基于移動(dòng)窗口法的海島型城市景觀破碎化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析——以福建省平潭島為例

姜坤, 戴文遠(yuǎn),3,*, 胡秋鳳, 歐慧, 黃康

基于移動(dòng)窗口法的海島型城市景觀破碎化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析——以福建省平潭島為例

姜坤1,2, 戴文遠(yuǎn)1,2,3,*, 胡秋鳳1,2, 歐慧1,2, 黃康1,2

1. 福建師范大學(xué)地理研究所, 福州 350007 2. 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 福州 350007 3. 福建師范大學(xué)濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 福州 350007

海島型城市景觀破碎化時(shí)空演變規(guī)律分析, 可以為海島景觀管理及生態(tài)城市建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。利用平潭島2000、2009和2015年3期Landsat ETM+和SPOT_遙感影像數(shù)據(jù)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù), 基于ArcGIS10.2和Fragstats3.4軟件, 采用移動(dòng)窗口法、轉(zhuǎn)移矩陣、主成分分析等對(duì)平潭島景觀破碎化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行研究。結(jié)果表明: (1)耕地和林地是平潭島的景觀基質(zhì), 各地類之間變化主要表現(xiàn)為居住地和工礦交通用地的空間擴(kuò)張。(2)15年間平潭島景觀破碎化的空間分布主要體現(xiàn)在中心商務(wù)區(qū)、科教文化區(qū)、海壇灣及壇南灣附近; 在不同地類尺度上, 工礦交通用地的斑塊數(shù)和景觀形狀指數(shù)差值最大,最大斑塊指數(shù)和聚集度指數(shù)最大的是居住地; 在不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上, 中樓鄉(xiāng)的斑塊數(shù)和斑塊密度差值最大, 最大斑塊指數(shù)負(fù)向差值最大的是幸福洋。(3)政策因素是平潭島景觀破碎化的根本原因; 社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)則對(duì)各景觀類型變化產(chǎn)生直接影響。

海島型城市; 景觀破碎化; 移動(dòng)窗口法; 驅(qū)動(dòng)機(jī)制; 平潭島

0 前言

景觀破碎化導(dǎo)致自然生境破碎, 生物多樣性降低, 進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[1-3], 是當(dāng)前景觀生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。近年來隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速發(fā)展, 特別是城市的無序發(fā)展, 導(dǎo)致景觀格局強(qiáng)烈變化[4-6], 城市及其周邊地區(qū)的景觀呈現(xiàn)出“高度破碎化”和“景觀空間異質(zhì)性顯著”的特征[7-8], 即景觀由單一、均質(zhì)和連續(xù)的整體趨向復(fù)雜、異質(zhì)和不連續(xù)的斑塊鑲嵌體[9], 嚴(yán)重影響城市景觀的結(jié)構(gòu)、功能及生態(tài)過程, 不利于其持續(xù)健康發(fā)展[10-12]。因此, 對(duì)城市景觀破碎化及其影響因素進(jìn)行研究, 可以為生態(tài)城市建設(shè)提供科學(xué)參考。

隨著“3S”技術(shù)的發(fā)展, 很多學(xué)者認(rèn)為景觀破碎化具有一定的分異規(guī)律, 并針對(duì)不同地理單元相繼開展了一系列深入研究, 如生物多樣性及棲息地[13-14]、河谷綠洲[15-16]、耕作區(qū)[17-18]和采礦區(qū)[19]等, 但對(duì)全球變化和陸海各種動(dòng)力作用最迅速最敏感的海島景觀破碎化的研究卻鮮有報(bào)道。平潭島是福建省第一大島, 2009年福建省成立平潭綜合試驗(yàn)區(qū), 2011年平潭開放開發(fā)上升為國家戰(zhàn)略, 海島城鎮(zhèn)化進(jìn)程進(jìn)入加速期, 生態(tài)環(huán)境遭到了不可逆轉(zhuǎn)的破壞。本文聚焦快速城鎮(zhèn)化背景下的平潭島, 基于移動(dòng)窗口法對(duì)研究區(qū)開發(fā)前后景觀破碎化空間分布格局及其內(nèi)部水平差異進(jìn)行研究, 并以此為基礎(chǔ)探討景觀破碎化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系, 為海島型城市的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展提供理論與決策參考。

