018年12月 林业资源管理 December 2018 第6期 FOREST RESOURCES MANAGEMENT 竹山县土地利用景观格局动态变化分析 韦海航,郑芊卉,庄家尧,周春国 (南京林业大学,南京210037) 摘要:以湖北省竹山县1909年、2005年、2011年及2017年4期遥惑影像为数据源,借助 ArcGIs,ENⅥ和Frag stas等软件,提取研究区土地利用景观格局变化信息,采用主成分分析法,定量分析其驱动因素。结果表明 1)近18年来,研究区土地利用类型以林地、耕地和水城为主,土地利用程度綜合指数呈下降趋势;2)土地转 移主要以耕地和裸地转出,以林地、建筑用地和水城转入为典型特征,土地利用总体趋势与状态指教呈先下降 后上升;3)景观结构上,林地一直是研究区优势景观类型,各景观类型面积占比顺序并未发生改变,斑块总数 量呈下降趋势;4)景观异质性上,香农多样性指欻和均匀度指教呈下降趋势,蔓延度指数呈上升趋势,说明硏 究区优势景观类型林地对整体景观格局控制力増加,各类景观类型空间连通性増强;5)社会经济和农业生产是 研究区土地利用景观格局变化的主要驱动力。 关键词:土地利用;景观格局;时空变化;驱动力;竹山县 中图分类号:F301.2文献标识码:A文章编号:1002-6622(2018)06-0076-08 DOI:10.13466/j.cnki. level.2018.06.013 Analysis on Landscape Pattern Changes and Land Use in Zhushan County WEI Haihang, ZHENG Qianhui, ZHUANG Jiayao, ZHOU Chunguo Nanjing Forestry Unirersity, Nanjing 210037, China) Abstract: By taking the remote sensing images of Zhushan County in Hubei Province in 1999, 2005, 2011 and 2017 as data sources and using arcgis envi and fragstats software the change information of land use landscape pattern in the study area was extracted, and the driving factors were analyzed quantitatively by principal component analysis. The results show that (1) During the 18 years, the land use types in the udy area were mainly forest land, arable land and water area, and the comprehensive index of land use degree shows a downward trend. (2) Land transfer is mainly characterized by the transfer of cultivated land and bare land, and by the transfer of woodland, construction land and waters, and the general trend and state index of land use decreased first and then increased. (3 )On the landscape structure, woodland has always been the dominant landscape type in the study area, and the proportion order of each landscape type has not changed, and the total number of patches shows a downward trend. (4 )On landscape heter geneity, Shannon diversity index and evenness index showed a downward trend, while the spreading indes showed an upward trend, indicating that the dominant landscape types of forest land in the study area in- 收稿日期:2018-09-27;修回日期:2018-11-16 基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFo05050);低效人工林增效与生态服务提升综合集成与示范(2017YEO506506) 作者简介:韦海航(1990-),女(壮族),广西崇左人,在读硕士,主要研究方向:遥感与地理信息系统 Email:1090874157@qq.com 通讯作者:周春国(1962-),男,江苏泰州人,副教授,硕士,主要研究方向:森林资源监测与3S技术应用
