盤錦地區(qū)景觀多樣性及其變化研究

蔡元帥，曲 波＊，呂久俊

（1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng)110866；2.遼寧省環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng)110161）

景觀多樣性是指景觀在結(jié)構(gòu)、功能和時(shí)間變化方面的多樣性，其分析源于景觀生態(tài)學(xué)景觀格局演變分析研究［1］。景觀多樣性包括斑塊多樣性、類型多樣性和格局多樣性［2-5］，它們從不同側(cè)面反映景觀的復(fù)雜性。景觀多樣性是決定生物的遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性的基礎(chǔ)。景觀多樣性的研究可以合理地評(píng)估自然和人為因素對(duì)景觀破碎化以及生物多樣性的影響，有利于更有效更及時(shí)地制定生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施。運(yùn)用多樣性指數(shù)對(duì)景觀變化的研究多借助于遙感及地理信息系統(tǒng)分析手段［6-9］，研究對(duì)象往往集中于濕地等景觀上［10-12］，而全面反映地區(qū)景觀多樣性的變化以及驅(qū)動(dòng)力分析方面的研究報(bào)道還較欠缺。

盤錦地區(qū)位于遼寧省中部，遼河下游，渤海之濱，地處121°33′-122°28′E，40°41′-41°28′N，是遼河下游三角洲的中心地帶。地勢(shì)地貌特征是北高南低，屬暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候。盤錦地區(qū)遼東灣濕地屬于低平濕地，由海退和河流沖積而成，表層由淤泥質(zhì)亞黏土組成，質(zhì)地黏重，濕地平原多屬于間歇性積水沼澤。盤錦地區(qū)主要由濕地、農(nóng)田和城鎮(zhèn)景觀組成。本研究將借助景觀生態(tài)學(xué)方法和統(tǒng)計(jì)學(xué)途徑對(duì)2000-2010年盤錦地區(qū)景觀多樣性的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究，分析盤錦地區(qū)10a景觀多樣性的演變規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)力，以期為盤錦地區(qū)景觀多樣性保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 景觀分類系統(tǒng)的建立

研究基于功能結(jié)構(gòu)形態(tài)分類思想以及綜合考慮景觀分類實(shí)用目的、景觀功能、景觀結(jié)構(gòu)、自然地理因子、人類活動(dòng)的干擾強(qiáng)度等多種因素，并參考相關(guān)研究［13-16］，將景觀分類體系建立如下（表1）。

表1 盤錦地區(qū)景觀分類系統(tǒng)Table 1 The classification system of landscape in Panjin area

圖1 盤錦地區(qū)2000、2005、2010年景觀分布Fig.1 Landscape distribution of 2000，2005，and 2010in Panjin area

1.2 景觀制圖與GIS分析

利用2000、2005、2010年3個(gè)時(shí)相 Landsat TM／ETM遙感影像數(shù)據(jù)，在進(jìn)行大氣校正、正射校正和幾何校正等處理，以及對(duì)影像的時(shí)相、云量、波段、噪音、變形、條帶、像元大小等進(jìn)行檢查后，基于構(gòu)建的景觀分類體系，對(duì)遙感影像分類解譯，獲得2000、2005、2010年盤錦地區(qū)土地利用類型數(shù)據(jù)。編制2000、2005、2010年盤錦地區(qū)景觀現(xiàn)狀圖（圖1）。為使上述數(shù)據(jù)精度可靠，真實(shí)反映不同時(shí)期景觀和土地利用狀況，制圖中采用相同的景觀分類系統(tǒng)、相同的地圖投影和最小制圖單元。將以上數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，研究景觀多樣性的變化。

1.3 景觀多樣性的指標(biāo)選取

通過比較景觀格局指數(shù)特征［17-19］選取包括研究區(qū)總的斑塊數(shù)（NP）、平均斑塊面積（MPS）、邊界密度（ED）3個(gè)指數(shù)，以及各生態(tài)系統(tǒng)類型的斑塊平均面積、斑塊數(shù)和分維數(shù)（D）來(lái)對(duì)斑塊多樣性進(jìn)行描述。根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)［20-21］，類型多樣性指標(biāo)主要包括多樣性指數(shù)、優(yōu)勢(shì)度［22］和均勻度指數(shù)。多樣性指數(shù)反映景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)表示景觀多樣性對(duì)最大多樣性的偏離程度，或描述景觀結(jié)構(gòu)中一種或幾種景觀類型支配景觀的程度［23］。均勻度指數(shù)（E）反映景觀里不同景觀類型的分配均勻程度［24］。參考其他研究［25-27］，選取描述格局多樣性的指標(biāo)包括景觀聚集度指數(shù)（RC）和破碎度指數(shù)（FN）。RC反映景觀中不同斑塊類型的非隨機(jī)性或聚集程度［28］。破碎度指數(shù)反映景觀被分割的破碎程度［29-31］，它在一定程度上體現(xiàn)人為對(duì)景觀的干擾程度。具體指標(biāo)見表2。

