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摘 要：本文基于2013年东莞市第一次全国地理国情普查遥感影像和地表覆盖数据，以及1979年、1999年、2003年、2008年建成区矢量数据，从景观复杂度、景观破碎度、景观稳定性、景观多样性、景观均匀度、景观优势度六个角度对东莞市景观格局变化特征开展监测与分析。结果表明：（1）1999年后东莞市土地形状逐渐变得不规则;（2）1979—2013年间东莞市景观破碎度变化一定程度上反映了土地利用效率的降低和路网越来越连通;（3）1979—2013年间东莞市的土地稳定性一直较低，反映东莞市在高速的城市扩张下总体抗干扰能力较弱;（4）1979—1999年东莞市景观多样性增大，1999年后景观均匀度降低;（5）1979—2013年间东莞市有大量耕地转变为房屋建筑（区）。
关键词： 地理国情普查 景观格局 变化分析
中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（a）-0104-05
景观格局通常是指景观的空间结构特征，具体是指由自然或人为形成的，一系列大小、形状各异，排列不同的景观镶嵌体在景观空间的排列，它既是景观异质性的具体表现，同时又是包括干扰在内的各种生态过程在不同尺度上作用的结果。空间斑块性是景观格局最普遍的形式，它表现在不同的尺度上。景观格局及其变化是自然的和人为的多种因素相互作用所产生的一定区域生态环境体系的综合反映，景观斑块的类型、形状、大小、数量和空间组合既是各种干扰因素相互作用的结果，又影响着该区域的生态过程和边缘效应。改革开放以来，随着经济的快速发展，我国东南沿海尤其是珠三角地区逐渐由传统的农业区发展为高速城市化地区，城市的快速扩张和土地的高强度利用导致城市景观格局发生巨大变化，而对这一变化开展监测和分析，可以为城市现状评价、城市规划校正、资源环境治理等提供参考和依据，具有重要意义。
我国2013年3月启动了第一次全国地理国情普查工作，对陆地国土范围内的地表自然和人文地理要素的现状和空间分布情况进行摸底调查，获取较高精度的地表覆盖等数据和高分辨率的遥感影像数据，并通过与已有测绘成果和档案资料进行比对分析，形成了一批地理国情专题监测成果，在国土资源、环境保护、防灾救灾、城市规划等领域发挥了重要作用。本文以广东省东莞市为例，基于耕地、林地、园地、草地、水域、居民地及设施、交通等地理国情普查信息，利用景观格局分析模型和方法，分析景观格局的各项指标，从而反映区域全局的景观特征和不同地表覆盖类型的结构组成和空间配置特征。
1 研究区概况
东莞市位于广东省中南部，珠江口东岸，东江下游的珠江三角洲，东面与惠州市接壤，北接广州市增城区，西面与广州市番禺区隔海相邻，南面与深圳市宝安区相连，是广州与香港之间水陆交通的要道，同时是珠江三角洲的重要工业城市，“广东四小虎”之一。
1986年，东莞市开始撤区建镇，设立莞城、万江、附城和篁村四个街道办事处。2000年3月，撤销附城街道办事处改立东城街道办事处;2001年10月，撤销篁村街道办事处改为南城街道办事处。现今，东莞主城区有街道4个，乡镇28个。本次分析选取了1979、1999、2003、2008和2013年 6个经典年份为时间断面，以东莞32个镇街为研究区域，以街、镇作为最小的研究单元，对其城镇扩张及其与其他社会经济要素的相关性进行系统分析。
2 景观分析方法
东莞市景观格局变化分析分为单一景观分析和全局景观分析。当分析单一的地表覆盖要素时，计算景观的复杂度，破碎度和稳定性等指标。而对于综合要素分析，则从景观的多样性，稳定性，均匀度和优势度进行分析。景观格局综合分析的分析指标如下图1所示。
