大型江心島景觀格局和地表特征參量時空變化及響應
——以廣陽島為例

李 輝, 王福海, 李 斌, 龐 敏

(1.生態(tài)環(huán)境空間信息數(shù)據(jù)挖掘與大數(shù)據(jù)集成重慶市重點實驗室, 重慶 401320; 2.重慶財經(jīng)學院,重慶 401320; 3.重慶工商大學 公共管理學院, 重慶 400067; 4.重慶市規(guī)劃和自然資源調(diào)查監(jiān)測院, 重慶 401121)

遙感技術(shù)能對地表進行大范圍、周期性的觀測，對研究景觀格局及其環(huán)境影響具有顯著優(yōu)勢[1]。定量遙感技術(shù)是定量遙感的一個重要領(lǐng)域，隨著傳感器的不斷發(fā)展，定量遙感技術(shù)為快速獲取區(qū)域地表特征參量，掌握區(qū)域生態(tài)質(zhì)量提供了更為豐富并且有效的途徑。景觀格局指大小和形狀不同的景觀斑塊在空間上的配置，是包括干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過程在尺度上作用的結(jié)果。景觀格局動態(tài)變化指景觀在結(jié)構(gòu)單元和功能方面隨時間而發(fā)生的變化，包括景觀結(jié)構(gòu)單元的組成成分、多樣性、形狀和空間格局的變化，以及由此導致的物質(zhì)、能量和生物在分布與運動方面的差異[2-3]。因此，對區(qū)域景觀格局動態(tài)變化及地表特征參量響應的研究，是揭示區(qū)域生態(tài)狀況、空間變異性特征以及與生態(tài)過程相關(guān)的區(qū)域資源環(huán)境問題的有效手段。島嶼是一種特殊的生態(tài)系統(tǒng)，由于其相對的獨立性，具有一定的自我維持功能。但島嶼生態(tài)系統(tǒng)又較為敏感，隨著人類對島嶼建設的急劇升溫，其景觀格局發(fā)生了劇烈的變化，直接影響島嶼景觀中能量分配和物質(zhì)循環(huán)，進而影響島嶼，甚至整個流域的生態(tài)安全。人類對島嶼的不合理開發(fā)和利用使島嶼生態(tài)平衡產(chǎn)生重大影響，并誘發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，具體表現(xiàn)為土地退化、非點源污染等。關(guān)于這方面的研究已經(jīng)成為一個熱點，國內(nèi)相關(guān)學者在閩江口瑯岐島、山東省廟島群島、福建循洲島和海南島等地開展了大量的研究[4-6]。人類活動對島嶼生態(tài)環(huán)境影響程度及其內(nèi)在聯(lián)系是解決島嶼生態(tài)環(huán)境困境的重要科學問題之一，而土地利用方式和程度是人類社會經(jīng)濟活動與自然生態(tài)環(huán)境相互作用最為密切的環(huán)節(jié)。過去對流域島嶼景觀格局時空變化特征及其地表特征參量的響應研究十分罕見，因此，對島嶼景觀格局和地表特征參量時空特征及其響應的研究，能夠?qū)u嶼自然環(huán)境的保護，島嶼生態(tài)平衡的維持以及流域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

廣陽島地處長江上游，是長江中上游第一大島，也是長江流域第二大島嶼，其地理位置優(yōu)越，環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良，生境條件特殊，是重慶市生態(tài)文明重要的示范窗口。本研究結(jié)合景觀生態(tài)學理論和方法，借助遙感影像數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)，分析了廣陽島景觀格局總體演變特征和各景觀類型之間的差異和聯(lián)系，同時利用定量遙感技術(shù)反演歸一化植被指數(shù)、地表溫度和土壤濕度3種地表特征參量，分析其時空變化特征及對景觀格局的響應。研究以期實現(xiàn)廣陽島景觀格局的優(yōu)化，促進其生態(tài)環(huán)境的不斷改善，從而為廣陽島盡快成為具有長江流域重要影響的生態(tài)島嶼創(chuàng)造良好條件。

1 研究區(qū)概況

廣陽島位于長江中游，屬于重慶市南岸區(qū)，是長江第二大島嶼(第一大島為上海崇明島)，第一大江內(nèi)島。廣陽島幅員面積約為8.4 km2，島長5.5 km，最寬處2.3 km。島上地勢西高東低，西部多為丘陵，北部靠長江主干道一側(cè)地形起伏較大，南部靠內(nèi)河一側(cè)地形較為平坦，并隔內(nèi)河與峽口鎮(zhèn)、迎龍鎮(zhèn)、廣陽鎮(zhèn)相望。廣陽島海拔高度為250 m左右，最高峰龍頭峰海拔為276 m。廣陽島由長江環(huán)抱，那側(cè)內(nèi)河長約7 km，平均水面寬度為600 m，水流緩慢，無暗礁。島上陽光充足，年均日照1 233 h，年平均溫度18.3℃，無霜期為342 d，四季分明，空氣質(zhì)量較好。島上土壤為沖積、沉積棕黃色土壤，其余為石灰?guī)r性紫色泥田，土壤層厚土質(zhì)肥。2002年廣陽島居民為2 089戶，5 831人，到2018年已經(jīng)完成所有居民搬遷工作，現(xiàn)在的廣陽島為純生態(tài)島嶼。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預處理

本研究以2002年、2010年、2018年三期遙感影像為數(shù)據(jù)基礎，三期遙感影像的具體時間為2002年9月14日、2010年8月31日和2018年8月27日，影像分辨率為1 m。運用ArcGIS進行人工解譯獲得土地利用數(shù)據(jù)庫，解譯后的土地利用數(shù)據(jù)經(jīng)過驗證和矯正后，精確度達到95%以上。

2.2 分類標準

根據(jù)現(xiàn)有土地利用/土地覆蓋分類體系，結(jié)合研究區(qū)域特點將廣陽島的景觀類型劃分為五大類，分別為耕地景觀、林地景觀、水域景觀、建設用地景觀、灘涂景觀。

2.3 景觀格局分析

在ArcGIS中將景觀圖轉(zhuǎn)化Grid格式(10 m×10 m)，成格式并導人景觀結(jié)構(gòu)定量分析軟件Fragstats3.3，在景觀類型(Class Level)和景觀(Landscape Level)兩個尺度水平計算景觀指數(shù)，再結(jié)合廣陽島具體情況作進一步分析。本研究選取的景觀格局指數(shù)包括斑塊數(shù)(NP)、斑塊密度(PD)、斑塊面積(CA)、斑塊面積比例(PLAND)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、景觀結(jié)合度指數(shù)(COHESION)、景觀聚合度指數(shù)(AI)。

2.4 地表特征參量分析

2.4.1 植被覆蓋變化分析 NDVI估算的植被覆蓋度是指植被(包括葉、莖、枝)在地面的垂直投影面積占統(tǒng)計區(qū)總面積的百分比。具體公式[7-8]如下：

NDVI=(p(nir)-p(red))/(p(nir)+p(red))

(1)

式中:p(nir)為TM4(近紅外)波段的亮度值;p(red)為為TM3(可見光紅光)波段的亮度值。

對于Landsat TM數(shù)據(jù)而言，歸一化植被指數(shù)通常可表示為：

(2)

式中:R3和R4分別是TM影像波段3和波段4的反射率。

2.4.2 地表溫度變化分析 地表溫度是地表自然生態(tài)環(huán)境的一個重要物理參量，根據(jù)重慶主城區(qū)所處的地理位置東經(jīng)105°17′—110°11′、北緯28°10′—32°13′以及遙感影像的拍攝時期為夏季等因素，文章采用單窗口算法對研究區(qū)的地表溫度進行反演，其地表溫反演具體算法如下[9-11]：

Ts={A6(1-C6-D6)+[B6(1-C6-D6)+C6+D6]T6+D6×Ta}/C6

(3)

C6=ε×τ

(4)

D6=(1-τ)[1+τ×(1-ε)]

(5)

式中:Ts表示地表溫度(K)；A6和B6是常數(shù)，分別為-67.355 35,0.458 608；ε表示地表輻射率；τ表示大氣透射率；T6表示TM6的像元亮度溫度；Ta表示大氣平均溫度(K)。

2.4.3 土壤濕度變化分析 土壤濕度指數(shù)是土壤中水分含量和作物水分狀況的一個指標，土壤濕度也是各類生態(tài)系統(tǒng)中的重要因素之一，土壤濕度指數(shù)可用纓帽變換的濕度分量TC3或NDMI指數(shù)求取[12]。

(6)