２０１８年 １２月 第 ６期 林业资源管理 ＦＯＲＥＳＴＲＥＳＯＵＲＣＥＳＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２０１８ Ｎｏ６ 竹山县土地利用景观格局动态变化分析 韦海航，郑芊卉，庄家尧，周春国 （南京林业大学，南京 ２１００３７） 摘要：以湖北省竹山县 １９９９年、２００５年、２０１１年及 ２０１７年 ４期遥感影像为数据源，借助 ＡｒｃＧＩＳ，ＥＮＶＩ和 Ｆｒａｇ ｓｔａｔｓ等软件，提取研究区土地利用景观格局变化信息，采用主成分分析法，定量分析其驱动因素。结果表明： １）近 １８年来，研究区土地利用类型以林地、耕地和水域为主，土地利用程度综合指数呈下降趋势；２）土地转 移主要以耕地和裸地转出，以林地、建筑用地和水域转入为典型特征，土地利用总体趋势与状态指数呈先下降 后上升；３）景观结构上，林地一直是研究区优势景观类型，各景观类型面积占比顺序并未发生改变，斑块总数 量呈下降趋势；４）景观异质性上，香农多样性指数和均匀度指数呈下降趋势，蔓延度指数呈上升趋势，说明研 究区优势景观类型林地对整体景观格局控制力增加，各类景观类型空间连通性增强；５）社会经济和农业生产是 研究区土地利用景观格局变化的主要驱动力。 关键词：土地利用；景观格局；时空变化；驱动力；竹山县 中图分类号：Ｆ３０１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－６６２２（２０１８）０６－００７６－０８ 收稿日期：２０１８－０９－２７；修回日期：２０１８－１１－１６ 基金项目：国家重点研发计划项目（２０１７ＹＦＣ０５０５５００）；低效人工林增效与生态服务提升综合集成与示范（２０１７ＹＥＣ０５０５５０６） 作者简介：韦海航（１９９０－），女（壮族），广西崇左人，在读硕士，主要研究方向：遥感与地理信息系统。 Ｅｍａｉｌ：１０９０８７４１５７＠ｑｑｃｏｍ 通讯作者：周春国（１９６２－），男，江苏泰州人，副教授，硕士，主要研究方向：森林资源监测与 ３Ｓ技术应用。 Ｅｍａｉｌ：ｚｈｏｕｃｈｕｎｇｕｏ＠ｎｊｆｕｅｄｕｃｎ ＤＯＩ：１０．１３４６６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｌｙｚｙｇｌ．２０１８．０６．０１３ ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＬａｎｄｓｃａｐｅＰａｔｔｅｒｎＣｈａｎｇｅｓａｎｄＬａｎｄＵｓｅｉｎＺｈｕｓｈａｎＣｏｕｎｔｙ ＷＥＩＨａｉｈａｎｇ，ＺＨＥＮＧＱｉａｎｈｕｉ，ＺＨＵＡＮＧＪｉａｙａｏ，ＺＨＯＵＣｈｕｎｇｕｏ （ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｙｔａｋｉｎｇｔｈｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｉｍａｇｅｓｏｆＺｈｕｓｈａｎＣｏｕｎｔｙｉｎＨｕｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅｉｎ１９９９，２００５，２０１１ ａｎｄ２０１７ａｓｄａｔａｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｕｓｉｎｇＡｒｃＧＩＳ，ＥＮＶＩａｎｄＦｒａｇｓｔａｔｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｌａｎｄ ｕｓｅｌａｎｄｓｃａｐｅｐａｔｔｅｒｎｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｗａｓｅｘｔｒａｃｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ｂｙｐｒｉｎｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：（１）Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅ１８ｙｅａｒｓ，ｔｈｅｌａｎｄｕｓｅｔｙｐｅｓｉｎｔｈｅ ｓｔｕｄｙａｒｅａｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｆｏｒｅｓｔｌａｎｄ，ａｒａｂｌｅｌａｎｄａｎｄｗａｔｅｒａｒｅａ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｉｎｄｅｘｏｆｌａｎｄｕｓｅ ｄｅｇｒｅｅｓｈｏｗｓａｄｏｗｎｗａｒｄｔｒｅｎｄ（２）Ｌａｎｄｔｒａｎｓｆｅｒｉｓｍａｉｎｌｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｌａｎｄａｎｄｂａｒｅｌａｎｄ，ａｎｄｂｙｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｗｏｏｄｌａｎｄ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｌａｎｄａｎｄｗａｔｅｒｓ，ａｎｄｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｔｒｅｎｄ ａｎｄｓｔａｔｅｉｎｄｅｘｏｆｌａｎｄｕｓｅｄｅｃｒｅａｓｅｄｆｉｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｄ（３）Ｏｎｔｈｅｌａｎｄｓｃａｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｏｏｄｌａｎｄ ｈａｓａｌｗａｙｓｂｅｅｎｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｌａｎｄｓｃａｐｅｔｙｐｅｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｒｄｅｒｏｆｅａｃｈｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅｈａｓｎｏｔｃｈａｎｇｅｄ，ａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌｎｕｍｂｅｒｏｆｐａｔｃｈｅｓｓｈｏｗｓａｄｏｗｎｗａｒｄｔｒｅｎｄ（４）Ｏｎｌａｎｄｓｃａｐｅｈｅｔｅｒｏ ｇｅｎｅｉｔｙ，Ｓｈａｎｎｏｎｄｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎｄｅｘａｎｄｅｖｅｎｎｅｓｓｉｎｄｅｘｓｈｏｗｅｄａｄｏｗｎｗａｒｄｔｒｅｎｄ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｓｐｒｅａｄｉｎｇｉｎｄｅｘ ｓｈｏｗｅｄａｎｕｐｗａｒｄｔｒｅｎｄ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｌａｎｄｓｃａｐｅｔｙｐｅｓｏｆｆｏｒｅｓｔｌａｎｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａｉｎ
第6期 韦海航等:竹山县土地利用景观格局动态变化分析 creased the overall landscape pattern control, and the spatial connectivity of various landscape types en- hanced.(5)Social economy and agricultural production are the main driving forces of land use landscape pattern changes in the study area. Key words: land use, landscape pattern, temporal and spatial variation, driving force, Zhushan County 土地利用是地球表层最突出的景观标志,人类836.2mm,年平均蒸发量661mm。境内水资源丰富 生存与发展离不开土地口。随着社会经济的高速最大支流是赌河,众多河流汇于堵河,组成树枝状 发展,人们对土地的开发和利用不断加大,出现了水系,堵河年径流总量为66亿m3,水能蕴藏量为 土地资源匮乏、土地生产力退化、森林锐减、生物多116.2万kw。物候期特征显著,孕育有繁多的生物 样性减少等一系列生态环境问题,导致土地利用发种类和丰富的动植物资源 生剧烈变化,土地利用变化会直接影响到景观格局 的变化,而景观格局变化又是表征土地利用变化最2研究方法 突出的标志12-4,因此,定量分析景观格局变化,分2.1数据来源及处理 析其驱动因素,对改善区域生态环境有着重要意 通过地理空间数据云得到研究区1999年 义,可为土地资源可持续利用提供科学依据和决策2005年、2011年、2017年共4期 landsat TM遥感 基础。 数据,空间分辨率为30m,通过相关部门得到竹 近年来,运用ArcG,ENⅥ和 fragstats软件相山县1999-2017年统计年鉴数据。本文采用 结合,对土地利用景观格局变化的研究越来越广ENV5.1遥感处理软件分别对4期遥感影像进行 泛,也越来越细致,学者们主要从时间尺度和空间大气校正、几何校正裁剪等预处理,依据全国《土 尺度两个方面对土地利用景观格局进行量化对比,地利用现状调查技术规程》,结合遥感影像的实际 分析引起其差异的原因:时间尺度上,在相同的范可分辨力以及研究区土地利用特点,采用支持向 围内研究不同时段的土地利用景观格局变化,对其量机分类和目视解译相结合的方法,将研究区土 动态变化进行描述-3;空间尺度上研究不同区域地分为以下6个类型:建筑用地、林地、水域、裸 内土地利用景观格局差异性,分析地域对土地利用地、草地、耕地,得到4期土地利用现状数据,参考 景观格局的影响。本文以湖北省竹山县为研究 Google earth高分辨率影像,运用混淆矩阵对4期 区域,在时间尺度上,对竹山县土地利用景观格局遥感影像分类结果进行分类精度评价,结果4期 变化进行研究,利用主成分分析法,对影响研究区影像的 Kappa系数分别为0.82,0.87,0.85,0.88 土地利用景观格局变化的驱动力因素进行研究,以均高于最低允许判别精度0.70,满足土地利用分 期为竹山县土地资源的可持续性利用和生态管理类现状信息提取工作的精度要求,分类结果如图1 提供参考。 所示。 