2.1 景观复杂度分析
景观复杂度即景观中斑块形状复杂程度由面积-周长分形维数指数（D）进行度量。公式如下：
lnA（r）=a lnP（r）+b
A（r）代表景观斑块面积，P（r）代表景观斑块周长。
斑块面积的对数lnA（r）与斑块周长的对数lnP（r）回归，得到回归直线，由最小二乘法求得系数a。
面积-周长分形维数值域为1-2，分形维数越接近1，表明景观要素斑块的自我相似性越强，斑块形状越有规律，斑块的集合形状趋向简单，表明受干扰程度越大;反之，分形维数越接近2，表明景观要素斑块的形状越无规律，形状越复杂，受干扰程度越小。
2.2 景观破碎度分析
景观破碎度描述整个景观或某一给定景观类型在给定时间和给定性质上的破碎化程度，反映景观空间结构的复杂性。用破碎度指数（FN）进行度量，公式如下：
C=N/A，总斑块数/总面积。
Ci=Ni/Ai，为景观i斑块数，景观i的面积。
破碎度指数指数（FN）越大，表明景观越破碎。
2.3 景观稳定性分析
稳定性指一个系统对干扰或扰动的反应能力。景观参数的长期变化呈水平状态并且在其水平线上下波动幅度和周期性具有统计特征，可以称景观是稳定的。用稳定性指数（Si）进行度量，公式如下：
Si=|1.5-D|
式中：D为景观的面积-周长分形维数指数
D為1.5时，代表图形处于布朗运动状态，分形维指数越接近于1.5临界值点，地表覆盖类型越接近于布朗运动状态，稳定性越差;反之，稳定性越强。 2.4 景观多样性分析
景观多样性由香浓多样性指数（SHDI）进行度量，公式如下：
式中：pi为i类型斑块在景观中出现的可能性，在此以斑块所占景观面积的比例计算，m为景观类型的数目。
香浓多样性指数一是表述斑块类型的多少（即丰富度），二是说明各类型在空间上分布的均匀程度。当景观由两种以上的类型构成，且各景观类型所占的比例相等时，景观的多样性指数最高;当各景观类型所占的比例差异增大时，类型多样性指数下降。
SHDI≥0。SHDI=0表明整个景观仅由一个斑块组成：SHDI增大，说明斑块类型增加或各斑块类型在景观中呈均衡化趋势分布。SHDI越大表示景观的多样性越大。
2.5 景观均匀度
景观均匀度表示景观镶嵌体中不同景观类型在其数目或面积方面的均匀程度，由香浓均匀度指数（SHEI）进行度量，公式如下：
式中：pi为某类景观所占面积的比例，m为景观类型的数目。
0≤SHEI≤1。当景观中只包含一个斑块（没有多样性）时SHDI=0，随着不同斑块类型间的面积分布越来越不均匀（比如主要以一种类型为主），SHDI趋近于0，而当不同类型斑块间是完全均匀（各类型所占比率相等）时，SHDI=1。
2.6 景观优势度分析
景观优势度表示一种或几种类型斑块在一个景观中的优势化程度，也用来描述景观多样性对最大多样性之间的偏差或描述景观由少数几个景观要素控制的程度，由优势度指数进行度量，公式如下：
式中：Hmax为多样性指数（此处以SHDI最大值，即ln m计算），pi为某类景观所占面积的比例，m为景观类型的数目。
通常，较大的D0值对应于一个或少数几个占主导地位的景观。对于景观类型数目相同的不同景观，多样性指数越大，则其优势度指数越小。
3 东莞市景观格局变化分析
景观格局分析使用地理国情普查数据中的地表覆盖矢量面数据，分析10个一级类草地、道路、房屋建筑（区）、耕地、构筑物、荒漠与裸露地表、林地、人工堆掘地、水域、园地景观类型斑块的形状特点、空间结构。数据包括1979、1999、2003、2008、2013年5个年份的数据。
3.1 景观复杂度
