普者黑巖溶濕地景觀格局演變及驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究

劉云根 王妍 張紫霞 聞國(guó)靜 杜鵬睿

摘要：利用1990—2015年的6期遙感影像數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS技術(shù)和景觀格局指數(shù)方法，從景觀整體格局和景觀單一格局兩個(gè)方面探討了普者黑巖溶濕地不同時(shí)空尺度的景觀格局變化。結(jié)果表明，25年來(lái)林地、農(nóng)地、建筑用地面積增加，濕地、未利用地面積逐年減少，其中，2005～2010年濕地面積減少速度最快，減少率達(dá)到39.2%;整體景觀類(lèi)型破碎度降低，多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)減小，蔓延度指數(shù)增加，景觀分布不均勻。

關(guān)鍵詞：普者黑;巖溶濕地;景觀格局;驅(qū)動(dòng)力

中圖分類(lèi)號(hào)：S 717.19

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001 - 9499（2019）01 - 0004 - 06

景觀格局是指大小和形狀不同的景觀要素在空間上的排列，它既是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)，又是各種自然與人為因素在不同時(shí)空尺度上作用的最終結(jié)果。景觀格局分析的目的是從看似無(wú)序的景觀要素鑲嵌中，發(fā)現(xiàn)潛在的有意義的規(guī)律性，并確定產(chǎn)生和控制空間格局的因子和機(jī)制。其研究可以揭示景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)之間的相互作用，揭示其演變規(guī)律，認(rèn)識(shí)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化趨勢(shì)及內(nèi)在因素，對(duì)區(qū)域景觀生態(tài)管理和保育政策的制定具有十分重要的意義。云南普者黑的巖溶地貌，是典型的中國(guó)南方熱帶巖溶地貌，也是世界罕見(jiàn)的巖溶山水風(fēng)光。本文研究1990—2015年普者黑濕地流域內(nèi)的景觀格局變化特征，對(duì)影響景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析，在流域景觀格局與水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系反饋機(jī)理上進(jìn)行探索，可以為典型巖溶濕地流域的景觀保護(hù)、生態(tài)建設(shè)、土地優(yōu)化利用提供理論參考和技術(shù)支持，對(duì)促進(jìn)高原湖泊的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

普者黑位于云南省文山壯族苗族自治州丘北縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)為103°55′～104°13′E，24°05′～24°12′N(xiāo)，是典型的巖溶地區(qū)湖泊。該地區(qū)屬于低緯度季風(fēng)氣候，具有終年溫和濕潤(rùn)的中亞熱帶氣候特征，年平均氣溫16.4℃，極端高溫35.7℃，極端低溫-7.6℃，7月份氣溫高，1月份氣溫低，年平均降雨量1206.8mm。研究區(qū)內(nèi)共有保護(hù)植物10種，地貌景觀為國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)的高原喀斯特峰林、峰叢、湖群組合，其特殊的水文地質(zhì)條件在云貴高原湖泊濕地及西南部滇黔桂喀斯特地貌中都極具代表性，是典型的生態(tài)敏感區(qū)。

2 數(shù)據(jù)獲取及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源和處理平臺(tái)

數(shù)據(jù)來(lái)源于1990、1995、2000、2005、2010和2015年TM影像解譯數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)為Arcmapl0.1、Fragstas3.4以及Exce12007。根據(jù)普者黑的土地資源特征、景觀變化差異以及影像數(shù)據(jù)特點(diǎn)，參考《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》（CB/T21010-2007），對(duì)6期影像進(jìn)行解譯（圖1），將普者黑巖溶濕地的景觀劃分為林地、農(nóng)地、濕地、建筑用地、園地、未利用地等6個(gè)一級(jí)指標(biāo)，林地包括疏林地、Karst孤峰林地，濕地分為水庫(kù)、坑塘水面、河流等3個(gè)二級(jí)指標(biāo);確定景觀格局分類(lèi)系統(tǒng)后，結(jié)合野外地面控制點(diǎn)調(diào)查和地形資料，基于光譜特征及地物紋理特征等信息進(jìn)行手工分類(lèi)和解譯。

