广西喀斯特山区土地利用格局分析

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摘要：文章基于GIS技术方法结合实地考察数据制作巴马县土地利用现状图，计算景观格局指标包括景观破碎度指数、形状指数、边界密度，分析喀斯特地区的土地利用格局特征。发现该区域林地为主要基质，旱地、水田和居民地破碎度较高，分布分散，受人类干扰影响较大，林地和裸地的斑块形状指数较大，形状复杂。

关键词：土地利用；喀斯特；景观格局指数

中图分类号：F301.24 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-09-0030-2

0 前言

景观空间格局是指景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置[1]。主要研究的是类型的斑块可在空间上呈随机型、均匀型或聚集型分布。喀斯特山区属于特殊的地形，生态脆弱性极为显著，土地利用受限制明显。生态环境系统中水土流失、土地退化、干旱、地表塌陷等自然灾害频繁。因此，对喀斯特山区进行土地利用格局定量分析，研究斑块在景观中的分布规律与人类活动干扰的影响的关系，有利于明确该区域生态系统服务功能的空间定位，为土地资源管理和可持续利用提供决策依据。

1 研究区概况

巴马瑶族自治县位于广西壮族自治区西北部，介于106°51′-107°23′E、23°51′-24°23′N之间。东西最大跨度70公里，南北相距42公里，总面积1971平方公里。其中石山占30%，丘陵坡地占69%，水面占1%。巴马境内岩溶地形与丘陵交错，西北高，东南低，略呈倾斜状，主要分为岩溶地貌、丘陵地貌、中低山地貌。北部奇峰叠嶂，沟壑纵横，洞府神奇，洼地遍布，是典型的岩溶地貌；中部、南部土坡连绵。石山、丘陵多，耕地面积少，且零星分散，耕作指数低。地层以石灰系和三叠系的碳酸盐为主，约占总面积的90%；土壤可划分为7个土类，以红壤土为主，约占全县土地总面积的64%；自然植被多为亚热带的常绿阔叶树，主要分布在西部边远的中低山区、南部偏远山地丘陵，东北部主要有石山灌木林；总之，巴马瑶族自治县岩溶景观分布较广，生态环境脆弱，人地矛盾突出。

2 图形数据处理

2.1 土地利用类型的划分

依据土地资源利用方式和覆盖特征，结合研究区的土地利用实际情况，将巴马县的土地利用现状图中的土地利用景观类型划分为水田、旱地、林地、果园、水域、建设用地、未利用地、草地8个景观类。其中，水田为有水源保证和灌溉设施，在一般年景能正常灌溉，种植水稻等水生农作物的耕地；旱地为无水源灌溉设施，靠天然降雨生长作物的耕地，以种菜为主的耕地；林地为天然或人工林，包括用材林、经济林等成片林地；果园为包括苗圃及各类果园等；水域为天然和人工水利设施用地，包括河流、沟渠、坑塘等；城乡居民地为城镇乡村建成区用地；未利用为地表土质覆盖或岩石、石砾，裸岩石土地；草地为地表覆盖为草的植被，包括牧草场或天然的成片草地。

2.2 数字化制图

制图综合的具体操作过程是以2008年巴马县土地利用现状图为底图，通过高分辨率扫描仪扫描输入计算机，包括政区图、自然区划图、地貌图，然后经过Photoshop处理后导入MAPGIS软件作为数字化底图。基于MAPGIS软件，配准校正，建立点、线、面属性数据库和系统库，进行数字矢量化，结合野外测量获取的相关土地利用类型分布数据，重新建立空间拓扑关系，生成土地利用类型斑块多边形，以《中国土地分类系统》(2001)为标准，通过调查研究区实际土地利用状况，考虑到研究需要，将土地利用方式划分为水田、旱地、园地、林地、城乡居民用地、水域、草地和未利用地8类。在多边形内赋相关属性值，生成土地利用现状分布图，如图1所示：

图1巴马土地利用现状图

3 景观格局指数计算

3.1 指数选取

本次研究所选用的景观格局指数公式如下[1]：

3.1.1 斑块数 NP=N 景观中斑块的总数；

3.1.2 斑块密度 PD=N/A 每平方千米的斑块数，A为景观总面积；

3.1.3 边界总长度 TE=E 景观中所有斑块边界总长度；

3.1.4 边界密度 ED= 景观i所有斑块边界总长度除以景观i面积，再乘以106，是指景观类型周长与类型面积的比例，是一个景观类型单位面积所拥有的周长的度量。单位面积上的周长值越大，景观类型被边界割裂的程度越高，景观类型保存完好、连通性高。因此，该指标在一定程度上反映了景观类型的破碎化程度；

3.1.5 Shannon多样性指数 SHDI=－是景观斑块丰富程度和均匀程度的综合反映，Pi是景观类型i的面积与所在区域面积的比值，是一种基于信息理论的测量指数，它能反映景观异质性。SHDI的大小反映景观要素的多少和各景观要素所占比例的变化。当景观为均质时，其多样性指数为0，当各景观类型所占比例相等时，其景观的多样性为最高；各景观类型所占比例差异增大，则景观的多样性下降；值越大，表明不同职能的土地利用类型数越多，各职能类型的面积相差越小，土地分布越均衡。当各用地类型的面积相等时，值达到最大，则表明土地利用达到最大均衡状态。

3.1.6 景观形状指数 LSI= 景观中所有斑块边界的总长度除以景观总面积的平方根，再乘以正方形校正常数，当景观中斑块形状越不规则或偏离正方形时，该指数值越大；