式中:TM2和TM5分別代表TM影像的第2波段圖像第5波段圖像的亮度值。

2.4.4 雙變量空間自相關(guān)模型 空間自相關(guān)模型能夠表示某種因素在空間位置的相關(guān)程度，分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)。為了探究景觀格局和地表參量的空間相關(guān)特征，采用雙變量空間分析模型，利用全局自相關(guān)系數(shù)Moran′sI指數(shù)表示整體空間關(guān)聯(lián)和差異狀況，計算公式[13-15]如下：

(7)

式中:Isr為單位面積景觀格局指數(shù)s和地表參量指數(shù)r的雙變量全局自相關(guān)系數(shù);yi.s和yi.r為第i個評價單元單位面積景觀格局指數(shù)和地表參量指數(shù);σs和σr為方差。為了全面具體地掌握研究區(qū)各部分的空間關(guān)聯(lián)性。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀格局時空特征分析

3.1.1 整體分析 表1顯示出2002—2018年廣陽島景觀面積生了巨大變化，主要體現(xiàn)為廣陽島耕地面積持續(xù)減少，林地面積持續(xù)增加，建設用地類型和空間分布發(fā)生了巨大變化，水域面積和灘涂面積也發(fā)生了很大變化。2002年耕地面積為517.54 hm2，2010年為462.78 hm2，2018年為420.23 hm2，耕地比例由2002年61.03%下降到2018年49.55%，下降了11.48%。耕地減少主要是由于島上居民整體搬遷，耕地轉(zhuǎn)化成了林地。研究區(qū)林地2002年為10.99 hm2，2010年為30.51 hm2，2018年最高為120.06 hm2，2010—2018年期間林地變化面積最大，增長幅度達到了10.56%，增長之快尤為罕見，這主要得益于島上居民外遷，廣陽島林地主要集中于島嶼中部。

表1 研究區(qū)2002-2018年景觀類型面積統(tǒng)計

廣陽島水域面積2010年最大為150.61 hm2，主要是由于三峽庫區(qū)二次蓄水使得水位上升，使得灘涂面積減少，水域面積增加，另一個原因就是島上的坑塘水面增加。廣陽島建設用地面積變化較小，2002年為65.19 hm2，2010年為67.95 hm2，2018年為66.04 hm2，變化幅度不到1%，但是建設用地最大的變化在于建設用地的分布和類型。2002—2010年建設用地類型主要為農(nóng)村居民住宅用地，空間分布較散，2010—2018年建設用地主要為公路，呈現(xiàn)環(huán)狀分布。廣陽島灘涂面積也發(fā)生了較大變化，2002年為205.6 hm2，2010年為136.18 hm2，2018年為169.96 hm2，出現(xiàn)這種變化的原因是三峽庫區(qū)蓄水，長江水位升高使得灘涂被淹沒變成了水域，2010年灘涂面積有所增加是由于河砂堆積、沉積露出水面形成灘涂。

3.1.2 景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣 研究區(qū)2002—2010年由本景觀向其他景觀轉(zhuǎn)化時占有率從小到大排序為：林地<建設用地<灘涂<水域<耕地，其中水域、建設用地、灘涂景觀的轉(zhuǎn)化率分別為17.76%，7.89%和16.06%。其中耕地轉(zhuǎn)化率最大為54.69%，最小為林地，轉(zhuǎn)化率為3.6%，具體見表2。由其他景觀類型向本景觀轉(zhuǎn)化時占有率排列順序為：林地<水域<建設用地<灘涂<耕地，其中轉(zhuǎn)化最大的依然是耕地61.15%，最小的是林地1.3%?？梢钥闯?，2002—2010年，廣陽島的土地用途幾乎沒有太大的變化，廣陽島景觀類型轉(zhuǎn)化較大的是主要分布在廣陽島四周的灘涂和水域，這主要是由于三峽庫區(qū)蓄長江水位上升淹沒了部分灘涂產(chǎn)生的變化。

