地或其它斑块转化而来，转化而来的草地面积大小与形状的不确定性使草地形状变得复杂化.3.3.3 景观异质性变化景观多样性、均匀性、聚集度和蔓延度指数变化见表5.由表5可见，1990～2000年，研究区景观总体的多样性指数和均匀度指数都有一定程度的上升，景观的异质性程度增强，景观受少数几类景观要素控制的程度减弱，生态系统趋于稳定.景观多样性和异质性变化并不十分显著，但景观总体趋向多样化和均匀性可以从景观要素面积变化情况得到反映（表1）.从景观蔓延度指数变化看，蔓延度变小，表明有原来连通性高的优势斑块受到削弱.优势斑块林地的面积在减少，受其它景观类型所分割.研究区的聚集度指数略有下降，不很明显，表明昆明市在景观水平上斑块类型之间离散性改变很小.综上所述，研究区景观总体上趋向多样化、复杂化，优势斑块减弱.3.3.4 景观空间关系变化散布与并列指数(IJI)测量的是与某要素相邻的其它要素数量的多少，以此反映不同景观要素空间分布关系［14］，其值越高，则与该要素相邻的要素越多.从表6可见，城镇居住用地景观散布与并列指数变化最为明显，增值最大，由69.481 7增加到71.013，其聚集度指数也在增大，表明城市居住用地由较为分散的环状分布逐渐变为片状分布，连通性变好.1990～2000年昆明市向外扩张，缩短了以滇池为中心的水系湿地景观与城市及其它景观之间的距离，因而湿地的空间位置关系指数均呈上升趋势.随着昆明市城市向外扩张，吞并水田，改变了各景观要素空间距离关系，本来呈近环状分布于城周围的水田变成带状分布于城区外，而林地、旱地和建设用地越来越呈环状分布于城区外；因此，草地和水田的散布与并列指数增大，旱地、建设用地和林地的散布与并列指数减少.水田、旱地、林地、草地和建设用地的聚集度减少，表明水田、旱地、林地、草地和建设用地斑块自身连通性减少，受城市建设和人文活动干扰明显.4 结论在地理信息系统（GIS）支持下，对昆明市1990～2000年景观格局变化进行分析，1990~2000年10年间昆明市景观格局发生了显著变化，主要有以下特点：1)1990～2000年昆明市建设用地、城镇居住用地、旱地和草地面积迅速增加，面积增加最大的是城镇居住用地，增加了10.92 km2;水田、林地和湿地面积减少，水田在研究期间面积减少最大，减少了11.37 km2，林地仍然是昆明市优势景观.2)1990～2000年昆明市景观各要素发生明显的相互转换，其中最显著的特点是：林地、旱地和水田向城镇居住用地及建设用地转移，水田向城镇居住用地转移了1 134.25 hm2，占1990年水田的5.81%；林地与草地相互转换，林地向草地转移的面积要大于草地向林地转移的面积.3)1990～2000年昆明市城市化建设速度加快，城镇居住用地不断向城市周边延伸，把周边的村、镇吞并，逐渐连成一片，城镇居住用地斑块形状趋于规则化、简单化，破碎度变小；城区外的林地、草地和旱地相互转化、互相影响，斑块破碎度增大，形状趋向复杂化.4）昆明市迅速扩张，城市居住用地之间由分散分布而逐渐变为集中连片，城市居住用地之间连通性增强；由于城市的发展而改变了城市周边景观要素的空间格局，最明显的是水田，由环状分布格局变成带状分布格局；城市周边的林地、草地和旱地等受城市发展影响，斑块间连通性减少.1990～2000年昆明市景观总体上趋向于多样化、复杂化，景观异质性增强，优势景观受到削弱.参考文献:［1］李春燕，宋娟.浅析大比例尺的农村景观生态问题——以郭兴庄村为例［J］.安徽农学通报，2007，13(6)：36-37.［2］曾加芹，欧阳华，牛树奎，等.1985～2000年西藏地区景观格局变化及影响因子分析［J］.干旱区资源与环境，2008，22(1)：137-143.［3］王宪礼，胡远满，布仁仓.辽河三角洲湿地的景观变化分析［J］.地理科学，1996，16(3)：260-265.［4］蒋文伟，姜志林，刘安兴，等.浙江安吉山区森林景观空间格局动态分析［J］.福建林学院学报，2002，22(2)：150-153.［５］魏丹，唐代生，唐嘉锴，等.基于3S技术的土地利用景观格局研究［J］.森林工程，2008，24（2）：5-8.［６］杨丽，谢高地，甄霖，等.泾河流域土地利用格局的时空变化分析［J］.资源科学，2005，27(4)：26-32.［７］郭晋平，张芸香，薛俊杰.关帝山林区景观要素空间分布及其动态研究［J］.生态学报，1999，19(4)：468-473.［8］李团胜，肖笃宁.沈阳市城市景观分区研究［J］.地理科学，1999，19(3)：233-236.［9］谈文琦，徐建华，岳文泽，等.上海城市土地利用格局的景观生态学分析［J］.生态科学，2004，23(2)：114-117.［10］孙亚杰，王清旭，陆兆华.城市化对北京市景观格局的影响［J］.应用生态学报，2005，16(7)：1366-1369.［11］郭红，李凤日，龚文峰.基于GIS的白河林业局景观格局演变研究［J］.森林工程，2009，25（4）：1-5.［12］昆明市林业局.昆明植被［M］.昆明：云南科技出版社，1994.［13］肖鹏峰，刘顺喜，冯学智，等.基于遥感的土地利用与覆被分类系统评述及代码转换［J］.遥感信息，2003（4）：54-57.［14］郭晋平，周志翔.景观生态学［M］.北京：中国林业出版社，2007.［15］史培军，陈晋，潘耀忠.深圳市土地利用变化机制分析［J］.地理学报，2000，55(2)：151-160.［16］O’Neillr 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