1 研究區(qū)概況

平潭島亦稱海壇島, 位于福建省福州市境內(nèi), 東臨臺(tái)灣海峽, 西隔海壇海峽, 與長樂市、福清市、莆田市為鄰, 南北長29 km, 東西寬19 km, 面積為267.13 km2, 是中國第五大島, 福建省第一大島。平潭島屬于南亞熱帶海洋季風(fēng)氣候, 年平均氣溫為19.6℃, 年平均降水量為1172 mm, 夏長冬短, 氣候濕潤, 地勢以平原、丘陵為主, 南北高, 中間低(見圖1)。平潭島地理位置優(yōu)越, 距福州128 km, 東南與臺(tái)灣省新竹港相距僅68海里, 是中國大陸距臺(tái)灣最近處, 也是中國東南海疆對(duì)臺(tái)經(jīng)貿(mào)和人文交往的重要窗口。

圖1 平潭島地理位置圖

Figure 1 Location map of Pingtan Island

2009年福建省成立平潭綜合試驗(yàn)區(qū)以來創(chuàng)新體制機(jī)制, 突出先行先試功能, 城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速發(fā)展, 兩岸交流合作日益密切, 由此掀起了大開發(fā)的序幕。地區(qū)生產(chǎn)總值從2000年的30.98億元增長到2009年的73.58億元, 到2015年的189.62億; 人口城鎮(zhèn)化率也由2000年的12.92%增至2009年的25.70%, 到2015年的44.30%, 先后實(shí)現(xiàn)了兩次飛躍發(fā)展, 但大規(guī)模開發(fā)建設(shè)亦對(duì)平潭島景觀破碎化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究所使用數(shù)據(jù)包括: 國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)下載的30 m′30 m的DEM數(shù)據(jù), 遙感數(shù)據(jù)來源于平潭島2000年Landsat7_ETM+、2009年SPOT_5和2015年SPOT_7三期遙感影像, 利用ERDIS IMAGINE9.2對(duì)Landsat ETM+遙感影像進(jìn)行幾何校正、配準(zhǔn)等預(yù)處理后, 結(jié)合土地利用分類, 采用eCognition軟件提取園地、耕地、水域、未利用地、林地、草地、居住地和工礦交通用地等八種景觀類型(見圖2)。利用ArcGIS 隨機(jī)選點(diǎn)的功能, 選取500個(gè)點(diǎn), 得到2000年、2009年和2015年三期數(shù)據(jù), 解譯精度總體在90%以上, 符合解譯數(shù)據(jù)精度要求。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來源于《福州統(tǒng)計(jì)年鑒(2001-2016年)》和官方數(shù)據(jù)報(bào)表等。

2.2 平潭島景觀破碎化分析

2.2.1 土地利用變化情況分析

采用總變化率(式1)和年變化率(式2)定量分析土地利用結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化情況[20---------21], 其式如下:

式中: P為研究期內(nèi)某一土地類型的總變化率;S為研究期內(nèi)某一土地類型的年變化率;Ua, Ub分別為研究期初及研究期末某一土地類型的數(shù)量; t為研究時(shí)段。

2.2.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣能夠定量說明各地類間的相互轉(zhuǎn)換情況, 揭示他們之間相互轉(zhuǎn)化的比例和速率等特征[22-23]。

式中: S代表面積, n代表土地類型數(shù), i、j分別代表研究期初和研究期末的土地類型。

2.2.3 移動(dòng)窗口法

本文選取斑塊數(shù)(、斑塊密度()、最大斑塊指數(shù)()、聚集度()、分離度指數(shù)() 和香濃多樣性指數(shù)(), 采用移動(dòng)窗口法對(duì)研究區(qū)景觀破碎化空間分布格局及內(nèi)部差異進(jìn)行研究。根據(jù)研究區(qū)范圍大小, 通過對(duì)200 m、300 m、400 m和600 m的窗口進(jìn)行調(diào)試, 300 m窗口能更好的反映出研究區(qū)景觀破碎化情況。各柵格景觀指數(shù)計(jì)算和移動(dòng)窗口分析利用Fragstats3.4軟件完成。