由折线图2和图3可以看出1979年斑块形状与2013斑块形状相近，东莞市整体地表覆盖斑块多年间形状变化不大。变化幅度值正值表示斑块形状趋向复杂、不规则，负值表示斑块形状趋向简单。各类地表覆盖变化趋势基本相同，1979—1999年斑块形状趋向简单，1999—2008年斑块形状微小幅度变不规则，2008—2013年斑块形状稍大幅度趋向复杂、不规则。房屋建筑（区）几乎无变化，道路变化幅度最大。可能是由于1979—1999年间新开发土地较多、规划力度较强，各类斑块形状较简单、规则;1999—2013年各类土地斑块逐渐细碎化，相互交互，形状变得复杂、不规则。
3.2 景观破碎度
景观破碎度总体趋势为破碎度逐年升高。其中，荒地、林地、耕地、草地，这些地表覆盖斑块越来越破碎。园地先破碎加剧，2013年破碎度下降说明园地有所整合。道路破碎度持续下降，表明道路越来越连通。房屋建筑（区）1979年破碎度较高，1979—1999年间破碎度下降，之后一直较为平稳。
3.3 景观稳定性
稳定性指数总体先升后降。道路稳定度持续下降，表明道路景观越来越不稳定，变化加剧。多数地表覆盖斑块1999—2008年稳定度较高，2013年下降。表明1999—2008抗干扰能力较强，预测性较高。2013年抗干扰能力下降，特别是林地，可能会很容易发生变动。
3.4 斑块所占景观面积的比例（pi）
由图6可以看出耕地比例持续下降;房屋建筑（区）所占比例持续上升;道路所占面积比例缓慢上升;林地、草地、园地所占比例变化不大。
3.5 景觀多样性、景观均匀度、景观优势度
香农多样性指数先升后降，各类土地斑块先变均匀，后向不均匀转变，2008年后向均匀转变;景观优势度指数先降后升，各类土地斑块先变均匀，后出现占主导地位的土地斑块，根据各类土地所占面积比例，早期1979年优势景观为林地，2013年优势景观为房屋建筑（区）。香农均匀度指数先升后降，各类土地斑块先变均匀，1999年后向不均匀转变。景观多样性、景观均匀度、景观优势度2013年变化幅度变缓。
4 结语
本文基于地理国情普查等数据，采用定量与定性的方法分析东莞市景观格局变化特征，取得较好效果。根据变化分析结果，并结合该市的社会经济发展进程与规律，具体如下。
（1）1999年后东莞市土地形状逐渐变得不规则，反映了1999—2013年随着东莞市城市扩张，土地斑块逐渐细化，相互交错，形状变得不规则。其中道路斑块复杂度变化幅度最大，房屋建筑（区）斑块复杂度变化最小。
（2）1979—2013年间东莞市景观破碎度逐渐升高，耕地、林地、草地的土地破碎度不断增大，在一定程度上反映了土地利用效率的降低;道路破碎度持续下降，反映了道路逐渐整合，路网越来越连通。
（3）1979—2013年间东莞市的土地稳定性一直较低，其稳定性指数均小于0.5，反映了东莞市在高速的城市扩张下，土地利用类型转变较大，总体抗干扰能力较弱。
（4）1979—1999年东莞市景观多样性增大，各类土地面积有逐渐接近的趋势;1999年后景观均匀度降低，各类土地面积差距拉大。
（5）1979年东莞市优势景观是耕地，其占总面积比例为68%;1979—2013年东莞市耕地面积持续下降，2013年耕地面积占比仅为1%;1999—2013年优势景观均为房屋建筑（区），其占总面积比例在1979年为3%，到2013年增大为44%;其他类型土地面积变化幅度不大，表明了东莞市在1979—2013年间有大量耕地转变为房屋建筑（区）。
参考文献
[1] 李秀珍，布仁仓，常禹，等.景观格局指标对不同景观格局的反应[J].生态学报，2004，24（1）：123-134.
[2] Jian P.土地利用分类对景观格局指数的影响[J].地理学报，2006，61（2）：157-168.
