平潭主島陸相區(qū)域景觀格局動態(tài)變化分析

吳錫麟，岳新建，葉功富，高偉

（1.閩江學(xué)院地理科學(xué)系，福建 福州 350108；2.福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建 福州 350003；3.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012）

景觀生態(tài)學(xué)從宏觀角度研究區(qū)域景觀要素結(jié)構(gòu)（空間格局）、功能（生態(tài)學(xué)過程）、變化（空間動態(tài)）及其與人類活動的相互作用。景觀格局的變化是景觀內(nèi)部矛盾和外部共同的作用結(jié)果及外在表現(xiàn)[1，2]。研究區(qū)域景觀空間格局的動態(tài)變化，有助于正確認識人為活動對自然環(huán)境造成的干擾，從無序的景觀上發(fā)現(xiàn)潛在有序的規(guī)律，為解決日益凸顯的資源和環(huán)境問題、全面開展區(qū)域的生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論和方法支持。

沿海防護林作為濱海地區(qū)唯一的林業(yè)生態(tài)工程，受到自然和人為因素的雙重影響[3－6]。目前主要面臨兩方面問題：宏觀上，受人為的經(jīng)營管理措施、海岸帶開發(fā)建設(shè)占地以及風(fēng)沙、干旱等自然因素影響引起的消減；微觀上，林分結(jié)構(gòu)及林木生理成熟等引起群落穩(wěn)定性和功能的變化。從景觀生態(tài)學(xué)的角度分析沿海地區(qū)主要土地利用類型的動態(tài)變化，對針對性的制定防護林保護和營造措施、確保區(qū)域生態(tài)安全都具有重要的現(xiàn)實意義[7，8]。

1 研究區(qū)概況

平潭綜合實驗區(qū)位于福建省東部沿海，東瀕臺灣海峽，地處25°15′—25°45′N、119°32′—120°10′E，陸地面積371.91km2（含海涂面積62.92km2），海域面積2 164km2，主島海壇島，面積267.13 km2，是福建省第一大島，全國第五大島。平潭屬南亞熱帶濕潤型氣候區(qū)，年平均氣溫19.5℃，年平均降水量1 196.2mm，夏秋少雨多旱；年均風(fēng)速6.3 ms－1，沿海地區(qū)年均風(fēng)速8.9ms－1，全年≥8級風(fēng)力的天數(shù)為84.5d，風(fēng)旱災(zāi)害較重。

沿海防護林體系作為海島上唯一的生態(tài)防護措施，如何對其進行優(yōu)化調(diào)整，對構(gòu)建穩(wěn)固的海島生態(tài)防護體系，促進經(jīng)濟社會穩(wěn)定健康發(fā)展具有非常重要的意義[9]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

以1996年TM、2002年ETM、2008年ALOS衛(wèi)星影像為主要數(shù)據(jù)源，結(jié)合2007年森林資源二類數(shù)據(jù)、1∶5萬DEM圖等輔助數(shù)據(jù)源，并查閱相關(guān)社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料及實地調(diào)研資料。所得影像均經(jīng)過大氣校正、幾何精校正等預(yù)處理。以2002年ETM影像為基準，通過目視判別，運用ERDAS中AOI工具沿陸海相邊界進行勾繪，建立AOI，再用subset工具裁剪，獲得三個時相的目標研究區(qū)域。經(jīng)統(tǒng)計，陸相研究區(qū)的總面積為244.62km2。

2.2 景觀分類體系及分類方法

主要考慮與防護林經(jīng)營有密切關(guān)系的幾種土地利用方式，詳見表1。采用分層分類與監(jiān)督、非監(jiān)督分類相結(jié)合的方法進行分類提取。

表1 平潭景觀格局遙感分類體系

2.3 景觀指數(shù)的提取

景觀指數(shù)是對景觀格局信息的高度濃縮，是揭示區(qū)域生態(tài)狀況及空間變異特征的有效手段。分為3個水平層次：斑塊水平（Patch－level Index）、斑塊類型 水 平 （Class－level Index）、景 觀 水 平 指 數(shù)（Landscape－level Index）。 本 文 選 擇 斑 塊 密 度（PD）、平均斑塊面積（MPSi）、分維數(shù)（Fractal Dimension，PAFRAC）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、斑塊密度（PD）、多樣性指數(shù) （SH－DI，Shannon＇s Diversity Index）、均 勻 度 指 數(shù)（SHEI，Shannon＇s Evenness Index）、景觀邊緣密度（ED）、聚集度指數(shù)（AI）、連接度（COHESION）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、散布與并列指數(shù)（IJI）等13種采用景觀格局指數(shù)，計算依托景觀格局分析軟件Fragstats 4.1實現(xiàn)，其生態(tài)學(xué)意義參考Fragstats幫助說明[9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀水平上景觀格局及其變化分析

