土地利用景观格局空间尺度效应研究

doi:10.3969/j.issn.1004-9479.2020.01.2018370

摘要/Abstract

摘要：

城市土地利用景观格局研究对城市规划设计和土地资源管理具有重要的理论价值和现实意义，而研究尺度的选择是其必不可少的部分。本文基于景观生态学方法，以武汉市为研究区域，选取聚集分散指数、斑块类型指数、形状指数三种类型指数对土地利用景观格局进行分析，同时引入层次分析法，研究武汉市土地利用景观格局的空间尺度效应及其响应特征，结果表明武汉市土地利用景观格局具有明显的空间尺度效应，随着空间尺度的增大，景观破碎程度增大，景观分布越来越分散，景观异质性减小，斑块之间连接度越来越弱。在此基础上，建立最佳尺度选择模型，并基于分型理论对最佳尺度的合理性进行验证，最终得出武汉市土地利用景观格局研究的最佳空间尺度为60 m。

关键词: 武汉市, 土地利用格局, 景观指数, 尺度效应, 分形理论

Abstract:

The study of landscape pattern of urban land use has theoretical value and practical significance in urban planning and management of land resource, the choice of research scale is an indispensable part. We take Wuhan as the study area and analyze the landscape pattern of land use with indices from three different types (index of aggregation and dispersion, index of plaque type and index of shape).Then we discuss the scale effect and response characteristics of the land use pattern. The results show that as the spatial scale increases, the degree of landscape fragmentation increases, the distribution of landscape became more dispersed, the landscape heterogeneity decreased, and the connectivity between patches become weaker and weaker. On this foundation, we develop the model of optimal scale selection to select the optimal scale in land use pattern research, and check the rationality based on fractal theory. Consequently we come to the conclusion that the optimal scale of the landscape pattern of land use in Wuhan is 60 m.

Key words: Wuhan city, land use pattern, landscape index, scale effect, fractal theory

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图/表 8

图1 武汉市土地利用图

Fig.1 Land use map of Wuhan

表 1 景观指数生态含义与变化规律

Tab.1 Ecological meaning and change law of landscape index

景观指数	生态学意义	变化规律
蔓延度 (CONTAG)	反映景观系统中各景观的聚集分散程度	蔓延度越大，表明景观中的斑块具有良好的连接；反之，表明斑分布较为分散。
斑块聚合度 (AI)	根据斑块像元间的公共边界的长度判断斑块的聚集分散程度	像元间存在的公共边界的长度越小，聚合度越小；公共边界越大，则斑块聚合度越大。
结构连接度指数 (COHESION)	反映斑块之间距离和排列格局对景观结构的影响，表示景观在空间上的表观连续性	结构连接度指数越大，说明斑块之间的连续性越强，关联越紧密；结构连接度指数越小，说明斑块之间的越分散。
香农多样性指数 (SHDI)	基于信息论反映景观异质性，反映景观中不同斑块类型的分布均衡情况	土地利用越丰富，破碎化程度越大，含有的信息量就越大，香农多样性指数也就越高。
香农均匀度指数 (SHEI)	反应景观结构组成的复杂性	香农均匀度指数较小时，说明景观受到一种或少数几种优势斑块类型支配；香农均匀度指数较大时，各斑块类型在景观中分布较为均匀。
形状指数 (LSI)	通过计算斑块与相同面积的圆或正方形的形状偏离程度反映斑块的形状复杂程度	形状指数越大说明景观系统中斑块形状越不规则；形状指数越小，说明斑块形状越接近于正方形。

表2 不同空间尺度下景观指数值

Tab.2 Landscape index values at different spatial scales

Scale/m	CONTAG	AI	COHESION	SHDI	SHEI	LSI
30	45.1069	88.3851	99.6478	1.208	0.7511	114.3700
60	39.0276	81.0928	99.4803	1.2089	0.7511	93.1706
90	35.2539	75.7786	99.2959	1.209	0.7512	79.6749
120	33.0691	72.3743	99.2517	1.2091	0.7513	68.2444
150	31.6206	69.9873	99.0684	1.2088	0.7511	59.4198
180	30.7179	68.3742	98.8674	1.2088	0.7511	52.2208
210	29.8436	66.9492	98.7525	1.2087	0.751	46.8745
240	29.2084	65.7204	98.5608	1.2085	0.7509	42.5498
270	28.5222	64.6496	98.3346	1.2089	0.7512	39.1109
300	28.2151	63.9924	98.3162	1.2085	0.7509	35.8594

图2 景观指数随空间尺度响应图

Fig.2 Response of landscape index to spatial scale

图3 层次分析模型

Fig.3 Analytic hierarchy model

表3 不同空间尺度下景观指数标准化值

Tab.3 Standardized values of landscape index at different spatial scales

Scale/m	CONTAG	AI	COHESION	SHDI	SHEI	LSI
30	1.00	1.00	1.00	0.50	0.50	1.00
60	0.64	0.70	0.87	0.67	0.50	0.73
90	0.42	0.48	0.74	0.83	0.75	0.56
120	0.29	0.34	0.70	1.00	1.00	0.41
150	0.20	0.25	0.56	0.50	0.50	0.30
180	0.15	0.18	0.41	0.50	0.50	0.21
210	0.10	0.12	0.33	0.33	0.25	0.14
240	0.06	0.07	0.18	0.00	0.00	0.09
270	0.02	0.03	0.01	0.67	0.75	0.04
300	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00

表4 不同尺度下景观指数变化幅度、分维数变化幅度

Tab.4 Amplitude of change in landscape index and fractal dimension at different spatial scales

Scale/m	60	90	120	150	180	210	240	270	300
$λ i$	0.27	0.19	0.14	0.15	0.07	0.08	0.09	0.13	0.11
分维数	0.054	0..32	0.012	0.010	0.004	0.008	0.000	0.006	0.004

表4 不同尺度下景观指数变化幅度、分维数变化幅度

Tab.4 Amplitude of change in landscape index and fractal dimension at different spatial scales

Scale/m	60	90	120	150	180	210	240	270	300
$λ i$	0.27	0.19	0.14	0.15	0.07	0.08	0.09	0.13	0.11
分维数	0.054	0..32	0.012	0.010	0.004	0.008	0.000	0.006	0.004

表5 分维模型计算结果

Tab.5 Result of fractal model

Scale/m	方程	R方	分维数
30	y=0.638x+0.434	0.988	1.276
60	y=0.665x+0.18	0.988	1.330
90	y=0.681x-0.261	0.989	1.362
120	y=0.687x-0.422	0.989	1.374
150	y=0.692x-0.554	0.989	1.384
180	y=0.694x-0.647	0.989	1.388
210	y=0.698x-0.746	0.989	1.396
240	y=0.698x-0.805	0.990	1.396
270	y=0.701x-0.881	0.989	1.402
300	y=0.703x-0.950	0.989	1.406

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