2005～2021年韶關(guān)市市轄區(qū)景觀格局演變研究

羅 雯，曹福祥

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 風(fēng)景園林與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，湖南 長沙 410128)

1 引言

在全球快速發(fā)展的背景下，城市景觀除了受到自然因素的作用之外，還受到社會經(jīng)濟(jì)、人類活動等的強(qiáng)烈影響，城市生態(tài)環(huán)境也因此遭受破壞，景觀格局研究能夠在一定程度上揭示土地與人類活動之間的作用關(guān)系，通過對城市景觀格局演變分析，定量化了解城市景觀格局演變過程，為城市可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)[1～6]。

在城市景觀格局研究中，存在著對不同大小尺度區(qū)域的研究，包括濕地、歷史遺跡、古村落、森林公園、人工景觀和中小型景觀的研究，其中對中小型景觀尺度的研究較少，因為這類景觀由于面積較小，景觀格局變化也比較小，但是對這類中小型景觀格局進(jìn)行分析，能夠為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)提供參考[7～11]。

廣東省作為中國第一經(jīng)濟(jì)大省，城市化進(jìn)程快速、人口眾多。其產(chǎn)業(yè)發(fā)展、地產(chǎn)開發(fā)、生態(tài)環(huán)境污染都會對景觀格局造成一定影響。韶關(guān)是廣東省最大的重工業(yè)城市，礦產(chǎn)森林資源豐富，自2006年開始政府規(guī)定不能再開采礦產(chǎn)資源。隨之而來的是韶關(guān)市從重工業(yè)城市轉(zhuǎn)型為生態(tài)風(fēng)景旅游城市。這意味著政府預(yù)期對韶關(guān)市生態(tài)景觀的調(diào)控，而對韶關(guān)市市轄區(qū)景觀格局動態(tài)演變分析對整個韶關(guān)市的研究具有代表性和典型性，同時能夠幫助我們了解韶關(guān)市市轄區(qū)景觀格局發(fā)展特征。為后期韶關(guān)市市轄區(qū)景觀格局發(fā)展提供科學(xué)理論依據(jù)[12～15]。

韶關(guān)市(112°50′～114°45′E，23°53′～25°31′N)位于廣東省北部，轄3個市轄區(qū)、4個縣、1個自治縣、2個縣級市；本文所選研究區(qū)域為2019韶關(guān)統(tǒng)計年鑒所界定的韶關(guān)市市轄區(qū)范圍，包括曲江區(qū)、湞江區(qū)以及武江區(qū)，行政區(qū)劃面積2869.73 km2，總?cè)丝诩s91.59萬人。

2 數(shù)據(jù)來源和處理

(1)在地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站(www.gscloud.cn)中獲取得到韶關(guān)市市轄區(qū)2005、2013、2021年遙感影像數(shù)據(jù)，為保證景觀分類的精確度，研究選擇了2005年11月、2013年11月和2021年12月3期Landsat5/8遙感影像數(shù)據(jù)，影像云量少，分辨率為30 m。2005～2021年的韶關(guān)市統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及研究區(qū)行政區(qū)劃圖來源于韶關(guān)市人民政府門戶網(wǎng)站[3]。

(2)對獲取的三期遙感數(shù)據(jù)在ENVI5.3中進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正，再導(dǎo)入韶關(guān)市市轄區(qū)行政區(qū)劃邊界對其進(jìn)行影像剪裁，得到可以用來進(jìn)行景觀分類的研究區(qū)遙感影像圖。本文使用的景觀分類方法是人工目視解譯與監(jiān)督分類方法的結(jié)合，根據(jù)研究區(qū)特點(diǎn)和遙感影像質(zhì)量制作景觀分類系統(tǒng)，將研究區(qū)劃分為六類，本研究對2005、2013、2021年訓(xùn)練樣地的選取樣本數(shù)量分別為588、630、822個，數(shù)量較多，在一定程度上能保證韶關(guān)市轄區(qū)景觀分類精確度，三期影像景觀分類總精度分別98.81%、96.82%、96.71%,kappa系數(shù)分別為0.98、0.96、0.96,精度驗證達(dá)標(biāo)(精度要求80%以上)。

