濱海生態(tài)脆弱區(qū)土地景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析

劉洪柱+毛曉曦+王樹濤

摘要：為探討濱海生態(tài)脆弱區(qū)土地利用景觀的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，以河北省黃驊市為研究區(qū)，在1990、2000、2014年3期LandSat遙感影像的基礎(chǔ)上，利用動(dòng)態(tài)度模型、平面重心模型以及Arcgis 9.3、Fragststs 3.3等軟件分析了該地區(qū)1990—2014年間土地景觀格局的動(dòng)態(tài)變化特征。結(jié)果表明，1990—2014年年間，從景觀類型變化上看，建設(shè)用地和鹽田面積增多，耕地、草地、濕地和鹽堿地面積減少；園地和水域面積整體上較為穩(wěn)定。從變化速度上看，鹽田的變化速度最大，其次是濕地。從景觀類型分布重心上看，各類景觀都有不同程度的遷移，其中建設(shè)用地遷移的距離最遠(yuǎn)，其次是草地和鹽堿地。從景觀格局特征上看，景觀整體破碎化程度增加，異質(zhì)性增高。從景觀格局梯度上看，水平樣帶上，一定范圍內(nèi)距離中心城區(qū)越遠(yuǎn)，土地景觀類型越復(fù)雜，聚合度越差；但距海岸線30 km范圍內(nèi)，景觀多樣性降低，聚合度較大幅度上升；垂直樣帶上，由南到北，Shannon多樣性指數(shù)整體呈上升趨勢(shì)，中心城區(qū)向南，聚合度逐漸增加，向北則呈現(xiàn)出聚合度先小幅上升后又下降的趨勢(shì)。研究結(jié)果可為該地區(qū)制定土地利用與生態(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)城市建設(shè)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：景觀格局；動(dòng)態(tài)變化；黃驊市；濱海生態(tài)脆弱區(qū)

中圖分類號(hào)： F323.211文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）05-0245-07

景觀格局一般指景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，是由一系列大小、形狀各異的斑塊，在自然因素及人為因素的驅(qū)動(dòng)下互相作用、互相干擾，形成的具有空間異質(zhì)性的景觀區(qū)域[1-3]。土地景觀格局的形成，不僅反映了區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的演變，更反映出人與自然之間相互作用、相互依存的關(guān)系，景觀格局指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡(jiǎn)單定量指標(biāo)[4-5]。景觀格局分析是景觀生態(tài)學(xué)研究的重要方法，研究土地景觀格局的整體特征，分析其局部演變規(guī)律，有助于幫助人們認(rèn)識(shí)土地資源變化過(guò)程，從而為土地利用規(guī)劃的制定提供依據(jù)[6-8]。濱海位于海陸過(guò)渡帶，其獨(dú)特的地形地貌、海岸帶、灘涂、濕地和野生動(dòng)植物群落等自然景觀是沿海特色的標(biāo)志，也是保障濱海城市未來(lái)生活品質(zhì)的基礎(chǔ)。但自然因子急劇的梯度變化和脈沖式?jīng)_積使濱海生態(tài)系統(tǒng)處于脆弱狀態(tài)，加之人類活動(dòng)的強(qiáng)大干擾，濱海地區(qū)人口、資源、環(huán)境問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重，土地景觀格局也發(fā)生了較為明顯的變化。因此，探討濱海生態(tài)脆弱區(qū)土地景觀格局的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，可以為其土地生態(tài)治理提供理論支持。

本研究以濱海生態(tài)脆弱區(qū)河北省黃驊市為例展開土地景觀格局動(dòng)態(tài)變化的研究，首先研究了土地景觀類型面積變化特征、變化速度以及空間重心的遷移，然后選擇指標(biāo)從類型水平和景觀水平上闡述了該地區(qū)的土地景觀格局變化特征，最后從水平和垂直2個(gè)梯度上對(duì)土地景觀格局的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了分析。本研究對(duì)當(dāng)?shù)刂贫ㄍ恋乩门c生態(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)城市建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和指導(dǎo)意義。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況

