马 格 郑琳琳 李 娜

（黄河交通学院，河南 焦作 454950）

0 引言

我国当前处于城市建设快速发展的阶段，城镇化发展已成为不可阻挡的发展趋势［1］。人为活动对土地资源的利用最先作用于土地的自然形态，导致区域性或全球性的城市生态环境变化［2］。土地利用与土地覆盖变化（Land Use and Land Cover Change，LUCC），是人类活动和自然环境共同作用下最重要的表现形式之一，其不可忽视的重要性致使其越来越被认为是全球环境变化研究的热点和核心问题［3-4］。城市生态环境发展的可持续性，主要取决于针对城市化发展的进程中土地利用与土地覆盖变化和景观格局动态变化［5］。不同的土地利用类型在空间上呈现出的不同的分布与组合形式称为景观格局，景观格局的表现是各种生态过程在不同尺度上作用的结果［6-7］。景观格局指数能全面地从景观格局中提取出信息，能够从各个等级有效的定量反映景观格局的结构组成和配置特征［8-10］。针对景观格局的研究主要是对土地利用的斑块空间分布、空间功能性、空间变化度以及景观斑块的管理规划进行分析［11］。

通过焦作市近10年的土地利用变化与景观格局的研究，有助于深入了解该用地类型的景观格局的结构，对于焦作市区域景观生态的可持续发展尤为重要。

1 研究区域概况、数据来源及处理

1.1 研究区域概况

焦作市地处河南西北部，南临黄河，总面积约为4 071 km2。焦作境内河流众多，流域面积在100 km2以上的河流有23条，地表水资源充足；南水北调中线工程从中心城区斜穿而过。本研究的研究区域的范围为整个焦作市市辖区。

1.2 数据来源

本研究所用数据是基于30 m空间分辨率的Landsat系列遥感影像数据，选择2011年、2013年、2015年、2018年、2021年的焦作市影像数据进行处理和研究。影像数据均由地理空间数据云（http:∕∕www.gscloud.cn∕）下载获取。

1.3 数据处理及分析方法

利用Arcgis10.2软件获取5个时期的土地利用现状，根据研究内容，将研究区域的用地分类主要划分为建设用地、水域、农田、林地四种用地类型。利用Fragstats4.2选取可以反映研究区域景观的破碎度、邻近度、多样性和聚散度等空间特征指标。

2 结果与分析

2.1 土地利用类型面积动态变化分析

焦作市域总面积约为4 071 km2，笔者分别将2011年、2013年、2015年、2018年、2021年焦作市5个时期影像所分类出来的建设用地、水域、林地、农田四种用地类型进行统计。通过Arcgis软件分别对其进行处理，完成土地利用类型分类处理，根据研究内容将研究区域的用地面积主要分为建设用地、水域、林地、农田四种用地类型。

2011年焦作市建设用地主要集中在焦作市主城区、修武县、博爱县、温县、武陟县、沁阳市、孟州市内；之后建设用地逐步相连，直至2021年，焦作市主要建设用地间的交通连线更加明显，基本构成已以焦作主城区为核心，各个县级市互相连通的布局模式。2011—2021年，焦作市的建设用地的面积呈现了先增长后降低的变化趋势，但变化的幅度不大；研究区域内的水域较少，区位变化不明显；林地主要集中在北部的太行山山脉和市域内的人工林和森林公园等地；农田呈现小幅度的波动趋势，面积变化总体为先降低再增长后降低。

2.2 类型水平上的景观格局分析

基于研究区和数据的景观格局特征，在类型水平（CLASS）上选取斑块类型面积（CA）、最大斑块所占景观面积的比例（LPI）、边缘密度（ED）、斑块所占景观面积的比例（PLAND）等景观格局指数。

在5个研究时期中，对各个用地类型的斑块类型面积进行排序，5个研究时期的结果均为农田＞建设用地＞林地＞水域。对2011年、2013年、2015年、2018年、2021年焦作市5个时期的四种用地类型的CA进行统计对比，由表1可看出2021年相较于2011年农田的CA整体减少；建设用地的CA整体有所增加；2011—2021年林地的CA则呈现出先增加后减少的趋势。

表1 2011—2021年焦作市用地类型景观斑块类型面积（CA）统计 单位：hm2

通过对2011—2021年焦作市各个用地类型的最大斑块所占景观面积的比例（LPI）进行整理，得出表2。2011—2021年5个时期中，农田的LPI均为4种用地类型中最大的；5个时期中，水域的LPI均为最小，2021年的LPI达到峰值，出现这个结果的原因可能是由于2021年影像选取的时间为8月，焦作市雨水较大，水域碎片连接，所以导致了LPI的显著增加；建设用地的LPI总体呈现先增长后降低的趋势；林地的LPI排在4种用地类型的第三位，总体变化不大。