[3] 马克明，傅伯杰.北京东灵山地区景观格局及破碎化评价[J]. 植物生态学报，2000，1（3）：320-326.
[4] 沈阳西郊景观格局变化的研究[J].应用生态学报， 1990，1（1）：75-84.
[5] 陈利顶，孙然好，刘海莲.城市景观格局演变的生态环境效应研究进展[J].生态学报，2013，4（4）：1042-1050.
关键词： 地理国情普查 景观格局 变化分析
中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）09（a）-0104-05
景观格局通常是指景观的空间结构特征，具体是指由自然或人为形成的，一系列大小、形状各异，排列不同的景观镶嵌体在景观空间的排列，它既是景观异质性的具体表现，同时又是包括干扰在内的各种生态过程在不同尺度上作用的结果。空间斑块性是景观格局最普遍的形式，它表现在不同的尺度上。景观格局及其变化是自然的和人为的多种因素相互作用所产生的一定区域生态环境体系的综合反映，景观斑块的类型、形状、大小、数量和空间组合既是各种干扰因素相互作用的结果，又影响着该区域的生态过程和边缘效应。改革开放以来，随着经济的快速发展，我国东南沿海尤其是珠三角地区逐渐由传统的农业区发展为高速城市化地区，城市的快速扩张和土地的高强度利用导致城市景观格局发生巨大变化，而对这一变化开展监测和分析，可以为城市现状评价、城市规划校正、资源环境治理等提供参考和依据，具有重要意义。
我国2013年3月启动了第一次全国地理国情普查工作，对陆地国土范围内的地表自然和人文地理要素的现状和空间分布情况进行摸底调查，获取较高精度的地表覆盖等数据和高分辨率的遥感影像数据，并通过与已有测绘成果和档案资料进行比对分析，形成了一批地理国情专题监测成果，在国土资源、环境保护、防灾救灾、城市规划等领域发挥了重要作用。本文以广东省东莞市为例，基于耕地、林地、园地、草地、水域、居民地及设施、交通等地理国情普查信息，利用景观格局分析模型和方法，分析景观格局的各项指标，从而反映区域全局的景观特征和不同地表覆盖类型的结构组成和空间配置特征。
1 研究区概况
东莞市位于广东省中南部，珠江口东岸，东江下游的珠江三角洲，东面与惠州市接壤，北接广州市增城区，西面与广州市番禺区隔海相邻，南面与深圳市宝安区相连，是广州与香港之间水陆交通的要道，同时是珠江三角洲的重要工业城市，“广东四小虎”之一。
1986年，东莞市开始撤区建镇，设立莞城、万江、附城和篁村四个街道办事处。2000年3月，撤销附城街道办事处改立东城街道办事处;2001年10月，撤销篁村街道办事处改为南城街道办事处。现今，东莞主城区有街道4个，乡镇28个。本次分析选取了1979、1999、2003、2008和2013年 6个经典年份为时间断面，以东莞32个镇街为研究区域，以街、镇作为最小的研究单元，对其城镇扩张及其与其他社会经济要素的相关性进行系统分析。
2 景观分析方法
东莞市景观格局变化分析分为单一景观分析和全局景观分析。当分析单一的地表覆盖要素时，计算景观的复杂度，破碎度和稳定性等指标。而对于综合要素分析，则从景观的多样性，稳定性，均匀度和优势度进行分析。景观格局综合分析的分析指标如下图1所示。
2.1 景观复杂度分析
景观复杂度即景观中斑块形状复杂程度由面积-周长分形维数指数（D）进行度量。公式如下：
lnA（r）=a lnP（r）+b
A（r）代表景观斑块面积，P（r）代表景观斑块周长。
斑块面积的对数lnA（r）与斑块周长的对数lnP（r）回归，得到回归直线，由最小二乘法求得系数a。
