建三江墾區(qū)景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化及其土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全時(shí)空分異

林 佳, 宋 戈,2

(1.東北大學(xué) 土地管理研究所, 沈陽(yáng) 110819; 2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 哈爾濱 150030)

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建三江墾區(qū)景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化及其土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全時(shí)空分異

林 佳1, 宋 戈1,2

(1.東北大學(xué) 土地管理研究所, 沈陽(yáng) 110819; 2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 哈爾濱 150030)

對(duì)受到強(qiáng)干擾下的區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化及其土地利用生態(tài)安全時(shí)空分異特征進(jìn)行研究，是區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)利用研究的重要組成部分。以建三江墾區(qū)15個(gè)農(nóng)場(chǎng)為研究區(qū)，利用遙感手段提取研究區(qū)1992年、2001年和2010年的景觀類(lèi)型信息，定量分析了研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)變化特征；定量計(jì)算研究區(qū)不同尺度的景觀穩(wěn)定性，并結(jié)合DPSIR模型構(gòu)建研究區(qū)土地利用生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；對(duì)15個(gè)農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)安全等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析了其時(shí)空分異變化特征。結(jié)果表明：1992—2010年，各農(nóng)場(chǎng)的景觀整體組合特征大體分為三種類(lèi)型，景觀空間格局特征亦有顯著變化。在時(shí)間分異上，創(chuàng)業(yè)農(nóng)場(chǎng)、二道河農(nóng)場(chǎng)和濃江農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)安全評(píng)價(jià)值和等級(jí)呈先下降后上升的態(tài)勢(shì)，其他農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全值和等級(jí)都呈逐年上升態(tài)勢(shì)。在空間分布上，1992年，等級(jí)相對(duì)較高的地區(qū)集中在中西部、西北部和東部；2001年，呈現(xiàn)兩個(gè)帶狀分布；2010年，土地利用生態(tài)安全等級(jí)均提升，等級(jí)低的地區(qū)鑲嵌其中。這種等級(jí)變化和時(shí)空分異特征體現(xiàn)了不同土地利用生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)，即結(jié)構(gòu)和功能對(duì)干擾的抗性和恢復(fù)性水平，并體現(xiàn)人類(lèi)的土地利用行為對(duì)保障土地的可持續(xù)利用能力起到關(guān)鍵作用。

景觀結(jié)構(gòu); 土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全; 景觀穩(wěn)定性;DPSIR模型; 時(shí)空分異

對(duì)受到強(qiáng)干擾下的區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化及其土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全時(shí)空分異特征進(jìn)行研究，是保障區(qū)域土地利用生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能合理健康發(fā)展的重要前提，是區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)利用研究的重要組成部分[1]。景觀是由不同生態(tài)系統(tǒng)組合和鑲嵌而成的地表綜合體，這些生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)常以土地利用類(lèi)型為表現(xiàn)形式[2-3]，從這一角度來(lái)看，景觀等同于土地利用生態(tài)系統(tǒng)。在人為作用強(qiáng)烈的地區(qū)，土地利用生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能都發(fā)生了巨大變化，而土地利用生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行研究無(wú)疑存在一定的難度。將景觀生態(tài)學(xué)原理與方法應(yīng)用到區(qū)域土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全研究中，不必像傳統(tǒng)的研究方法一樣，將土地利用系統(tǒng)視為自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、政策等子系統(tǒng)的綜合[4-5]，而是將其視為若干個(gè)具有相對(duì)獨(dú)立功能的綜合性的子系統(tǒng)在地域空間上的組合，并以系統(tǒng)整體穩(wěn)定性為表征[6]，對(duì)這種組合下形成的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，能為土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全研究提供了新的思路和方法。同時(shí)，對(duì)不同區(qū)域的景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化及其土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察和對(duì)比研究，可以體現(xiàn)具有不同的結(jié)構(gòu)和功能的土地利用生態(tài)系統(tǒng)間的時(shí)空分異規(guī)律，對(duì)進(jìn)一步進(jìn)行區(qū)域土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全格局的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)具有重要意義。

