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摘要:利用GIS軟件的空間分析和數理統計等功能，沿高速公路建立不同距離的緩沖區，運用景觀生態學原理，選取聚合度、多樣性指數等景觀指數，定量化研究重慶市高速公路對沿線5km范圍內景觀格局的影響。結果表明:2000－2015年期間，高速公路沿線5km緩沖區內，城鎮建設用地面積變化最大，增加了698．73km2;其次是水域和耕地，變化最小的是林地，僅增加11．60km2。隨著緩沖距離的增加，斑塊數目的增長幅度最大，聚合度指數、景觀分割指數、景觀多樣性和均勻度指數大體上呈增長趨勢，而斑塊密度除1～2km緩沖區較為特殊外有所減小。
關鍵詞:景觀格局;高速公路;重慶市;GIS
0引言
高速公路的發展與建設一方面可以促進區域政治以及經濟的發展;另一方面更是對其沿線的生態景觀系統產生著重大的影響［1］。近年來國內對于景觀生態方面的研究日益廣泛和深入，不少學者針對流域、綠地或森林等景觀開展了許多研究，但由于公路特殊的線性特點和建設的時限性，往往難以定量化研究其對某一生態系統的影響，目前大多數學者對此仍集中在概念或者框架上，缺少進一步的定量分析。本文運用景觀生態學原理，利用GIS的空間分析和數理統計等功能，定量化研究重慶市2000年和2015年高速公路沿線5km范圍內景觀格局的變化情況，分析其空間結構特征，以揭示社會經濟活動對其周邊景觀格局造成的影響，進而為區域景觀管理及優化提供建議。
1研究區概況
重慶位于我國西南部、長江上游地區，地跨東經105°11'～110°11'、北緯28°10'～32°13'，是青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，東鄰湖北、湖南，南靠貴州，西接四川，北連陜西，轄區東西長470km，南北寬450km，幅員面積8.24萬km2，屬亞熱帶濕潤季風氣候。近年來，重慶市的交通不斷發展，截至2019年，全市高速公路通車總里程達到3233km，是西南地區的綜合交通樞紐。
2研究方法
2.1數據源與數據處理。通過地理空間數據云網站下載LandsatTM5遙感影像(2000和2015年，分辨率為30m)，經處理后將土地分為6類，分別是耕地、林地、草地、水域、城鎮建設用地和未利用地。利用ArcGIS10．2軟件的clip、buffer等工具，建立高速路雙側5km緩沖區沿線土地利用現狀圖(見圖1)并進行分析。為了研究距公路不同距離區域的景觀變化，基于高速路圖層，建立不同距離的緩沖帶(1km、1～2km、2～5km)，將緩沖區和土地利用現狀圖疊加，并導入Fragstat4．2景觀軟件，計算相應的景觀指數，從而分析高速路沿線不同緩沖區的景觀格局變化。
2．2指數的選擇。本文主要選擇6種可反映高速路影響的景觀指數，分別為:斑塊數目、斑塊密度、景觀分割指數、香農多樣性指數、景觀均勻度指數、景觀聚合度。其具體計算公式如下［2－3］。1)香農多樣性指數(SHDI):SHDI=－∑mi=1(Pi×lnPi)(1)式中:Pi是第i種景觀類型占總面積的比例;m是研究區景觀類型的總數。其數值反映的是景觀類型的豐富度。2)景觀均勻度指數(SIEI):SIEI=1－ln∑mi=1P2i1－1/m(2)式中:i，m，Pi含義同上。均勻度指數越趨近于1，表明各景觀類型分布越均衡。3)景觀分割指數(SPLIT):SPLIT=A2∑mi=1∑nj=1a2ij(3)式中:aij為斑塊的面積，A為總面積，分割指數越大，斑塊的破碎化程度越高。4)景觀聚合度(AI):AI=∑mi=1Ciimax－C[]iiP[]i×100(4)式中:Cii為鄰近相同類型的斑塊數目，聚合度指數越大，表明景觀斑塊的幾何程度越高。