圖2 平潭島土地利用類型圖

Figure 2 Land use type map of Pingtan Island

3 結(jié)果分析

3.1 平潭島景觀時(shí)空變化分析

3.1.1 土地利用變化分析

由表1可得, 耕地、林地是平潭島的景觀基質(zhì), 其中耕地所占比重最大(28.23%), 園地所占比重最小(0.15%)。近15年來平潭島土地利用結(jié)構(gòu)特征大致可分為三種類型: (1)持續(xù)增加型, 包括工礦交通用地和居住地, 且2009—2015年增加的幅度和規(guī)模均高于2000—2009年; (2)先增后減型, 包括水域、未利用地和園地; (3)持續(xù)減少型, 包括草地、林地和耕地。這主要是因?yàn)?009年福建省成立平潭綜合試驗(yàn)區(qū)以來, 作為海峽兩岸交流合作的重要前沿平臺(tái), 平潭島突出先行先試的功能, 城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速發(fā)展, 導(dǎo)致大量的耕地、園地和草地被工礦交通用地和居住地侵占, 對(duì)重大項(xiàng)目用海的圍填海計(jì)劃給予傾斜, 導(dǎo)致水域面積也不斷減少。

3.1.2 土地利用轉(zhuǎn)移分析

基于ArcGIS10.2平臺(tái)獲得研究區(qū)2000—2009年和2009—2015年兩期土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(表2、表3)及土地利用類型轉(zhuǎn)移圖(圖3), 可知近15年來平潭島各地類之間的轉(zhuǎn)換具有明顯的時(shí)間階段性。2000—2009年平潭島土地利用變化以居住地、工礦交通用地、水域和未利用地的擴(kuò)張為主, 其中居住地?cái)U(kuò)張主要發(fā)生在潭城鄉(xiāng)東部和南部以及嵐城鄉(xiāng)東部地區(qū), 因?yàn)檫@里臨近龍鳳頭海濱度假區(qū), 環(huán)境優(yōu)美, 適宜居住; 工礦交通用地的快速擴(kuò)張?jiān)诟鱾€(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布, 得益于“村村通”工程和環(huán)島路的修建; 水域擴(kuò)張主要發(fā)生在中樓鄉(xiāng)和嵐城鄉(xiāng)南部及龍鳳頭海濱地帶, 主要源于這些地區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖、坑塘建設(shè)、灘涂開發(fā); 未利用地?cái)U(kuò)張分布于沿海地帶及三十六角湖附近。2009—2015年平潭島土地利用變化主要表現(xiàn)為居住地和工礦交通用地的擴(kuò)張, 因?yàn)?009年平潭綜合試驗(yàn)區(qū)成立以來, 城鎮(zhèn)化進(jìn)程快速發(fā)展, “一環(huán)兩縱三橫”交通路網(wǎng)的規(guī)劃修建, 侵占大量耕地和林地, 同時(shí)也加快了平潭國際知名旅游島的建設(shè)。

表1 平潭島土地利用類型變化情況

表2 2000-2009年平潭島土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣(hm2)

表3 2009—2015年平潭島土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣(hm2)

圖中: 1代表園地; 2代表居住地; 3代表工礦交通用地; 4代表未利用地; 5代表林地; 6代表水域; 7代表耕地; 8代表草地

Figure 3 Land use type transition map of Pingtan Island

3.2 平潭島景觀破碎化分析

3.2.1 類型水平上景觀破碎化分析

2009年福建省成立平潭綜合試驗(yàn)區(qū)以來, 平潭島景觀破碎化加劇且呈現(xiàn)明顯階段性差異(圖4)。2000—2009年林地具有最大的和值, 但林地由593個(gè)減少為579個(gè),由1.829個(gè)·hm?2下降為1.760個(gè)·hm?2;卻有小幅度增長, 這主要是因?yàn)檠睾Ｒ阅韭辄S為主的防護(hù)林和山區(qū)水土保持林建設(shè)的內(nèi)部填充及整合所導(dǎo)致。2009—2015年, 林地有小幅度下降,和最大的是工礦交通用地, 其中由551個(gè)增加為591個(gè),由1.678個(gè)·hm?2上升為1.797個(gè)·hm?2, 表明這一階段平潭島城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快, 交通設(shè)施的修建使斑塊之間不斷分割, 景觀破碎化加劇。

圖4 平潭島土地利用類型斑塊特征

Figure 4 Types of land use patterns in Pingtan Island

此外, 15年間,最大的是水域, 這主要是由于水域的連續(xù)性所導(dǎo)致;最大的是耕地, 這主要是耕地內(nèi)部填充和零星小規(guī)模耕地合并結(jié)果; 園地的、和最小, 這與平潭島土地類型中園地所占面積最小相關(guān)。