目前，相關(guān)研究主要集中在土地利用變化及其生態(tài)安全[5,7-8]、生態(tài)安全格局[9-10]、景觀生態(tài)安全[11-12]等方面，多采用GIS手段和數(shù)學(xué)模型方法。但將二者相結(jié)合，并應(yīng)用到土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全的研究中并不多見(jiàn)。本文以經(jīng)過(guò)40 a連續(xù)開(kāi)發(fā)利用的建三江墾區(qū)所轄的15個(gè)農(nóng)場(chǎng)為研究區(qū)，利用“3S”手段分別對(duì)15個(gè)農(nóng)場(chǎng)的景觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行定量分析；基于景觀結(jié)構(gòu)變化下的研究區(qū)土地利用生態(tài)安全形成機(jī)制，從生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的角度對(duì)不同尺度的景觀穩(wěn)定性進(jìn)行量化研究；同時(shí)結(jié)合DPSIR模型構(gòu)建景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化下的研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，揭示15個(gè)農(nóng)場(chǎng)景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全時(shí)空分異特征規(guī)律，可為保障區(qū)域土地利用生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定、健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域合理規(guī)劃和土地資源可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1　研究區(qū)及數(shù)據(jù)獲取

本研究以1992年、2001年和2010年的三時(shí)相TM，ETM遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以建三江墾區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖、規(guī)劃圖和研究區(qū)1∶5萬(wàn)地形圖等圖件為輔助圖件數(shù)據(jù)。本研究其他相關(guān)數(shù)據(jù)參考來(lái)源于《黑龍江省墾區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》(1992—2011年)和黑龍江省墾區(qū)統(tǒng)計(jì)部門(mén)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料。

根據(jù)影像解譯過(guò)程中對(duì)研究區(qū)主要景觀類(lèi)型的分析以及研究的需要，本研究共分了7種景觀類(lèi)型，分別為沼澤濕地、旱地、水田、林地、草地、水域、建設(shè)用地七大類(lèi)；其中，沼澤濕地包括沼澤、灘涂以及水深不足6 m的水域，水域?yàn)樗畲笥? m的水體。在ENVI 4.7軟件的支撐下對(duì)研究區(qū)景觀類(lèi)型進(jìn)行了提取，分類(lèi)結(jié)果經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，分類(lèi)精度符合要求。

2　研究區(qū)景觀動(dòng)態(tài)變化特征

傳統(tǒng)景觀生態(tài)學(xué)的景觀結(jié)構(gòu)是指景觀的組分構(gòu)成及其空間分布形式，包括景觀的空間特征和非空間特征，景觀格局包括景觀組分的空間分布和組合特征[6,13]。本文的景觀結(jié)構(gòu)變化研究包括景觀組成變化和景觀空間格局變化。目前有許多景觀指標(biāo)用來(lái)分析景觀結(jié)構(gòu)特征[11-13]，本文分別從各農(nóng)場(chǎng)的景觀組成特征和空間格局變化特征兩方面，選取具有代表性的7個(gè)景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.1研究區(qū)景觀組成特征變化

2.1.1研究區(qū)景觀組成特征變化研究方法基于Fragstats 3.5軟件的指數(shù)計(jì)算功能，分別對(duì)1992年、2001年和2010年研究區(qū)所轄的15個(gè)農(nóng)場(chǎng)的斑塊數(shù)量(NP)、斑塊周長(zhǎng)(PERIM)和景觀形狀指數(shù)(LSI)景觀類(lèi)型組成特征指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.1.2研究區(qū)景觀組成特征計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果表明(表1)：1992—2010年，各農(nóng)場(chǎng)轄區(qū)(除八五九農(nóng)場(chǎng)和大興農(nóng)場(chǎng))的斑塊數(shù)量隨時(shí)間變化呈現(xiàn)先增加后減少的變化特征，1992—2000年各農(nóng)場(chǎng)斑塊數(shù)量大幅增加，2001—2010年斑塊數(shù)量大幅減低；八五九農(nóng)場(chǎng)和大興農(nóng)場(chǎng)隨時(shí)間變化斑塊數(shù)量減低；總體上，研究區(qū)各農(nóng)場(chǎng)轄區(qū)的斑塊數(shù)量變化十分顯著。

