全 文 ：　 　 倡 鲁东大学校基金项目（２００５３２０１） 、山东省教育厅项目 （J０１H０３）和山东省自然基金项目 （Z２００３E０１）资助
收稿日期 ：２００６唱０３唱０５ 　 改回日期 ：２００６唱０５唱３１
山东半岛典型流域果园与旱地景观结构分析 倡
陈雅琳 　常学礼 　崔步礼
（鲁东大学地理与资源管理学院 　 烟台 　 ２６４０２５）
摘 　 要 　 以烟台市土地利用现状图和 ２００２ 年 ９ 月 ９ 日的 ETM 影像为信息源 ，结合地面考察 ，在 ３S 技术的支持
下 ，选取景观百分比 、斑块密度 、周长唱面积分维数和斑块凝聚度 ，对烟台市 １６ 个典型流域的果园与旱地景观结构
进行了分析 。 结果表明 ，果园在各流域中的面积比重较小 ，旱地面积占绝对优势 ；但果园斑块数量多 。 对各种景观
指数比较表明 ，旱地的平均景观百分比明显高于果园景观 ，果园景观的平均 、最大及最小斑块密度均明显高于旱地
景观 ，两种景观的周长唱面积分维数相差不大但斑块凝聚度的差异显著 。
关键词 　 果园景观 　 旱地景观 　 景观结构 　 山东半岛
Analysis on landscape structure of orchard and non唱irrigable cropland in the typical basins of Shandong Peninsula ．
CHEN Ya唱Lin ， CHANG Xue唱Li ， CUI Bu唱Li （College of Geography and Resource Management ， Ludong Universit y ，
Yantai ２６４０２５ ， China） ，GJEA ，２００７ ，１５（２） ：１７３ ～ １７７
Abstract 　 Based on ３S techniques ， the study compared the landscape structures of orchard and no唱irrigable cropland of １６
typical basins in Yantai City by using the land唱use唱map of Yantai City and the Landsat TM image in Sept ．９ ，２００２ ． The
percen tage of landscape ，patch density ，perimeter唱area fractal dimension and patch cohesion index were calculated by using
Fragstats ３畅３ ． The results show that though Yantai City is famous for its vegetables and fruits ， the propor tion of orchard
is not the largest in area ．Non唱irrigable cropland landscapes are dominant in area and orchard landscapes are dominant in
patch number ． The conclusion made through comparing differen t landscape indices is that the average percentage of non唱
irrigable cropland landscape is higher than that of orchard landscape ． The average ， the largest and the smallest patch den唱
sities of orchard landscape are higher than those of non唱irrigable cropland landscape obviously ．No significan t difference be唱
