三亞市10年間景觀格局變化分析

林寧，關學彬，麥全法

（1海南大學園林園藝學院，?？?70228；2海南省環(huán)境科學研究院，?？?71126；3海南省農(nóng)墾科學院，?？?70206）

三亞市10年間景觀格局變化分析

林寧1，關學彬2，麥全法3

（1海南大學園林園藝學院，海口570228；2海南省環(huán)境科學研究院，?？?71126；3海南省農(nóng)墾科學院，?？?70206）

為了充分了解熱帶濱海城市發(fā)展過程中景觀變化特征及其影響因素，利用基于SPOT的影像數(shù)據(jù)，應用RS、GIS軟件和景觀生態(tài)學方法，以海南省三亞市作為研究對象，分析了2002—2012年三亞市土地利用及景觀格局的動態(tài)變化情況。結果表明：（1）三亞市仍以耕地和闊葉林為主，建設用地大幅度增加，各土地利用類型有相互轉移表現(xiàn)，2002—2012年，水田面積減少了25.75%，水庫/坑塘減少6.21%；草叢、建設用地和旱地面積分別增加143.16%、86.89%和10.20%；（2）運用景觀格局指數(shù)和轉移矩陣分析，得出研究區(qū)域景觀斑塊總體數(shù)量減少，說明這期間三亞景觀破碎化趨勢降低，主要由于人類活動的干擾不斷加強，城市化進程加快使原來分散的鄉(xiāng)鎮(zhèn)村落等居民集中地聚集成片，轉變?yōu)槌鞘谢ㄖ?，從而導致了研究區(qū)域景觀破碎化程度的下降。

土地利用；景觀格局；轉移矩陣；破碎化；三亞市

0 引言

土地利用/土地覆被變化是全球環(huán)境變化及可持續(xù)發(fā)展研究中的核心領域之一[1]。近年來，景觀生態(tài)學分析方法多應用于地區(qū)空間格局變化的分析，并已逐漸成為評價地區(qū)土地變遷的重要方法。而研究土地利用變化與景觀過程之間的影響，對于了解區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化，促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[2-3]。

三亞市作為中國著名的旅游城市，是海南省的南大門、中外游客過冬最佳選擇勝地之一，也是每年到海南的游客必到之處。旅游業(yè)的興旺和土地開發(fā)也造成三亞的自然景觀與人文景觀之間產(chǎn)生巨大問題；土地資源的有限性和旅游發(fā)展的破壞性之間的矛盾日益突出，也使三亞這個寶貴的旅游勝地開始出現(xiàn)了不和諧的景象：環(huán)境惡化、景觀破碎、生態(tài)破壞等城市與自然不協(xié)調(diào)現(xiàn)象已逐漸威脅到三亞作為國際旅游度假勝地的美名。其次，海南作為國際旅游島，也是國家“多規(guī)合一”的試點探索省份[4]，在防止環(huán)境繼續(xù)惡化、生態(tài)繼續(xù)破壞方面必須著手在先。準確掌握三亞市土地利用變化引起的景觀格局演變，對三亞市今后長遠發(fā)展具有深遠意義。利用遙感信息進行城市景觀格局分析覆蓋范圍廣，具有可靠、及時準確、省時、省力、費用較低等優(yōu)點，且對植被構成、生態(tài)變化和城市發(fā)展的監(jiān)測和評價問題有著無可替代的作用[5-7]?；谶b感信息開展的土地利用及景觀格局分析定量分析[8-9]，可以從宏觀角度評價開發(fā)給生態(tài)環(huán)境帶來的影響[10-13]，準確把握區(qū)域土地利用及生態(tài)格局動態(tài)變化[14-15]。

目前，針對濱海城市景觀變遷的研究正處于起步階段，研究的范圍僅局限于濱海城市的海岸帶卻忽視了城市整體發(fā)展的布局和需要，不利于城市的有效跟蹤反饋和實施全面規(guī)劃。本研究通過對三亞市10年內(nèi)區(qū)域內(nèi)土地利用變化、景觀類型變遷分析，結合轉移矩陣分析區(qū)域內(nèi)土地用途屬性轉變量、斑塊特征與整體景觀格局等因素，從宏觀角度了解三亞市土地利用改變和人類活動對區(qū)域景觀格局的影響，以期為海南景觀規(guī)劃和發(fā)展提供技術經(jīng)驗。