所謂向內(nèi)發(fā)展的工作是如此:(一)毛詩(shī)字典。(二)楚辭校議。(三)全唐詩(shī)?？庇洠Ｕ瓡?shū)的誤字。(四)全唐詩(shī)補(bǔ)編，收羅全唐詩(shī)所未收的唐詩(shī)。現(xiàn)已得詩(shī)一百余首，殘句不計(jì)其數(shù)。(五)全唐詩(shī)人小傳訂補(bǔ)，全唐詩(shī)作家小傳最潦草。擬訂其訛誤，補(bǔ)其缺略。(六)全唐詩(shī)人生卒年考，附考證。(七)杜詩(shī)新注。(八)杜甫(傳記)。(三)至(八)進(jìn)行迄今已三年。至于何時(shí)完工，卻說(shuō)不定。［2］265

1992—2010年，研究區(qū)各農(nóng)場(chǎng)轄區(qū)的斑塊周長(zhǎng)和景觀形狀指數(shù)隨時(shí)間變化呈現(xiàn)相同的變化特征。除八五九農(nóng)場(chǎng)外，其余14個(gè)農(nóng)場(chǎng)的斑塊周長(zhǎng)和景觀形狀指數(shù)均隨時(shí)間變化而呈現(xiàn)先升高后降低的變化特征，各農(nóng)場(chǎng)轄區(qū)的斑塊形狀總體呈復(fù)雜變化趨勢(shì)。

表1　不同時(shí)期研究區(qū)各農(nóng)場(chǎng)轄區(qū)景觀組成變化特征

2.2研究區(qū)景觀空間格局特征變化

2.2.1研究區(qū)景觀空間格局特征變化研究方法本文基于Fragstats 3.5軟件的指數(shù)計(jì)算功能，分別對(duì)1992年、2001年和2010年研究區(qū)所轄的15個(gè)農(nóng)場(chǎng)的斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)、平均斑塊分維數(shù)(FRAC-MN)、聚合度(AI)景觀類(lèi)型空間格局特征指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.2.2研究區(qū)景觀空間格局特征變化計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果表明(圖1)：1992—2010年，研究區(qū)內(nèi)的八五九農(nóng)場(chǎng)和大興農(nóng)場(chǎng)的斑塊密度隨時(shí)間變化逐漸降低，其余13個(gè)農(nóng)場(chǎng)的斑塊密度隨時(shí)間變化呈現(xiàn)先升高后降低的變化特征；研究區(qū)內(nèi)除八五九農(nóng)場(chǎng)的斑塊邊緣密度隨時(shí)間變化逐漸降低外，其余14個(gè)農(nóng)場(chǎng)的斑塊邊緣密度均隨時(shí)間變化呈現(xiàn)先升高后降低的變化特征；研究區(qū)所轄的15個(gè)農(nóng)場(chǎng)的平均分維數(shù)均隨時(shí)間變化呈現(xiàn)先升高后降低的變化特征；研究區(qū)內(nèi)除八五九農(nóng)場(chǎng)的聚合度指數(shù)隨時(shí)間變化呈現(xiàn)逐級(jí)升高的變化特征外，其余14個(gè)農(nóng)場(chǎng)的聚合度指數(shù)均隨時(shí)間變化呈現(xiàn)先降低后升高的變化特征。

3　研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)

3.1研究區(qū)景觀格局穩(wěn)定性指數(shù)測(cè)算

在以往的研究中作者已經(jīng)對(duì)景觀穩(wěn)定性的內(nèi)涵及景觀結(jié)構(gòu)變化下研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全形成機(jī)制進(jìn)行了研究[6]。相關(guān)研究表明，景觀穩(wěn)定性是景觀面對(duì)干擾時(shí)的抗性和恢復(fù)性，具有動(dòng)態(tài)性、相對(duì)平衡性和時(shí)空尺度限制性。研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與其土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)呈正相關(guān)關(guān)系。