t ween orchard landscape and non唱irrigable cropland landscape in perimeter唱area fractal dimension is observed ，but there are
great changes from orchard landscape to non唱irrigable cropland landscape in patch cohesion index ．
Key words 　 Orchard landscape ，Non唱irrigable cropland landscape ，Landscape st ructure ， Shandong Peninsula
（Received March ５ ， ２００６ ；revised May ３１ ，２００６）
空间格局一直是景观生态学研究的重点［１４ ～ １７］ 。 景观格局是由自然或人为因素形成的一系列大小形
状各异 、排列不同的景观要素共同作用形成的 ，是各种复杂的物理 、生物和社会因子相互作用的结
果［１８ ～ ２１］ 。 同时 ，景观格局也深深地影响并决定着各种生态过程［１］ 。 许多学者利用空间自相关分析 、分形
分析 、波谱分析和半变异矩分析等方法研究了湿地 、森林和沙漠等不同对象的景观格局 ，并取得了系列成
果［２ ～ ５］ 。 与此同时 ，基于流域的景观生态学研究逐渐成为生态学研究的一个新领域［６］ ，该领域基于流域
生态学和景观生态学的思想 ，以流域为研究尺度 ，分析流域内景观格局的动态变化 ，揭示流域景观格局变
化机制［７ ～ １０］ 。 但目前这方面的研究主要集中在一些生态环境敏感的河流三角洲 （黄河 、辽河）及全流域
（塔里木河 、黑河）等区域［７ ～ ９］ 。 烟台市地形以低山丘陵为主 ，河流属半岛边沿水系 ，河床比降大 ，河流
对地表的切割作用较强 。 由于新构造运动的影响 ，在胶东半岛形成了大量的源短流急 、涨落急剧的小
河流［１０］ ，据统计 ，在烟台市境内共有大小河流 ４３２０ 多条 。 烟台市土地利用以农田 、果园 、林地等的交
替分布为特征 ，是全国久负盛名的果品产区 。 无论从面积还是斑块数量上果园景观都有一定的优势
度 。 本研究以流域为尺度对果园与旱地景观格局进行比较分析 ，为揭示流域空间尺度差异对土地利用
的影响机制提供理论基础 。
第 １５卷第 ２ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．２
２ ０ ０ ７ 年 ３ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture March ，　 ２００７
1 　 研究区概况与研究方法
1畅1 　 研究区概况
烟台市地处山东半岛东部 ，位于北纬 ３６°１６′ ～ ３８°２３′ ，东经 １１９°３４′ ～ １２１°６７′ ，属暖温带大陆性季风气
候 ，与同纬度内陆地区相比具有雨水适中 、空气湿润 、气候温和的特点 。 全市年均降水量为 ６５１畅９mm ，年均
气温 １１畅８ ℃ ，年均相对湿度 ６８ ％ ，年均日照时数 ２６９８畅４h ，年均太阳辐射总量 ５２２４畅４kJ／m２ ，年均风速内陆地
区 ３ ～ ４m／s ，沿海地区 ４ ～ ６m／s ，全市平均无霜期 ２１０d 。 烟台市地形为山地丘陵区 ，山区起伏和缓 ，沟壑纵横
交错 ，山地占总面积的 ３６畅６２ ％ ，丘陵占 ３９畅７ ％ ，平原占 ２０畅７８ ％ ，洼地占 ２畅９ ％ 。 山区位于市域中部 ，海拔在
５００m 以上 ，最高峰为昆嵛山 ，海拔 ９２２畅８m ；丘陵区分布于低山区周围及其延伸部分 ，海拔 １００ ～ ３００m ，起伏
和缓 ，沟谷浅宽 ，谷内冲积物发育 ，土层较厚 ；平原分布于河谷两岸及滨海地带 。
图 1 　 烟台市图
Fig ．１ 　 Map of Yantai City
1畅2 　 研究方法
本项研究以 ２００２
年 ９ 月 ９ 日 ETM 影像
为信息源 ，以 １９９６ 年
烟台市土地利用现状
图（比例尺 １∶１５００００）