1 研究區(qū)概況

三亞市地處海南島最南端，位于北緯18°09′34″—18°37′27″、東經(jīng)108°56′30″—109°48′28″之間。東鄰陵水縣，北依保亭縣，西毗樂東縣，南臨南海。三亞北靠高山，南臨大海，地勢自北向南逐漸傾斜，形成一個狹長狀的多角形。境內(nèi)海岸線長258.65 km，有大小港灣19個。三亞市區(qū)三面環(huán)山，北有抱坡嶺，東有大會嶺、虎豹嶺和海拔39 m的高嶺，南有南邊嶺。三亞地處低緯度，屬熱帶海洋性季風氣候區(qū)，年平均氣溫25.7℃，氣溫最高月為6月，平均28.7°C；氣溫最低月為1月，平均21.4℃[16]。三亞市有獨流入海的河流10條，地下水儲量1.42億m3。三亞是熱帶雨林原生地，有林地12.1萬hm2，封山育林區(qū)6.2萬hm2，森林覆蓋率64%。有國家級、省級和市級自然保護區(qū)9個，總面積13497hm2。城市綠化覆蓋率44.4%。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源主要為2個部分，一是區(qū)域遙感數(shù)據(jù)及其相應的地理信息組成的空間數(shù)據(jù)，二是研究區(qū)現(xiàn)場調(diào)查資料，再進行比對。遙感數(shù)據(jù)為2002年和2012年的二期的SPOT遙感影像，2.5 m的分辨率，412波段；地理信息數(shù)據(jù)為地理要素參考圖層，主要為1: 250000海南省地理要素圖層；其他參考資料包括實地核查的圖像數(shù)據(jù)及相關文本。

2.2 遙感影像處理

遙感影像參考圖為1:10000的地形圖，并選擇30個控制點，通過二次多項式幾何糾正，使影像資料間均方根誤差＜0.5個像元。然后采用鄰近線性插值法進行信息增強處理，使各時期數(shù)據(jù)具有相同的投影信息。然后再按照三亞市行政區(qū)域進行區(qū)域圖像裁切，并選擇SPOT 412波段進行彩色合成，得到研究區(qū)域二期影像彩色合成圖像，再使用ECognition軟件對遙感信息進行提取以獲得區(qū)域內(nèi)土地利用類型[17]。

2.3 研究內(nèi)容及方法

2.3.1 土地利用動態(tài)變化將研究區(qū)域2002、2012年2期的遙感解譯數(shù)據(jù)進行疊加分析，得出土地利用類型之間的空間轉移矩陣，分析區(qū)域2002—2012年土地利用變化。

2.3.2 土地利用程度變化采用間接指標來衡量土地利用程度，如土地復殖率（耕地面積/土地總面積）、土地建設利用率（建設用地面積/土地總面積）和林地覆蓋率（林地面積/土地總面積）。

2.3.3 景觀空間格局變化景觀格局一般是指景觀的空間結構特征，具體是指由自然或人為形成的，大小、形狀、屬性不一的景觀空間單元（斑塊）空間分布情況，是景觀異質性的具體表現(xiàn)。它受區(qū)域自身社會經(jīng)濟、生產(chǎn)管理和居民生活影響約束。一般的區(qū)域景觀格局指數(shù)的生態(tài)內(nèi)涵包括多個方面，見表1。

2.4 統(tǒng)計分析

本研究通過土地利用現(xiàn)狀圖和Ecognition，獲取景觀類型數(shù)據(jù)，結合Fragstats軟件獲得景觀面積，再使用Excel進行數(shù)據(jù)對比分析。

3 結果與分析

3.1 區(qū)域土地利用類型變化分析

根據(jù)遙感解譯及土地利用分析（見圖1～2、表2），2002年和2012年，該研究區(qū)域主要地類為闊葉林、水田、旱地、園地和建設用地，分別占研究區(qū)域面積的