3.2.2 景觀破碎化的時(shí)空分布特征分析

2000年高值和高值呈組團(tuán)狀集中分布在平潭島中心商務(wù)區(qū)、科教文化區(qū)、海壇灣及壇南灣附近; 2015年中部商務(wù)區(qū)和科教文化區(qū)和表現(xiàn)為減小, 壇南灣組團(tuán)呈連片擴(kuò)大, 主要因?yàn)檫@些地區(qū)旅游資源豐富, 平潭島為打造國際知名海島旅游目的地大開發(fā)建設(shè)所導(dǎo)致。

和指數(shù)在2000年的分布表現(xiàn)為港口經(jīng)貿(mào)區(qū)、幸福洋及君山景區(qū)為高值區(qū), 這是由于地形復(fù)雜導(dǎo)致的; 2015年和高值在港口經(jīng)貿(mào)區(qū)有所減少, 而在潭城組團(tuán)附近表現(xiàn)增加態(tài)勢。與2000相比, 2015年和指數(shù)整體呈下降趨勢, 表明平潭島的大規(guī)模開發(fā)尤其是串聯(lián)城市各片區(qū)及相關(guān)組團(tuán)交通網(wǎng)的建設(shè), 導(dǎo)致景觀優(yōu)勢種逐漸被分割, 斑塊趨向復(fù)雜。

2000年和高值主要分布在科教文化區(qū)—竹嶼組團(tuán)、海壇灣和壇南灣附近, 主要是由于這些地區(qū)土地利用類型多樣化造成的; 2015年和指數(shù)在原有分布基礎(chǔ)上呈內(nèi)部填充式擴(kuò)張, 但整體指數(shù)值呈下降趨勢。表明平潭島快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程及旅游開發(fā)使土地利用豐富, 斑塊之間逐漸分離, 破碎化程度提高(見圖5)。

3.2.3 基于不同地類的景觀破碎化分析

景觀指數(shù)的差值直接反應(yīng)了各地類景觀指數(shù)變化量和態(tài)勢, 正向和負(fù)向分別表示斑塊指數(shù)的增加和減少。以平潭島各地類為樣點(diǎn), 計(jì)算出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2000年和2015年景觀指數(shù)差值, 由圖6可見, 15年間平潭島各地類景觀指數(shù)變化差異顯著, 大致可分為三種類型: (1)整體正向型, 包括差值、差值和差值, 其中差值和差值表現(xiàn)為工礦交通用地最大, 耕地和居住地次之, 園地最小(負(fù)值), 其余地類變化較小,差值除居住地和林地為負(fù)向變化外, 其余地類均正向變化, 說明15年間平潭島的斑塊數(shù)不斷增多, 斑塊之間分離度加劇, 土地類型趨向破碎化; (2)整體負(fù)向型, 包括差值和差值, 這兩類景觀指數(shù)在各地類中均有較大變化, 其中居住地表現(xiàn)最大, 園地最小, 表明自2009年平潭綜合試驗(yàn)區(qū)成立以來, 大規(guī)模的房地產(chǎn)開發(fā)導(dǎo)致各地類不斷分割, 斑塊趨向不穩(wěn)定; (3)平穩(wěn)趨向型, 主要指差值, 除園地正向差值較大外, 其余地類變化較小。

圖5 平潭島景觀破碎化時(shí)空分布特征

Figure 5 Temporal and spatial distribution of landscape fragmentation in Pingtan Island

圖6 平潭島各土地利用類型景觀破碎化差值

Figure 6 Landscape fragmentation difference of land use types in Pingtan Island

3.2.4 基于不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的景觀破碎化分析

以平潭島各鄉(xiāng)鎮(zhèn)為樣點(diǎn), 計(jì)算出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2000年和2015年景觀指數(shù)差值, 由圖7可見, 15年間平潭島各鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀指數(shù)變化差異明顯, 大致可分為三種類型: (1)完全正向型, 包括差值和差值, 其中差值表現(xiàn)為中樓鄉(xiāng)最大, 流水鎮(zhèn)和北厝鎮(zhèn)次之,差值在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的變化均較大, 其中排名前三的依次是: 中樓鄉(xiāng)、白青鄉(xiāng)、蘇奧鎮(zhèn), 表明15年間平潭島值和值均在不斷增加, 景觀趨向破碎化。(2)整體正向型, 包括差值和差值, 其中差值除潭城鎮(zhèn)和平原鎮(zhèn)為負(fù)向變化外, 其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均正向變化;差值除潭城鎮(zhèn)為負(fù)向變化外, 其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為正向變化, 說明15年間平潭島斑塊之間不斷被分割, 空間異質(zhì)性顯著。(3)整體負(fù)向型, 包括差值和差值,負(fù)向差值最大的是幸福洋, 嵐城鎮(zhèn)和中樓鄉(xiāng)次之;差值除潭城鎮(zhèn)為正值外, 其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為負(fù)值, 且變化幅度均較大, 表明快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程及國際旅游島的建設(shè)使平潭島斑塊之間逐漸分離, 斑塊類型趨于復(fù)雜化。