3結果與分析
3.1土地利用變化分析。通過分析研究區2000－2015年高速公路沿線5km緩沖區范圍內各土地利用類型的面積變化(見表1)可知:高速公路沿線5km緩沖區范圍內耕地面積最大，其次是林地，而未利用地和水域所占的比重極小。在2000－2015年期間，城鎮建設用地增加了698．7262km2，是原有面積的2倍多;其次是水域和耕地，分別增加13．90%和減少7．08%;未利用地和草地分別減少了4．33%和3．17%;而林地變化最小，面積僅增加11．60km2，變化率不足1%。可以看出，高速公路在5km緩沖區范圍內，影響最大的是城鎮建設用地。就面積的變化量而言，耕地減少的數量與城鎮建設用地相差無幾，說明15年間高速公路的建設和城市用地的擴張必不可少地會侵占部分耕地，導致公路周邊生態系統的改變。
3.2景觀格局變化。根據Fragstat4．2景觀軟件對各景觀指數的計算結果，進一步分析高速公路沿線景觀格局變化。如圖2所示，隨著緩沖距離的增加，斑塊數目增加，而斑塊密度卻在1～2km緩沖帶突增，而后在2～5km緩沖帶減少。可見，隨著高速公路的不斷建設，導致周邊的生態系統破壞，面積減少，斑塊數目增加。但是由于1～2km緩沖帶的間距較小，總面積也就小，而距離公路越近的區域斑塊破碎化的程度越大，因此斑塊密度就大。2～5km緩沖帶的間距增大，面積增大，相對于1km處而言，斑塊密度減少，說明距離公路越遠，人類干擾增多，斑塊數目增多，但逐漸均質化。如圖3所示，香農多樣性指數和景觀均勻度指數隨著年份和緩沖距離的增加均有所增大，但是均勻度指數的變化幅度比多樣性指數大很多。其中各緩沖距離的多樣性指數均在1附近，2015年最高為1．17，說明高速公路的發展與建設并沒有對景觀類型造成太大的影響，且沿公路兩側向外擴展各斑塊類型呈均衡化趨勢分布。而均勻度指數變化較大主要是因為本次的研究尺度較大，所選的緩沖帶距離不同，并且間隔較小，沒有考慮其他干擾的影響，所以與其他研究結果有所不同。由圖4可以看出，景觀聚合度和景觀分割指數隨著緩沖距離增大而增加。在1～2km緩沖帶區域，數值變化出現異常，這是因為緩沖區的帶寬太窄，離兩側距離較近，而本次研究尺度較大，這一區域的斑塊破碎化程度極高，導致其聚合度指數突然減小，而分割指數較大;從另一方面來說，高速公路5km緩沖區范圍內的整體景觀聚合程度較高，15年間指數變化并不太明顯。
4結語
本次研究主要借助景觀生態研究手段，分析重慶市高速公路在2000年和2015年沿線的景觀格局變化，其結果有助于了解高速路沿線區域的景觀結構組成和空間配置關系。然而高速公路對沿線生態系統的生態效應還受到地形、地貌、干擾強度等諸多因素的影響，同時原始數據的精度也在一定程度上影響了最終的研究成果，因此今后會考慮使用更加合適的景觀分辨率和景觀劃分單元，并結合多種影響因素細化研究，以獲得更準確的分析結果。
參考文獻:
［1］劉世梁，崔保山，楊志峰，等．高速公路建設對山地景觀格局的影響———以云南省瀾滄江流域為例［J］．山地學報，2006(1):54－59．
［2］郭月婷，廖和平，彭征．重慶市2號線輕軌沿線景觀格局空間分異研究［J］．西南師范大學學報(自然科學版)，2010，35(1):150－157．
［3］陳竹安，馮祥瑞，危小建．基于LUCC的武漢市高速公路周邊景觀格局變化分析［J］．土壤通報，2019，50(1):35－44．
作者:余陽 單位:重慶交通大學建筑與城市規劃學院