94.32%和93.89%，針闊混交林、針葉林、灌木林、草地、河流、水庫/坑塘等面積較小，只占研究區(qū)域面積的5.68%和6.11%。2002—2012年，10年間，建設用地（包括居住地、交通用地、工業(yè)用地和采礦場）、旱地、園地和草地面積有較大幅度增加，分別增加4432.52、744.6、384.8、361.2 hm2；水田、闊葉林和水庫面積有所減少，分別減少5266.9、566、125 hm2。所有地類中草叢和建設用地的變化最為劇烈，分別以9.29%和6.45%的年增長率增加，而水田面積降幅總量最大，10年間減少5266.9 hm2。研究區(qū)域各地類面積見表2。

表1 主要景觀格局評價指標及其生態(tài)內(nèi)涵

圖1 2002年三亞市各景觀類型分布圖

表2 2002—2012年研究區(qū)域土地利用類型構成表

3.2 土地利用類型轉移變化

利用景觀轉移矩陣分析土地利用類型變遷是目前一項重要的景觀給分析方法[18-20]。從土地利用類型轉移矩陣表（見表3）中可以看出，三亞市2002—2012年各種土地類型變化情況歸結為4個方面：（1）闊葉林、建設用地這2類景觀用地轉移面積相對比較穩(wěn)定，向其他景觀利用類型轉化的面積比例較低，說明三亞市一方面是對森林生態(tài)系統(tǒng)的保存量比較重視，另一方面是城市建筑穩(wěn)步推進。（2）由于城市發(fā)展和人口增加，加速了居民建筑群增加，使靠近鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民點的水田和水庫/坑塘首先被開發(fā)和轉移，因此水田/坑塘等大量的轉移，加速了農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的轉變。（3）在建設用地面積不斷上升的同時，三亞市園地和草地也得到一定增加，說明三亞市在城市發(fā)展同時，農(nóng)業(yè)也在不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)比重在地區(qū)三大產(chǎn)業(yè)中仍很大，說明三亞目前仍以二元經(jīng)濟結構為主。（4）從農(nóng)田的變化來看，除了大部分轉移為建設用地，也存在大量土地轉為旱地和裸地，表明了農(nóng)田土地的大量占用但利用和保護力度仍不足，多年來降低了土地的使用效率也間接破壞了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。因此，三亞市經(jīng)濟發(fā)展與人口增加，城市化與工業(yè)化的發(fā)展，加速了農(nóng)村經(jīng)濟的轉型，也改變了原有農(nóng)村農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和結構。但必須在發(fā)展的同時注重保護，特別是農(nóng)村土地利用的合理開發(fā)與高效利用方面會產(chǎn)生不協(xié)調(diào)性，必須穩(wěn)步推進、統(tǒng)籌安排，在提高經(jīng)濟效益的同時保證地區(qū)的生態(tài)紅利。

表3 2002—2012年研究區(qū)域土地利用類型轉移矩陣hm2

3.3 土地利用程度分析

由表4可以看出，10年間三亞市土地墾殖率從2002年的43.13%下降到2012年的36.10%，減少了7.03%，總體表現(xiàn)仍遠高于全國14.21%的平均水平，但減少幅度較大；土地建設利用率則從7.93%提升到14.81%，提升近1倍；林地覆蓋率變化不大，也仍遠高于全國的13.93%平均水平。這表明研究區(qū)域內(nèi)耕地面積近10年來速度減少，建設用地快速增加，即三亞市的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)（農(nóng)村）在減弱，而城鎮(zhèn)化進程卻正處于快速推進階段。

表4 2002—2012年研究區(qū)域土地利用程度指標表%

3.4 土地利用景觀動態(tài)變化分析

在2個時期的土地利用類型圖轉成柵格格式基礎上，通過試用Fragstats景觀格局分析軟件，計算出研究區(qū)域內(nèi)相關景觀指數(shù)（見表5）。各景觀格局指數(shù)表明：（1）斑塊數(shù)由2002年的6911個減少至6719個，說明在2002—2012年期間人類活動的干擾不斷加強，使原有零散分布的居民地聚集在一起，形成城市的建筑群，從而導致區(qū)域內(nèi)景觀破碎化下降；（2）最大斑塊指數(shù)反映了研究區(qū)某種或幾種景觀格局的優(yōu)勢度，2002—2012年，最大斑塊指數(shù)略有減少，表明了三亞水田的景觀優(yōu)勢度下降；（3）景觀多樣性指數(shù)略有增加，近10年來農(nóng)田面積大量減少，建筑用地面積大幅增加，以及園地、裸地的一定增幅導致各景觀類型所占比例差異減少，而多樣性指數(shù)提高；（4）蔓延度指數(shù)、散布與并列指數(shù)的結果顯示，研究區(qū)整體的蔓延度指數(shù)在10年內(nèi)有所降低，而散布與并列指數(shù)為略有增大，表明該區(qū)內(nèi)核心景觀斑塊同其他景觀斑塊的鄰接性和連通性正逐步提高。