的图 斑 分 类和 地 面
GPS 点调查为斑块属
性引导进行影像解译 。
图像的几何校正用 Er唱
das ８畅６ 完成 ，在 Ar唱
cview ３畅３ 中完成目视
解译 后 ，在 Arc Info
７畅１ 环境下将解译图进
行拓扑 ，并根据地形图
流域边界清绘出 １６ 个
典型流域（图 １） 。
各流域的景观分
类采用土地利用三级分类体系 ，将斑块划分为疏林 、成林 、灌木林 、果园 、农村居民地 、城镇 、水浇地 、旱地 、水面
及其他 １０种类型 。同时 ，利用 Clip命令切割出 １６ 个流域并获得流域面积（图 ２ 、表 １） 。 选取面积比重较大 、分
布较广的果园与旱地景观进行对比研究 ，用景观结构分析软件 Fragstats ３畅３ 计算各流域的相关景观指数 。
本研究分析的景观指数主要有景观百分比（Percentage of landscape） 、斑块密度（Patch density） 、周长唱面
积分维数（Perimeter唱area fractal dimension）和斑块凝聚度（Patch cohesion index） 。 景观百分比是衡量景观中
每个斑块类型比例的相对值 ，适合于衡量面积各异的景观的组成 。 计算公式为 ：
PL ＝ Pi ＝ ∑ Ai／ A × １００ （１）
式中 ，Pi 为斑块类型 i所占景观的百分数 ，Ai 为斑块 i的面积 ，A 为景观总面积 。 ０ ＜ PL ≤ １００ ，当相关斑块
类型面积非常小时 PL 接近于 ０ ，当整个景观仅有一个斑块组成时 ，PL 为 １００ 。 斑块密度计算公式为 ：
PD ＝ Ni／ A × １００００ × １００ （２）
式中 ，PD 为斑块密度 ，表示每 １００hm２ 的斑块数 ；选择 ４ 斑块相邻或 ８ 斑块相邻来描述斑块将影响这一指
标 ，本文选取 ８ 斑块相邻 ；Ni 为景观中斑块类型 i 的斑块数量 ；A 为景观的总面积 。 周长唱面积分维数是通
过空间尺度变化反映斑块形状复杂程度的指标 ，计算公式如下 ：
FD ＝
２
ni ∑
n
j ＝ １
（ln pj · ln aj） － ∑
n
j ＝ １
ln pj ∑
n
j ＝ １
ln aj
ni ∑
n
j ＝ １
ln p２j － ∑
n
j ＝ １
ln pj ２
（３）
１７４　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
图 2 　 烟台市各流域果园与旱地分布图
Fig ．２ 　 Distribu tion maps of orchard and non唱irrigated cropland in different river basins
表 1 　 烟台市各河流流域面积与流经区域
Tab ．１ 　 Basin areas and locations of rivers in Yantai Cit y
河流名称 五龙河 大沽夹河 大沽河 王 　 河 黄水河 辛安河 小沽河 留格河
Name o f rive rs Wulong Dagujia Dagu Wang Huangshui Xin摧an Xiaogu Liuge
River Rive r Rive r Rive r R iver R iver R iver R iver
流域面积／km ２ ２６５９畅６ ２２９６畅０ ４７６畅７ ４７３畅７ １０５７畅５ ２９５畅４ ２７２畅２ ２３１畅７
河流名称 温泉河 界 　 河 黄金河 泳汶河 沁水河 苏郭河 沙 　 河 诸流河
Name o f rive rs Wenquan Jie River Huangjin Yong wen Qinshui Suguo Sha Zhuliu
River Rive r Rive r R iver R iver R iver R iver
流域面积／km ２ ２５０畅４ ５５７畅９ ２６０畅９ ２９３畅５ ２８９畅７ １３２畅７ ２７６畅３ １１４畅５
第 ２期 陈雅琳等 ：山东半岛典型流域果园与旱地景观结构分析 １７５　
