赤水市北部景觀格局演變分析*

蔡 煜，董艷艷，張藍(lán)月，陳 陽，李可相，潘伯娟，蔡學(xué)成

(1貴州科學(xué)院 貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；2貴州大學(xué) 林學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

景觀格局是指景觀組成單元的類型、數(shù)目及空間分布與配置等景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，是景觀異質(zhì)性在空間上的綜合表現(xiàn)[1]。景觀格局的動態(tài)演變方向不僅會影響區(qū)域的經(jīng)濟(jì)及社會的發(fā)展，更會影響區(qū)域及周邊的生態(tài)環(huán)境建設(shè)[2]。景觀格局動態(tài)的研究方法與研究目標(biāo)從單尺度到多尺度[3]、從靜態(tài)到動態(tài)[4-8]、從定性到定量[9-11]、從2D到3D[12-13]均結(jié)合了3S技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)模型等定量方法揭示景觀格局的時空變化。赤水市北部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度較大，景觀類型15年中變化劇烈。本文以赤水市北部2004年、2011年、2018年三期遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，結(jié)合景觀指數(shù)定量分析的方法，研究赤水市北部景觀格局時空變化規(guī)律，以此為基礎(chǔ)來明判其景觀格局的演變起因、過程及結(jié)果對生態(tài)系統(tǒng)的影響。

1 研究區(qū)概況

赤水市位于東經(jīng)105°36′～106°16′，北緯28°15′～28°46′之間，地處貴州省遵義市西北部，赤水河中下游，與四川南部接壤。本文以赤水市北部為景觀格局動態(tài)變化研究區(qū)域，研究區(qū)域包括長沙鎮(zhèn)、長期鎮(zhèn)及白云鄉(xiāng)，總面積261.74 km2。

長沙鎮(zhèn)內(nèi)森林面積64 km2，森林覆蓋率73%，耕地面積9.72 km2。長沙鎮(zhèn)屬云貴高原以北丘陵地帶，海拔高差在220～1155 m之間，常年平均氣溫約18.3 ℃，年降雨量約1300 mm。

長期鎮(zhèn)地處半高山和高山地區(qū)，山高坡陡，溝壑縱橫，地形地貌復(fù)雜。鎮(zhèn)內(nèi)最低海拔228 m，最高海拔1372 m。年日照率為27%～30%，年均降雨量1155 mm，平均氣溫18.5 ℃。其中耕地面積9460 m2，森林面積60 km2，竹林資源36.67 km2。

白云鄉(xiāng)內(nèi)森林面積32 km2，耕地面積5.3 km2。白云鄉(xiāng)屬中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，氣候溫暖濕潤。年平均氣溫18.2 ℃，年降雨量1266.9 mm，年平均日照時數(shù)1297.5 h。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文采用Landsat-TM影像作為主要信息源，獲取赤水市北部區(qū)域2004年、2011年和2018年的Landsat-TM影像，三期的影像都包含7個波段，輻射分辨率為8 bit，空間分辨率為30 m×30 m，信息量豐富、地面分辨率較高。另外收集研究區(qū)域的地形圖及相關(guān)資料，以及赤水市北部的土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖等輔助資料。參考【《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2017)】，將研究區(qū)劃分為林地、耕地、草地、建設(shè)用地、水域和裸地共6種景觀類型。

利用遙感圖像處理軟件ERDAS IMAGINE9.0，將三個時點的TM影像進(jìn)行輻射校正、幾何校正、圖像鑲嵌，獲得研究區(qū)域的正射影像圖。以此為基礎(chǔ)，采用監(jiān)督分類方法，解譯制作出2004年、2011年和2018年的景觀類型圖。

