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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 CityAbstract: 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,其中表1是本研究计算和分析的基础,图1~2反映了土地利用类型的景观格局指数随时间的变化情况｡2.1.1斑块数量与面积分析由表1可知,随着城市化的发展､人口的增加及工农业内部结构的调整,研究区内不同用地类型的斑块面积和数量均发生了显著的变化,其中以水域景观的变化最为显著｡在1991~2007年间,水域面积共减小了29 598.57 hm2,水域所占研究区面积的比重也下降了13.02个百分点,这主要是由于围湖造田､填湖建房以及以湖泊为主体开挖鱼塘等人类开发利用活动的加剧引起的｡与此同时,水域斑块密度呈现小幅上涨趋势,说明水域景观已经逐渐破碎化｡农业用地面积和所占比重最大并且不断增加,2007年分别达到110 331.9 hm2和48.52%,说明研究区可看作以农业用地为基底的城市生态景观;而农业用地斑块数量减少了789个,使得斑块平均面积增加;斑块密度和边缘密度均出现下降趋势,说明斑块之间的孔隙度下降,农田分布相对集中｡人工建筑用地由1991年的35 825.58 hm2增加到2007年的52 786.53 hm2,增长47.34%,这是由于期间人口的快速增长,对建设用地的需求加大;据资料显示[9],2007年武汉市户籍人口为828.21万人,是第四次全国人口普查时武汉人口数的1.2倍;2002年,建筑用地斑块密度和边缘密度分别为3.959 4个/km2和36.120 0 m/hm2,2007年时相应减少到2.615 1个/km2和31.425 6 m/hm2,这可能是由于城市规模扩大,区域连块成片,使得斑块之间的连通性加强｡林地面积所占研究区比重不大,只占2.39%(2007年),原因是武汉市地处平原湖区,林地资源本来就不丰富[7];其他土地类型仅占总面积比重的1.19%(2007年),属非优势景观类型｡2.1.2分维度分析由表1､图1和图2可知,在16年的时间里,水域的指数值呈现不同程度地增加,说明其斑块形状愈加不规则,边缘复杂程度更高,也从一定程度上反映了水域景观逐渐破碎化的事实;而农业用地､林地､人工建设用地的指数值均减少,表明这些斑块形状趋于规则,边缘复杂程度降低｡2.2景观水平分析由表2可知,研究区斑块密度､香农多样性指数､斑块多度､聚合度､香农均匀度指数均发生了变化,其中香农多样性指数从1991年的1.205 2减少到2007年的1.177 2,鉴于各年斑块多度均为5,因此各土地类型在面积分布上均匀程度的降低是其指数变化的原因,均匀度指数逐年降低充分说明了这一点｡聚合度与斑块密度反映了相反的趋势,即聚合度越高,斑块密度越小;本研究中聚合度出现先减后增的情况,这可能是受城市化水平的影响｡据相关资料显示[9,10],1985~2002年,武汉城市化增长缓慢,2002年底,其城市化率为59.8%;“十五”期间武汉市形成了城乡优势互补的主城-卫星城-小城镇为轴线的多层次､网络状城镇体系;到2007年底,城市化率达68.0%｡城市规模的不断扩大,道路交通体系的逐渐完善,加强了斑块之间的连通性,同时,本研究仅对景观类型进行了一级分类,最终致使景观聚合度增加｡3讨论不同的景观指数之间具有相关性,如本研究中的反映相同趋势的平均形状指数和平均分维数,反映相反趋势的聚合度与斑块密度;正如邬建国[2]的研究表明,同时采用多种指数往往并不增加“新”信息｡就研究区整个景观而言,景观的破碎化程度降低,多样性水平下降,异质性减少｡由于干扰程度(城市化水平)的不同导致景观格局出现不同的变化结果,如聚合度和斑块密度随时间的变化趋势,表明人类活动一方面能够使景观规则化,边缘复杂性降低;另一方面,也可使景观破碎化,边缘复杂性升高｡参考文献:[1] 张金屯,邱扬,郑凤英. 景观格局的数量研究方法[J].山地学报,2000,18(4):346-352.[2] 邬建国. 景观生态学——格局､过程､尺度与等级[M].北京:高等教育出版社,2000.11-18,96-120.[3] 邱扬,张金屯,郑凤英. 景观生态学的核心:生态学系统的时空异质性[J].