式中 ，FD 为周长唱面积分维数 ，aj 为斑块 j 的面积 ，pj 为斑块 j 的周长 ，ni 为景观中斑块类型 i的斑块数量 。
FD满足 １ ≤ FD ≤ ２ 。 当 FD ＝ １ 时 ，斑块形状为简单的欧几里德正方形 ；当 FD ＝ ２ 时 ，斑块的形状及其复
杂 。 斑块凝聚度可以衡量相关斑块类型的物理连接性 ，用来描述景观中生境的破碎程度 。 计算公式如下 ：
PCI ＝ １ － ∑ p
∑ p a １ －
１
N
－ １
× １００ （４）
a ＝ A／ s２ （５）
p ＝ P／ s （６）
式中 ，PCI 为斑块凝聚度 ，且 ０ ≤ PCI ＜ １００ ；当斑块类型越聚集 ，PCI 越大 ，即相关斑块类型的物理连接性越
强 ；A 、P分别为斑块的面积和周长 ；N 为景观中栅格数 ；s为栅格边长 。
图 3 　 流域面积与旱地面积和果园面积的相关分析
Fig ．３ 　 Relationships between the basin area and non唱irrigable
cropland area ，orchard area
2 　 结果与分析
2畅1 　 基于流域的旱地与果园景观
特征分析
　 　 流域面积分析表明（表 １） ，所
选 １６ 个流域的面积在 １１４畅５ ～
２６５９畅６km２之间 。 其中 ，五龙河流
域面积最大 ，为 ２６５９畅６km２ ；而诸
流 河 流 域 面 积 最 小 ， 仅 为
１１４畅５km２ 。从旱地 、果园与流域面
积的回归分析可以看出（图 ３） ，旱
地 、果园面积与流域面积均存在线形
正相关关系 ，且相关系数达到 ０畅９４ 以
上 。 各流域不同斑块特征分析（表 ２）表
明 ，各流域旱地所占流域总面积的比
重最大 ，为 ４５畅７７ ％ ，而果园景观仅占
流域总面积比重的 １５畅７１ ％ ；旱地的总
面积和流域间平均面积也明显高于果园 ，
分别为 ４４畅８５ 万 hm２ 和 ２８０３１畅３９hm２ ，而
果园仅为 １４畅４０ 万 hm２ 和 ９６２２畅０２hm２ 。
　 　
表 2 　 烟台市不同流域主要斑块类型统计特征
Tab ．２ 　 Statistical characters of major patch typers of the river basins in Yantai City
土地利用 总 　 面 占流域总面 流域间平均 总斑块数量 占总斑块 平均斑块
类 　 型 积 ／万 hm ２ 积比／ ％ 面积 ／hm ２ To tal patch 比 ／ ％ 面积／h m２
Landuse Tot al Rat e to t otal Average area nu mbers Ra te to t ot al A verage
t ypes area basin area among basins patch pat ch area
果园 １５畅４０ １５畅７１ ９６２２畅０２ １００１ １８畅６１ １５３畅８０
旱地 ４４畅８５ ４５畅７７ ２８０３１畅３９ ４２３ ７畅８６ １０６０畅２９
从表 ２ 还可以看出 ，各流域中旱地与果园的斑块数量相差悬殊 ，果园的斑块数量为 １００１ 个 ，占流域总斑块数
的 １８畅６１ ％ ，而旱地斑块数量为 ４２３ 个 ，仅占流域总斑块数的 ７畅８６ ％ 。 从各流域旱地与果园的对比分析中可
以看出 ，烟台市旱作农业面积占有较高的比例 ，各流域斑块数量都以果园占绝对优势 。 说明山东半岛各流
域中旱地连通性高 ，大面积成片出现 ，而果园分布却呈“地块多 、面积小”的分布格局 。
2畅2 　 基于流域的旱地与果园景观指数分析
景观指数方法在景观结构的描述 、比较和动态研究中应用越来越广泛［１１ ，１２］ 。 景观指数是指能够高度概
括景观格局信息 ，反映其结构组成和空间配置特征的简单定量指标 ，已成为定量研究景观格局和动态变化
的主要指标之一［１２ ，１３］ 。 对反映研究区的果园与旱地景观格局特征的几种景观指数分析结果见表 ３ 和表 ４ 。
表 3 　 烟台市果园景观指数特征
Tab ．３ 　 Index characters of orchard in Yantai City