2.2 研究方法

景觀指數(shù)的變化在一定的程度上能直觀的表現(xiàn)景觀實際情況，為定量分析景觀格局時空結(jié)構(gòu)的變化，基于景觀類型和景觀水平兩個層次選取景觀指數(shù)進(jìn)行動態(tài)分析。在景觀類型選取斑塊類型面積(CA)、斑塊類型所占百分比(PLAND)、斑塊密度(PD)、景觀形狀指標(biāo)(LSI)、聚集度(AI)；在景觀水平方面選取景觀總面積(TA)、斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)、景觀形狀指標(biāo)(LSI)、邊緣密度(ED)、周長-面積分維數(shù)(PAFRAC)、聚集度(AI)、分離度指數(shù)(DIVISION)、修正Simpson多樣性指標(biāo)(MSIDI)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)、蔓延度指標(biāo)(CONTAG)。

將2004年、2011年和2018年的景觀類型柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入Fragstats4.2軟件，對景觀類型圖進(jìn)行指數(shù)計算，將結(jié)果作為定量衡量赤水市北部景觀格局變化特征的依據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 赤水市北部景觀類型指數(shù)動態(tài)變化

3.1.1 景觀斑塊面積特征變化

由圖1、圖2中斑塊類型面積(CA)和斑塊類型所占百分比(PLAND)可知，林地景觀為研究區(qū)主要景觀類型，林地景觀面積逐年增加，15年間共增加2450 hm2，占比由60.65%上升到70.01%，其變化的主要原因是近年來生態(tài)環(huán)境保護(hù)逐漸得到重視，15年間赤水市大力發(fā)展竹產(chǎn)業(yè)取得了巨大成就，林地景觀的增加對生態(tài)環(huán)境建設(shè)及人與自然和諧發(fā)展均有極大的促進(jìn)作用，研究區(qū)林地景觀向好發(fā)展。耕地景觀面積呈逐年減少趨勢，15年間共減少3005 hm2，占比由28.40%下降到16.92%，其變化的主要原因是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展竹產(chǎn)業(yè)占用了部分耕地。草地景觀面積無明顯變化，占比由8.11%上升到8.64%，說明農(nóng)村存在耕地撂荒的現(xiàn)象。建設(shè)用地景觀面積在15年間共增加524公頃，其原因是由于赤水市北部城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展迅速，為滿足建設(shè)需求，部分耕地和裸地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變，2018年建設(shè)用地面積為2004年的2.44倍，為2011年的1.96倍，占比由1.74%上升到3.40%，相對其他景觀類型上升較快。裸地景觀的面積呈逐漸減少趨勢，由2004年到2018年間減少了13.86公頃，裸地景觀占比由0.06%下降到0.03%，表明石漠化治理等政策的實施能夠有效促進(jìn)生態(tài)修復(fù)。

圖1 赤水市北部各類景觀CA指數(shù)值變化圖

圖2 赤水市北部各類景觀PLAND指數(shù)值變化圖

3.1.2 景觀斑塊形狀特征變化

由圖3中景觀形狀指標(biāo)(LSI)的變化可知，15年間水域景觀和裸地景觀的斑塊形狀的復(fù)雜逐漸降低，耕地景觀、草地景觀及建設(shè)用地景觀的斑塊形狀的變化均由簡單趨向復(fù)雜，表明為了滿足多功能的城市發(fā)展用地需求，各景觀類型相互轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致景觀破碎化程度增加，大部分景觀類型的斑塊形狀越來越復(fù)雜。

圖3 赤水市北部各類景觀LSI指數(shù)值變化圖

3.1.3 景觀斑塊聚集度特征變化

由圖4中聚集度(AI)指數(shù)的變化可知，林地景觀的聚集度保持在90左右，聚集度較大，主要原因是由于研究區(qū)的林地景觀受生態(tài)環(huán)境保護(hù)因素影響，幾乎沒有得到開發(fā)利用。耕地景觀聚集度由80.98下降為67.43，分布趨于零散，是由于在城鄉(xiāng)發(fā)展過程中，耕地受到侵占，導(dǎo)致其聚集度下降。草地景觀聚集度從72.25下降為68.89，原因是草地由于占補(bǔ)平衡的需要，大量的草地被開發(fā)成耕地。建設(shè)用地景觀的聚集度由41.52上升為55.04，是由于在城市發(fā)展中散落的居民點會與周邊的村寨與城鎮(zhèn)合并。水域景觀聚集度由37.56上升為55.95，是由于為了滿足建設(shè)的需要，將部分小面積零散水域進(jìn)行填埋利用。裸地景觀聚集度由81.37上升為85.46，是由于荒山造林等工程的實施使得部分裸地被修復(fù)。

