摘 要:為明確五蓮縣景觀格局變化趨勢(shì)及驅(qū)動(dòng)因素,給五蓮縣生態(tài)保護(hù)及經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供參考,基于2000年、2010年和2020年五蓮縣遙感數(shù)據(jù),利用隨機(jī)森林、景觀格局指數(shù)、土地利用動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣和SPSS相關(guān)分析法,揭示了2000—2020年五蓮縣景觀格局時(shí)空變化特征,并對(duì)驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行探究。經(jīng)分析,得出以下結(jié)論。①五蓮縣土地利用類型以耕地和林地為主,研究期間耕地、林地和草地面積減少,未利用地、水域和建設(shè)用地面積增加,地類間的轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在耕地、林地和建設(shè)用地之間。②五蓮縣土地利用總體破碎化程度降低,景觀形狀趨向復(fù)雜、分離度增大;耕地、林地和草地破碎化程度減弱,景觀形狀趨于簡(jiǎn)單;水域破碎化程度增大,景觀形狀趨于復(fù)雜;未利用地破碎化程度降低,空間上趨于聚集;建設(shè)用地景觀破碎化和離散程度減弱,空間上趨于聚集。③五蓮縣土地景觀格局變化受到社會(huì)和自然因素的雙重影響,第二產(chǎn)業(yè)值是影響景觀格局最主要的因素。
關(guān)鍵詞:五蓮縣;景觀格局;轉(zhuǎn)移矩陣;第二產(chǎn)業(yè)值;SPSS
中圖分類號(hào):P901;X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-7909(2024)3-124-6
DOI:10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.03.030
0 引言
土地是人類生產(chǎn)、生活的載體,土地利用是人類通過社會(huì)實(shí)踐對(duì)地表進(jìn)行有目的的經(jīng)營(yíng)和改造的活動(dòng)[1]。景觀格局變化是土地利用變化在景觀生態(tài)學(xué)研究中的表達(dá),區(qū)域景觀格局變化可以有效揭示區(qū)域生態(tài)情況及空間區(qū)域變化特征[2-3]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,社會(huì)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)的矛盾愈發(fā)突出,景觀格局時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)力分析逐漸成為眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)[4-7]。魏偉等[8]采用轉(zhuǎn)移矩陣和景觀格局分析法研究了東北“三區(qū)空間”20年間的空間演變特征,并利用地理探測(cè)器探究了驅(qū)動(dòng)因素。楊珺等[9]基于1990—2020年臨汾市遙感影像,以土地利用程度、動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣及景觀格局指數(shù)為研究方法,分析了研究區(qū)域土地利用及景觀格局時(shí)空演變特征。李健明等[10]以1990—2020年黃河源區(qū)土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),采用景觀格局研究方法分析了研究區(qū)域景觀在類型和景觀水平的時(shí)空格局變化特征。蔣德平等[11]根據(jù)1990—2020年鹽城遙感影像,運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)度及轉(zhuǎn)移矩陣方法探究了鹽城市30年間景觀格局變化特征。王詩(shī)琪等[12]使用地學(xué)信息圖譜、土地利用動(dòng)態(tài)度和轉(zhuǎn)移矩陣等方法,揭示了六安市基于不同海拔的景觀格局空間變化特征。王暢暢等[13]基于1980—2015年安徽省土地利用類型數(shù)據(jù),利用ArcGIS、Fragstats軟件定量分析了該省土地利用變化及景觀格局響應(yīng)。劉冰等[14]基于1980—2020年黃河三角洲土地利用數(shù)據(jù),定量分析了黃河三角洲土地轉(zhuǎn)移及景觀格局空間變化特征?;仡櫹嚓P(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),目前此領(lǐng)域研究尺度多集中在流域、省、市,研究方法集中在定量分析景觀結(jié)構(gòu)及探討景觀格局特征上。但事實(shí)上,區(qū)縣級(jí)政府作為空間規(guī)劃及生態(tài)保護(hù)的具體責(zé)任單位,對(duì)景觀格局演變影響較大,而針對(duì)縣級(jí)景觀格局演變的研究較少。
此研究以2000年、2010年和2020年五蓮縣遙感影像為基礎(chǔ),利用Arcgis和Fragstats軟件對(duì)2000—2020年五蓮縣的景觀格局變化進(jìn)行研究,同時(shí)采用 Pearson 相關(guān)分析法定量分析其驅(qū)動(dòng)因素,揭示研究區(qū)域景觀演變特征,為五蓮縣生態(tài)保護(hù)和經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究區(qū)域概況
五蓮縣位于山東半島西南部(東經(jīng)118°55′~119°32′,北緯35°32′~35°59′),全縣面積為1 497 km2,2020年全縣戶籍人口50.88萬人。五蓮縣屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑;地處魯東、魯中低山丘陵銜接處,主要地形為低山和丘陵(占比達(dá)到85.9%),平原地帶僅占14.01%。縣內(nèi)膠新鐵路、京滬高鐵、濰日高速等穿境而過,毗鄰日照港、董家口港2個(gè)億噸大港,交通條件優(yōu)越。