3 研究方法

3.1 景觀類型轉(zhuǎn)移分析

通過景觀轉(zhuǎn)移矩陣對研究區(qū)景觀類型流向進(jìn)行分析，本文對比韶關(guān)市市轄區(qū)2005～2013年和2013～2021年的景觀類型流向，總結(jié)研究區(qū)景觀格局變化特征。

3.2 景觀格局指數(shù)分析

景觀格局指數(shù)分析是通過多個具有不同生態(tài)學(xué)意義的景觀指標(biāo)對某地景觀格局進(jìn)行定量化分析，在Fragstats4.2軟件中能夠?qū)崿F(xiàn)對景觀指數(shù)的計算。目前存在的景觀指標(biāo)有上百種，對于景觀格局研究一般選用面積、密度、形狀、邊緣、聚散性、多樣性指標(biāo)。本文從斑塊類型、景觀水平2個層面對景觀指數(shù)進(jìn)行選取。

3.3 移動窗口法

根據(jù)研究區(qū)大小和景觀類型分布情況，選取合適的移動窗口大小，既能清晰的顯示景觀類型的變化也能達(dá)到概述研究區(qū)整體特征的效果，本文所選的移動窗口大小為1200 m，選取景觀指數(shù)SHDI、CONTAG、LSI，對研究區(qū)景觀空間分布進(jìn)行移動窗口分析[16]。

4 結(jié)果與分析

4.1 景觀類型轉(zhuǎn)移分析

2005～2021年，韶關(guān)市市轄區(qū)優(yōu)勢景觀類型為耕地景觀和林地景觀為主，其中變化量最大的是耕地景觀和建設(shè)用地景觀，耕地景觀呈減少形式，在16年間減少了298.83 km2；建設(shè)用地呈增加形式，總體增加了313.31 km2(表1)。

表1 2005～2021年韶關(guān)市市轄區(qū)景觀類型面積變化

2005～2013年，耕地總體減少了133.59 km2，主要轉(zhuǎn)出類型為建設(shè)用地，轉(zhuǎn)出量為151.50 km2，其他景觀面積呈減少趨勢，變化量較少(表2)。

表2 2005～2013年韶關(guān)市市轄區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣

2013～2021年，耕地和建設(shè)用地依舊是韶關(guān)市市轄區(qū)主要變化景觀，這8年間，耕地減少了165.24 km2；建設(shè)用地增加了177.22 km2，耕地和建設(shè)用地變化量相較于2005～2013年均增加，增速變快；林地、草地、未利用地呈減少趨勢，分別減少8.88 km2、2.84 km2、0.08 km2；水域景觀面積趨于不變。在2013～2021年，實現(xiàn)景觀轉(zhuǎn)移的景觀類別較少，主要集中在建設(shè)用地的變化為主(表3)。