表2 研究區(qū)2002-2010年景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

由表3看出，廣陽島2010—2018年由本景觀向其他景觀轉(zhuǎn)化時占有率從小到大排序為：建設用地<水域<林地<灘涂<耕地，其中水域、林地、灘涂景觀的轉(zhuǎn)化率分別為8.46%，14.16%和20.04%。其中耕地轉(zhuǎn)化率最大為49.55%，最小為林地，轉(zhuǎn)化率為7.79%。由其他景觀類型向本景觀轉(zhuǎn)化時占有率排列順序為：林地<建設用地<灘涂<水域<耕地，其中轉(zhuǎn)化最大的依然是耕地54.695，最小的是林地3.6%。2010—2018年廣陽島景觀類型轉(zhuǎn)化分布范圍較廣，幾乎整個島域的景觀類型都不同程度的發(fā)生了變化，這主要是由于島上居民搬遷，使得島上的土地用途發(fā)生了較大變化。

表3 研究區(qū)2010-2018年景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣 hm2

從景觀類型轉(zhuǎn)移變化空間分布圖來看，廣陽島2002年、2010年、2018年景觀類型變化極大，尤其是2010—2018年期間，景觀類型發(fā)生了翻天覆地的變化。2002—2010年前期變化主要體現(xiàn)在水域景觀和灘涂景觀，空間分布主要在東北方長江一側(cè)。2010—2018年后期景觀類型變化主要是在建設用地與耕地、耕地與林地之間的變化，4種景觀的變化面積較大，景觀變化分布范圍幾乎遍及整個島域。這主要是由于2010—2018年，島上居民外遷，宅基地復墾變成耕地，廣陽島旅游業(yè)的發(fā)展使得交通和基礎設施不斷完善，部分耕地轉(zhuǎn)變成建設用地。2002—2018年景觀類型出現(xiàn)反復變化的區(qū)域主要是灘涂和水域，呈現(xiàn)環(huán)狀分布，這主要是由于三峽庫區(qū)蓄水和泥沙堆積沉積使得灘涂面積不斷變化。

3.1.3 景觀格局指數(shù)分析 為了進一步分析研究區(qū)2002—2018年景觀格局變化特征，從而挖掘出景觀格局變化規(guī)律，文章對研究區(qū)各景觀格局指數(shù)進行了分析，得到2002—2018年研究區(qū)景觀類型指數(shù)表(表4)。

2002—2018年研究區(qū)耕地和灘涂的斑塊密度指數(shù)呈現(xiàn)不同程度的上升，水域的斑塊密度呈現(xiàn)下降，林地、建設用地斑塊密度出現(xiàn)波動。2002年耕地斑塊密度為1.18,2010年為1.3,2018年為5.07,2002—2010年變化較小說明人為干預程度較低，2010—2018年斑塊密度上升了3.89，增幅較大，表明人類活動將耕地分割成更多斑塊，使得耕地景觀更加破碎。2002—2018年灘涂斑塊密度上升幅度為0.82，主要是由于三峽庫區(qū)蓄水和泥沙沉積使得灘涂更加破碎。林地、建設用地斑塊密度出現(xiàn)波動，林地主要是由于自然生長，人類干預少所以呈現(xiàn)波動，而建設用地則是居民搬遷建設用地的類型和空間位置發(fā)生了變化從而產(chǎn)生的波動。最大斑塊指數(shù)(LPI)指各景觀類型的最大斑塊面積與景觀總面積之比。在各景觀類型中耕地的最大斑塊指數(shù)最大，說明耕地在島嶼占有較大優(yōu)勢度，是島嶼的基質(zhì)。景觀形狀指數(shù)(LSI)可度量斑塊的復雜程度。研究區(qū)林地的景觀形狀指數(shù)最低，說明島上林地的形狀較不規(guī)則，其變化受人類干預較小，多為自然生長。建設用地景觀形狀指數(shù)最高，為22.06%，且呈現(xiàn)上升趨勢，說明建設用地景觀受人為干擾加劇，其景觀形狀受人類規(guī)劃的影響大。耕地景觀形狀指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，說明人類干擾也加劇。水域、灘涂景觀形狀指數(shù)出現(xiàn)波動，但波動幅度小，主要是受自然條件的影響。斑塊結(jié)合度指數(shù)(CONESION)指某一種斑塊類型與其周圍相鄰斑塊類型的空間連通程度。2002—2018年期間耕地、水域、灘涂土地的斑塊結(jié)合度指數(shù)都在90%以上，部分年份甚至達到98%以上，說明這些景觀類型具有高度的連通性。林地和建設用地斑塊結(jié)合度呈現(xiàn)上升趨勢，且上升幅度較大，表明人類對林地和建設用地的干擾程度較大，使得兩者的貫通性大幅提高。聚集度指數(shù)指(AI)景觀中不同斑塊類型的非隨機性或聚集程度，可反映出景觀的空間配置特征。景觀聚集度的值越小，說明景觀的離散度越高，反之說明景觀的離散度越低。2002—2018年，廣陽島耕地和灘涂景觀聚集度指數(shù)都在90%以上，表明這耕地景觀類型呈現(xiàn)較高的聚集狀態(tài)，但是耕地景觀聚集度呈現(xiàn)下降趨勢，下降幅小于2%，灘涂景觀聚集度指數(shù)呈現(xiàn)波動趨勢，波動小于3%。建設用地聚集度最低，破碎化最嚴重，說明了人類對建設用地的干擾程度很大，建設用地聚集度指數(shù)從2002年80.82%下降到2018年73.54%，下降了7.28%。林地景觀聚集度指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢，從2002年81.52%上升到2018年91.29%，說明林地景觀的人為干擾小，景觀破碎度降低。水域景觀聚集度指數(shù)在80%以上，波動幅度較大。建設用地景觀聚集度指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，從2002年80.82%下降到2010年80.6%，再下降到2018年73.54%，2010—2018年期間下降幅度較大，表明2010年以來廣陽島建設用地景觀變化較大。