黃驊市位于河北省東南部，是河北省滄州市管轄的縣級(jí)市，東臨渤海、西依滄州、南靠山東、北倚京津。位于 117.08°～117.82°E和38.15°～38.65°N之間，總面積為 1 717.50 km2，處在華北沖積平原黑龍港流域的最東端，地勢(shì)低洼平坦，海拔高度一般為3～5 m[9]。地處暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，因?yàn)榭拷澈６跃哂泻Ｑ髿夂蛱卣鳎撅L(fēng)顯著，四季分明。歷年平均日照時(shí)數(shù)為2 755 h，年平均蒸發(fā)量為 1 908.7 mm，年平均降水量為627 mm，降水年際變化大，時(shí)空分布不均。處于“環(huán)渤海”及“環(huán)京津”的樞紐地帶，不僅是滄州渤海新區(qū)的重要組成部分，也是“現(xiàn)代化沿海經(jīng)濟(jì)隆起帶”的重要窗口。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

1.2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

遙感數(shù)據(jù)來(lái)自于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局網(wǎng)站和我國(guó)地理空間數(shù)據(jù)云。非遙感數(shù)據(jù)包括2014年黃驊市土地利用現(xiàn)狀調(diào)查圖、1 ∶[KG-*3]50萬(wàn)土壤類型圖、DEM高程圖、行政區(qū)劃圖，黃驊市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)年鑒、黃驊市水利志等。

1.2.2數(shù)據(jù)處理

本研究使用ENVI 4.7軟件進(jìn)行遙感影像的預(yù)處理，預(yù)處理包括幾何校正和影像裁剪。幾何校正的目的是糾正系統(tǒng)及非系統(tǒng)性因素對(duì)遙感影像造成的影響，達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)圖像或地圖相吻合的目的[10-12]。影像裁剪的目的是將研究之外的區(qū)域去除。在進(jìn)行了上述2步數(shù)據(jù)預(yù)處理操作后，采用監(jiān)督分類法對(duì)1990、2000、2014年3期的影像圖進(jìn)行解譯，最終得到黃驊市土地景觀類型圖

2結(jié)果與分析

2.1土地景觀類型時(shí)空變化分析

2.1.1土地景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣分析

為了探求研究區(qū)不同類型景觀的數(shù)量轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出情況，分別疊加1990年與2000年、2000年與2014年遙感影像解譯圖，得到轉(zhuǎn)移面積矩陣，結(jié)果見表1、表2。橫向表示了不同景觀類型的轉(zhuǎn)出面積，縱向表示了不同景觀類型的補(bǔ)給來(lái)源。

2.1.1.1黃驊市1990年和2000年景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣分析

2.2土地景觀格局特征變化分析

考慮到黃驊市景觀格局空間分布的實(shí)際情況，本研究選取的景觀指數(shù)包括平均斑塊面積（AREA_MN）、斑塊所占景觀面積的比例（PLAND）、斑塊個(gè)數(shù)（NP）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、叢聚指數(shù)（CLUMPY）、聚合度（AI）、蔓延度（CONTAG）、斑塊內(nèi)聚力指數(shù)（COHESION）、Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）、Shannon均勻度指數(shù)（SHEI）[20-21]。

2.2.1類型水平變化特征

在Fragstats 3.3軟件支持下，計(jì)算得出各景觀類型在斑塊類型水平上的指數(shù)變化結(jié)果（表6）。從表6可以看出，耕地為研究區(qū)的基質(zhì)景觀，斑塊所占景觀面積的比例最大，1990年、2000年和2014年分別為 36.84%、36.42%、35.85%，斑塊密度逐年增加，景觀形狀指數(shù)先增后減，表明耕地斑塊的空間破碎度增強(qiáng)，但形狀逐步趨向規(guī)則；園地、草地斑塊所占景觀面積的比例與平均斑塊面積均較小，其中園地斑塊密度逐年降低，叢聚指數(shù)和斑塊內(nèi)聚力指數(shù)均隨時(shí)間的推移而升高，這說(shuō)明園地景觀破碎度逐漸小，且斑塊愈來(lái)愈聚集，連通度提升，呈集中趨勢(shì)發(fā)展；草地的景觀形狀指數(shù)增加幅度較大，由初期的63.83%增加到末期的99.41%，這說(shuō)明草地斑塊形狀變異較大；建設(shè)用地斑塊所占景觀的面積比例逐漸增加，斑塊密度逐漸增大，平均斑塊面積增加明顯，由8.45 km2增加到17.43 km2，表明其分布比較分散，破碎化程度較高，空間異質(zhì)性程度也大；濕地的斑塊密度、景觀形狀指數(shù)逐漸增加，平均斑塊面積逐年減少，說(shuō)明濕地面積有所減少，景觀破碎度增加，且斑塊形狀愈來(lái)愈不規(guī)則；鹽堿地面積減少較為明顯，其面積占全部景觀的比例由1990年的22.60%減少到2014年的21.59%，反映出鹽堿地綜合治理取得了一定的效果，但破碎度逐漸增加；鹽田景觀面積逐年增加，破碎化程度加重；水域景觀在類型水平上變化不大，基本保持初期的狀態(tài)。