3.3 平潭島景觀破碎化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制

景觀破碎化驅(qū)動(dòng)力的研究對(duì)人類活動(dòng)與景觀格局演化關(guān)系有重要影響[24-25]。海島型城市景觀破碎化過程具有比其他任何景觀類型都更加復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)機(jī)制, 自然和人為因素均可對(duì)城市景觀空間結(jié)構(gòu)及斑塊特征產(chǎn)生顯著影響, 但人為活動(dòng)無疑占據(jù)著重要地位[26]。

圖7 平潭島各鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀破碎化差值

Figure 7 The fragmentation difference of the townships in Pingtan Island

3.3.1 政策因素

2009年7月福建省正式成立平潭島綜合實(shí)驗(yàn)區(qū), 作為海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)先行先試的突破口, 率先實(shí)施更加靈活特殊的政策措施。在旅游政策方面, 加強(qiáng)規(guī)劃引導(dǎo), 重點(diǎn)發(fā)展以壇南灣、海壇灣為主的濱海旅游度假區(qū); 以石牌洋、仙人井為主的海蝕地貌觀光區(qū); 以君山、南寨山為主的生態(tài)旅游觀光區(qū); 以長江澳、山岐澳為主的海上運(yùn)動(dòng)旅游區(qū); 建設(shè)大型購物中心、臺(tái)灣精品購物街, 形成區(qū)域特色鮮明的濱海旅游格局。在交通設(shè)施方面, 加快建設(shè)福州長樂至平潭高速公路、鐵路, 將平潭納入福州經(jīng)濟(jì)圈, 分步驟建設(shè)平潭島內(nèi)交通體系, 形成環(huán)島公路網(wǎng)絡(luò)。在產(chǎn)業(yè)布局方面, 通過組團(tuán)推進(jìn), 分時(shí)序開發(fā), 逐步構(gòu)建起中心商務(wù)區(qū)、港口經(jīng)貿(mào)區(qū)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)、科技研發(fā)區(qū)、文化教育區(qū)、旅游休閑區(qū)等五大空間開發(fā)格局。在土地配套政策方面, 優(yōu)先保證平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)開發(fā)建設(shè)用地; 并允許合理開發(fā)利用周邊附屬海島及海域, 對(duì)重大項(xiàng)目用海的圍填海計(jì)劃給予傾斜。這一系列的政策措施, 在掀起平潭島大開發(fā)的同時(shí), 不可避免的對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來巨大壓力, 導(dǎo)致海島景觀破碎化。

3.3.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素

在15年尺度上, 自然因素引起的環(huán)境變化幅度相對(duì)較小, 而人類活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境變化成為主要因素[27-29]。研究表明, 在環(huán)境敏感區(qū), 土地利用在人文方面的驅(qū)動(dòng)因素有: 人口、技術(shù)水平、富裕程度、政治經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)等[30]。因此, 本文利用2000-2015年平潭島統(tǒng)計(jì)年鑒資料。在SPSS21.0中對(duì)選取的15個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析, 得到各因子方差貢獻(xiàn)及累積貢獻(xiàn)率。按照特征值>1以及累積貢獻(xiàn)率>85%的原則提取主因子, 前2個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)率分別為83.66%和7.12%, 累積貢獻(xiàn)率已達(dá)90.78%, 其特征值分別為12.55和1.07。方差極大化旋轉(zhuǎn)后前2個(gè)主成分在各變量上的載荷見表4。

