武汉市土地利用景观格局变化研究

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 City

Abstract: The 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 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 were 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113°41′~115°05′,北纬29°58′~31°22′｡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6~8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)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(1991-07-19､2002-07-09､2007-07-31),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Fragstats3.3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 m×30 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[2,5]｡

2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