生态学杂志,2000,19(2):42-49.[4] 刘颂,李倩, 郭菲菲. 景观格局定量分析方法及其应用进展[J].东北农业大学学报,2009,40(12):114-119.[5] 李团胜,肖笃宁. 沈阳市城市景观结构分析[J].地理科学,2002,22(6):717-723.[6] 宁龙梅,王学雷,吴后建. 武汉市湿地景观格局变化研究[J].长江流域资源与环境,2005,14(1):44-49.[7] 孔雪松. 武汉市土地利用/土地覆盖变化的环境安全研究[D].武汉:华中师范大学,2005.[8] 鲍蕾,张志,刘亚林. 基于最佳尺度的武汉市土地覆盖景观格局分析[J].湖北大学学报(自然科学版),2009,31(2):201-205.[9] 湖北年鉴编辑委员会.湖北年鉴2008[M].武汉:湖北年鉴社,2008.438.[10] 何雄. 武汉市城市化进程实证分析[J].中南财经政法大学学报,2004(5):56-60.。
城市化进程中的土地利用变化研究随着经济的快速发展和人口的不断增长，城市化已成为当今世界发展的重要趋势。
在这一进程中，土地作为人类生存和发展的基础资源，其利用方式和结构发生了显著的变化。
这些变化不仅影响着城市的空间格局和生态环境，也对社会经济的可持续发展产生了深远的影响。
城市化的加速推进导致了城市建设用地的急剧扩张。
为了满足城市人口的居住、工作和生活需求，大量的农田、林地和草地被转化为城市建设用地。
这种土地利用的转变一方面为城市的发展提供了空间，但另一方面也带来了一系列问题。
例如，耕地的减少威胁到了国家的粮食安全；林地和草地的破坏导致了生态失衡，增加了水土流失和物种灭绝的风险。
在城市内部，土地利用的结构也发生了深刻的变化。
传统的工业用地逐渐向城市边缘或郊区转移，取而代之的是商业、服务业和住宅用地的快速发展。
这种变化反映了城市产业结构的升级和人们生活方式的转变。
同时，城市交通设施的不断完善也使得土地利用的布局更加趋向于沿交通干线分布，形成了所谓的“交通廊道效应”。
此外，城市化进程中的土地利用变化还表现出明显的空间差异。
在经济发达地区，城市化水平较高，土地利用的集约化程度也相对较高，城市的功能分区更加明确。
而在经济欠发达地区，城市化进程相对滞后，土地利用的效率较低，存在着土地闲置和浪费的现象。
土地利用变化的驱动因素是多方面的。
经济的快速发展是推动城市化和土地利用变化的根本动力。
随着城市经济的增长，对土地的需求不断增加，从而促使土地从农业用途向非农业用途转变。
人口的增长和迁移也是重要的驱动因素。
大量农村人口涌入城市，导致城市住房、公共服务设施等需求的增加，进一步推动了城市建设用地的扩张。
政策因素在土地利用变化中也发挥着重要的作用。
政府的城市规划、土地政策和产业政策等直接影响着土地的开发和利用方式。
例如，通过划定城市发展边界和生态红线，可以有效地控制城市建设用地的无序扩张，保护生态环境和耕地资源。
技术进步也是影响土地利用变化的因素之一。
甘肃民勤连古城自然保护区土地利用-覆被及景观格局时空演变特征分析甘肃民勤古城自然保护区位于甘肃省武威市民勤县境内，是一个重要的自然保护区，也是国家级自然保护区之一。
该保护区拥有丰富的生物资源和独特的自然景观，吸引了众多游客和科研人员前来探索和研究。
本文将对该保护区的土地利用/覆被及景观格局的时空演变特征进行分析。
一、土地利用/覆被的时空演变特征分析1.土地利用类型演变：从1990年到2020年，民勤古城自然保护区的土地利用类型发生了显著变化。
1990年以前，该地区主要是农田和草地，农田占据了绝大部分的土地面积，而草地则分布在山地和河谷地带。
随着时间的推移，农田逐渐减少，而林地和湿地的面积有所增加。
尤其是在近年来，由于环保政策的实施，草地和湿地的面积进一步扩大，农田的面积进一步减少。
2.土地利用强度变化：土地利用强度是指单位面积土地上所承载的人口、产业和生态功能的综合表现。
从1990年到2020年，民勤古城自然保护区的土地利用强度逐渐增加。
主要表现在城镇化的推进、农田的机械化程度提高和工业用地的扩大等方面。
与此同时，湿地和森林等生态功能区的土地利用强度相对较低，保持了较好的生态环境。
二、景观格局的时空演变特征分析1.景观类型的变化：民勤古城自然保护区的景观类型主要包括农田、草地、森林、湿地等。
随着时间的推移，景观类型发生了明显的变化。