本文以1992—2010年為時(shí)間尺度，以研究區(qū)30 m分辨率影像為空間尺度，對(duì)研究區(qū)的景觀格局穩(wěn)定性進(jìn)行研究。體現(xiàn)景觀穩(wěn)定性的指數(shù)有很多[14-17]，本文從景觀多樣性、鑲嵌結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和景觀基質(zhì)的穩(wěn)定性三方面，對(duì)研究區(qū)景觀整體的穩(wěn)定性指數(shù)進(jìn)行測(cè)算。

采用Shannon多樣性指數(shù)表現(xiàn)景觀的多樣性，該指標(biāo)計(jì)算方法同上，其值越大表示景觀異質(zhì)性水平越高；基于分形理論，采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)(SI)表現(xiàn)鑲嵌結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，計(jì)算方法[18]：SI=|1.5-D|，其中，D為分維數(shù)，其值越高說(shuō)明鑲嵌結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定；采用基質(zhì)比例穩(wěn)定性指數(shù)(SM)表現(xiàn)景觀基質(zhì)的穩(wěn)定性，計(jì)算方法[14]：SM=1-(0.5-m)，其中，m為基質(zhì)的比例，其值越高表明基質(zhì)穩(wěn)定性越高。

3.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

將15個(gè)農(nóng)場(chǎng)分別看成相對(duì)獨(dú)立的土地利用生態(tài)安全系統(tǒng)，以“驅(qū)動(dòng)力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)(DPSIR)”的系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)結(jié)合層次分析法的思想[19-20]，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。由于這15個(gè)農(nóng)場(chǎng)間經(jīng)緯度差異較小，受到自然光熱影響的差異不大，結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際特點(diǎn)、景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)和數(shù)據(jù)獲取的難易程度，選取25個(gè)具有代表性的指標(biāo)構(gòu)建基于景觀結(jié)構(gòu)變化的研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)，其中“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)(S4)”和“基質(zhì)穩(wěn)定性指數(shù)(S5)”采用各農(nóng)場(chǎng)范圍景觀穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。

圖1研究區(qū)景觀空間格局特征指數(shù)變化

表2　基于景觀結(jié)構(gòu)變化的研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.3指標(biāo)權(quán)重的確定

本文選擇熵值法確定指標(biāo)權(quán)重[6,21]，該方法是客觀賦權(quán)法的一種，在一定程度上避免了主觀因素帶來(lái)的偏差。熵值法是基于系統(tǒng)的理念，以物理學(xué)概念中的熵來(lái)表現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，指標(biāo)的熵值越大說(shuō)明其對(duì)系統(tǒng)的影響越強(qiáng)。由于熵值法已經(jīng)是很成熟的權(quán)重計(jì)算方法，因此本部分不詳細(xì)列出其計(jì)算公式。

3.4綜合評(píng)價(jià)模型的建立

為消除不同指標(biāo)間的影響，本文對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算模型為：

(1)

式中：U(xij)指第i年第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；xij指第i年第j個(gè)指標(biāo)的具體值；aj指第j個(gè)指標(biāo)的最大值；bj指第j個(gè)指標(biāo)的最小值。

并根據(jù)多目標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法模型，求得研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)值。評(píng)價(jià)模型為：

(2)

式中：ESI為研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)值；Wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；U(xij)指第i年第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

3.5研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)模型計(jì)算的生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)值處于0～1，越趨近于1生態(tài)安全水平越高，越趨近于0生態(tài)安全水平越低。由于目前尚未形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本文參照相關(guān)研究[13-14,20-22]，針對(duì)本研究區(qū)設(shè)計(jì)5級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表3)。

表3　評(píng)價(jià)等級(jí)及其標(biāo)準(zhǔn)化值

4　土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全分異特征

4.1研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)時(shí)間變化特征

各農(nóng)場(chǎng)景觀結(jié)構(gòu)變化下的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍采用研究區(qū)范圍的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。各農(nóng)場(chǎng)景觀結(jié)構(gòu)變化下的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)計(jì)算結(jié)果如下(表4)：1992—2010年，創(chuàng)業(yè)農(nóng)場(chǎng)、二道河農(nóng)場(chǎng)和濃江農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)值和等級(jí)呈先下降后上升的態(tài)勢(shì)。