2.2.2景觀水平變化特征

經(jīng)Fragstats 3.3景觀格局指數(shù)軟件計(jì)算得出景觀水平指數(shù)的結(jié)果（表7）以及各指標(biāo)的空間分布圖。從表7可以看出，25年間，黃驊市景觀斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、景觀形狀指數(shù)（LSI）隨年份的變化均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明景觀整體破碎化程度逐漸加重；蔓延度（CONTAG）均小于50%，表明研究區(qū)景觀的破碎程度大于集聚程度，也就是說(shuō)研究區(qū)景觀的連通性較差；并且，該指數(shù)隨年份變化呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，也同樣說(shuō)明了景觀趨于破碎化的狀態(tài)。

1990—2014年，Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）逐年增大，分別為1.722 6、1.725 4、1.786 6，其中2000—2014年間年變化顯著，說(shuō)明土地利用類型越來(lái)越豐富，破碎化程度越來(lái)越高，其不定性的信息含量也越來(lái)越大，景觀格局的異質(zhì)性增高；從Shannon均勻度指數(shù)（SHEI）變化來(lái)看，SHEI值逐年增大，并且越來(lái)越趨近于1，這表明各景觀類型分布趨于均勻，某種或某幾種景觀在研究區(qū)的主導(dǎo)地位有所弱化，景觀優(yōu)勢(shì)度降低，各景觀類型在空間上的分布出現(xiàn)均衡化。聚集度（AI）則呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì)，其變化說(shuō)明景觀的聚集程度逐年減弱，破碎化加重。[FL）]

2.3土地景觀格局梯度變化分析

景觀的空間梯度，指的是沿著某一特定的方向景觀呈現(xiàn)出逐漸變化的、有規(guī)律的空間特征。本研究選擇了關(guān)聯(lián)度較小的2個(gè)指數(shù)——Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）和聚合度（AI）指數(shù)。

本研究選擇了水平和垂直2條樣帶TR1和TR2。TR1基本與研究區(qū)內(nèi)的河流水系平行，TR2垂直于TR1，2條樣帶均穿過(guò)中心城區(qū)，梯度變化更具代表性和典型性。樣帶寬為5 km，以中心城區(qū)的幾何中心為原點(diǎn)，向左、向南為負(fù)值；在Fragstats 3.3中設(shè)置移動(dòng)窗口通過(guò)“5 km×5 km”的正方形從中心點(diǎn)開始移動(dòng)，最后輸出結(jié)果。

Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）的梯度變化如圖6所示。從水平方向上看，隨著時(shí)間的推移，Shannon多樣性指數(shù)整體上逐年增加；由中心城區(qū)向西，SHDI值隨距離的增加不斷增大，向東則先升高后降低。這表明水平方向上，中心城區(qū)連片的建設(shè)用地斑塊占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致Shannon多樣性指數(shù)較低；一定范圍內(nèi)距離中心城區(qū)越遠(yuǎn)，土地景觀類型就趨向復(fù)雜多樣；但距海岸線30 km范圍內(nèi)又開始下降，這主要由于成片鹽田的存在使得景觀多樣性降低。從垂直方向來(lái)看，由南到北，SHDI整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，分析其原因，主要是南部土地景觀