面积-周长分形维数值域为1-2，分形维数越接近1，表明景观要素斑块的自我相似性越强，斑块形状越有规律，斑块的集合形状趋向简单，表明受干扰程度越大;反之，分形维数越接近2，表明景观要素斑块的形状越无规律，形状越复杂，受干扰程度越小。
2.2 景观破碎度分析
景观破碎度描述整个景观或某一给定景观类型在给定时间和给定性质上的破碎化程度，反映景观空间结构的复杂性。用破碎度指数（FN）进行度量，公式如下：
C=N/A，总斑块数/总面积。
Ci=Ni/Ai，为景观i斑块数，景观i的面积。
破碎度指数指数（FN）越大，表明景观越破碎。
2.3 景观稳定性分析
稳定性指一个系统对干扰或扰动的反应能力。景观参数的长期变化呈水平状态并且在其水平线上下波动幅度和周期性具有统计特征，可以称景观是稳定的。用稳定性指数（Si）进行度量，公式如下：
Si=|1.5-D|
式中：D为景观的面积-周长分形维数指数
D為1.5时，代表图形处于布朗运动状态，分形维指数越接近于1.5临界值点，地表覆盖类型越接近于布朗运动状态，稳定性越差;反之，稳定性越强。 2.4 景观多样性分析
景观多样性由香浓多样性指数（SHDI）进行度量，公式如下：
式中：pi为i类型斑块在景观中出现的可能性，在此以斑块所占景观面积的比例计算，m为景观类型的数目。
香浓多样性指数一是表述斑块类型的多少（即丰富度），二是说明各类型在空间上分布的均匀程度。当景观由两种以上的类型构成，且各景观类型所占的比例相等时，景观的多样性指数最高;当各景观类型所占的比例差异增大时，类型多样性指数下降。
SHDI≥0。SHDI=0表明整个景观仅由一个斑块组成：SHDI增大，说明斑块类型增加或各斑块类型在景观中呈均衡化趋势分布。SHDI越大表示景观的多样性越大。
2.5 景观均匀度
景观均匀度表示景观镶嵌体中不同景观类型在其数目或面积方面的均匀程度，由香浓均匀度指数（SHEI）进行度量，公式如下：
式中：pi为某类景观所占面积的比例，m为景观类型的数目。
0≤SHEI≤1。当景观中只包含一个斑块（没有多样性）时SHDI=0，随着不同斑块类型间的面积分布越来越不均匀（比如主要以一种类型为主），SHDI趋近于0，而当不同类型斑块间是完全均匀（各类型所占比率相等）时，SHDI=1。
2.6 景观优势度分析
景观优势度表示一种或几种类型斑块在一个景观中的优势化程度，也用来描述景观多样性对最大多样性之间的偏差或描述景观由少数几个景观要素控制的程度，由优势度指数进行度量，公式如下：
式中：Hmax为多样性指数（此处以SHDI最大值，即ln m计算），pi为某类景观所占面积的比例，m为景观类型的数目。
通常，较大的D0值对应于一个或少数几个占主导地位的景观。对于景观类型数目相同的不同景观，多样性指数越大，则其优势度指数越小。
3 东莞市景观格局变化分析
景观格局分析使用地理国情普查数据中的地表覆盖矢量面数据，分析10个一级类草地、道路、房屋建筑（区）、耕地、构筑物、荒漠与裸露地表、林地、人工堆掘地、水域、园地景观类型斑块的形状特点、空间结构。数据包括1979、1999、2003、2008、2013年5个年份的数据。
3.1 景观复杂度
由折线图2和图3可以看出1979年斑块形状与2013斑块形状相近，东莞市整体地表覆盖斑块多年间形状变化不大。变化幅度值正值表示斑块形状趋向复杂、不规则，负值表示斑块形状趋向简单。各类地表覆盖变化趋势基本相同，1979—1999年斑块形状趋向简单，1999—2008年斑块形状微小幅度变不规则，2008—2013年斑块形状稍大幅度趋向复杂、不规则。房屋建筑（区）几乎无变化，道路变化幅度最大。可能是由于1979—1999年间新开发土地较多、规划力度较强，各类斑块形状较简单、规则;1999—2013年各类土地斑块逐渐细碎化，相互交互，形状变得复杂、不规则。