农田的面积不断减少，而草地、森林和湿地的面积不断增加。
尤其是近年来，由于对生态环境的保护意识增强，草地和湿地的面积增加较快，成为了该保护区的主要景观类型。
2.景观格局的变化：景观格局是指不同景观类型在空间上的分布和组合关系。
从1990年到2020年，民勤古城自然保护区的景观格局发生了明显的变化。
农田和草地的连片程度逐渐减少，取而代之的是草地和湿地与森林的连片程度增加。
这种景观格局的变化有助于增强该地区的生态功能，提高生物多样性保护水平。
综上所述，甘肃民勤古城自然保护区的土地利用/覆被及景观格局的时空演变特征可概括为农田减少、草地和湿地增加，景观类型以及组合关系发生了明显变化。
土地利用与景观格局演变研究从人类存在的起源至今，土地就扮演了一个重要的角色。
土地是人类生存和发展的基础，也是资源和环境的载体。
土地利用的方式不仅直接影响着生产力和人类居住环境，同时也对生态环境产生深远的影响。
土地利用与景观格局演变研究是一个跨学科的综合性课题，涉及到地理学、生态学、经济学等多个学科。
通过研究土地利用与景观格局的演变，可以为土地规划和资源管理提供科学依据，实现可持续发展的目标。
一、土地利用的含义与重要性土地利用是指人类对土地资源的开发利用方式。
不同的地区和不同的时期，土地利用的方式有所不同。
农业、工业、建设用地、水域、森林、草原等都属于土地利用的范畴。
土地利用直接关系到农田和城市的规划、经济发展、生态环境保护等方面。
合理的土地利用可以提高土地的生产力，改善人类居住环境，推动经济发展，实现社会可持续发展。
二、景观格局的含义与特征景观格局是指由各种地物组合而成的空间形态，是一定范围内可观察到的地表面貌和地物空间分布的总体特征。
景观格局包括景观类型、景观边界、景观片段形状、景观连通性等。
不同的土地利用方式构成了不同的景观格局，而景观格局的变化也反映了土地利用的演变情况。
研究景观格局的演变，可以揭示人类活动对自然环境的影响，为生态保护和土地规划提供科学指导。
三、土地利用与景观格局的演变研究方法土地利用与景观格局的演变研究方法较为复杂，需要利用地理信息系统（GIS）、遥感技术、数学模型等多种手段进行综合分析。
首先，通过获取历史土地利用数据，可以从时间维度上分析土地利用的变化趋势。
其次，利用遥感技术可以获取当前土地利用的空间分布数据，通过对不同土地利用类型的分析，可以研究景观格局的形成和演变过程。
最后，利用数学模型可以模拟土地利用的演变规律，预测未来的土地利用情况。
四、土地利用与景观格局的演变对人类社会的影响土地利用与景观格局的演变对人类社会有着深远的影响。
首先，合理的土地利用和优化的景观格局可以提高农田的产量和质量，保障粮食安全。
土地资源利用变化对景观格局的影响土地资源是人类生存和发展的重要基础，其利用变化对景观格局产生着深远的影响。
土地资源利用的变化包括城市化、农业现代化以及工业化等方面的改变。
城市化是当代社会中最为明显的土地资源利用变化之一。
随着城市化进程的不断推进，城市规模日益扩大，农村人口纷纷涌入城市，城市人口持续增加。
为了满足城市扩张的需要，大量农田被城市用地取代，这导致了农田面积的减少，以及农村人口减少。
城市化带来的另一个显著变化是城市建设对自然景观的破坏。
为了建设高楼大厦、路网和大型基础设施，大量自然景观被毁坏，原本绿树成荫的村庄和田园风光逐渐消失。
这些变化导致了景观格局的转变，城市的景观由传统的农村风貌转变为高楼大厦和钢筋水泥的景象。
农业现代化是另一种重要的土地资源利用变化形式。
随着科技的进步和农业生产方式的改革，农业现代化迅速推进。
传统的农耕方式被机械化取代，大规模农田的耕作效率大大提高。
同时，农业现代化也引入了大型农机设备和现代化农业技术，提高了农作物产量和质量。
然而，这种变化也对景观格局产生了巨大的影响。
传统的农田景观逐渐被大规模农机设备所代替，大片农田整齐而规模化的种植模式导致了景观一致性的增加。
原本错落有致的田园风光被机械农业的魅力所替代，人们时常会感叹农田的单调和丧失了原有的自然美。
工业化是对土地资源利用产生深远影响的另一种形式。
随着工业化的推进，大规模的工业区建设成为常态。
为了满足工业生产的需要，大量土地被用于建设工厂和工业园区。
这些工业区通常布局封闭，围墙高大，建筑单一。
这种大规模的建设不仅导致了工业区范围内景观的破碎化和单一化，也对周边的自然景观产生了一定的破坏。