表2 盤錦地區(qū)各類型景觀的面積Table 2 The areas of different landscape types in Panjin

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用景觀格局指數(shù)計(jì)算軟件FRAGSTATS獲得表3，再運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)分析數(shù)據(jù)。

表3 采用的景觀格局指標(biāo)Table 3 Indices of landscape patterns

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀斑塊多樣性分析

由表4看出，盤錦地區(qū)斑塊多樣性的變化特點(diǎn)是：從2000-2005年斑塊總數(shù)由6 189個(gè)增加了8個(gè)到6 197個(gè)，原因是城鎮(zhèn)景觀中的居住地斑塊數(shù)的增加，邊界密度由30.91m·hm-2增加到31.26 m·hm-2，平均斑塊面積由56.51m·hm-2減少到56.44m·hm-2，主要是城鎮(zhèn)景觀中的居住地和交通用地以及農(nóng)田景觀中的水田和旱地平均斑塊面積的減少，說明2000-2005年研究區(qū)的破碎化程度加深，其原因主要是城鎮(zhèn)景觀發(fā)育愈加破碎化，人類活動(dòng)是主要的影響景觀斑塊多樣性變化的因素。從2005-2010年斑塊總數(shù)由6 197個(gè)增加了21個(gè)到6 218個(gè)，主要是濕地景觀中的水庫(kù)／坑塘、河流和農(nóng)田景觀中的水田以及城鎮(zhèn)景觀中的居住地、交通用地斑塊數(shù)的增加，邊界密度由31.26m·hm-2增加到32.30m·hm-2，平均斑塊面積由56.44hm2減小到56.39hm2，主要是濕地景觀中水庫(kù)／坑塘和農(nóng)田中的水田斑塊面積減小，說明2005-2010年研究區(qū)破碎化程度加深，主要是由于城鎮(zhèn)景觀破碎化程度加深，人類活動(dòng)仍是主要的影響景觀斑塊多樣性變化的因素。

表4 盤錦地區(qū)斑塊多樣性總體變化Table 4 Overall changes of patch diversity in Panjin

2.2 景觀類型多樣性分析

對(duì)類型多樣性分析可以反映盤錦地區(qū)景觀中類型的豐富度和復(fù)雜度。由表5看出，研究區(qū)2000、2005、2010年3a多樣性指數(shù)從1.357 5增大到1.364 7，再增大到1.374 9；均勻度從0.501 3增大到0.503 9，再增大到0.517 7；優(yōu)勢(shì)度從3.157 9減小到3.150 7，再減小到3.140 5。這是因?yàn)?000年研究區(qū)的景觀類型結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，均質(zhì)化程度相對(duì)較高，濕地和農(nóng)田景觀為研究區(qū)內(nèi)的優(yōu)勢(shì)景觀。到2005年濕地和農(nóng)田景觀依然為研究區(qū)內(nèi)的優(yōu)勢(shì)景觀，但已經(jīng)開始被復(fù)雜化的城鎮(zhèn)等景觀取代，使得多樣性指數(shù)增大，均勻度增大，優(yōu)勢(shì)度減小。到2010年多樣性指數(shù)繼續(xù)增大，均勻度繼續(xù)增大，優(yōu)勢(shì)度繼續(xù)減小，研究區(qū)內(nèi)的優(yōu)勢(shì)景觀濕地和農(nóng)田繼續(xù)被其他景觀所侵占，造成上述情況的主要原因是研究區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)化水平不斷提高，城鎮(zhèn)景觀不斷取代優(yōu)勢(shì)景觀，占研究區(qū)比例不斷增大。