3.2 景观破碎度
景观破碎度总体趋势为破碎度逐年升高。其中，荒地、林地、耕地、草地，这些地表覆盖斑块越来越破碎。园地先破碎加剧，2013年破碎度下降说明园地有所整合。道路破碎度持续下降，表明道路越来越连通。房屋建筑（区）1979年破碎度较高，1979—1999年间破碎度下降，之后一直较为平稳。
3.3 景观稳定性
稳定性指数总体先升后降。道路稳定度持续下降，表明道路景观越来越不稳定，变化加剧。多数地表覆盖斑块1999—2008年稳定度较高，2013年下降。表明1999—2008抗干扰能力较强，预测性较高。2013年抗干扰能力下降，特别是林地，可能会很容易发生变动。
3.4 斑块所占景观面积的比例（pi）
由图6可以看出耕地比例持续下降;房屋建筑（区）所占比例持续上升;道路所占面积比例缓慢上升;林地、草地、园地所占比例变化不大。
3.5 景觀多样性、景观均匀度、景观优势度
香农多样性指数先升后降，各类土地斑块先变均匀，后向不均匀转变，2008年后向均匀转变;景观优势度指数先降后升，各类土地斑块先变均匀，后出现占主导地位的土地斑块，根据各类土地所占面积比例，早期1979年优势景观为林地，2013年优势景观为房屋建筑（区）。香农均匀度指数先升后降，各类土地斑块先变均匀，1999年后向不均匀转变。景观多样性、景观均匀度、景观优势度2013年变化幅度变缓。
4 结语
本文基于地理国情普查等数据，采用定量与定性的方法分析东莞市景观格局变化特征，取得较好效果。根据变化分析结果，并结合该市的社会经济发展进程与规律，具体如下。
（1）1999年后东莞市土地形状逐渐变得不规则，反映了1999—2013年随着东莞市城市扩张，土地斑块逐渐细化，相互交错，形状变得不规则。其中道路斑块复杂度变化幅度最大，房屋建筑（区）斑块复杂度变化最小。
（2）1979—2013年间东莞市景观破碎度逐渐升高，耕地、林地、草地的土地破碎度不断增大，在一定程度上反映了土地利用效率的降低;道路破碎度持续下降，反映了道路逐渐整合，路网越来越连通。
（3）1979—2013年间东莞市的土地稳定性一直较低，其稳定性指数均小于0.5，反映了东莞市在高速的城市扩张下，土地利用类型转变较大，总体抗干扰能力较弱。
（4）1979—1999年东莞市景观多样性增大，各类土地面积有逐渐接近的趋势;1999年后景观均匀度降低，各类土地面积差距拉大。
（5）1979年东莞市优势景观是耕地，其占总面积比例为68%;1979—2013年东莞市耕地面积持续下降，2013年耕地面积占比仅为1%;1999—2013年优势景观均为房屋建筑（区），其占总面积比例在1979年为3%，到2013年增大为44%;其他类型土地面积变化幅度不大，表明了东莞市在1979—2013年间有大量耕地转变为房屋建筑（区）。
参考文献
[1] 李秀珍，布仁仓，常禹，等.景观格局指标对不同景观格局的反应[J].生态学报，2004，24（1）：123-134.
[2] Jian P.土地利用分类对景观格局指数的影响[J].地理学报，2006，61（2）：157-168.
[3] 马克明，傅伯杰.北京东灵山地区景观格局及破碎化评价[J]. 植物生态学报，2000，1（3）：320-326.
[4] 沈阳西郊景观格局变化的研究[J].应用生态学报， 1990，1（1）：75-84.
[5] 陈利顶，孙然好，刘海莲.城市景观格局演变的生态环境效应研究进展[J].生态学报，2013，4（4）：1042-1050.