2.2土地利用变化 研究区概况 借助 AegIS10.1的空间叠置分析和统计分析 竹山县,古称"上庸县",隶属湖北省十堰市,位功能,获得4期土地利用类型空间变化图和研究期 于北纬31°31′-32°37′,东经l09°34′-110°26′之间土地利用转移矩阵,对研究区土地利用变化进行 间,地处鄂西北山地,北属武当山,南属大巴山。土分析。 地总面积3587.8km2,山地占总面积80%以上。全 1)土地利用程度综合指数(L)是定量化描述 县海拔最高为2635m,最低220m,高差达2415m。土地利用程度的地形分异规律,本文将土地利用程 气候属北亚热带湿润气候,境内四季分明,热量丰度分为4级,结合研究区概况分别给6种土地类型 富,雨热同季,空气比较湿润,光合潜力大,年平均赋值,其中建筑用地为4,林地、水域和草地为2,耕 气温15.5℃,无霜期252-254d,年平均降水量地为3,裸地为1。计算公式为
第 ６期 韦海航等：竹山县土地利用景观格局动态变化分析 ｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｌａｎｄｓｃａｐｅｐａｔｔｅｒｎｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄｔｈｅｓｐａｔｉａｌｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙｏｆｖａｒｉｏｕｓｌａｎｄｓｃａｐｅｔｙｐｅｓｅｎ ｈａｎｃｅｄ（５）Ｓｏｃｉａｌｅｃｏｎｏｍｙａｎｄａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅｔｈｅｍａｉｎｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅｓｏｆｌａｎｄｕｓｅｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙａｒｅａ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｎｄｕｓｅ，ｌａｎｄｓｃａｐｅｐａｔｔｅｒｎ，ｔｅｍｐｏｒａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎ，ｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅ，ＺｈｕｓｈａｎＣｏｕｎｔｙ 土地利用是地球表层最突出的景观标志，人类 生存与发展离不开土地［１］ 。随着社会经济的高速 发展，人们对土地的开发和利用不断加大，出现了 土地资源匮乏、土地生产力退化、森林锐减、生物多 样性减少等一系列生态环境问题，导致土地利用发 生剧烈变化，土地利用变化会直接影响到景观格局 的变化，而景观格局变化又是表征土地利用变化最 突出的标志［２－４］ ，因此，定量分析景观格局变化，分 析其驱动因素，对改善区域生态环境有着重要意 义，可为土地资源可持续利用提供科学依据和决策 基础。 近年来，运用 ＡｒｃＧＩＳ，ＥＮＶＩ和 Ｆｒａｇｓｔａｔｓ软件相 结合，对土地利用景观格局变化的研究越来越广 泛，也越来越细致，学者们主要从时间尺度和空间 尺度两个方面对土地利用景观格局进行量化对比， 分析引起其差异的原因：时间尺度上，在相同的范 围内研究不同时段的土地利用景观格局变化，对其 动态变化进行描述［５－７］ ；空间尺度上，研究不同区域 内土地利用景观格局差异性，分析地域对土地利用 景观格局的影响［８－９］ 。本文以湖北省竹山县为研究 区域，在时间尺度上，对竹山县土地利用景观格局 变化进行研究，利用主成分分析法，对影响研究区 土地利用景观格局变化的驱动力因素进行研究，以 期为竹山县土地资源的可持续性利用和生态管理 提供参考。 １ 研究区概况 竹山县，古称＂上庸县＂，隶属湖北省十堰市，位 于北纬 ３１°３１′～３２°３７′，东经 ｌ０９°３４′～１１０°２６′之 间，地处鄂西北山地，北属武当山，南属大巴山。土 地总面积３５８７８ｋｍ２ ，山地占总面积８０％以上。全 县海拔最高为 ２６３５ｍ，最低 ２２０ｍ，高差达 ２４１５ｍ。 气候属北亚热带湿润气候，境内四季分明，热量丰 富，雨热同季，空气比较湿润，光合潜力大，年平均 气温 １５５℃，无 霜 期 ２５２～２５４ｄ，年 平 均 降 水 量 ８３６２ｍｍ，年平均蒸发量６６１ｍｍ。境内水资源丰富， 最大支流是赌河，众多河流汇于堵河，组成树枝状 水系，堵河年径流总量为 ６６亿 ｍ３ ，水能蕴藏量为 １１６２万 ｋｗ。物候期特征显著，孕育有繁多的生物 种类和丰富的动植物资源。 ２ 研究方法 ２１ 数据来源及处理 通过地理空间数据云得到研究区 １９９９年、 ２００５年、２０１１年、２０１７年共 ４期 ｌａｎｄｓａｔＴＭ遥感 数据，空间分辨率为 ３０ｍ，通过相关部门得到竹 山县１９９９—２０１７年 统 计 年 鉴 数 据。本 文 采 用 ＥＮＶＩ５１遥感处理软件分别对 ４期遥感影像进行 大气校正、几何校正、裁剪等预处理，依据全国《土 地利用现状调查技术规程》，结合遥感影像的实际 可分辨力以及研究区土地利用特点，采用支持向 量机分类和目视解译相结合的方法，将研究区土 地分为以下 ６个类型：建筑用地、林地、水域、裸 地、草地、耕地，得到 ４期土地利用现状数据，参考 ＧｏｏｇｌｅＥａｒｔｈ高分辨率影像，运用混淆矩阵对 ４期 遥感影像分类结果进行分类精度评价，结果 ４期 影像的 Ｋａｐｐａ系数分别为 ０８２，０８７，０８５，０８８， 均高于最低允许判别精度 ０７０，满足土地利用分 类现状信息提取工作的精度要求，分类结果如图 １ 所示。 ２２ 土地利用变化 借助 ＡｃｒＧＩＳ１０１的空间叠置分析和统计分析 功能，获得 ４期土地利用类型空间变化图和研究期 间土地利用转移矩阵，对研究区土地利用变化进行 分析。 １）土地利用程度综合指数（Ｌａ）是定量化描述 土地利用程度的地形分异规律，本文将土地利用程 度分为 ４级，结合研究区概况分别给 ６种土地类型 赋值，其中建筑用地为 ４，林地、水域和草地为 ２，耕 地为 ３，裸地为 １。计算公式为： ７７