2.2 研究方法

為了能夠有效而準(zhǔn)確地反映景觀的結(jié)構(gòu)信息，選取斑塊數(shù)（NP）、斑塊密度（PD）、邊界密度（ED）、斑塊類(lèi)型面積（CA）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（ LSI）、景觀類(lèi)型百分比（PLAND）、景觀多樣性（SHDI）、均勻度指數(shù)（SHEI）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）等景觀格局指數(shù)，對(duì)研究區(qū)的景觀格局進(jìn)行分析。把土地覆蓋類(lèi)型轉(zhuǎn)成GRID格式，分辨率設(shè)為30m，在Fragstats3.4軟件中進(jìn)行景觀格局指數(shù)的計(jì)算。采用相關(guān)分析法，利用SPSS軟件，篩選普者黑巖溶濕地流域景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)因子，基于年均降雨量、GDP、耕地面積、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、總?cè)丝?、旅游人?shù)和旅游總產(chǎn)值等指標(biāo)，分析各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)該流域景觀空間格局的影響。

3 數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

3.1 巖溶濕地流域景觀格局分析

3.1.1 景觀類(lèi)型面積變化

從各景觀類(lèi)型的面積與相對(duì)比重（表1）來(lái)看，6種景觀類(lèi)型中面積及比重最大的是農(nóng)地，其次是林地和濕地，園地所占面積比重最小。1990—2000年林地的面積在逐漸減少，由于2003年國(guó)家實(shí)施退耕還林政策，2005年林地面積比2000年增加264.73 hm2。未利用地面積減少329.47 hm2.其中，減少的面積有80.35%用來(lái)植樹(shù)，其余部分轉(zhuǎn)化為果園、農(nóng)地;農(nóng)地的面積總體上呈逐年遞增趨勢(shì)，但越往后增長(zhǎng)速度越慢，2010年丘北縣出現(xiàn)嚴(yán)重干旱現(xiàn)象，有一部分農(nóng)業(yè)人口外出打工，農(nóng)地利用率有所下降;1990～2005年濕地面積不斷減少，2010年普者黑流域下游修建濕地公園，使這種情況有所改善;未利用地逐年減少，其中，1990—1995年減少速度最快，達(dá)到13.80%;由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物比較單一，園地的面積變化不大。

3.1.2 景觀類(lèi)型破碎度變化

選取斑塊密度、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和蔓延度指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)景觀破碎度變化，從研究區(qū)景觀類(lèi)型斑塊密度（表2）可以看出：1990～2015年疏林地、農(nóng)地、農(nóng)村住宅、園地等景觀斑塊密度不斷增大，疏林地、農(nóng)村住宅、園地等景觀斑塊數(shù)目也在增加，河流和裸地的斑塊密度變化不大，但斑塊數(shù)目在增加;坑塘水的面斑塊密度和斑塊指數(shù)呈現(xiàn)先減少、再增加、再減少的趨勢(shì)，其中2000—2005年減少速度最快。

從整體景觀格局指數(shù)（表3）可以看出，1990～2015年蔓延度指數(shù)有所增加，多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)有所下降。在多樣性指數(shù)減少的同時(shí)，濕地類(lèi)型的面積也在減小，說(shuō)明濕地類(lèi)型所占的比例在減小。均勻度指數(shù)的減小說(shuō)明不同景觀類(lèi)型分布越來(lái)越不均勻，比例結(jié)構(gòu)差異增大。蔓延度指數(shù)值從61.34增加到64.25，說(shuō)明景觀呈聚集狀分布，破碎程度有所減小。

3.2 單一景觀類(lèi)型分析

3.2.1 景觀斑塊的面積和結(jié)構(gòu)特征

從研究區(qū)景觀斑塊面積和結(jié)構(gòu)特征（圖2）可以看出：1990—2015年，普者黑巖溶濕地景觀面積、濕地斑塊數(shù)量總體呈減少趨勢(shì)。其中，2000—2005年濕地面積減少速度最快，2005～2015年濕地面積有所增加，斑塊個(gè)數(shù)變化緩慢。1990～2005年，濕地景觀類(lèi)型中的河流、坑塘水面的斑塊密度分別減少了0.009和0.096，從2005年開(kāi)始濕地斑塊數(shù)目又有所增加。分析濕地景觀類(lèi)型斑塊密度和邊界密度的變化趨勢(shì)，1990～2000年斑塊密度增加，2000年坑塘水面的斑塊密度達(dá)到最大值0.319，而2005～2015年變化趨勢(shì)較小。這些表明，普者黑流域濕地的破碎度在2000～ 2005年較為嚴(yán)重，從2005年開(kāi)始有所改善，但總體呈現(xiàn)出濕地景觀破碎化現(xiàn)象。