表4 2002-2018年研究區(qū)景觀類型指數(shù)

3.2 地表特征參量時空特征分析

3.2.1 植被覆蓋特征分析 總體來看，研究區(qū)的歸一化植被覆蓋指數(shù)出現(xiàn)了先上升后下降，2002—2018年期間廣陽島消落帶的植被覆蓋的到了極大提升，具體見附圖6。具體來看：2002年廣陽島的植被覆蓋西南側(cè)較低，消落帶的歸一化植被覆蓋指數(shù)低；2010年廣陽島的植覆蓋達到研究年限中最高狀態(tài)，幾乎除消落帶外，整個島嶼都被植被覆蓋；2018年廣陽島的歸一化植被覆蓋指數(shù)出現(xiàn)下降，島嶼的植被主要集中島嶼的西北部和中部，四周的植被覆蓋率低，這主要是由于對廣陽島的開發(fā)，環(huán)島公路的修建和對環(huán)線四周進行了人為干預使得島嶼的歸一化植被覆蓋指數(shù)出現(xiàn)大幅度降低。2018年廣陽島的消落帶歸一化植被覆蓋指數(shù)有的極大提高，整個島域四周的消落帶幾乎都有不同程度的植被覆蓋，這一切都應該歸功于生態(tài)護岸工程的實施，使得消落帶有了植被覆蓋。通過三期的遙感影像對比發(fā)現(xiàn)，建設用地或者有人工干預過的區(qū)域其歸一化植被覆蓋指數(shù)大幅降低，建筑用地部分植被覆蓋為零，這對島嶼的生態(tài)環(huán)境造成極大的影響，破壞了島嶼的生態(tài)平衡，使得島嶼的生態(tài)品質(zhì)大幅度下降。如果對于島嶼消落帶采取科學的生態(tài)措施進行人工干預，有利于促進島嶼消落帶植被覆蓋率的提高。

通過對研究區(qū)歸一化植被覆蓋指數(shù)變化的分析，可以得出以下結(jié)論：(1) 研究區(qū)島嶼內(nèi)陸部分的歸一化植被覆蓋指數(shù)出現(xiàn)了先上升，后下降的變化，消落帶植被覆蓋2002—2010年沒有出現(xiàn)較大變化，但是2018年植被覆蓋出現(xiàn)了大幅度的上升，說明采取科學、生態(tài)的手段對消落帶進行干預能夠有效的提高歸一化植被覆蓋指數(shù)；(2) 2010—2018年人為干預較大的區(qū)域植被覆蓋率出現(xiàn)大幅度的降低，這主要是有由于人為干預導致景觀變化，植被覆蓋率降低；(3) 要盡可能的保持廣陽島原始的生態(tài)景觀才能讓研究區(qū)生態(tài)安全得到保證，同時也是對生態(tài)品質(zhì)的保證。