林业资源管理 第6期 的面积;T为研究时段。 单一土地利用类型面积总体变化(T),其计算 公式为 人 式中:AU为研究时段内某一土地类型转变为 其他类型的面积和;AU为同时期其他类型转变为 该类型的面积和;T为研究时段。 (a)1999年 b)2005年 单一土地利用类型的趋势与状态指数(P,),反 映各土地类型变化的方向,即不变,扩张或菱缩。 其计算公式为 P.=,△Um+△U≠0且 2.3景观格局指数 景观格局指数是能够反映景观结构组成和空 间配置某些方面特征的简单定量指标,能够高度 浓缩的景观格局信息1。景观格局分析分为3个 (c)2011年 水平指数:斑块( Patch)、斑块类型(Cass)和景观 ( Landscape),斑块水平指数往往作为计算其他景 ■建筑用地■林地■水域匚耕地□草地□裸地 观指数的基础,而其本身对了解整个景观的结构 并不具有很大的解释价值。因此,本文将根据景 图1不同时期研究区土地利用现状图 观指数及其在不同水平反映出不同格局的结构和 Fig 1 Current situation of land use in research 空间特征,从斑块类型和景观2个水平上选取如 in different periods 下指数来分析研究区景观格局的结构特征和异质 性变化特征。主要有斑块数量(NP)、斑块类型 L=100×∑A1×C1,L2e[100,400] (1)面积(CA),斑块所占景观面积比例( PLAND),平 式中:A1为第i种土地类型分级指数;C为第i均斑块面积(MPS)、最大斑块指数(P1)、分维数 种土地利用类型面积。 ( PAFRAC)、分离度(SPIT)、形状指数(ISI)、景 2)土地利用动态变化模型是定量描述区域各观分裂指数( DIVISION)、香农多样性指数(SH 土地利用类型变化速度,对预测未来土地利用变化D)、香农均匀度指数(SHEI)、蔓延度指数(CONT 趋势具有积极的作用0-1。本文将从单一土地利AG)。各景观指数的计算方法及其生态意义参考 用动态度和综合土地利用动态度对研究区土地利文献9-。其过程具体操作,先运用 Aegis10.1 用类型动态度进行研究-1,以单一土地动态度导出4期的土地利用类型栅格数据,然后借助 为例。 fragstats4.2软件,计算不同时期各栅格数据的景 单一土地利用类型面积净变化(N),其计算公观格局指数。 式为 100% (2)3结果与分析 3.1土地利用时空变化 式中:Un,U为研究初期及研究末期某种地类3.1.1土地利用总体特征
林业资源管理 第 ６期 图 １ 不同时期研究区土地利用现状图 Ｆｉｇ１Ｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｌａｎｄｕｓｅｉｎｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｅｒｉｏｄｓ Ｌａ＝１００×∑ ｎ ｉ＝１ Ａｉ×Ｃｉ，Ｌａε［１００，４００］ （１） 式中：Ａｉ为第 ｉ种土地类型分级指数；Ｃｉ为第 ｉ 种土地利用类型面积。 ２）土地利用动态变化模型是定量描述区域各 土地利用类型变化速度，对预测未来土地利用变化 趋势具有积极的作用［１０－１３］ 。本文将从单一土地利 用动态度和综合土地利用动态度对研究区土地利 用类型动态度进行研究［１４－１６］ ，以单一土地动态度 为例。 单一土地利用类型面积净变化（Ｎｃ），其计算公 式为： Ｎｃ＝Ｕｂ－Ｕａ Ｕａ × １ Ｔ×１００％ （２） 式中：Ｕａ，Ｕｂ为研究初期及研究末期某种地类 的面积；Ｔ为研究时段。 单一土地利用类型面积总体变化（Ｔｃ），其计算 公式为： Ｔｃ＝ΔＵｉｎ＋ΔＵｏｕｔ ΔＵａ × １ Ｔ×１００％ （３） 式中：ΔＵｉｎ为研究时段内某一土地类型转变为 其他类型的面积和；ΔＵｏｕｔ为同时期其他类型转变为 该类型的面积和；Ｔ为研究时段。 单一土地利用类型的趋势与状态指数（Ｐｓ），反 映各土地类型变化的方向，即不变，扩张或萎缩。 其计算公式为： Ｐｓ＝Ｎｃ Ｔｃ ，ΔＵｉｎ＋ΔＵｏｕｔ≠０且 －１≤Ｐｓ≤１ （４） ２３ 景观格局指数 景观格局指数是能够反映景观结构组成和空 间配置某些方面特征的简单定量指标，能够高度 浓缩的景观格局信息［１７］ 。景观格局分析分为 ３个 水平指数：斑块（Ｐａｔｃｈ）、斑块类型（Ｃｌａｓｓ）和景观 （Ｌａｎｄｓｃａｐｅ），斑块水平指数往往作为计算其他景 观指数的基础，而其本身对了解整个景观的结构 并不具有很大的解释价值。因此，本文将根据景 观指数及其在不同水平反映出不同格局的结构和 空间特征，从斑块类型和景观 ２个水平上选取如 下指数来分析研究区景观格局的结构特征和异质 性变化特征［１８］ 。