3.2.2 景觀斑塊形狀特征

從研究區(qū)景觀斑塊形狀特征（圖3）可以看出：1990～2015年河流、坑塘水面景觀形狀指數(shù)呈現(xiàn)先減少后增加然后又減少的趨勢(shì)，2000年坑塘水面的景觀形狀指數(shù)達(dá)到最大值，之后又出現(xiàn)逐漸下降，2005年河流景觀形狀指數(shù)達(dá)到最大值13.78，水庫(kù)的景觀形狀指數(shù)變化不大。河流、坑塘水面和水庫(kù)的景觀類(lèi)型百分比都呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，2005年河流景觀類(lèi)型百分比減少最快達(dá)到1.95%。2000～2005年坑塘水面景觀類(lèi)型指數(shù)增加最為明顯，而1995—2015年景觀類(lèi)型指數(shù)在減小。從河流、坑塘水面和水庫(kù)3個(gè)景觀形狀指數(shù)和景觀類(lèi)型百分比可以看出，25年來(lái)濕地景觀斑塊形狀較復(fù)雜且不規(guī)則。

4 景觀格局變化驅(qū)動(dòng)力分析

4.1 土地利用類(lèi)型變化

不同土地利用類(lèi)型對(duì)景觀格局具有重要影響，土地利用類(lèi)型變化會(huì)改變地表覆蓋狀況，從而影響景觀演變過(guò)程。土地利用類(lèi)型主要從兩個(gè)方面影響景觀變化：（1）土地利用類(lèi)型的生態(tài)適宜性。土地利用類(lèi)型的差異使得土地利用的途徑各異，只有當(dāng)生態(tài)適應(yīng)性與土地利用類(lèi)型相匹配時(shí)，才有利于生態(tài)環(huán)境的改善和穩(wěn)定，使景觀往好的方向發(fā)展，從而減輕該區(qū)域生態(tài)脆弱性;（2）土地利用類(lèi)型的穩(wěn)定性。土地利用的空間分布對(duì)氣候調(diào)節(jié)、維持生物多樣性和環(huán)境生態(tài)保護(hù)等生態(tài)功能具有重要影響，土地利用類(lèi)型與生態(tài)環(huán)境越協(xié)調(diào)，生態(tài)環(huán)境就越穩(wěn)定。普者黑巖溶濕位于典型的生態(tài)系統(tǒng)交錯(cuò)帶，農(nóng)田、林地、濕地、建筑用地、園地和未利用地等交錯(cuò)分布，形成復(fù)雜的空間格局。2006～2015年，普者黑流域土地利用指標(biāo)占生態(tài)脆弱性權(quán)重約達(dá)到0.14，在整個(gè)指標(biāo)體系中占有重要地位，其中土地利用類(lèi)型達(dá)到0.0926，土地墾殖率是0.046 3。計(jì)算結(jié)果表明，研究區(qū)絕大部分農(nóng)地處于重度和中度脆弱狀態(tài)，未利用地主要處于極度和中度脆弱狀態(tài)，濕地和建筑用地以中度脆弱狀態(tài)為主，而林地和園地處于輕度及微度脆弱狀態(tài)。不同土地利用類(lèi)型的脆弱度由高到低排序?yàn)檗r(nóng)地>未利用地>濕地>建筑用地>林地>園地，與前人的研究結(jié)果大致相似。

4.2 污染凈化

污染凈化是普者黑流域生態(tài)脆弱性的主要影響因素之一。污染凈化主要體現(xiàn)在濕地水質(zhì)受污染的程度，化肥、農(nóng)藥通過(guò)農(nóng)田地表徑流流入湖泊，水中總氮濃度增加，而總氮濃度是衡量水體水質(zhì)的重要指標(biāo)之一，與水中浮游生物的繁殖密切相關(guān)，過(guò)高的總氮濃度造成了水體富營(yíng)養(yǎng)化。近年來(lái)，普者黑巖溶濕地流域水環(huán)境及景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空發(fā)生較大變化，丘北縣旅游業(yè)和種植業(yè)發(fā)展較快，旅游景點(diǎn)主要集中在普者黑村，流域生態(tài)環(huán)境遭到一定破壞，主要超標(biāo)污染物以氮、磷為主，解決流域生態(tài)環(huán)境問(wèn)題刻不容緩。2012年丘北縣采取一系列措施，防止該區(qū)域生態(tài)脆弱程度進(jìn)一步加深，已趨于惡化水體環(huán)境有所好轉(zhuǎn)。2004～2013年普者黑流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

