基于GIS的長沙市景觀格局定量分析與優(yōu)化研究.pdf

1、快速城市化進程中劇烈的土地利用覆蓋變化造成土地資源的不合理利用，導致了空氣污染蔓延、城市熱島效應(yīng)加劇、水環(huán)境惡化、地面沉降加重和生物多樣性喪失等生態(tài)環(huán)境問題，對高密度城市人群的生存環(huán)境和身體健康產(chǎn)生顯著脅迫，直接影響了區(qū)域的生態(tài)安全狀況和可持續(xù)發(fā)展，人類活動對地球系統(tǒng)變化的影響部分已超出自然營力，越來越不能忽視。城市景觀生態(tài)學以其鮮明的理論特色和方法論優(yōu)勢，成為應(yīng)對上述城市問題的依托性研究手段。城市景觀生態(tài)學以其鮮明的理論特色和方法論優(yōu)

2、勢，成為應(yīng)對上述城市問題的依托性研究手段。城市景觀格局研究是城市景觀生態(tài)研究的重要方面，主要包括城市景觀格局特征及其動態(tài)、城市景觀格局研究方法以及城市景觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化和調(diào)控。城市地域的可持續(xù)發(fā)展必須以生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展為前提和保障。城市生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能所決定的，系統(tǒng)的功能取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。要改善城市生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，就必須從調(diào)整城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)入手。城市土地既是城市空間格局的地域要素，又是人類活動及其影響的載體，它的利用

3、方式和格局成為調(diào)控城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時決定了城市生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)和功能。城市生態(tài)合理性目標的實現(xiàn)取決于城市景觀結(jié)構(gòu)與格局能否實現(xiàn)優(yōu)化。 本研究選擇位居于湘江下游，居洞庭湖平原與湘東山地、湘中紅壤丘陵結(jié)合處的長沙市作為研究對象，利用1:250 000全國標準地形數(shù)據(jù)庫和EDRAS遙感軟件對TM影像進行幾何糾正和人機交互式解譯，得到1986和2000年的景觀矢量圖；然后，在ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件支持下，采用GIS軟

4、件(ArcGIS9.2)的空間分析功能，對該景觀圖進行分析和統(tǒng)計，獲取相應(yīng)的空間信息，如斑塊的數(shù)量、面積和形狀等；將這些空間信息數(shù)據(jù)導入景觀分析軟件Fragstats3。3和Excel2003進行景觀格局分析(景觀形狀指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)等)和計算，同時，在斑塊、類型和景觀尺度上對景觀格局的多樣性進行測定，計算各種景觀類型的斑塊面積、斑塊數(shù)和面積百分比。并對長沙市各景觀斑塊進行比較，依據(jù)景觀生態(tài)學原理對結(jié)果進行分析，揭示其存在的景觀生態(tài)

5、問題，并初步分析了城市化水平對景觀空間格局的影響；最后結(jié)合城市發(fā)展的一般規(guī)律和景觀生態(tài)規(guī)劃的方法，提出了長沙市市域范圍內(nèi)景觀空間格局可持續(xù)發(fā)展對策與建議。 研究結(jié)果表明：(1)從景觀格局定量分析結(jié)果可知，分布面積占研究區(qū)總面積達46。8707％的有林地景觀其連接性、完整性比其他景觀類型好，是研究區(qū)的基質(zhì)，但斑塊和景觀的空間形狀較為復雜，表現(xiàn)出強烈的干擾特征。水田的斑塊數(shù)量最多，受人為活動影響強烈。天然草地，改良草地，灘涂表現(xiàn)出

6、萎縮特征。從各類用地的空間組合來看，除了城鎮(zhèn)相對集中的城區(qū)等幾個地方外，農(nóng)村居民點多為耕地和林地景觀所隔開，各城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民點由道路或水系連接。如果將市域生態(tài)系統(tǒng)劃分為城鎮(zhèn)建設(shè)用地與非城鎮(zhèn)建設(shè)用地兩種。我們可以判斷長沙市域景觀的基本格局應(yīng)為城鎮(zhèn)建設(shè)“斑塊”鑲嵌于由自然和半自然景觀構(gòu)成的非城鎮(zhèn)建設(shè)“基質(zhì)”中，道路水系作為“廊道”連接之中。研究結(jié)果對長沙市景觀生態(tài)規(guī)劃有指導意義。 (2)景觀格局動態(tài)變化研究結(jié)果顯示，由于人為過度

7、砍伐，使得森林覆蓋率下降，城鎮(zhèn)居民地面積不斷擴大。景觀格局的多樣性和破碎化程度逐步增加，景觀的穩(wěn)定性增強。通過運用馬爾柯夫模型對長沙市景觀格局未來演變趨勢的預測可知，馬爾柯夫模型可以應(yīng)用于湘中紅壤丘陵區(qū)景觀格局的變化預測中。人為干擾，特別是城市化進程的快速發(fā)展和耕地的開墾是導致湘中紅壤丘陵區(qū)景觀演替的動力機制。在自然狀態(tài)下，本區(qū)的生物氣候水資源等自然條件將導致生態(tài)環(huán)境向良性方向發(fā)展，不會使景觀格局發(fā)生巨大的變化。然而，當人類活動作用于環(huán)

8、境時，將會改變原有的土地利用方式，從而影響到景觀格局特征。影響景觀格局變化的人類活動包括城市化、森林過度采伐，耕作和造林措施不合理等，其中城市化和耕作兩種人類活動是造成景觀格局變化的主要原因。 (3)景觀格局整體優(yōu)化方法與生態(tài)敏感性及適宜性分析的綜合運用，兼顧了景觀單元“垂直”方向的匹配和“水平"方向的關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)之上對整體的空間格局進行生態(tài)調(diào)控，討論了基于景觀格局的長沙市的生態(tài)控制區(qū)、生態(tài)協(xié)調(diào)區(qū)和生態(tài)恢復區(qū)位置。提出了“一