3.2.2 地表溫度分析 從附圖7看，研究區(qū)2002年、2010年、2018年的地表溫度發(fā)生了較大變化，其中2002年的地表溫度是相對較高的一年，島內(nèi)的地表溫度均呈現(xiàn)較高的態(tài)勢，其在建設用地較為集聚的東北端和西南部出現(xiàn)了兩個十分明顯的高溫區(qū)域；2010年廣陽島整體溫度是3個研究年限中最低的，且島嶼內(nèi)的溫度相對均勻，但在東北端依然存在一個明顯的高溫點，這更加驗證了建設用地對島嶼局部溫度的影響較大。2018年廣陽島的地表溫度分布出現(xiàn)了較大的差異，島嶼內(nèi)溫差較大，且南北兩側(cè)溫差十分明顯。從2018年廣陽島地表溫度圖上可以看到，環(huán)島公路右側(cè)到消落帶的區(qū)域溫度明顯較其他區(qū)域高，該區(qū)域是認為對景觀格局干預最多，也是景觀變化最大的區(qū)域，在環(huán)高公路的周邊還出現(xiàn)了呈現(xiàn)條帶狀的高溫區(qū)域。

人為對土地景觀的干擾會對區(qū)域的地表溫度產(chǎn)生明顯的影響，尤其是建設用地會大幅度的提高局部溫度，形成高溫點。同時，局部高溫不僅僅是對高溫區(qū)域會產(chǎn)生影響，還會對周圍想鄰的區(qū)域產(chǎn)生附帶影響。由此可見人為干預對島嶼生態(tài)質(zhì)量的影響較大，必須要重視人為活動對生態(tài)環(huán)境造成的破壞，尤其要重點關(guān)注建設用地對島嶼生態(tài)安全和生態(tài)品質(zhì)造成的惡劣影響。

3.2.3 土壤濕度分析 土壤濕度是生態(tài)效應的一個重要指標。由附圖8可見，2002—2018年廣陽島土壤濕度出現(xiàn)了極大的變化，具體來看，2002年廣陽島土壤濕度分布較為均勻，但是消落帶的土壤濕度較低，這可能是由于消落帶沒有植被覆蓋土壤的保濕能力差、蒸發(fā)快所以其土壤濕度低。同時，島嶼內(nèi)部建設用地部分土壤濕度幾乎為零。2010年廣陽島土壤濕度分布也較均勻，島嶼內(nèi)部沒有出現(xiàn)較大的差異，消落帶的土壤濕度很低。2018年廣陽島土壤濕度在空間和數(shù)量上的差異變化較大，廣陽島東北部和南部的土壤濕度很低，這些地方均是人類活動對廣陽島景觀格局進行干擾了的區(qū)域，所以導致土壤濕度下降變得很低。廣陽島西南部沒有人為干擾的區(qū)域，其土壤濕度較高，可以明顯看出其與人為干預區(qū)域的濕度差異。2018年廣陽島消落帶的濕度也出現(xiàn)了很大的變化，由2002年、2010年濕度極低，演變成濕度相對較高的區(qū)域，這主要是由于廣陽島生態(tài)護岸工程的開展使得消落帶的歸一化植被覆蓋指數(shù)提高，土壤濕度也響應提高。

3.3 地表特征參量對景觀格局變化響應分析

3.3.1 植被覆蓋對景觀格局響應 為了更加詳細對比2018年研究區(qū)歸一化植被覆蓋指數(shù)在空間分布上的差異，將景觀類型圖與歸一化植被覆蓋指數(shù)等值線圖進行疊加得到附圖9，通過分析，研究區(qū)歸一化植被覆蓋指數(shù)從消落帶到島嶼中心的分布規(guī)律是消落帶部分植被覆蓋度較高，然后消落帶到環(huán)島的內(nèi)部公路的植被覆蓋明顯降低，再到島嶼中部高地其植被覆蓋率再次上升。整個覆蓋率從0.4～0.7，下降到0.3～0.5，再上升到中部的0.6～0.7，呈現(xiàn)明顯的先高再低再高的空間規(guī)律。研究區(qū)建設用地景觀的歸一化植被覆蓋指數(shù)極低，主要是由于建設用地周圍的植被覆蓋用地的作用。人為人工綠地的值主要集中在0.3～0.4，部分地方植被覆蓋指數(shù)達到了0.5，自然綠地的歸一化植被覆蓋指數(shù)主要在0.6～0.7，其植被覆蓋整體分布都很均勻，沒有出現(xiàn)異常值，是所有景觀類型中平均植被覆蓋率最高，分布最均勻的。消落帶的植被覆蓋率南部和北部的差異較大，東岸和西岸的差異較大，消落帶植被覆蓋較高的部分植被覆蓋指數(shù)值大致在0.5～0.7，有部分區(qū)域歸一化植被覆蓋指數(shù)達到了0.8～0.9，這部分區(qū)域是整個島域中歸一化植被覆蓋指數(shù)最高的。消落帶中植被覆蓋低的區(qū)域主要是由于江水經(jīng)常淹沒的原因。