表2 1996—2008年景觀水平上平潭景觀格局變化

從景觀水平上看（見表2），1996年斑塊總數(shù)為1 290塊，2002年1 086塊，2008年為138塊，呈現(xiàn)先減后增的趨勢；最大斑塊指數(shù)先增后減，2008年較1996年增加7.12，說明總體上景觀破碎化程度是減小的，但是2002－2008年有倒退的跡象，斑塊數(shù)量增加，大斑塊面積縮小。聚集度指數(shù)和分維數(shù)指數(shù)變化趨勢相似，逐年增加，其中2008年較2002年增加較多，而1996年較2002年增加較小。景觀形狀指數(shù)增大，說明隨著斑塊數(shù)量增加，邊界形狀也更加復(fù)雜，但多樣化指數(shù)變化不大。除聚集度指數(shù)外的其他用來衡量斑塊空間相互關(guān)系的指數(shù)蔓延度、散布和并列指數(shù)、連接度變化略有增加，但并不明顯，說明斑塊之間的空間相互關(guān)系、分布格局整體變化不大，呈現(xiàn)改善的趨勢，但較為緩慢。這一定程度上反映了兩個階段開發(fā)利用強度的差異：1996－2002年，大量的未利用地、荒山荒地開墾，使得與小的斑塊結(jié)合成較大斑塊，斑塊數(shù)目減小，形狀趨于規(guī)則；而到了2002—2008年階段，開發(fā)建設(shè)力度加大，土地利用方式更加靈活，使得大斑塊面積縮小，總數(shù)量增加，整體景觀趨于破碎化。但由于規(guī)劃合理，措施得當(dāng)，并沒有引起景觀格局的劇烈的變化，說明雖然景觀破碎化加劇，但是不同土地利用景觀的聯(lián)系加強，刺激了相同類型斑塊的結(jié)合，連通性加強；不同類型單元之間的相互作用，顯示了區(qū)域發(fā)展的活力，有利于區(qū)域景觀格局向更加優(yōu)化的方向轉(zhuǎn)化。

3.2 景觀要素特征變化分析

景觀要素特征、景觀要素異質(zhì)性和空間關(guān)系是從景觀類型的層面表征研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)變化的，景觀類型對應(yīng)的是相應(yīng)的土地利用方式。表3反映的是1996—2008年平潭景觀要素特征指數(shù)值，包括斑塊數(shù)量，平均斑塊面積、最大斑塊指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)和形狀指數(shù)。

平潭主島淡水水域很小，較大的有三十六腳湖及散布的一些水塘，對生態(tài)環(huán)境的影響不大，且水面面積受到當(dāng)年降水的影響。養(yǎng)殖場數(shù)量少，面積也均較小，多分布于主島的中部、西南部或有防護林保護、風(fēng)力較弱的地段，受人們的經(jīng)營管理支配，且形狀規(guī)則。沙地面積也較小，且都分布在風(fēng)口沙荒地帶，呈狹長形，現(xiàn)都已受到有效控制，每年變化不大。因此，在分析景觀特征指數(shù)及空間關(guān)系指數(shù)時不考慮這3種類型，僅對面積較大、分布范圍較廣，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化影響較深刻的林地、農(nóng)用地、其他類型用地和居民地進行分析。

表3 1996—2008年平潭景觀要素特征指數(shù)

從景觀要素斑塊數(shù)量來看，其他類型土地利用方式斑塊數(shù)量最大，其次為農(nóng)用地、建筑用地，而林地數(shù)量最小。建筑用地和林地斑塊數(shù)量呈現(xiàn)增加的趨勢，其中2002年較1996年林地增加了11個，建筑用地增加68個；而2002—2008年林地增加了27個，建筑用地增加62個，所對應(yīng)的是平均斑塊面積的減小。農(nóng)用地和其他用地類型的斑塊數(shù)量都是先減小后增加。沙地的數(shù)量也是逐漸減小的；從最大斑塊指數(shù)看，林地和農(nóng)用地的LPI呈現(xiàn)增加的趨勢，說明盡管數(shù)量增加、平均斑塊面積減小，但大的斑塊有所增加。建筑用地和其他類型的LPI先減小后增加的趨勢。可見，形狀指數(shù)和最大斑塊指數(shù)變化趨勢相似。各種類型的分維數(shù)變化都不大。