除這三個(gè)農(nóng)場(chǎng)外，其他農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全值和等級(jí)都呈逐年上升態(tài)勢(shì)，說(shuō)明人類(lèi)的土地利用行為對(duì)保障景觀/土地的可持續(xù)利用能力起到持續(xù)的促進(jìn)作用，且作用效果明顯。其中，在研究期內(nèi)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)變化最大的是勝利農(nóng)場(chǎng)，變化差值為0.729 2。

1992—2001年，勤得利農(nóng)場(chǎng)、前進(jìn)農(nóng)場(chǎng)和洪河農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)都為臨界安全狀態(tài)，2001—2010年土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)都從臨界安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)，變化幅度相對(duì)較小。

青龍山農(nóng)場(chǎng)、紅衛(wèi)農(nóng)場(chǎng)和前鋒農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)都從不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為較安全狀態(tài)，2001—2010年土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)都從較安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)；八五九農(nóng)場(chǎng)、大興農(nóng)場(chǎng)、前哨農(nóng)場(chǎng)和鴨綠河農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)都從不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為臨界安全狀態(tài)，2001—2010年土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)都從臨界安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)。

1992—2001年，七星農(nóng)場(chǎng)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)從不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為安全狀態(tài)，是此時(shí)期中土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全值變化幅度最大的農(nóng)場(chǎng)，也是15個(gè)農(nóng)場(chǎng)中最早進(jìn)入安全狀態(tài)的農(nóng)場(chǎng)之一，另一個(gè)較早進(jìn)入安全狀態(tài)的農(nóng)場(chǎng)是濃江。2010年，15個(gè)農(nóng)場(chǎng)都處于較安全等級(jí)以上的等級(jí)狀態(tài)，其中以勝利農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)最高，達(dá)到了理想安全狀態(tài)，以濃江農(nóng)場(chǎng)最低，僅達(dá)到較安全狀態(tài)，其余農(nóng)場(chǎng)都處于安全等級(jí)狀態(tài)。

表4　各農(nóng)場(chǎng)景觀結(jié)構(gòu)變化下的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)計(jì)算結(jié)果

4.2研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)空間變化特征

從各農(nóng)場(chǎng)等級(jí)的空間分布特征來(lái)看(圖2)，1992年各農(nóng)場(chǎng)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全水平都不高，“不安全”等級(jí)的農(nóng)場(chǎng)占近研究區(qū)面積近一半，等級(jí)相對(duì)較高的地區(qū)集中在中西部、西北部和東部。勤得利農(nóng)場(chǎng)、濃江農(nóng)場(chǎng)、前進(jìn)農(nóng)場(chǎng)、洪河農(nóng)場(chǎng)和創(chuàng)業(yè)農(nóng)場(chǎng)形成西北部—中西部的相對(duì)高安全團(tuán)聚區(qū)域，東部地區(qū)只有二道河農(nóng)場(chǎng)處于臨界安全等級(jí)，其他農(nóng)場(chǎng)都處于不安全等級(jí)狀態(tài)。

2001年各農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，“臨界安全”等級(jí)和“較安全”等級(jí)狀態(tài)成為研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)圖的背景，相對(duì)較高等級(jí)的地區(qū)向西移動(dòng)，形成濃江農(nóng)場(chǎng)—青龍山農(nóng)場(chǎng)—七星農(nóng)場(chǎng)和前鋒農(nóng)場(chǎng)—?jiǎng)倮r(nóng)場(chǎng)—紅衛(wèi)農(nóng)場(chǎng)的兩個(gè)帶狀分布。

2010年各農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)總體呈現(xiàn)繼續(xù)上升趨勢(shì)，土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)均勻擴(kuò)散，“安全等級(jí)”狀態(tài)成為研究區(qū)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)圖的背景，并占研究區(qū)總面積的近70%，處于其他等級(jí)的農(nóng)場(chǎng)鑲嵌其中。