工业废水、废气的排放和化工厂的污染成为威胁周围环境的重要因素，对生态环境产生了严重的影响。
综上所述，土地资源利用的变化对景观格局产生着深远的影响。
城市化、农业现代化和工业化等形式的变化，都使得传统的自然景观逐渐消失，取而代之的是高楼大厦、机械农业和工业园区的景象。
土地利用与景观格局的分析近年来，随着人口的快速增长和城市化的进程，土地利用和景观格局成为了一个重要的研究课题。
土地利用是指人类对土地资源的利用方式、目的和强度，而景观格局则是指特定区域内各类景观元素的分布、形态和相互关系。
土地利用和景观格局之间存在着密切的关联，它们相互影响、相互制约，共同构成了一个地区的面貌。
首先，土地利用对景观格局产生了直接影响。
不同的土地利用方式决定了各类景观元素在空间上的分布。
例如，在城市中，由于工商业用地的集中分布，建筑和道路成为了主要的景观元素，大片的绿地和农田被压缩成为小片或者稀疏的存在。
而在农村地区，农田和自然景观则占据了主要位置。
因此，通过调整土地利用方式，可以对景观格局进行调控和优化，以实现人与自然的和谐共生。
其次，景观格局也反过来影响了土地利用的选择和布局。
景观格局的形态和特征直接影响到土地的生产力和资源价值。
例如，如果一个地区的景观格局呈现出破碎化和不连贯的特点，而且土地利用方式没有很好的适应这种特点，将会出现土地浪费和资源损失的情况。
因此，必须根据具体地区的景观格局特点，合理选择和布局土地利用方式，以最大限度地发挥土地资源的效益。
此外，土地利用和景观格局的调整还与社会经济发展和生态环境保护息息相关。
随着经济的快速发展，对土地资源的需求日益增加，土地利用方式呈现出多样化的特点。
然而，不合理的土地利用方式可能导致资源过度开采，环境破坏和生态失衡。
因此，必须在经济发展的基础上，合理安排土地利用，保护生态环境，实现可持续发展的目标。
综上所述，土地利用和景观格局之间存在着密切的联系和相互影响。
通过合理选择和布局土地利用方式，可以优化景观格局，实现人与自然的和谐共生；而良好的景观格局也能推动土地利用的选择和布局，促进经济发展和环境保护的协调发展。
因此，土地利用与景观格局的分析是一个复杂而又重要的课题，在未来的研究和实践中仍然需要不断深入探讨和改进。
我们要致力于寻求一种能够符合经济、社会和环境需求的土地利用和景观格局模式，以实现可持续发展的目标。
天水市土地利用景观格局动态及空间幅度效应研究天水市位于中国甘肃省东南部，是一个多山丘陵的城市，地质条件复杂，土地资源丰富。
为了更好地保护土地资源、合理开发利用土地，了解土地利用景观格局的动态变化及其对空间幅度的影响显得尤为重要。
土地利用景观格局是指特定区域土地利用类型的组合及其空间分布格局。
动态变化是土地利用景观格局结构在不同时间尺度上的变化过程，空间幅度效应则是指土地利用类型变化对景观格局空间分布特征的影响程度。
首先，我们对天水市过去几十年的土地利用景观格局进行了研究。
通过对多期遥感影像进行解译分析，我们发现天水市的土地利用类型主要包括耕地、林地、草地、建设用地和水域等。
在过去几十年的发展过程中，耕地面积逐渐减少，而建设用地和林地面积有所增加。
这表明随着城市化进程的推进，建设用地对农田的占用逐渐增加，对生态环境的影响也逐渐显现。
接着，我们分析了土地利用景观格局的动态变化情况。
通过计算景观指数，我们发现天水市土地利用类型间的空间分布发生了显著变化。
建设用地的空间分布呈现出高度集聚的特点，而耕地和林地则呈现出较为分散的特点。
这种动态变化反映了城市化进程对土地利用带来的深刻影响。
最后，我们研究了土地利用景观格局对空间幅度的影响。
通过计算土地利用结构对景观格局空间格局的综合影响指数，我们可以得出结论，天水市建设用地的扩张对景观格局的影响最大，其次是耕地和林地。
这表明城市化进程对土地利用景观格局的空间分布产生了重要的影响，对城市的可持续发展提出了新的要求。
综上所述，天水市土地利用景观格局的动态变化及其对空间幅度的影响研究具有重要的理论和实践意义。
通过深入了解土地利用的动态变化及其对景观格局的影响，可以为合理规划土地利用、保护生态环境提供科学依据。
未来，我们还需要进一步研究土地利用与生态环境、经济社会发展之间的关系，更加全面地分析土地利用景观格局的动态变化及其空间幅度效应综合研究表明，随着城市化进程的推进，天水市土地利用景观格局发生了动态变化，并且建设用地对农田的占用逐渐增加。