主要有斑块数量（ＮＰ）、斑块类型 面积（ＣＡ），斑块所占景观面积比例（ＰＬＡＮＤ），平 均斑块面积（ＭＰＳ）、最大斑块指数（ＬＰＩ）、分维数 （ＰＡＦＲＡＣ）、分离度（ＳＰＬＩＴ）、形状指数（ＬＳＩ）、景 观分裂指 数 （ＤＩＶＩＳＩＯＮ）、香 农 多 样 性 指 数 （ＳＨ ＤＩ）、香农均匀度指数（ＳＨＥＩ）、蔓延度指数（ＣＯＮＴ ＡＧ）。各景观指数的计算方法及其生态意义参考 文献［１９－２０］ 。其过程具体操作，先运用 ＡｃｒＧＩＳ１０１ 导出 ４期的土地 利 用 类 型 栅 格 数 据，然 后 借 助 Ｆｒａｇｓｔａｔｓ４２软件，计算不同时期各栅格数据的景 观格局指数。 ３ 结果与分析 ３１ 土地利用时空变化 ３１１ 土地利用总体特征 ７８
第6期 韦海航等:竹山县土地利用景观格局动态变化分析 土地利用类型中(表1),林地面积所占比例最2010年,全县加强对堵河流域的区域规划,水域面 大,均达70%以上,自2000年天然林保护工程和退积由2011年的49.02km2增加到2017年的73.12 耕还林工程启动实施以来,林地面积呈持续增长,km2;裸地和草地所占面积最少,面积所占比例均不 1999—2005年间林地面积由72.68%增至77.13%,超过0.1%。土地利用程度指数呈下降趋势,主要 增幅达到4.45%;耕地面积总体呈下降趋势,各年是退耕还林政策的大力实施,耕地面积大量减少, 份所占比例分别为25.33%,20.71%,17.27%和各年份土地利用程度指数分别为226.51,223.23 13.09%;水域和建筑用地占地面积仅次于林地和农219.29,215.58。 田,均呈上升趋势,其中建筑用地增长速度较平稳 表1土地利用类型面积统计 Tab. I Area statistics of land use types 1999年 2005年 2017年 土地利用类型 面积/km2百分比/%面积/km2百分比/%面积/km2百分比/%面积/km2百分比/% 建筑用地 木地 607.78 72.682767.28 77.13 2880.90 80.30 2998.91 83.58 45 47.57 73.12 裸地 0.06 0.52 草地 1.06 98 25.33 743.20 619.65 469.48 13.09 土地利用程度综合指数 219.29 3.1.2土地利用速度变化 间,总体年平均面积变化率较1999—2005年下降了 由表2可知,199-2005年间研究区总体年平0.2%,说明后期总体土地利用变化程度没有前期剧 均面积变化率、面积总变化率和总体趋势指数值分烈,整体趋势趋于稳定;而2011--2017年间,由于水 别为0.78%,1,77%和0.44,变化相对较大,整体呈域和耕地的面积变化程度剧烈,总体年平均面积净 不平稳状态,导致这一变化的原因主要是由裸地、变化率升至0.70%,土地利用总体趋势呈不平衡状 建筑用地、草地及耕地变化较剧烈;2005-2011 态,总体趋势指数又与1999—-2005年相对持平。 表2土地利用类型变化趋势指数 Tab 2 Trend index of land use types 土地利用 1999—2005年 2005-2011年 011-2017年 Ne/% Tc/%e N/% Tc/%e Ne% 建筑用地 3.82 17.41 林地 1.02 0.46 0.68 2.06 0.33 1.76 0.39 果地 17.75 5.76 3.43 18.26 14.53 6.70 0.45 4.04 S。% 0.78 0.58 注:NC,Tc分别为单一土地利用类型面积净变化、总变化;Sa,S,为总体土地利用类型面积净变化、总变化;Ps,p:分别为单一和总体的土 地利用类型变化趋势与状态指数
第 ６期 韦海航等：竹山县土地利用景观格局动态变化分析 土地利用类型中（表 １），林地面积所占比例最 大，均达 ７０％以上，自 ２０００年天然林保护工程和退 耕还林工程启动实施以来，林地面积呈持续增长， １９９９—２００５年间林地面积由 ７２６８％增至 ７７１３％， 增幅达到 ４４５％；耕地面积总体呈下降趋势，各年 份所占比例分别为 ２５３３％，２０７１％，１７２７％ 和 １３０９％；水域和建筑用地占地面积仅次于林地和农 田，均呈上升趋势，其中建筑用地增长速度较平稳， ２０１０年，全县加强对堵河流域的区域规划，水域面 积由 ２０１１年的 ４９０２ｋｍ２ 增加到 ２０１７年的 ７３１２ ｋｍ２ ；裸地和草地所占面积最少，面积所占比例均不 超过 ０１％。土地利用程度指数呈下降趋势，主要 是退耕还林政策的大力实施，耕地面积大量减少， 各年份土地利用程度指数分别为 ２２６５１，２２３２３， ２１９２９，２１５５８。 