表5 研究區(qū)景觀格局指數(shù)值

4 結論與討論

（1）本研究以海南省三亞市2002、2012年2期SPOT影像數(shù)據(jù)為基礎進行分析，得出三亞市2個時期的各土地利用類型面積，結合不同的景觀特點數(shù)據(jù)，分析三亞市10年內(nèi)土地利用變化趨勢及其景觀格局動態(tài)變化特點。此外，通過運用平均形狀指數(shù)、多樣性指標和景觀斑塊相關指數(shù)等景觀格局指數(shù)描述三亞市10年間空間異質性變化趨勢。結果表明，三亞市2002—2012年10年間土地利用類型變化的驅動因素主要是旅游業(yè)的快速發(fā)展、土地開發(fā)過熱、城市化進程過快。

（2）10年間三亞市的景觀格局指數(shù)變化顯示，區(qū)內(nèi)景觀斑塊數(shù)總體降低，表明景觀整體上破碎化程度下降，影響因素是人類活動的干擾不斷加強，使原有零散分布的居民地聚集在一起，形成城市的建筑群；其次，景觀多樣性的提高是由農(nóng)田、森林面積減少而其他人類活動影響較大的用地類型（如園地等）增加導致的。

（3）人類活動頻率和范圍的擴大同時，也加快了三亞自然景觀面積的減少和生態(tài)環(huán)境的惡化。作為快速發(fā)展的三亞市，必須協(xié)調(diào)社會與自然、環(huán)境與發(fā)展的關系，加快對本地區(qū)的景觀和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃部署，要充分利用多規(guī)合一試點，統(tǒng)籌并協(xié)調(diào)好土地開發(fā)利用和環(huán)境保護的平衡點。

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Landscape Pattern Change:Sanya,2002-2012

Lin Ning1,Guan Xuebin2,Mai Quanfa3

(1College of Horticulture and Landscape Architecture,Hainan University,Haikou 570228,Hainan,China;2Hainan Research Academy of Environmental Sciences,Haikou 571126,Hainan,China;3Hainan Agricultural Reclamation Academy of Sciences,Haikou 570206,Hainan,China)

To understand the landscape change characteristics and its influencing factors in urban development process of tropical coastal city,based on the SPOT image data,with the support of RS,GIS software and landscape ecology method,the dynamic changes of land use and landscape pattern in Sanya from 2002 to 2012 were analyzed.The results showed that:(1)during the past 10 years,the main landscapes were farmland and broad leaved forest,but the construction land increased significantly,all of the landscape types had mutual transfer,such as paddy field decreased by 25.75%,reservoir or pond decreased by 6.21%; brushwood,construction land and dry land increased by about 143.16%,86.89%and 10.20%,respectively;(2) after landscape pattern index andtransfer matrix analysis,it was concluded that the number of landscape patch was decreasing,and the landscape fragmentation was reduced,mainly due to the strengthened interference of human activities,and the speed up of urbanization process,the original fragmented distribution of residential land and building land became poly integration,which led to the decrease of landscape fragmentation degree in this area.

Land Use;Landscape Pattern;Transfer Matrix;Fragmentation;Sanya

TP753

A論文編號：cjas16100009

海南省自然科學基金項目“熱帶濱海城市三亞市景觀變遷趨勢及驅動力研究”(314056)。

林寧，女，1979年出生，講師，碩士，主要從事景觀生態(tài)、園林設計、休閑農(nóng)業(yè)等方面探索研究。通信地址：570228海南省海口市人民大道58號海南大學園林園藝學院，E-mail：lning_00@163.com，porlmak@163.com。

2016-10-19，

2016-11-16。