3.3.2 地表溫度對景觀格局響應 地表溫度的變化與景觀類型相關(guān)性極大，島嶼內(nèi)建設用地部分的地表溫度最高，從2010—2018年研究區(qū)地表溫度變化圖可以明顯看出環(huán)島公路的地表溫度有加大幅度的升高。同時，還可以看到對土地進行了推平或者其他較大人為干預的區(qū)域，地表溫度也相對較高。但是隨著對這些敏感景觀距離的增加，地表溫度也逐漸降低。這些變化充分說明了人為破壞原始景觀對廣陽島的生態(tài)造成極大的影響，尤其是在島上進行建設開發(fā)會導致廣陽島生態(tài)效應降低。

為了深入分析景觀改變對地表溫度的具體影響，本研究選擇了3種景觀類型的7個試驗點，進行了地表溫度的緩沖分析。結(jié)合表5可知，隨著緩沖距離的不斷增加各樣點的地表溫度逐漸降低，這與地表溫度隨著距敏感區(qū)的距離越來越遠，地表溫度也逐漸降低的猜測相吻合。以建筑物1體育訓練場為例做深入分析，該建設用地點中心溫度為34.01℃，當緩沖距離為50 m時，其地表溫度為32.97℃，下降了1.04℃；隨著緩沖距離的增加，當緩沖距離為100 m時，地表溫度為32.34℃，地表溫度下降了0.63℃，地表溫度下降的幅度減??；當緩沖距離為200 m時，地表溫度為31.98℃，地表溫度下降0.36℃，地表溫度下降的幅度再次減?。划斁彌_距離為500 m時，地表溫度下降到30.72℃，下降了1.26℃。由此可以看出，地表溫度與緩沖距離呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，隨著緩沖距離的增加，地表溫度也逐漸降低。

表5 研究區(qū)地表溫度各樣點值統(tǒng)計 ℃

3.3.3 空間相關(guān)性分析 文章采用了空間相關(guān)性分析模型，對研究區(qū)景觀格局指數(shù)和地表參量的空間關(guān)聯(lián)特征進行了相關(guān)性分析，獲得表6所示結(jié)果。

表6 研究區(qū)全局Moran′s I指數(shù)變量

對研究區(qū)2002—2018年的景觀格局指數(shù)與地表參量進行相關(guān)性分析，研究區(qū)景觀格局變化狀況與植被覆蓋指數(shù)呈正相關(guān)的區(qū)域面積占總面積的96.56%，顯示出植被狀況與景觀格局具有相當高的相關(guān)性。二者負相關(guān)的面積僅占總面積的3.44%，主要分布在灘涂和消落帶地區(qū)。植被覆蓋指數(shù)與地表溫度的顯著性也較顯著，二者負相關(guān)性達到顯著水平，占整個研究區(qū)面積的73.22%。呈正相關(guān)關(guān)系區(qū)域基本沒有達到顯著水平。植被覆蓋指數(shù)與土壤濕度的顯著性比較顯著，二者的正相關(guān)性達到顯著水平，占整個研究區(qū)面積的78.62%。呈負相關(guān)關(guān)系區(qū)域基本沒有達到顯著水平。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

人為干預對景觀的改造給區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的沖擊。對島嶼高強度的開發(fā)推動了經(jīng)濟發(fā)展的同時，也改變了區(qū)域生態(tài)安全格局，構(gòu)成了生態(tài)脆弱地區(qū)的景觀格局與區(qū)域的生態(tài)安全的矛盾與沖突[16-19]。