圖2不同年份各農(nóng)場(chǎng)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)分布狀況

5　結(jié)論與討論

本文基于景觀研究尺度和系統(tǒng)思想，對(duì)建三江墾區(qū)的15個(gè)農(nóng)場(chǎng)景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化及其土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全時(shí)空分異特征進(jìn)行了研究。對(duì)各農(nóng)場(chǎng)景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化特征研究表明，1992—2010年，各農(nóng)場(chǎng)組合和景觀空間格局都有顯著的變化特征。各指數(shù)變化特征均說(shuō)明，研究區(qū)景觀受到人類(lèi)活動(dòng)的嚴(yán)重干擾，研究區(qū)各農(nóng)場(chǎng)景觀結(jié)構(gòu)普遍經(jīng)歷著由簡(jiǎn)單變復(fù)雜，再由復(fù)雜變簡(jiǎn)單的演變過(guò)程。同時(shí)，這也與景觀穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果相符合，說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)系統(tǒng)變化起關(guān)鍵作用。

對(duì)研究區(qū)1992—2010年的各農(nóng)場(chǎng)范圍景觀結(jié)構(gòu)變化及其土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)結(jié)果的時(shí)空分異特征分析表明，創(chuàng)業(yè)農(nóng)場(chǎng)、二道河農(nóng)場(chǎng)和濃江農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)值和等級(jí)呈先下降后上升的態(tài)勢(shì)，說(shuō)明人類(lèi)的土地利用行為對(duì)研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)先起到了破壞作用，后又起到了恢復(fù)和保障作用，使景觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出對(duì)干擾有較強(qiáng)的抗性和恢復(fù)性，呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，從而對(duì)土地可持續(xù)利用起保障作用；除這三個(gè)農(nóng)場(chǎng)外，其他農(nóng)場(chǎng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全值和等級(jí)都呈逐年上升態(tài)勢(shì)，說(shuō)明人類(lèi)的土地利用行為對(duì)保障景觀/土地的可持續(xù)利用能力起到持續(xù)的促進(jìn)作用，且作用效果明顯。其中，在研究期內(nèi)土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)變化最大的是勝利農(nóng)場(chǎng)，說(shuō)明人為作用最強(qiáng)烈的就是這個(gè)地區(qū)，并且人類(lèi)的土地利用行為對(duì)保障景觀/土地的可持續(xù)利用能力起到持續(xù)的促進(jìn)作用最明顯。

在景觀尺度上，可以借鑒景觀生態(tài)生態(tài)學(xué)的理論和方法以及系統(tǒng)理論方法，對(duì)研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化及其土地利用生態(tài)系統(tǒng)變化進(jìn)行研究。從研究結(jié)果來(lái)看，在人—地關(guān)系作用強(qiáng)烈的地區(qū)，景觀結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致了景觀穩(wěn)定性的規(guī)律性變化，與其相對(duì)應(yīng)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)也發(fā)生規(guī)律性的演化，從而形成了土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全狀態(tài)，并因?yàn)橄到y(tǒng)結(jié)構(gòu)的差異呈現(xiàn)時(shí)空分異特征。但值得注意的是，這里的土地利用生態(tài)系統(tǒng)安全狀態(tài)所表達(dá)的內(nèi)涵是評(píng)價(jià)時(shí)點(diǎn)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是否具有較好的穩(wěn)定性，即系統(tǒng)對(duì)干擾是否具有很好的抗性和恢復(fù)性，并不是代表該系統(tǒng)在該時(shí)點(diǎn)的生態(tài)狀態(tài)。因此，存在系統(tǒng)當(dāng)前生態(tài)狀態(tài)并不理想，但是由于其具有很好的系統(tǒng)穩(wěn)定性，而將其視為生態(tài)安全狀態(tài)安全的情況。也正因?yàn)槿绱耍艜?huì)出現(xiàn)處于理想安全狀態(tài)下的區(qū)域，但這并不代表其生態(tài)情況為理想狀態(tài)，只能說(shuō)明該系統(tǒng)在評(píng)價(jià)時(shí)點(diǎn)所表現(xiàn)出來(lái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能較為完善，利于承擔(dān)更高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。這一思想可以被應(yīng)用到區(qū)域規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境整治中。