项 　 目 景观百分比 斑块密度 周长唱面积分维数 斑块凝聚度
I t em s PL PD FD PCI
最大值 ２２畅７６３ ０畅１５３ １畅０４１ ８３畅７９８
最小值 ６畅６２８ ０畅０５１ １畅００６ ２３畅８２２
平均值 １３畅３８２ ０畅１０９ １畅０２３ ３５畅８５６
表 4 　 烟台市旱地景观指数特征
Tab ．４ 　 Index characters of non唱irrigable cropland in Yantai City
项 　 目 景观百分比 斑块密度 周长唱面积分维数 斑块凝聚度
I tems PL PD FD PCI
最大值 ６３畅０６２ ０畅０６１ １畅０６６ ９９畅６０５
最小值 ２畅０４１ ０畅００９ １畅００６ ２６畅３０７
平均值 ４１畅２９３ ０畅０３７ １畅０４８ ８９畅５３５
从研究区各流域的景观百分比分析可以发现 ，各流域果园景观百分比平均值为 １３畅３８２ ，最大值为
２２畅７６３ ，出现在泳汶河流域 ，最小值为 ６畅６２８ ，出现在王河流域 ；旱地景观的百分比平均值为 ４１畅２９３ ，最大值
与最小值分别出现在五龙河流域和泳汶河流域 ，为 ６３畅０６２ 和 ２畅０４１ 。 由此可以看出 ，泳汶河流域果园面积
大于旱地面积 ，与各流域总体特征不同 ，说明该流域虽小但有发展果树业的特殊优势 。 旱地的景观百分比
１７６　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
相差悬殊 ，其中最大值出现在五龙河 ，这与五龙河所处的位置有关 ，五龙河发源于栖霞市 ，主要流经莱阳和
海阳（表 １） ，莱阳与海阳属于丘陵区 ，地势较平坦 ，适合连片耕作 ，发展旱作农业 。 各流域的果园与旱地景观
无论在最大斑块密度 、最小斑块密度还是平均斑块密度都相差悬殊 。 果园景观斑块密度的各个指标均高于
旱地景观 ，显示了果园景观单位面积的斑块数量明显高于旱地景观的景观特点 。 其中果园景观的最大斑块
密度为 ０畅１５２６ ，出现在辛安河流域 ；旱地景观的最大斑块密度为 ０畅０６１ ，出现在沁水河流域 。 研究区各流域
内的果园景观与旱地景观的周长唱面积分维数相差不大 ，果园与旱地景观的最大周长唱面积分维数与平均周
长唱面积分维数均仅相差 ０畅０２５ ，而最小周长唱面积分维数相同 ，这充分说明了研究区各流域内果园与旱地景
观的斑块形状均比较简单 ，变化不明显 ，且这两种景观之间的形状相差不大 。 研究区各流域内果园景观斑
块凝聚度变化在 ２３畅８２２ ～ ８３畅７９８ 之间 ，旱地景观斑块凝聚度变化在 ２６畅３０７ ～ ９９畅６０５ 之间 ，无论是果园还是
旱地景观的凝聚度变化均非常显著 ，说明有的斑块物理连接性很好而有的斑块物理连接性却很差 ，这与自
然环境 、地形 、人为干扰等因素有关 。 果园与旱地景观相比 ，其最大斑块凝聚度与最小斑块凝聚度相差不
大 ，但其平均值却相差悬殊 ，反映出研究区各流域旱地的物理连接性明显高于果园的特点 。
3 　 讨 　 论
在流域生态系统的研究中 ，景观生态分析方法得到了广泛重视［７ ，２２ ，２３］ 。 从景观斑块特征来看 ，山东半
岛果园总面积在区域中并未占主导地位 ，而是以斑块数量高为主要特征 ，旱地却以总面积占绝对优势为主
要特征 。 这与山东半岛的气候 、地形有很大关系 。 在景观尺度上各景观指数的分析表明 ，泳汶河流域的果
蔬业较发达 ，而五龙河流域的旱作农业占绝对优势 ，这与区域所处的地理位置 、地形及历史原因有关 。 在斑
块尺度上 ，辛安河果园景观的斑块密度最大 ，景观破碎化程度最高 ，而沁水河流域旱地景观破碎化程度最
高 ；两种景观的周长唱面积分维数相差不大 ，说明斑块形状均比较单一 ，因为农田受人为干扰较大 ，其边缘为
形状简单的直线或近似直线 。 烟台市是山东半岛的重要组成部分 ，基于流域的景观结构研究 ，对于烟台市
以至整个山东半岛地区生态环境评价 、景观生态设计及土地资源的合理利用都有重要意义 。
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