表 １ 土地利用类型面积统计 Ｔａｂ１Ａｒｅａｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｌａｎｄｕｓｅｔｙｐｅｓ 土地利用类型 １９９９年 面积／ｋｍ２ 百分比／％ ２００５年 面积／ｋｍ２ 百分比／％ ２０１１年 面积／ｋｍ２ 百分比／％ ２０１７年 面积／ｋｍ２ 百分比／％ 建筑用地 ２２４３ ０６３ ２７６６ ０７７ ３６５４ １０２ ４４９２ １２５ 林地 ２６０７７８ ７２６８ ２７６７２８ ７７１３ ２８８０９０ ８０３０ ２９９８９１ ８３５８ 水域 ４５６２ １２７ ４７５７ １３３ ４９０５ １３７ ７３１２ ２０４ 裸地 ２２９ ００６ １０１ ００３ ０６６ ００２ ０５２ ００２ 草地 ０８８ ００２ １０６ ００３ ０９８ ００３ ０８３ ００２ 耕地 ９０８７８ ２５３３ ７４３２０ ２０７１ ６１９６５ １７２７ ４６９４８ １３０９ 土地利用程度综合指数 ２２６５１ ２２２２３ ２１９２９ ２１５５８ ３１２ 土地利用速度变化 由表 ２可知，１９９９—２００５年间研究区总体年平 均面积变化率、面积总变化率和总体趋势指数值分 别为 ０７８％，１７７％和 ０４４，变化相对较大，整体呈 不平稳状态，导致这一变化的原因主要是由裸地 、 建筑用地、草地及耕地变化较剧烈；２００５—２０１１年 间，总体年平均面积变化率较 １９９９—２００５年下降了 ０２％，说明后期总体土地利用变化程度没有前期剧 烈，整体趋势趋于稳定；而 ２０１１—２０１７年间，由于水 域和耕地的面积变化程度剧烈，总体年平均面积净 变化率升至 ０７０％，土地利用总体趋势呈不平衡状 态，总体趋势指数又与 １９９９—２００５年相对持平。 表 ２ 土地利用类型变化趋势指数 Ｔａｂ２Ｔｒｅｎｄｉｎｄｅｘｏｆｌａｎｄｕｓｅｔｙｐｅｓ 土地利用 类型 １９９９—２００５年 ＮＣ／％ ＴＣ／％ ＰＳ ２００５—２０１１年 ＮＣ／％ ＴＣ／％ ＰＳ ２０１１—２０１７年 ＮＣ／％ ＴＣ／％ ＰＳ 建筑用地 ３８９ ２０７２ ０１９ ５３５ １９４０ ０２８ ３８２ １７４１ ０２２ 林地 １０２ ２２３ ０４６ ０６８ ２０６ ０３３ ０６８ １７６ ０３９ 水域 ０７１ ６０１ ０１２ ０５２ ６６３ ００８ ８１８ １４６１ ０５６ 裸地 －９３３ １７７５ －０５３ －５７６ １６５６ －０３５ －３４３ １８２６ －０１９ 草地 ３３８ １４５３ ０２３ －１２６ １３７４ －００９ －２５５ １３４９ －０１９ 耕地 －３０４ ６７０ －０４５ －２７７ ８１２ －０３４ －４０４ ８６２ －０４７ Ｓａ／％ ０７８ ０５８ ０７０ Ｓｓ／％ １７７ １７６ １６４ ｐｔ ０４４ ０３３ ０４３ 注：ＮＣ，ＴＣ 分别为单一土地利用类型面积净变化、总变化；Ｓａ，Ｓｓ为总体土地利用类型面积净变化、总变化；ＰＳ，ｐｔ分别为单一和总体的土 地利用类型变化趋势与状态指数。 ７９
林业资源管理 第6期 就单一土地利用类型变化而言,1999—2017年 表3景观结构指数 间,建设用地的土地利用类型趋势指数值均超过 Tab 3 Landscape structure indexes 0.38,说明建设用地土地利用类型处于不平稳状态 土地利用类型年份CA/km2 PLAND/%NP/个MPS/km2 以其他土地类型转入为主;裸地和耕地的土地利用 建筑用地1999243.07 0. 类型趋势指数均为负值,呈现明显的不平衡状态 其中以裸地转出较为剧烈;林地和水域的土地利用 14062.60 趋势指数整体均为正值,均以转入为主,其中 0174491.72 2011-2017年间水域年均净变化率较大,其值为 1999260778.13 72.68 377869.03 8.18%,表明研究区堵河源自然建设工程成效很好 2005276728.1677.132628105.29 1999-2005年间草地土地利用类型以转入为主 1927149.50 83.58 413212.26 2005年后以转出为主且呈上升趋势。 水域 24218.84 3.2景观格局动态 20054757.15 25318.80 3.2.1景观结构演变 27817.65 1999—2017年间研究区景观结构指数如表3 20114905.13 20177312.10 49214.86 所示,18年间各景观类型面积和斑块数量都发生了 棵地 变化,总体斑块数量呈下降趋势,1999年、2005年 402.50 2011年及2017年总斑块数分别为17126,13398 11212,10562个,说明景观斑块总体破碎度逐年递 减,空间越来越集中化。建筑用地、林地及水域面 积呈上升趋势,其中建筑用地和林地的平均斑块面 0. 积整体呈增加趋势,而水域平均斑块面积呈下降趋 势,特别是2011-2017年间变化较为剧烈,斑块数 量由2011年的278个升至492个,平均斑块面积由耕地19990878.0925.33107808.43 17.65hm2降至14.86hm2;草地各个景观指数并未 200574320.25 8998 发生显著变化,基本保持稳定;耕地和裸地斑块数 20l161964.57 量、斑块类型面积、平均斑块面积整体呈下降趋势, 18年间耕地面积比例由25.33%降到13.09%,主 注:CA,LAND,NP,MPS分别表示斑块类型面积,斑块所占景观 要以转出林地,水域和建筑用地为主。耕地面积急面积比例、斑块数量、平均斑块面积。 剧减少主要原因是研究区60%以上的耕地都是坡 耕地,水土流失较为严重,加之退耕还林工程的启上,建设用地、林地和耕地的分维数整体变化不大 动,劣质耕地转变为林地。 斑块形状较为简单,2011-2017年水域和裸地分维 3.2.2景观异质性变化 数变化较大,2017年水域分维数减少0.11,而裸地 从图2可知,除了耕地和林地外,其他景观类型分维指数增加0.2,说明水域斑块形状更加简单,裸 的景观形状指数值基本保持不变,表明受人为干预地斑块形状趋于复杂。建筑用地、林地、水域的分 较小,斑块形状并未发生明显改变。由于退耕还林离度指数呈下降趋势,空间呈更加聚集化,相反,裸 工程的实施,199—2005年间耕地和林地受到人为地、草地和耕地均呈上升趋势,值得注意的是,18年 干预较大,2005年后耕地斑块形状指数趋于平稳,间裸地的分离度指数变化剧烈,表明裸地的分布情 林地斑块形状指数一直呈下降趋势,说明林地斑块况越来越分散,受到干扰较为严重。1999—2017年 性状趋于简单,人为干预较为明显。从分维数指数间林地的最大斑块指数均最大,总体呈上升趋势