表3 2013～2021年韶關(guān)市市轄區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣

4.2 景觀指數(shù)變化特征

4.2.1 類型水平

由圖1可知，韶關(guān)市市轄區(qū)草地和建設(shè)用地的斑塊數(shù)量NP較大，其中草地面積占比在2005、2013、2021年分別是1.65%、1.65%、1.55%，說明草地在2005年景觀破碎度已經(jīng)較高，在這16年間NP緩慢下降，破碎度降低；建設(shè)用地的NP呈先增加后減少模式，隨著面積的增加，NP總體增加，破碎度增加，除此之外，耕地的NP在其面積減少的情況下依然保持增加，其破碎度越來越高。與之相反，林地的NP呈減少模式，破碎度降低，水域和未利用地的NP基本保持不變。韶關(guān)市市轄區(qū)各地類平均斑塊面積(AREA_MN)表現(xiàn)為耕地由2005年的17.80減少到2021年的9.19，變化幅度較大，說明研究年內(nèi)耕地景觀趨于破碎，建設(shè)用地從1.84增加到3.61，說明該景觀用地分布從分散變?yōu)榧?，建設(shè)用地面積的增加也是其原因之一。2005～2021年，耕地和林地的斑塊所占面積比PLAND最大，說明耕地和林地是研究區(qū)的優(yōu)勢景觀，其次為建設(shè)用地、草地、水域和未利用地，耕地PLAND整體減少，減少幅度較大，與之相反，建設(shè)用地PLAND增加，并且增速變快，其他4個景觀PLAND趨于不變。在景觀形狀指數(shù)LSI方面，除耕地和建設(shè)用地以外，其他景觀變化幅度較小，耕地LSI在這16年中穩(wěn)步上升，上升幅度較大，總體增加了44.55，年均增加2.78，建設(shè)用地LSI先增加后減少，總體上增加,增加了20.58，林地LSI從2005年的117.46降低到2021年的113.69，總體減少3.77，草地LSI從149.99減少到144.83，總體減少5.16，水域和未利用地LSI分別減少0.27和3.35，從研究區(qū)景觀形狀指數(shù)來看，耕地和建設(shè)用地均增加，其他景觀類型均減少，說明耕地和建設(shè)用地的景觀形狀趨于不規(guī)則，其他景觀類型往簡單形狀發(fā)展。從研究區(qū)各地類景觀聚合度AI來看，整體變化幅度較小，其中變化最大的是耕地和建設(shè)用地，分別增加了5.25和7.17，林地和水域趨于不變，草地減少0.35，未利用地增加1.88。斑塊類型水平的聚合度AI表示各地類的聚合離散程度，一般來說，AI越小，景觀離散性越強(qiáng)，聚合度越小，根據(jù)圖表分析，研究區(qū)內(nèi)草地景觀形態(tài)趨于離散，其他保持不變或增加，說明研究區(qū)整體景觀聚合度升高。

圖1 2005～2021年斑塊類型水平上景觀指數(shù)變化

4.2.2 景觀水平

對研究區(qū)景觀水平的景觀指數(shù)進(jìn)行分析，能夠了解研究區(qū)整體景觀特征，研究對景觀形狀、多樣性、破碎度3個指標(biāo)進(jìn)行分析。由表4可知，2005～2021年，研究區(qū)景觀形狀指數(shù)(LSI)呈上升狀態(tài)，蔓延度(CONTAG)下降，表明研究區(qū)景觀內(nèi)部整體連通性上升，各斑塊類型的團(tuán)聚程度升高。邊緣密度(ED)呈增加模式，在16年間增加了15.84%，結(jié)合景觀形狀指數(shù)(LSI)的增加，表明韶關(guān)市市轄區(qū)的景觀斑塊形狀趨于復(fù)雜化。香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)在這期間由1.0286上升到1.1695，表明韶關(guān)市市轄區(qū)景觀斑塊增加，景觀異質(zhì)性增強(qiáng)。斑塊密度(PD)和斑塊數(shù)量(NP)均增加，2005～2013年的變化幅度比2013～2021年的大，表明研究區(qū)在2013～2021年期間對城市規(guī)劃建設(shè)有了一定調(diào)控，城市規(guī)劃建設(shè)趨于有序發(fā)展。

表4 2005～2021年景觀水平上景觀指數(shù)變化

4.3 景觀空間變化特征

根據(jù)研究區(qū)面積和預(yù)表達(dá)研究區(qū)特點(diǎn)，依次試用300 m、600 m、900 m、1200 m、1500 m窗口在Fragstats4.2中進(jìn)行實驗，對比結(jié)果選取1200 m窗口作為本研究移動窗口大小。

由圖2可知，2005、2013、2021年研究區(qū)蔓延度(CONTAG)在整體上均勻減少，整體聚合度上升，CONTAG值高的地方主要集中于曲江區(qū)西南部。湞江區(qū)和曲江區(qū)中部景觀形狀指數(shù)(LSI)較高，并且16年來這部分LSI趨于逐年上升，年均上升1.31，景觀形狀指數(shù)趨于復(fù)雜，曲江區(qū)的西南部和東北部LSI值較低，表明該部分區(qū)域景觀形狀比較單一，受人為影響較小。從香農(nóng)多樣性(SHDI)來看，曲江區(qū)和湞江區(qū)SHDI降低，其四周SHDI值上升，表明韶關(guān)市市轄區(qū)整體景觀多樣性增加，破碎化程度增加。