3.1.7 景观破碎度 Ci= Ni/Ai，Ni为景观i的斑块数，Ai为景观i的总面积，反映人为干扰的影响对该景观的程度；

3.1.8 斑块所占景观面积的比例 ai/A，它所度量的是景观的组分，可以作为确定景观中优势元素的依据之一，也是决定景观中的生物多样性、优势种和数量等生态系统指标的重要因素。ai是景观类型i的总面积，A总的景观面积。

3.2 指数计算

将巴马县土地利用现状图的区文件的属性表导出到EXCEL表格，包括斑块的面积、周长、土地利用类型等属性(表1)，利用统计工具和相关函数计算出各项景观指数值（表2），并计算得到Shannon多样性指数为1.35。

表1 土地利用属性表

类型 斑块总数（个） 斑块总面积（m2） 总边长（m） 面积百分比（%）

草地 299 11139.01 9892.53 3.6

旱地 2285 28299.05 43482.69 9.2

居民地 955 3590.55 7366.97 1.2

林地 4028 160160.33 137008.00 52.2

水体 51 3055.27 5319.65 1.0

水田 1474 17490.76 32131.15 5.7

未利用地 2200 78896.47 78182.64 25.7

园地 337 4313.58 6058.98 1.4

表2 景观格局指数表

类型 边界密度 破碎度 形状指数

草地 0.89 0.027 23.433

旱地 1.54 0.081 64.621

居民地 2.05 0.266 30.736

林地 0.86 0.025 85.587

水体 1.74 0.017 24.060

水田 1.84 0.084 60.738

未利用地 0.99 0.028 69.586

园地 1.40 0.078 23.063

4 结果分析

分析表中数据，景观类型斑块中，分布总面积最大的是林地约160160m2，占全县面积的52%，其次是未利用地、旱地、水田、草地、园地、居民地，面积最小是水域。按照景观生态学的典型“斑块-廊道-基质”结构，该研究区环境生态系统是以林地为“基质”水体为“廊道”，旱地，未利用地是该景观中比较重要的“斑块”。由于研究区是典型的喀斯特岩溶地貌为主，土壤较薄，耕作困难，旱地作为该地区人类生活生产主要的农业耕作依赖，喀斯特地区内零星分布。水田分布总面积极少，只占了研究区总面积的5.7%，主要沿河流一带地势平坦的地区分布。

景观破碎度指数最大的是居民地约0.266，居民地是人类生产生活的主要涉及的集中范围区，可知，该研究区能为人类开发利用作为生产生活的成片集中区域较少，大多数情况下，只能零星开发，形状破碎，分散开发利用，连通性差，再加上水源分布较稀少，大多使用地头水柜，导致居民地零散分布，受到人类自身的干扰影响较大，造成其破碎化程度较大。接着是水田、旱地、园地、未利用地、草地、林地，最后是水域，由此可见在经济环境、劳动力资源分布和地形地貌环境等影响，水田和旱地景观破碎度较大，促使旱地斑块小而密集；水田的分布受地形周围水资源量的影响，所以破碎度较大；水域景观主要以湖泊和坑塘的形式镶嵌在研究区景观中，研究区水体的破碎度最小，可见该区的水资源分布相对集中，主要是几条大的流域；研究区大部分属于坡度较大的山地，耕作困难、浇灌难到达，所以大部分只能作为林地，所以受人类干扰影响程度最小，破碎度和分离度最小，该景观类型单位面积内的斑块数量小，集中程度高，所占的面积比例比较大，构成区域的控制性生态景观。

景观形状指数最大的是林地约为86，接着依次是未利用地、旱地、水田、居民地、水体、草地，最小的是园地。可见研究区的林地景观边界复杂，斑块形状不规则，内部镶嵌其他类型景观。由于研究区的特殊喀斯特地形地貌，水土流失严重，水源灌溉保障难以实现，人类迫于生活生产活动的需要，开垦贫瘠的土地作为耕作用地，导致旱地和水田面积小，形状分布不规则。

边界密度最大的是居民地约2.05，接着依次是水田，水体，旱地，园地，未利用地，草地，最小的是林地。可见居民地、水田和水体单位面积内被边界切割程度较大，完整性和连通性较差。研究区的岩溶分布较为广，岩层持水性较差，地表水下渗十分严重，为了蓄水用于生产生活，因地适宜地设置了地头水柜，开发泉水，凿人工井，因此水域景观的边界密度较大。相比之下，林地边界密度最小，连通性最好，保持完整性最好。

研究区的景观多样性指数为1.35，表明该区域的景观多样性水平较高，斑块分布均匀程度大，在人为干扰影响下，研究区的土地利用景观的分布、切割、破碎等变化过程显著，从而造成景观格局的异质性较高。

5 小结

在地理信息系统技术的支持下，获取研究区的空间信息数据，结合景观生态学原理，选取适合研究区的景观指数，是对研究区域的土地利用景观结构特征和变化的有效的方法与技术。总体看来，巴马瑶族自治县的景观生态格局特征为：林地相对集中，居民地、水田、旱地景观破碎化程度高，分布分散；未利用地斑块数较少，成片集中分布，总面积较大。

参考文献

[1] 邬建国.景观生态学――格局、过程、尺度与等级[M].高等教育出版社,2007.

作者简介：余婷（1984-），女，广西师范学院资源与环境科学学院硕士，研究方向：区域经济与区域开发。