類型較為單一，主要為耕地；北部廣泛地分布著草地、園地、鹽堿地等景觀類型，導(dǎo)致景觀的復(fù)雜化和豐富化。從時(shí)間變化上觀察，發(fā)現(xiàn)中心城區(qū)以北的土地景觀多樣性逐年增加，中心城區(qū)向南，Shannon多樣性指數(shù)則隨年份的變化先升高后降低。

聚合度（AI）的梯度變化如圖7所示。從水平方向上看，隨著時(shí)間的推移，聚合度整體上逐年降低；中心城區(qū)向西，AI值隨距離的增加不斷降低，向東則先降低后升高，與SHDI的變化趨勢(shì)大致相反。這表明在水平方向，一定程度上距離中心城區(qū)越遠(yuǎn)，土地景觀類型的聚合度就越差，越趨向于離散分布；而海岸線附近由于大片的鹽田而出現(xiàn)較大幅度的上升。從垂直方向來(lái)看，中心城區(qū)向南聚合度逐漸增加，時(shí)間上呈現(xiàn)先降低后升高的規(guī)律；中心城區(qū)向北，聚合度先增加后降低，并且年份上逐年下降。這主要是由于南部大片耕地在土地整理、鹽堿地治理的政策下日趨連片、聚集分布；中心城區(qū)以北則受到人類活動(dòng)的干擾較劇烈，各類型景觀隨時(shí)間推移日趨破碎，5 km范圍內(nèi)景觀類型較為均一，聚合度小幅上升，而 5～25 km范圍內(nèi)草地、鹽堿地、農(nóng)村居民點(diǎn)顯著增多，景觀類型較為復(fù)雜，聚合度下降。

3結(jié)論與討論

1990—2014年間，建設(shè)用地和鹽田面積明顯增多，耕地、草地、濕地和鹽堿地面積明顯減少，其中濕地是研究期間面積減少最多的地類；園地和水域面積整體上較為穩(wěn)定，變化不大。從變化速度上看，1990—2000年鹽田的變化速度最大，其次是濕地；從各景觀類型的分布重心來(lái)看，1990—2000年和2000—2014年這2個(gè)研究時(shí)段內(nèi)，各類景觀都有不同程度的遷移。其中建設(shè)用地在1990—2000年間遷移的距離最遠(yuǎn)，其次是草地和鹽堿地。

從景觀類型水平特征變化來(lái)看，耕地斑塊形狀在2000—2014年間逐步趨向規(guī)則；草地景觀形狀指數(shù)增加較為明顯，形狀變異較大；建設(shè)用地?cái)U(kuò)張嚴(yán)重，斑塊密度逐漸增大，景觀破碎度增加；濕地的斑塊密度、景觀形狀指數(shù)有所增加，平均斑塊面積減少，說(shuō)明濕地景觀破碎度增加，斑塊形狀愈來(lái)愈不規(guī)則；鹽堿地面積減少較為明顯，占全部景觀的面積明顯減少，但破碎度逐漸增加；鹽田景觀面積逐年增加，破碎化程度加重；水域景觀斑塊類型水平變化較小，基本保持原來(lái)水平。從景觀總體水平特征變化來(lái)看，黃驊市景觀斑塊數(shù)量、斑塊密度、景觀形狀指數(shù)隨年份增加均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，表明景觀整體破碎化程度增加，異質(zhì)性增高。

從景觀梯度觀察發(fā)現(xiàn)，水平樣帶上，一定范圍內(nèi)距離中心城區(qū)越遠(yuǎn)，土地景觀類型就越趨向復(fù)雜多樣，其聚合度就越差；但距海岸線30 km范圍內(nèi)，由于成片鹽田的存在，景觀多樣性降低，聚合度則出現(xiàn)較大幅度的上升。垂直樣帶上，由于南部主要為耕地景觀，北部土地受人類活動(dòng)的干擾較劇烈，并且廣泛分布著草地、園地、鹽堿地等景觀類型，導(dǎo)致由南到北，Shannon多樣性指數(shù)整體呈上升趨勢(shì)；中心城區(qū)向南，聚合度逐漸增加，向北則因景觀類型由均一到復(fù)雜而呈現(xiàn)出聚合度先小幅上升后又下降的趨勢(shì)。

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