表4 指標(biāo)特征值與貢獻(xiàn)率

由表5可以看出, 第一主成分在生產(chǎn)總值、消費(fèi)品零售總額、第二產(chǎn)業(yè)和建筑業(yè)總產(chǎn)值等指標(biāo)上載荷較大, 可概括為社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子; (2)第二主成分在農(nóng)業(yè)人口、糧食產(chǎn)量載荷大, 可概括為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因子。2000—2015年平潭島生產(chǎn)總值和第二產(chǎn)業(yè)增幅較為顯著, 其中生產(chǎn)總值由2000年的30.98億元增加到2015年的189.62億元, 年均增長率為34.14%; 第二產(chǎn)業(yè)由3.47億元增加到58.47億元, 期間公路里程增加了2.89倍, 建筑業(yè)總產(chǎn)值增長了20倍, 說明平潭島快速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程增加了對(duì)居住地、工礦交通用地的需求。15年間平潭島農(nóng)業(yè)人口由34.73·104人下降到32.13·104人, 農(nóng)作物面積由13.81·104hm2減少到11.99·104hm2, 降幅為13.18%, 糧食產(chǎn)量減少了9513 t, 表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因子對(duì)平潭島景觀結(jié)構(gòu)的影響逐漸減弱, 人們對(duì)生活環(huán)境要求的提高以及國際旅游島的開發(fā)建設(shè)需要大量住房及公共基礎(chǔ)設(shè)施。居住地及工礦交通用地依賴于園地、耕地、林地和草地等景觀的轉(zhuǎn)化, 因而間接導(dǎo)致海島景觀破碎化。

表5 主成分載荷矩陣

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

平潭島景觀破碎化受社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和政策因素的雙重影響。2009年平潭綜合試驗(yàn)區(qū)成立以來, 工業(yè)用地快速增加, 交通網(wǎng)絡(luò)不斷完善, 旅游休閑設(shè)施興建, 對(duì)研究區(qū)景觀破碎化產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。未來若干年內(nèi), 隨著平潭島城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快, 特別是“一環(huán)兩縱三橫”主干路網(wǎng)的形成, 景觀結(jié)構(gòu)將會(huì)引起較大變化, 林地、耕地和草地會(huì)進(jìn)一步減少, 居住地和工礦交通用地會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大, 景觀破碎化有加劇的可能。建議加強(qiáng)對(duì)三十六角湖水源地、風(fēng)口防護(hù)林帶、海壇灣和壇南灣生態(tài)環(huán)境保護(hù), 減少人類活動(dòng)破壞; 對(duì)流水鎮(zhèn)北部、北厝鎮(zhèn)西部和白青鎮(zhèn)等地形復(fù)雜的山地丘陵地帶應(yīng)退耕還林, 因地制宜發(fā)展農(nóng)業(yè); 鼓勵(lì)城鎮(zhèn)及農(nóng)村的建設(shè)由土地?cái)U(kuò)張轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部建設(shè)和填充, 盤活存量用地, 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

4.2 結(jié)論

(1)耕地、林地是平潭島的景觀基質(zhì)。近15年來平潭島土地利用結(jié)構(gòu)的變化主要表現(xiàn)為居住地、工礦交通用地的空間擴(kuò)張以及對(duì)耕地、林地和草地的侵占, 各土地類型的動(dòng)態(tài)變化依次為工礦交通用地> 居住地>未利用地>園地>水域>耕地>林地>草地。

(2)15年間平潭島土地利用類型的景觀破碎化呈現(xiàn)明顯階段性差異, 2009年平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)成立之前, 林地的斑塊數(shù)和斑塊密度最大, 2009年之后由于平潭島的大規(guī)模開發(fā)建設(shè), 導(dǎo)致工礦交通用地的斑塊數(shù)和斑塊密度不斷增大。平潭島景觀破碎化區(qū)域性差異顯著, 斑塊破碎化趨勢主要表現(xiàn)在中心商務(wù)區(qū)、科教文化區(qū)、海壇灣和壇南灣附近; 而在港口經(jīng)貿(mào)區(qū)、幸福洋和君山景區(qū)景觀結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。在不同地類尺度上, 斑塊數(shù)和景觀形狀指數(shù)的最大差值主要集中在工礦交通用地; 最大斑塊指數(shù)和聚集度差值最大的是居住地; 斑塊密度差值在各地類中變化平穩(wěn)。不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上, 中樓鄉(xiāng)的斑塊數(shù)和斑塊密度差值最大; 最大斑塊指數(shù)負(fù)向差值最大的是幸福洋; 聚集度差值除潭城鎮(zhèn)為正值外, 其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為負(fù)值。

(3)平潭島景觀破碎化是社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和政策因素綜合作用的結(jié)果。社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的加劇直接對(duì)海島居住地、工礦交通用地、林地和耕地等景觀類型產(chǎn)生重要影響; 2009年平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)成立以來, 在旅游開發(fā)、交通設(shè)施建設(shè)、產(chǎn)業(yè)布局和土地配套等方面支持政策, 從根本上推動(dòng)了平潭島景觀破碎化。

[1] 劉智方, 唐立娜, 邱全毅, 等. 基于土地利用變化的福建省生境質(zhì)量時(shí)空變化研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37(13): 4538–4548.