表5 盤錦地區(qū)景觀類型多樣性變化Table 5 Landscape diversity changes in Panjin

2.3 景觀格局多樣性動(dòng)態(tài)分析

對(duì)格局多樣性分析可以反映盤錦地區(qū)景觀類型空間分布的多樣性及各類型之間以及斑塊與斑塊之間的空間關(guān)系與功能的聯(lián)系。由表6可以看出，研究區(qū)景觀格局多樣性的聚集度指數(shù)從2000年的0.704 7減少到2005年的0.702 9，再減少到2010年的0.699 6，破碎度指數(shù)基本不變，聚集反映了少數(shù)團(tuán)聚的大斑塊逐漸瓦解，小斑塊數(shù)量增加，景觀變得破碎化，總體格局復(fù)雜化的趨勢(shì)，表明水田和草本沼澤又逐漸被其他景觀類型所取代，水田和草本沼澤對(duì)其他景觀類型的隔離程度減小，與之相應(yīng)的其他景觀類型的連接度有增加的風(fēng)險(xiǎn)。由于研究區(qū)內(nèi)濕地和農(nóng)田景觀的脆弱性，這種格局的變化趨勢(shì)對(duì)濕地和農(nóng)田景觀有影響，對(duì)濕地和農(nóng)田景觀的保護(hù)不利。

表6 盤錦地區(qū)景觀格局多樣性變化Table 6 Changes of landscape pattern diversity in Panjin

3 結(jié)論與討論

2000-2010年，隨著城市和農(nóng)村居民點(diǎn)持續(xù)擴(kuò)張，景觀趨于破碎化，局部地區(qū)穩(wěn)定的自然景觀斑塊減少，不穩(wěn)定的城鎮(zhèn)景觀斑塊逐年增加，在這種變化趨勢(shì)下生態(tài)景觀格局的穩(wěn)定性受到威脅。

2000-2010年，盤錦地區(qū)以濕地和農(nóng)田景觀為基質(zhì)的高度均質(zhì)化的景觀生態(tài)系統(tǒng)有逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿擎?zhèn)、濕地、農(nóng)田為基質(zhì)的異質(zhì)化的景觀生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)田和濕地面積比例超過了生境斑塊的連通閾值的60%，其結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性較弱。盤錦地區(qū)由濕地和農(nóng)田2種優(yōu)勢(shì)景觀組成。

10a間，盤錦地區(qū)景觀多樣性變化的主要驅(qū)動(dòng)力是人類活動(dòng)，具體包括農(nóng)村居民點(diǎn)擴(kuò)張、城市擴(kuò)展、交通道路修建，以及地區(qū)政策性的興建工業(yè)園區(qū)、開發(fā)區(qū)等。

盡管近年來(lái)，盤錦市加強(qiáng)了濕地保護(hù)的監(jiān)管力度，但通過此次研究和分析發(fā)現(xiàn)，自然景觀被侵占的趨勢(shì)并未得到逆轉(zhuǎn)，并且農(nóng)田景觀也被城鎮(zhèn)景觀所侵占，研究區(qū)內(nèi)景觀破碎化程度增加，人類的影響增大，城市和農(nóng)村居民點(diǎn)擴(kuò)張的力度繼續(xù)提高，這也使得盤錦地區(qū)的景觀多樣保護(hù)面臨較大壓力。

為了降低盤錦地區(qū)景觀的破碎化程度，保證景觀格局合理性，建議控制居住地、交通用地等類型景觀的無(wú)序擴(kuò)張，進(jìn)行合理的生態(tài)規(guī)劃，優(yōu)先保障脆弱的濕地和水田景觀，提高地區(qū)的生態(tài)安全。如：交通用地的建設(shè)，在允許的情況下盡量建設(shè)在完整景觀的邊緣，降低對(duì)景觀完整性的破壞。目前，對(duì)濕地的保護(hù)力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水田，但是水田對(duì)盤錦地區(qū)也具有極其重要的意義。對(duì)于水田被其他景觀無(wú)序侵占，應(yīng)該加以控制，參考相關(guān)規(guī)定，劃定水田重要等級(jí)，根據(jù)發(fā)展需要合理謹(jǐn)慎地改變土地類型。為了應(yīng)對(duì)由于不良人為干預(yù)對(duì)盤錦地區(qū)景觀多樣性造成的破壞，保障地區(qū)生態(tài)安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)及早對(duì)盤錦地區(qū)劃定生態(tài)保護(hù)紅線，確保濕地面積不減少，濕地功能不喪失，并實(shí)行嚴(yán)格的管理制度，保障以濕地景觀為基質(zhì)的景觀。

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