無(wú)論是景觀還是土地利用系統(tǒng)研究都是大尺度的研究，其研究理論和規(guī)律性成果都僅適用于區(qū)域及以上尺度現(xiàn)象的闡釋?zhuān)绻叨冗^(guò)小，可能會(huì)呈現(xiàn)出其他規(guī)律和特點(diǎn)，因此本研究并不適用于小尺度的研究。對(duì)于土地利用系統(tǒng)漫長(zhǎng)的演化歷程而言，要在有限的研究期內(nèi)探討其演化規(guī)律，典型區(qū)域的選擇就顯得尤為重要。本文以受到人類(lèi)集中利用和開(kāi)發(fā)的建三江墾區(qū)為研究區(qū)，使短期內(nèi)能觀察和分析該地區(qū)的土地利用系統(tǒng)演化規(guī)律成為可能。也正是由于人為景觀不斷替代了自然景觀，成為研究區(qū)的景觀基質(zhì)，景觀與土地利用系統(tǒng)的本質(zhì)相統(tǒng)一，這就為本研究結(jié)果和思想的推廣創(chuàng)造了空間。并且，本文的結(jié)論表明，在這些區(qū)域，人為作用方向和強(qiáng)度對(duì)土地利用生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的演化尤為重要，因此，下一步以此為基礎(chǔ)的土地利用生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及區(qū)域生態(tài)安全格局的構(gòu)建研究更為重要，這將對(duì)保障區(qū)域土地利用系統(tǒng)健康和安全，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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Research on Dynamic Changes of Landscape Structure and Land Use Eco-security Spatiotemporal Variation in Jian Sanjiang Land Reclamation Area

LIN Jia1, SONG Ge1,2

(1.InstituteofLandManagement,NortheastUniversity,Shenyang110819,China;2.CollegeofResourcesandEnvironment,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China)

Research for the dynamically strong disturbance regional landscape structure and the spatiotemporal variation of land use ecological security is one of very important parts of regional ecological security and sustainable utilization study. We selected Jian Sanjiang land reclamation area which includes 15 farms as the study area. We used the remote sensing (RS) tools to get the types of landscape in 1992, 2001 and 2010. We quantitatively analyzed the landscape structure characteristics changed of the study area and quantitatively calculated the landscape structure stability of each farms. We established the comprehensive evaluation indicator system based on the DPSIR model, evaluated and analyzed the eco-security level of land-use in each farm with the eco-security of land-use data. We analyzed the spatiotemporal variation of each farm. The results showed that three characters changed in the landscape components from 1992 to 2010. The landscape spatiaopattern characteristics of the study area changed dramatically. Land use ecological security evaluation values and ratings were dropped after the first upward trend in Chuang ye farm, Er daohe farm and Nong jiang farm over the time. And the values and ratings of the other farms showed the increasing trend. With respect to the spatial distribution, the distribution of high level farms concentrated in the mid-west region, northwestern and eastern in 1992; it was shown that two zonal distribution zones in 2001; the land-use ecological security levels of most areas have raised and the low-grade regional inserted in them in 2010. This level of changes and spatial differentiation reflects the different land use ecosystem steady state (the structure and function of the level resistance to the interference). It is reflected that the land use and human behavior play a key role in securing the ability of the sustainable land use.

landscape structure; land-use ecological system security; landscape stability; DPSIR model; spatiotemporal variation

2015-06-04

2015-09-08

國(guó)家自然科學(xué)資助項(xiàng)目(41071346);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)(130714001)

林佳(1986—),女,黑龍江哈爾濱人,博士研究生,研究方向:土地利用。E-mail:season365@126.com

宋戈(1969—),女,黑龍江慶安人,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:土地利用。E-mail:songgelaoshi@163.com

F301.2

A

1005-3409(2016)04-0048-07