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摘要:利用GIS软件的空间分析和数理统计等功能，沿高速公路建立不同距离的缓冲区，运用景观生态学原理，选取聚合度、多样性指数等景观指数，定量化研究重庆市高速公路对沿线5km范围内景观格局的影响。结果表明:2000－2015年期间，高速公路沿线5km缓冲区内，城镇建设用地面积变化最大，增加了698．73km2;其次是水域和耕地，变化最小的是林地，仅增加11．60km2。随着缓冲距离的增加，斑块数目的增长幅度最大，聚合度指数、景观分割指数、景观多样性和均匀度指数大体上呈增长趋势，而斑块密度除1～2km缓冲区较为特殊外有所减小。
关键词:景观格局;高速公路;重庆市;GIS
0引言
高速公路的发展与建设一方面可以促进区域政治以及经济的发展;另一方面更是对其沿线的生态景观系统产生着重大的影响［1］。近年来国内对于景观生态方面的研究日益广泛和深入，不少学者针对流域、绿地或森林等景观开展了许多研究，但由于公路特殊的线性特点和建设的时限性，往往难以定量化研究其对某一生态系统的影响，目前大多数学者对此仍集中在概念或者框架上，缺少进一步的定量分析。本文运用景观生态学原理，利用GIS的空间分析和数理统计等功能，定量化研究重庆市2000年和2015年高速公路沿线5km范围内景观格局的变化情况，分析其空间结构特征，以揭示社会经济活动对其周边景观格局造成的影响，进而为区域景观管理及优化提供建议。
1研究区概况
重庆位于我国西南部、长江上游地区，地跨东经105°11'～110°11'、北纬28°10'～32°13'，是青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，东邻湖北、湖南，南靠贵州，西接四川，北连陕西，辖区东西长470km，南北宽450km，幅员面积8.24万km2，属亚热带湿润季风气候。近年来，重庆市的交通不断发展，截至2019年，全市高速公路通车总里程达到3233km，是西南地区的综合交通枢纽。
2研究方法
2.1数据源与数据处理。通过地理空间数据云网站下载LandsatTM5遥感影像(2000和2015年，分辨率为30m)，经处理后将土地分为6类，分别是耕地、林地、草地、水域、城镇建设用地和未利用地。利用ArcGIS10．2软件的clip、buffer等工具，建立高速路双侧5km缓冲区沿线土地利用现状图(见图1)并进行分析。为了研究距公路不同距离区域的景观变化，基于高速路图层，建立不同距离的缓冲带(1km、1～2km、2～5km)，将缓冲区和土地利用现状图叠加，并导入Fragstat4．2景观软件，计算相应的景观指数，从而分析高速路沿线不同缓冲区的景观格局变化。
2．2指数的选择。本文主要选择6种可反映高速路影响的景观指数，分别为:斑块数目、斑块密度、景观分割指数、香农多样性指数、景观均匀度指数、景观聚合度。其具体计算公式如下［2－3］。1)香农多样性指数(SHDI):SHDI=－∑mi=1(Pi×lnPi)(1)式中:Pi是第i种景观类型占总面积的比例;m是研究区景观类型的总数。其数值反映的是景观类型的丰富度。2)景观均匀度指数(SIEI):SIEI=1－ln∑mi=1P2i1－1/m(2)式中:i，m，Pi含义同上。均匀度指数越趋近于1，表明各景观类型分布越均衡。3)景观分割指数(SPLIT):SPLIT=A2∑mi=1∑nj=1a2ij(3)式中:aij为斑块的面积，A为总面积，分割指数越大，斑块的破碎化程度越高。4)景观聚合度(AI):AI=∑mi=1Ciimax－C[]iiP[]i×100(4)式中:Cii为邻近相同类型的斑块数目，聚合度指数越大，表明景观斑块的几何程度越高。
3结果与分析
3.1土地利用变化分析。通过分析研究区2000－2015年高速公路沿线5km缓冲区范围内各土地利用类型的面积变化(见表1)可知:高速公路沿线5km缓冲区范围内耕地面积最大，其次是林地，而未利用地和水域所占的比重极小。在2000－2015年期间，城镇建设用地增加了698．7262km2，是原有面积的2倍多;其次是水域和耕地，分别增加13．90%和减少7．08%;未利用地和草地分别减少了4．33%和3．17%;而林地变化最小，面积仅增加11．60km2，变化率不足1%。可以看出，高速公路在5km缓冲区范围内，影响最大的是城镇建设用地。就面积的变化量而言，耕地减少的数量与城镇建设用地相差无几，说明15年间高速公路的建设和城市用地的扩张必不可少地会侵占部分耕地，导致公路周边生态系统的改变。
3.2景观格局变化。根据Fragstat4．2景观软件对各景观指数的计算结果，进一步分析高速公路沿线景观格局变化。如图2所示，随着缓冲距离的增加，斑块数目增加，而斑块密度却在1～2km缓冲带突增，而后在2～5km缓冲带减少。可见，随着高速公路的不断建设，导致周边的生态系统破坏，面积减少，斑块数目增加。但是由于1～2km缓冲带的间距较小，总面积也就小，而距离公路越近的区域斑块破碎化的程度越大，因此斑块密度就大。2～5km缓冲带的间距增大，面积增大，相对于1km处而言，斑块密度减少，说明距离公路越远，人类干扰增多，斑块数目增多，但逐渐均质化。如图3所示，香农多样性指数和景观均匀度指数随着年份和缓冲距离的增加均有所增大，但是均匀度指数的变化幅度比多样性指数大很多。其中各缓冲距离的多样性指数均在1附近，2015年最高为1．17，说明高速公路的发展与建设并没有对景观类型造成太大的影响，且沿公路两侧向外扩展各斑块类型呈均衡化趋势分布。而均匀度指数变化较大主要是因为本次的研究尺度较大，所选的缓冲带距离不同，并且间隔较小，没有考虑其他干扰的影响，所以与其他研究结果有所不同。由图4可以看出，景观聚合度和景观分割指数随着缓冲距离增大而增加。在1～2km缓冲带区域，数值变化出现异常，这是因为缓冲区的带宽太窄，离两侧距离较近，而本次研究尺度较大，这一区域的斑块破碎化程度极高，导致其聚合度指数突然减小，而分割指数较大;从另一方面来说，高速公路5km缓冲区范围内的整体景观聚合程度较高，15年间指数变化并不太明显。
4结语
本次研究主要借助景观生态研究手段，分析重庆市高速公路在2000年和2015年沿线的景观格局变化，其结果有助于了解高速路沿线区域的景观结构组成和空间配置关系。然而高速公路对沿线生态系统的生态效应还受到地形、地貌、干扰强度等诸多因素的影响，同时原始数据的精度也在一定程度上影响了最终的研究成果，因此今后会考虑使用更加合适的景观分辨率和景观划分单元，并结合多种影响因素细化研究，以获得更准确的分析结果。
参考文献:
［1］刘世梁，崔保山，杨志峰，等．高速公路建设对山地景观格局的影响———以云南省澜沧江流域为例［J］．山地学报，2006(1):54－59．
［2］郭月婷，廖和平，彭征．重庆市2号线轻轨沿线景观格局空间分异研究［J］．西南师范大学学报(自然科学版)，2010，35(1):150－157．
［3］陈竹安，冯祥瑞，危小建．基于LUCC的武汉市高速公路周边景观格局变化分析［J］．土壤通报，2019，50(1):35－44．
作者:余阳 单位:重庆交通大学建筑与城市规划学院