首先，研究區(qū)歸一化植被覆蓋指數(shù)呈現(xiàn)先上升，后下降的變化，2002年、2010年歸一化植被覆蓋指數(shù)的數(shù)值在空間上分布較均勻，2018年的高歸一化植被覆蓋指數(shù)呈現(xiàn)環(huán)狀分布，外圍高中部低，中心高的分布。沒有人為干預的植被覆蓋最高，分布也最均勻，說明其生態(tài)穩(wěn)定，生態(tài)效應好。人為干預對景觀的干預是植被覆蓋變化的主要原因，人為干預的程度越大，植被覆蓋越低，維護原始景觀是最有效的生態(tài)保護措施。

其次，地表溫度與景觀類型有著密切的關(guān)系，人為干預對土地景觀類型的改變會對該區(qū)域地表溫度產(chǎn)生較大的影響，且人為干預程度的高低也對溫度的高低有不同的影響，干預程度越高地表溫度高。建設用地對地表溫度的影響很大，是研究分類的景觀類型中地表溫度最高的景觀，說明建設用地對地表溫度的影響最大。敏感區(qū)的地表溫度與緩沖區(qū)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，隨著緩沖距離的增加，其地表溫度也隨之降低。要堅決減少廣陽島上的建設用地，控制建設用地規(guī)模，盡可能的保護廣陽島的原始生態(tài)景觀，對廣陽島的生態(tài)安全和生態(tài)品質(zhì)有著舉足輕重的作用。廣陽島內(nèi)部土壤濕度與人為活動密切呈現(xiàn)負相關(guān)，人為對島嶼原始景觀的改變程度越大，其土壤濕度也就越低。廣陽島環(huán)島消落帶的土壤濕度與人為活動呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，如果采取科學、生態(tài)的手段對消落帶進行治理，能夠有效的提高消落帶區(qū)域的土壤濕度。修建建設用地對土壤濕度的破壞極大，要盡可能的減少廣陽島的建設用地范圍，保持廣陽島原始的生態(tài)景觀的生態(tài)質(zhì)量。

最后，從景觀格局演變過程和地表特征參量的演變特征來看，兩者的變化表現(xiàn)出較高的重疊度。具體表現(xiàn)為：在時間尺度上，2002—2018年研究區(qū)景觀格局和地表特征參量均出現(xiàn)較大變化。建設用地的擴張，高植被覆蓋區(qū)域和高濕度區(qū)域面積的減少、高地表溫度區(qū)域面積的增加是該時段廣陽島整體用地變化的顯著特征。在空間格局上，新增建設用地區(qū)域的地表溫度和土壤濕度的改變在空間上表現(xiàn)出高度的一致性。兩者變化特征的一致性，進一步表明景觀格局與地表特征參量的變化間存在緊密聯(lián)系。

4.2 結(jié) 論

(1) 2002—2018年，研究區(qū)各類景觀的空間分布很不均衡，其中耕地分布的范圍最廣、面積最大，是島嶼景觀基質(zhì)；林地主要分布在島嶼中部；水域主要分布于東北部和北部；建設用地主要是公路，呈現(xiàn)環(huán)狀分布，多分布于南部；灘涂主要分布西部和西北部，且圍繞島嶼呈現(xiàn)環(huán)狀分布。

(2) 研究區(qū)景觀破碎度呈現(xiàn)先穩(wěn)定后明顯升高趨勢，景觀整體趨不穩(wěn)定。灘涂是廣陽島的一類特殊景觀，在水源涵養(yǎng)、水土保持、生物多樣性保護等方面其中重要作用。要注重灘涂的有效保護和合理利用，維持景觀穩(wěn)定性。

(3) 研究區(qū)的植被覆蓋呈現(xiàn)出先上升后下降的變化特征，消落帶的植被覆蓋有較大的提升，但整體有所下降，需要盡量維持廣陽島原始的生態(tài)景觀，提升生態(tài)品質(zhì)。

(4) 研究區(qū)地表溫度呈現(xiàn)上升趨勢，特別是新增建設用地區(qū)域；消落帶土壤濕度較低，建設用地區(qū)域土壤濕度幾乎為零。2010—2018年，廣陽島土壤濕度在空間和數(shù)量上存在較大差異，具體為東北部和南部較低，西南部較高，且表現(xiàn)出明顯的人為干預差異。

(5) 區(qū)域地表特征參量對景觀格局的變化有著十分密切的響應關(guān)系，景觀格局的變化是自然因素和人類活動共同作用的結(jié)果，相比自然因素，人為干預對廣陽島景觀格局變化起著更為重要的作用。