表2 2011—2021年焦作市最大斑块所占景观面积的比例（LPI）统计 单位：%

2011—2021年焦作市景观的边缘密度（ED）的统计结果如表3所示。2011年4种用地类型的边缘密度排序为农田＞建设用地＞林地＞水域。2013年4种用地类型的ED排序为建设用地＞农田＞林地＞水域，建设用地的ED超越农田，成为边缘密度最大的用地类型。2015年相较于2013年，建设用地的ED有所降低，但仍位于第一位。2018年农田的ED超过建设用地；林地的ED也有明显的增长。2021年农田的ED相较于2018年有明显降低，林地和水域的ED则有所增加。总体来看，2011—2021年建设用地和农田的边缘密度较大，水域和林地的景观边缘密度较小。

表3 2011—2021年焦作市景观边缘密度（ED）统计单位：m∕hm2

对2011年、2013年、2015年、2018年、2021年焦作市5个时期的四种用地类型的斑块所占景观面积的比例（PLAND）进行统计汇总，如表4所示。2011—2021年4种用地类型的PLAND排序为农田＞建设用地＞林地＞水域。

表4 2011—2021年焦作市斑块所占景观面积的比例（PLAND）统计 单位：%

通过对2011年、2013年、2015年、2018年、2021年焦作市5个时期的四种用地类型的景观格局指数进行分析比较，可以得出2011—2021年焦作市的景观类型以人为景观为主导，仍有部分自然景观向人为景观转变，农田是最优势景观类型，水域的面积最少，景观优势度最低，建设用地和农田的景观破碎度最高。

2.3 景观水平上的景观格局分析

基于研究区和数据的景观格局特征，在景观水平（LANDSCAPE）上选取香农多样性指数（SHDI）、蔓延度指数（CONTAG）等景观格局指数，香农多样性指数（SHDI）能反映景观异质性，并且与景观格局的景观多样程度、景观破碎化程度呈正相关关系，蔓延度指数（CONTAG）能反映景观中不同斑块类型的团聚程度或延伸趋势，CONTAG指标描述的是景观里不同斑块类型的团聚程度或延展趋势。由于该指标包含空间信息，是描述景观格局的最重要的指数之一。

通过对2011年、2013年、2015年、2018年、2021年焦作市5个研究时期的景观格局进行香农多样性指数（SHDI）计算，其指数变化如图1所示。焦作市的香农多样性指数在2013年最高，在2018年最低。在5个研究时期内，焦作市的香农多样性指数呈现先增长后降低之后再增长的趋势，说明焦作市10年间景观多样程度、景观破碎化程度变化不大，只在研究期内呈现波动变化。

图1 2011—2021年焦作市城市香农多样性指数变化

对2011—2021年5个时期的城市蔓延度指数（CONTAG）进行汇总（如图2），由图可知，2011—2021年焦作市蔓延度指数呈现了先降低后升高，随后再次小幅度降低的趋势，指数整体呈现出了轻微波动。2013年的城市蔓延度指数降低可能是由于随着农田用地和建设用地的侵蚀，优势斑块不明显并且斑块的破碎化程度增高。

图2 2011—2021年焦作市城市蔓延度指数变化

结果显示：焦作市香农多样性指数变2021年相较于2011年化不大，只在研究期内呈现波动变化；2011—2021年焦作市城市蔓延度指数整体呈现出了轻微波动，谷值出现在2013年，峰值出现在2018年。

3 结论与展望

3.1 结论

2011—2021年焦作市土地利用及景观格局变化主要如下。

①2011—2021年焦作市域内的主要用地类型为农田，范围基本集中在中部、东部、南部等地势平坦的区域；水域面积最少，主要集中在区域内黄河流域和水库；林地主要在北部太行山脉，且面积呈现递减趋势；2021年建设用地相较于2011年有明显提升。

②2011—2021年焦作市的景观类型以人为景观为主导，仍有部分自然景观向人为景观转变，农田是最优势景观类型，水域的面积最少，景观优势度最低，建设用地和农田的景观破碎度最高。

③焦作市香农多样性指数2021年相较于2011年变化不大，只在研究期内呈现波动变化；2011—2021年焦作市城市蔓延度指数整体呈现出了轻微波动，谷值出现在2013年，峰值出现在2018年，整体有所升高。体现了景观格局的空间形态向多样化发展的趋势。

3.2 展望

本研究主要采用了Arcgis和fragstats软件对焦作市2011—2021年土地利用的改变下，景观格局的变化分析。但是受数据获取方式单一和研究方式的限制等原因，研究还存在一些不足，有些问题还需要进一步的深入研究。具体问题主要表现在：利用遥感影像数据探究城市土地利用和景观格局的变化已经较为成熟，但是获取的遥感影像数据精度不高，为30 m空间分辨率的影像数据，存在一定的误差，在后续的研究中，需要使用精度更高的影像数据，减小误差。