圖2 2005、2013和2021年韶關(guān)市市轄區(qū)景觀指數(shù)空間分布變化

5 結(jié)論與討論

(1)2005～2021年，韶關(guān)市市轄區(qū)各景觀類型面積都發(fā)生了改變，其中耕地和建設(shè)用地變化量最大，這期間耕地持續(xù)減少，在16年間年均減少18.68 km2；與之相反，建設(shè)用地持續(xù)增加，并且在2013～2021年變化速度增快，年均增加19.58 km2，林地、草地、水域、未利用地均呈微減少趨勢。根據(jù)

(2)韶關(guān)市市轄區(qū)景觀指數(shù)從斑塊類型水平看，耕地和林地的斑塊所占面積比例(PLAND)最大，是研究區(qū)的優(yōu)勢景觀，其次依次是建設(shè)用地、草地、水域和未利用地。

在景觀形狀指數(shù)(LSI)上，耕地景觀逐年增加，建設(shè)用地先增加后減少，總體上表現(xiàn)為增加，說明在2013～2021年韶關(guān)市市轄區(qū)對建設(shè)用地的人為調(diào)控，導(dǎo)致其有序發(fā)展，其他景觀LSI變化平緩，變化量較小。各景觀聚合度(AI)在16年間變化較為穩(wěn)定，其中林地AI值最高，說明林地景觀的分散性最小，聚合度最高。耕地AI值逐年減少，說明耕地景觀趨于破碎化發(fā)展，建設(shè)用地AI值逐年增加，在人為調(diào)控作用下，建設(shè)用地趨于集中規(guī)劃，草地和未利用地AI值表現(xiàn)為先增加后減少模式，草地總體上減少，與之相反，未利用地總體增加，水域趨于不變。

上述分析表示，韶關(guān)市市轄區(qū)耕地景觀趨于不規(guī)則發(fā)展、景觀破碎化程度提高。林地為優(yōu)勢斑塊，聚集程度也最高。草地、水域、未利用地變化較小。建設(shè)用地斑塊面積逐年升高，且景觀形狀由簡單變?yōu)閺?fù)雜再緩慢變?yōu)楹唵?，聚合度在緩慢升高。從景觀水平看，斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)值升高,說明韶關(guān)市市轄區(qū)景觀趨于破碎化,香農(nóng)多樣性(SHDI)逐年上升,說明韶關(guān)市市轄區(qū)景觀多樣性增加,邊緣密度(ED)、景觀形狀指數(shù)(LSI)增加,說明景觀趨于不規(guī)則發(fā)展,蔓延度(CONTAG)減少,景觀間的連通性變得越來越好,景觀分布更加集中。

(3)根據(jù)移動窗口分析表明，景觀蔓延度(CONTAG)的變化主要集中在研究區(qū)中部，CONTAG值小的地方集中于曲江區(qū)東南部，值高的地方集中在曲江區(qū)西南部，說明在韶關(guān)市曲江區(qū)內(nèi)部景觀異質(zhì)性較高，景觀斑塊分布不均勻。

景觀形狀指數(shù)(LSI)值在研究區(qū)中部、北部比較高，說明此塊區(qū)域景觀形狀復(fù)雜，曲江區(qū)東南部和西南部值較低，景觀形狀較為簡單，由此也印證了韶關(guān)市市轄區(qū)中部、北部是受人為活動影響的主要區(qū)域。在2005年,香農(nóng)多樣性(SHDI)值高的地方主要在湞江區(qū)、曲江區(qū),在研究年期間,此區(qū)域SHDI值有所減少,相反地，其他區(qū)域SHDI值均勻增加,從整體上看,韶關(guān)市市轄區(qū)景觀多樣性增加,景觀分布趨于均勻化發(fā)展。

上述表明，韶關(guān)市市轄區(qū)整體生態(tài)環(huán)境從2013～2021年以來逐漸再向好的方向發(fā)展，未來城市規(guī)劃建設(shè)過程中還要更加注意耕地、建設(shè)用地的合理使用。

本文還存在部分不足：①受遙感影像精度限制，對韶關(guān)市市轄區(qū)景觀分類精度產(chǎn)生一定影響；②2013～2021年研究區(qū)存在部分景觀類型之間轉(zhuǎn)變量為0的情況，這個原因究竟表達(dá)了實際情況還是由于技術(shù)問題造成的？③本文使用1200 m作為移動窗口尺度，是否還有更加合適的尺度呢？有待于進(jìn)一步商榷。