林业资源管理 第 ６期 就单一土地利用类型变化而言，１９９９—２０１７年 间，建设用地的土地利用类型趋势指数值均超过 ０３８，说明建设用地土地利用类型处于不平稳状态， 以其他土地类型转入为主；裸地和耕地的土地利用 类型趋势指数均为负值，呈现明显的不平衡状态， 其中以裸地转出较为剧烈；林地和水域的土地利用 趋势 指 数 整 体 均 为 正 值，均 以 转 入 为 主，其 中 ２０１１—２０１７年间水域年均净变化率较大，其值为 ８１８％，表明研究区堵河源自然建设工程成效很好； １９９９—２００５年间草地土地利用类型以转入为主， ２００５年后以转出为主且呈上升趋势。 ３２ 景观格局动态 ３２１ 景观结构演变 １９９９—２０１７年间研究区景观结构指数如表 ３ 所示，１８年间各景观类型面积和斑块数量都发生了 变化，总体斑块数量呈下降趋势，１９９９年、２００５年、 ２０１１年及 ２０１７年总斑块数分别为 １７１２６，１３３９８， １１２１２，１０５６２个，说明景观斑块总体破碎度逐年递 减，空间越来越集中化。建筑用地、林地及水域面 积呈上升趋势，其中建筑用地和林地的平均斑块面 积整体呈增加趋势，而水域平均斑块面积呈下降趋 势，特别是 ２０１１—２０１７年间变化较为剧烈，斑块数 量由 ２０１１年的 ２７８个升至 ４９２个，平均斑块面积由 １７６５ｈｍ２ 降至 １４８６ｈｍ２ ；草地各个景观指数并未 发生显著变化，基本保持稳定；耕地和裸地斑块数 量、斑块类型面积、平均斑块面积整体呈下降趋势， １８年间耕地面积比例由 ２５３３％降到 １３０９％，主 要以转出林地，水域和建筑用地为主。耕地面积急 剧减少主要原因是研究区 ６０％以上的耕地都是坡 耕地，水土流失较为严重，加之退耕还林工程的启 动，劣质耕地转变为林地。 ３２２ 景观异质性变化 从图 ２可知，除了耕地和林地外，其他景观类型 的景观形状指数值基本保持不变，表明受人为干预 较小，斑块形状并未发生明显改变。由于退耕还林 工程的实施，１９９９—２００５年间耕地和林地受到人为 干预较大，２００５年后耕地斑块形状指数趋于平稳， 林地斑块形状指数一直呈下降趋势，说明林地斑块 性状趋于简单，人为干预较为明显。从分维数指数 表 ３ 景观结构指数 Ｔａｂ３Ｌａｎｄｓｃａｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｅｘｅｓ 土地利用类型 年份 ＣＡ／ｋｍ２ ＰＬＡＮＤ／％ ＮＰ／个 ＭＰＳ／ｋｍ２ 建筑用地 １９９９ ２２４３０７ ０６３ ２２２１ １０１ ２００５ ２７６５５８ ０７７ １４５６ １９０ ２０１１ ３６５４３８ １０２ １４０６ ２６０ ２０１７ ４４９１７２ １２５ １３４１ ３３５ 林地 １９９９ ２６０７７８１３ ７２６８ ３７７８ ６９０３ ２００５ ２７６７２８１６ ７７１３ ２６２８ １０５２９ ２０１１ ２８８０９０９０ ８０３０ １９２７ １４９５０ ２０１７ ２９９８９０８５ ８３５８ １４１３ ２１２２６ 水域 １９９９ ４５６２２２ １２７ ２４２ １８８４ ２００５ ４７５７１５ １３３ ２５３ １８８０ ２０１１ ４９０５１３ １３７ ２７８ １７６５ ２０１７ ７３１２１０ ２０４ ４９２ １４８６ 裸地 １９９９ ２２９１４ ００６ ８４ ２７３ ２００５ １００８０ ００３ ４０ ２５０ ２０１１ ６５５７ ００２ ２８ ２３６ ２０１７ ５２３８ ００２ ２３ ２２８ 草地 １９９９ ８８２９ ００２ ２１ ４２０ ２００５ １０６２０ ００３ ２３ ４６２ ２０１１ ９８１９ ００３ ２６ ３７３ ２０１７ ８３１６ ００２ ２６ ３２０ 耕地 １９９９ ９０８７８０９ ２５３３ １０７８０ ８４３ ２００５ ７４３２０２５ ２０７２ ８９９８ ８２６ ２０１１ ６１９６４５７ １７２７ ７５４７ ８２１ ２０１７ ４６９４８３３ １３０９ ７２６８ ６４６ 注：ＣＡ，ＬＡＮＤ，ＮＰ，ＭＰＳ分别表示斑块类型面积，斑块所占景观 面积比例、斑块数量、平均斑块面积。 上，建设用地、林地和耕地的分维数整体变化不大， 斑块形状较为简单，２０１１—２０１７年水域和裸地分维 数变化较大，２０１７年水域分维数减少 ０１１，而裸地 分维指数增加 ０２，说明水域斑块形状更加简单，裸 地斑块形状趋于复杂。建筑用地、林地、水域的分 离度指数呈下降趋势，空间呈更加聚集化，相反，裸 地、草地和耕地均呈上升趋势，值得注意的是，１８年 间裸地的分离度指数变化剧烈，表明裸地的分布情 况越来越分散，受到干扰较为严重。１９９９—２０１７年 间林地的最大斑块指数均最大，总体呈上升趋势， ８０