[2] 王軍, 頓耀龍. 土地利用變化對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響研究綜述[J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2015, 24(05): 798–808.

[3] 張金茜, 鞏杰, 柳冬青. 地理探測器方法下甘肅白龍江流域景觀破碎化與驅(qū)動(dòng)因子分析[J]. 地理科學(xué), 2018, (08): 1370–1378.

[4] 林美霞, 吝濤, 邱全毅, 等. 不同類型城市快速擴(kuò)張區(qū)域人工景觀對(duì)自然景觀的生態(tài)安全脅迫效應(yīng)比較[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 28(04): 1326–1336.

[5] 張騫, 高明, 楊樂, 等. 1988—2013年重慶市主城九區(qū)生態(tài)用地空間結(jié)構(gòu)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37(02): 566–575.

[6] 王蓉, 周寶同, 甘雪坤. 西南山地景觀破碎化與城鎮(zhèn)化及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的關(guān)系研究——以重慶市渝北區(qū)為例[J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2018, 27(03): 624–631.

[7] 付剛, 肖能文, 喬夢萍, 等. 北京市近二十年景觀破碎化格局的時(shí)空變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37(08): 2551– 2562.

[8] 李棟科, 丁圣彥, 梁國付, 等. 基于移動(dòng)窗口法的豫西山地丘陵地區(qū)景觀異質(zhì)性分析[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(12): 3414–3424.

[9] 鞏杰, 孫朋, 謝余初, 等. 基于移動(dòng)窗口法的肅州綠洲化與景觀破碎化時(shí)空變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(19): 6470–6480.

[10] 張?jiān)坡? 李雄, 田野. 基于景觀生態(tài)學(xué)“源-匯”理論的市域尺度生態(tài)功能分區(qū)——以內(nèi)蒙古通遼市為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2018, 38(01): 65–72.

[11] 鄒月, 周忠學(xué). 西安市景觀格局演變對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 28(08): 2629–2639.

[12] 張金茜, 鞏杰, 馬學(xué)成, 等. 基于GeoDA的甘肅白龍江流域景觀破碎化空間關(guān)聯(lián)性[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2018, 37(05): 1476–1483.

[13] 邱廉, 陶婷婷, 韓善銳, 等. 宏生態(tài)尺度上景觀破碎化對(duì)物種豐富度的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2017, 37(22): 7595– 7603.

[14] 陳利頂, 李秀珍, 傅伯杰, 等. 中國景觀生態(tài)學(xué)發(fā)展歷程與未來研究重點(diǎn)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(12): 3129–3141.

[15] 楊海波, 李云飛, 陳敬偉, 等. 喀什河流域景觀生態(tài)綜合評(píng)價(jià)研究[J]. 干旱區(qū)資源與境, 2014, 28(11): 67–71.

[16] 劉世梁, 安南南, 侯笑云, 等. 瀾滄江下游景觀破碎化時(shí)空動(dòng)態(tài)及成因分析[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2018, 27(07): 1351– 1358.

[17] 張瑜, 王天巍, 蔡崇法, 等. 干旱區(qū)耕地景觀格局碎化特征及社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素分析[J]. 水土保持研究, 2016, 23(04): 179–184.

[18] 張志軍, 伍維模, 張宏. 塔里木河中游耕地?cái)U(kuò)張及景觀破碎化研究[J]. 地理空間信息, 2018, 16(08): 19–23+ 37+7.

[19] 康薩如拉, 牛建明, 張慶, 等. 草原區(qū)礦產(chǎn)開發(fā)對(duì)景觀格局和初級(jí)生產(chǎn)力的影響——以黑岱溝露天煤礦為例[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(11): 2855–2867.

[20] 范忻, 汪云甲, 張書建. 淮南礦區(qū)土地利用變化遙感監(jiān)測及驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 礦業(yè)研究與開發(fā), 2012, 32(04): 81– 84.

[21] 巨凡凡, 馬騰, 顧栩, 等. 基于動(dòng)態(tài)度分析法巖溶區(qū)土地利用時(shí)空變化分析[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2018, 41(08): 160–169.

[22] 李菊榮, 王延華, 唐湘玲, 等. 新疆瑪納斯河流域土地利用變化特征及影響因素研究[J]. 土壤通報(bào), 2018, 49(01): 61–68.