平潭主島陸相區(qū)域幾種主要的土地利用和覆被方式中，受人為因素影響比較多的建筑用地、農(nóng)用地、其他用地類型景觀格局變化較為明顯，而林地作為一種近自然景觀，受自然條件和人為活動（包括亂砍濫伐、更新、植樹造林等）的雙重影響，也有明顯的變化：斑塊數(shù)量增多，最大斑塊面積增加。這是由前后兩個階段的發(fā)展特點決定的：前一階段（1996—2008年），隨著濱海沙地防風(fēng)固沙林的建設(shè)推進，以及封山育林植樹造林取得的成效，島縣的生態(tài)環(huán)境區(qū)域好轉(zhuǎn)，大量未利用地、廢棄地、沙地被開發(fā)利用，進行農(nóng)業(yè)耕作及植樹造林等，土地利用率提高，使得被各種利用類型之間的連通性有所改善，從景觀上來看即是斑塊數(shù)量增加，破碎度增加但最大斑塊指數(shù)、連接度及散布和并列指數(shù)也增加，景觀格局有所改善；而到了后一階段，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，海岸帶開發(fā)的進一步推進，尤其是濱海風(fēng)力發(fā)電站等的建設(shè)、林區(qū)道路的修建等，使得林地景觀斑塊有破碎化的趨勢?？梢?，人為因素是影響島縣生態(tài)環(huán)境變化的主要因素。

3.3 景觀要素斑塊異質(zhì)性與空間關(guān)系分析

景觀異質(zhì)性指數(shù)選擇了斑塊密度和邊緣密度兩個，空間關(guān)系指數(shù)選擇了聚集度、連接度及并列和散布指數(shù)，計算結(jié)果見表4。

從斑塊密度上看，除沙地外，林地、建筑用地、水體、其他類型和農(nóng)用地都是有所增加的；而從邊緣密度上看，沙地是逐年減小的，而其他用地類型先減后增，其他4種類型邊緣密度都是逐年增加的。

空間分布關(guān)系指數(shù)反映的是同類景觀要素的空間關(guān)系和異質(zhì)景觀要素之間的空間關(guān)系。IJI反映的是斑塊的分布狀況，研究表明當(dāng)IJI＞60時，表明斑塊分布比較均勻。由圖4可以看出，除了1996年IJI指數(shù)小于60以外，其他兩個年份均大于60，說明林地在島縣分布趨于均勻，大部分地區(qū)都有防護林的保護。建筑用地除了2002年大于60以外，其他兩年分均較小。建筑用地多為居民地和廠礦用地，分布狀況受區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響，再加上海岸帶地區(qū)地形比較破碎，故分布比較集中，這反映了當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況。其他用地類型的IJI指數(shù)先減小后增加，這與土地利用程度加大、耕作率及覆蓋率提高有關(guān)。

表4 1996—2008年平潭景觀要素異質(zhì)性及空間關(guān)系指數(shù)變化

聚集度指數(shù)針對個別景觀要素進行分析時，反映的是該要素與其他異質(zhì)要素的聚集程度?？梢钥闯龈鱾€要素與其他異質(zhì)性要素之間的聚集程度是比較高的，均大于80，尤其是林地、建筑用地與農(nóng)用地3種與人為活動關(guān)系比較密切的類型，說明人為活動正越來越強烈的影響研究區(qū)生態(tài)環(huán)境，從另外一個側(cè)面也反映了該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善。

連接度表征的是同類斑塊之間的連通狀況。其中林地和建筑用地的COHESION先減小后增加，而其他用地和農(nóng)用地則是逐年增加的，說明各種類型景觀的連通度還是趨于好轉(zhuǎn)的。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

運用景觀生態(tài)學(xué)的理論和方法，選擇13個景觀指數(shù)，從類型和景觀兩個層面上分析1996年、2002年、2008年景觀格局的變化，結(jié)果表明，自1996—2008年，平潭綜合實驗區(qū)景觀格局呈現(xiàn)進一步破碎的趨勢，與經(jīng)濟社會發(fā)展趨勢一致。建筑用地、農(nóng)用地等與林地關(guān)系密切的土地利用方式各項景觀格局指數(shù)變化較強烈。