圖4 赤水市北部各類景觀AI指數(shù)值變化圖

3.1.4 景觀斑塊破碎度特征變化

由圖5斑塊密度(PD)變化圖可知，林地景觀、耕地景觀、草地景觀和建設(shè)用地景觀斑塊密度均呈上升趨勢，表明受人類活動影響，土地需求量增加，耕地受到大面積侵占，建設(shè)用地景觀面積增加，林地景觀得到恢復(fù)，草地景觀部分被開發(fā)，其破碎化程度正逐漸加深。水域景觀裸地景觀破碎度呈下降趨勢，是由于部分小面積坑塘水面被填埋和裸地被綠化所致。

圖5 赤水市北部各類景觀PD指數(shù)值變化圖

3.2 赤水市北部景觀水平指數(shù)動態(tài)變化

由表1可知，研究區(qū)斑塊數(shù)(NP)由3055增加到3361，斑塊密度(PD)由12.00增加到12.84，形狀指數(shù)(LSI)由39.93增加到44.50，邊緣密度指數(shù)由(ED)94.54增加到105.86，分維數(shù)基本保持不變，聚集度(AI)變化較小，由85.78減少到84.07，香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)由0.99減少為0.93，香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)由0.56減少為0.52。蔓延度指數(shù)(CONTAG)由58.00增加到58.88，變化不大。從總體景觀水平分析，赤水市北部景觀斑塊數(shù)、斑塊密度、景觀形狀指數(shù)呈上升趨勢，景觀均勻度、豐富度及多樣性下降，表明隨著赤水市北部發(fā)展的加快，整體景觀格局趨于破碎、異質(zhì)性增大、優(yōu)勢度降低，斑塊間連接性被打破，呈小斑塊密集格局。

表1 赤水市北部三期景觀水平指數(shù)表

4 結(jié)論

本文以景觀生態(tài)學(xué)為理論基礎(chǔ)，借助RS和GIS技術(shù)，以赤水市北部為研究區(qū)域進(jìn)行景觀分類，并利用景觀指數(shù)分析法對赤水市北部2004年、2011年、2018年景觀格局進(jìn)行動態(tài)分析，主要結(jié)論為：

(1)林地是研究區(qū)主要景觀類型，2004—2018年林地的斑塊數(shù)量和面積持續(xù)增加，15年間共增加2450 hm2，林地景觀的增加對生態(tài)環(huán)境建設(shè)及人與自然和諧發(fā)展均有極大的促進(jìn)作用，研究區(qū)林地景觀向好發(fā)展。耕地景觀、建設(shè)用地景觀和草地景觀的斑塊數(shù)持續(xù)增加，破碎化程度逐漸加深，受人類活動影響較大。

水域景觀斑塊數(shù)量呈減少趨勢，是由于部分小面積坑塘水面和養(yǎng)殖水體管理利用不善所致。裸地景觀斑塊數(shù)量呈減少趨勢是由于荒山造林政策的有效實施。

(2)總體看來，赤水市北部景觀斑塊數(shù)、斑塊密度、景觀形狀指數(shù)呈上升趨勢，景觀均勻度、豐富度及多樣性下降，表明隨著赤水市北部發(fā)展的加快，整體景觀格局趨于破碎、異質(zhì)性增大、優(yōu)勢度降低，斑塊間連接性被打破，呈小斑塊密集格局，在未來赤水市北部發(fā)展中應(yīng)注重各類用地科學(xué)合理配置。