[23] 孫智斌, 高敏華, 崔雪鋒. 基于遙感與GIS的天山北坡經(jīng)濟(jì)帶2000—2015年土地利用動(dòng)態(tài)變化研究[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2018, 54(03): 397–404.

[24] 劉宗君, 廖芳均, 張亞堅(jiān), 等. 南嶺自然保護(hù)區(qū)景觀格局變化及其驅(qū)動(dòng)力(英文)[J]. Agricultural Science &Tec hnology, 2017, 18(12): 2463–2467+2502.

[25] 馬曉勇, 黨晉華, 李曉婷, 等. 太原市近15年城市景觀格局時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力[J]. 水土保持通報(bào), 2018(04): 308–316+357.

[26] 齊楊, 鄔建國, 李建龍, 等. 中國東西部中小城市景觀格局及其驅(qū)動(dòng)力[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(01): 275–285.

[27] 潘竟虎, 蘇有才, 黃永生, 等. 近30年玉門市土地利用與景觀格局變化及其驅(qū)動(dòng)力[J]. 地理研究, 2012, 31(09): 1631–1639.

[28] 潘薈交, 羅斌, 王明月. 崇州市土地利用變化基本特征及人文驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 綿陽師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2018, 37(02): 114–120.

[29] 段崢嶸, 夏建新, 劉榮霞, 等. 近25年阿克蘇綠洲土地利用時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2018, 26(02): 413–426.

[30] 向英奇, 劉淼, 胡遠(yuǎn)滿, 等. 遼寧省沿海地區(qū)景觀格局時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)力[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2015, 34(09): 2628– 2635.

Analysis of island-type urban landscape fragmentation and its driving mechanism based on moving window method——a case study of Pingtan Island, Fujian Province, China

Jiang Kun1,2, Dai Wenyuan1,2,3,*, HU Qiufeng1,2, OU Hui1,2, HUANG Kang1,2

1. Institute of Geographic Research, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China 2. School of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China 3. Key laboratory for Humid Subtropical Eco-geographical Processes of the Ministry of Education Fujian Normal University Fuzhou 350007, China

The analysis of spatio-temporal evolution of island-type urban landscape fragmentation can provide a scientific basis for island landscape management and eco-city construction. This paper is based on Landsat ETM+ and SPOT_ remote sensing image data and socio-economic data of Pingtan Island in 2000, 2009 and 2015, using ArcGIS10.2 and Fragstats3.4 software. The fragmentation of Pingtan Island and its driving mechanism were studied using the moving window method, transfer matrix and principal component analysis. The results are as follows. (1) The cultivated land and woodland are the landscape bases of Pingtan Island. The changes between various types of land are mainly represented by the spatial expansion of residential land and land for industrial and mining traffic. (2) The spatial distribution of landscape fragmentation of Pingtan Island in the past 15 years has been mainly reflected in the Central Business District, the Science and Education Culture District, Haitan Bay, and Tanan Bay. The difference between the number of patches and the landscape shape index of the land for industrial and mining traffic is the largest in different land types. The largest patch index and the index of aggregation is residence. At the different township and township scales, the difference between the number of patch and patch density in Zhonglou Township is the largest. The greatest negative value of the largest patch index is the happiness of the ocean. (3) The policy factor is the fundamental reason for the fragmentation of Pingtan Island. Social and economic activities have a direct impact on the changes in landscape types.

island-type city; landscape fragmentation; moving window method; drive mechanism; Pingtan Island

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.04.015

K903

A

1008-8873(2019)04-99-12

2018-08-26;

2019-03-10

福建省科技廳公益類重點(diǎn)項(xiàng)目(017R1034-2); 福建省自然科學(xué)基金(2018J01741)

姜坤(1992—), 男, 河南洛陽人, 碩士生, 研究方向?yàn)閰^(qū)域規(guī)劃與國土整治。E-mail: 1226532184@qq.com

戴文遠(yuǎn)(1972—), 男, 福建莆田人, 副教授, 主要從事土地資源利用與土地覆被變化方向研究。E-mail: dwygeo@fjnu.edu.cn

姜坤, 戴文遠(yuǎn), 胡秋鳳,等. 基于移動(dòng)窗口法的海島型城市景觀破碎化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析——以福建省平潭島為例[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(4): 99-110.

Jiang Kun, Dai Wenyuan, HU Qiufeng, et al. Analysis of island-type urban landscape fragmentation and its driving mechanism based on moving window method——a case study of Pingtan Island, Fujian Province, China[J]. Ecological Science, 2019, 38(4): 99-110.