4.2 討論

影響平潭地區(qū)景觀格局分布及變化的因素可以定性的分為風(fēng)力因素、地形因素及人為因素，所對應(yīng)的主要生態(tài)環(huán)境問題分別為強風(fēng)沙、水土流失／土壤侵蝕、人為開發(fā)建設(shè)造成的一系列問題，因此應(yīng)采取針對性的保護措施[7－9]。

4.2.1 加強濱海強風(fēng)區(qū)的防護林保護及建設(shè) 平潭有害大風(fēng)為東北風(fēng)，即在海島東北側(cè)沒有地形遮擋的地區(qū)形成了天然的“風(fēng)口”。應(yīng)加強濱海第一道防線防護林的管護及老林帶更新，盡量避免開發(fā)建設(shè)項目占用或破壞基干林帶，加厚后沿片林，修復(fù)、重建農(nóng)田防護林網(wǎng)。

4.2.2 注重丘陵水土保持／水源涵養(yǎng)林建設(shè) 平潭森林林分質(zhì)量普遍不高，尤其是山體迎風(fēng)面。因此，一方面應(yīng)加強封山育林，避免人畜破壞；另一方面，應(yīng)加強人為干預(yù)，通過撫育、補植套種、施肥等措施，切實提高林分質(zhì)量，更好的發(fā)揮林分的水土保持、水源涵養(yǎng)功能。

4.2.3 合理發(fā)展濱海特色種養(yǎng)殖業(yè) 該類型區(qū)位于島縣陸域內(nèi)側(cè)，有沿海防護林帶的保護以及君山天然屏障，有害風(fēng)力多被削減，生態(tài)環(huán)境狀況較好，多沙質(zhì)平原，是農(nóng)業(yè)林發(fā)展的重點區(qū)域。包括蘆洋、中樓等幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積達62.22km2，景觀類型多為農(nóng)田，灘涂，還有少量的苗圃、速生用材林及經(jīng)濟林等。基干林林后側(cè)及后沿片林是發(fā)展速生型防護用材樹種的重要地段，另外也有發(fā)展林果復(fù)合經(jīng)營，如柑橘，番石榴等。西部濱海地區(qū)有大面積的灘涂，是水產(chǎn)養(yǎng)殖的良好地段。

4.2.4 控制建筑用地規(guī)模 綜合實驗區(qū)建設(shè)必將導(dǎo)致交通基礎(chǔ)設(shè)施、商住建設(shè)用地急劇增加，應(yīng)合理規(guī)劃，綜合考慮經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)建設(shè)之間的關(guān)系，劃定林業(yè)生態(tài)紅線，確保生態(tài)安全。

[1]肖篤寧.景觀生態(tài)學(xué)理論、方法及應(yīng)用[M].北京：中國林業(yè)出版社，1991：92－98

[2]肖篤寧，李秀珍.景觀生態(tài)學(xué)的學(xué)科前沿與發(fā)展戰(zhàn)略[J].生態(tài)學(xué)報，2003，23（8）：1615－1621

[3]佘濟云，張華英，李偉.3S技術(shù)與農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)景觀格局分析[J].經(jīng)濟林研究，2004，22（4）：53－55

[4]朱驥，祝民強，高永光.贛東林地專家分類方法初探[J].華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，2002，25（4）：308－313

[5]馬萬棟，張淵智，施平，等.海岸帶土地利用／土地覆被變化研究進展[J].地理科學(xué)研究，2008，27（5）：87－94

[6]孫曉宇，蘇奮振，呂婷婷.珠江口西岸土地利用景觀格局變化及驅(qū)動力分析[J].地球信息科學(xué)學(xué)報，2009，11（4）：436－441

[7]陳鵬，吳劍，傅世鋒.平潭海壇島景觀格局動態(tài)變化及其生態(tài)效應(yīng)分析[J].生態(tài)科學(xué)，2013（3）：265－270

[8]孫月，黃義雄，汪娜，等.福建平潭島景觀格局時空演變規(guī)律[J].福建林業(yè)科技，2013，40（1）：75－80

[9]岳新建.東南沿海木麻黃防護林優(yōu)化配置研究—以福建省平潭縣為例[D].福州：福建農(nóng)林大學(xué)，2010