4.3 經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展

濕地生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)固有的自然生態(tài)系統(tǒng)，其產(chǎn)生、修復(fù)及破壞主要受自然因素影響，但人為因素也是導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)變化和損失的一項(xiàng)重要原因。從普者黑流域濕地面積減少的相關(guān)性分析結(jié)果（表5）可以看出，普者黑濕地面積與GDP、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值呈顯著負(fù)相關(guān)，與當(dāng)?shù)乜側(cè)丝跀?shù)呈顯著正相關(guān)，與耕地面積變化、旅游人口數(shù)量及旅游總產(chǎn)值相關(guān)性較弱，與當(dāng)?shù)啬昃涤炅炕静幌嚓P(guān)。這說(shuō)明，濕地面積的減少與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的增加有直接關(guān)系，與旅游業(yè)總產(chǎn)值的增加有間接關(guān)系。據(jù)此判斷，普者黑流域濕地面積變化主要是由人為因素引起的，隨著城鎮(zhèn)大規(guī)模擴(kuò)張，農(nóng)業(yè)灌溉和排水需求加大，濕地水資源大量消耗，水庫(kù)、河堤、堤壩等水利工程的建設(shè)也導(dǎo)致了濕地水文條件的變化。

4.4 人口壓力

幾十年來(lái)，普者黑流域的濕地景觀開(kāi)發(fā)成為當(dāng)?shù)匕l(fā)展的一個(gè)顯著特征，這對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的空間分布和可持續(xù)性產(chǎn)生了不可逆的負(fù)面影響。2013年研究區(qū)旅游人口達(dá)到200.2萬(wàn)人，而2008年旅游人數(shù)僅為90.02萬(wàn)，6年間增長(zhǎng)了55.03%，這種增長(zhǎng)趨勢(shì)造成了越來(lái)越大的人口壓力，對(duì)土地和水源的使用提出了越來(lái)越高的要求。隨著旅游服務(wù)業(yè)的日益興起，普者黑村成為旅游人口集中區(qū)域，村莊周邊大片的湖濱帶被侵占成建設(shè)用地或道路，導(dǎo)致普者黑濕地中游成為面積萎縮最嚴(yán)重的區(qū)域之一。因此，減小人口壓力、加強(qiáng)區(qū)域和諧發(fā)展、保護(hù)濕地生態(tài)應(yīng)該是普者黑流域未來(lái)發(fā)展的主要目標(biāo)之一。

5 結(jié)論與討論

通過(guò)1990～2015年普者黑遙感影像制作了土地利用變化圖，提取了土地利用類(lèi)型的景觀格局指數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)整體景觀格局和單一景觀類(lèi)型格局進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：（1）1990—2015年，普者黑巖溶濕地流域景觀變化主要表現(xiàn)農(nóng)地、建筑用地在不斷增加，濕地、林地、未利用地總體呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，未利用地在逐漸減小。（2）整體景觀類(lèi)型格局指數(shù)顯示，農(nóng)地、河流和坑塘水面的景觀形狀較復(fù)雜，林地、農(nóng)地和農(nóng)村住宅的景觀破碎程度較高。整體景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)在逐漸減小，蔓延度指數(shù)在逐漸增加。（3）單一景觀類(lèi)型指數(shù)顯示，濕地景觀面積總體呈現(xiàn)不斷減少的趨勢(shì)，2010年當(dāng)?shù)卣扇”Ｗo(hù)措施，濕地面積有所增加，景觀斑塊數(shù)目和斑塊密度同步降低，景觀破碎度也在逐漸降低，但濕地景觀破碎化狀況沒(méi)有改變。（4）自然因素和人為因素疊加的結(jié)果導(dǎo)致了普者黑土地利用景觀格局的變化，其中，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展尤其是旅游業(yè)發(fā)展，是造成普者黑巖溶濕地流域景觀格局變化的主要因素。