2 數(shù)據(jù)來源與研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來源與處理
數(shù)據(jù)選取2000年、2010年和2020年Landsat 8遙感影像,空間分辨率為30 m×30 m,利用ENVI軟件對(duì)3期影像進(jìn)行輻射校正、波段運(yùn)算、影像拼接和裁剪,采用隨機(jī)森林及目視解譯等方法將地類分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6類, 經(jīng)計(jì)算3期數(shù)據(jù)Kappa系數(shù)分別為0.91、0.89和0.92(均大于0.85,滿足研究需要)。人口數(shù)據(jù)、城市化率、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、第一產(chǎn)業(yè)值和第二產(chǎn)業(yè)值來源于《日照市統(tǒng)計(jì)年鑒》,氣溫和降水量等氣象數(shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心。
2.2 研究方法
2.2.1 土地利用時(shí)空變化
借助Arcgis空間分析功能,對(duì)3期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,以此得到研究區(qū)域各地類的時(shí)空變化特征。土地變化轉(zhuǎn)移矩陣是研究各地類之間時(shí)空變化的主要方法。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣見式(1)。
式(1)中:A為面積,n為土地利用類型種類數(shù),i、j分別為變化前和變化后土地利用類型。
2.2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度
對(duì)土地利用動(dòng)態(tài)度進(jìn)行分析,可以直觀地了解各地類變化情況和劇烈程度。土地利用動(dòng)態(tài)度可以直觀地表達(dá)各地類的變化速度,計(jì)算公式見式(2)。
式(2)中:Ub和Ua分別表示區(qū)域地類研究末期和初期的面積,T為研究周期。
2.2.3 景觀格局分析
參考前人研究成果并結(jié)合五蓮縣實(shí)際情況,選取斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)、形狀指數(shù)(LSI)、分離度指數(shù)(SPLIT)、連通度指數(shù)(COHESION)、斑塊比例(PLAND)和香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI) 7個(gè)指標(biāo),利用Fragstats軟件分析景觀要素的數(shù)量、形狀和空間分布特征。
2.2.4 驅(qū)動(dòng)力分析
為探究各因子對(duì)景觀格局演變的影響力,使用SPASS軟件并采用 Pearson 相關(guān)分析法定量分析景觀類型與影響因子間的關(guān)系,將主要影響因子進(jìn)行線性回歸分析。
3 結(jié)果分析
3.1 土地利用變化分析
2000—2020年五蓮縣土地利用變化見表1。由表1可以得出,2000—2020年五蓮縣優(yōu)勢(shì)景觀類型未發(fā)生變化,均以耕地和林地為主。2000—2020年,耕地面積持續(xù)減少,共減少25.10 km2;林地面積減少25.09 km2;草地面積減少33.77 km2 ;水域面積持續(xù)增加,共增加5.72 km2;隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn),建設(shè)用地面積增加73.40 km2,總面積擴(kuò)大了近一倍;未利用地面積增加4.85 km2。
利用Arcgis空間分析功能,生成2000—2010年和2010—2020年五蓮縣土地轉(zhuǎn)移矩陣(見表2),由此可以分析地類間的流轉(zhuǎn)情況。2000—2010年,耕地的流向主要為建設(shè)用地和水域,流向建設(shè)用地和水域的面積分別為96.54 km2和19.31 km2,兩者占耕地流出總量的90.84%;林地、草地、水域和建設(shè)用地流向耕地的面積分別占各自流出總量的73.60%、81.65%、83.33%和94.58%;未利用地基本保持原貌,流出量較少。與2000—2010年相比,2010—2020年各土地利用類型間的流轉(zhuǎn)熱度下降,主要表現(xiàn)為耕地與建設(shè)用地間的相互轉(zhuǎn)換,耕地流向建設(shè)用地的面積為20.79 km2、建設(shè)用地流向耕地的面積為10.31 km2,分別占各自流出總量的66.32%和93.73%;林地、草地、水域和未利用地轉(zhuǎn)出量較小,分別為6.65 km2、2.33 km2、3.76 km2和0.40 km2。
3.2 土地利用動(dòng)態(tài)度分析
2000—2020年五蓮縣土地利用動(dòng)態(tài)度見表3。由表3可以看出,2000—2010年耕地、林地和草地面積呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng),利用動(dòng)態(tài)度分別為-1.40%、-8.47%和-45.11%;水域、建設(shè)用地和未利用地面積呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),利用動(dòng)態(tài)度分別為12.27%、82.56%和109.10%。綜合來看,2000—2010年建設(shè)用地不斷擴(kuò)張,部分耕地、林地和草地被占用,同時(shí)也造成了部分土地荒漠化。2010—2020年耕地利用動(dòng)態(tài)度降低1.13%,水域和建設(shè)用地利用動(dòng)態(tài)度分別上升1.32%和7.43%,林地、草地和未利用地利用動(dòng)態(tài)度基本保持不變。與2000—2010年相比,2010—2020年除建設(shè)用地利用動(dòng)態(tài)度變化較大外,其他地類利用動(dòng)態(tài)度變化均較小,主要原因是土地集約利用政策制約了建設(shè)用地?cái)U(kuò)張,同時(shí)投入了更多的人力和物力用于生態(tài)保護(hù)。
3.3 景觀格局指數(shù)
2000—2020年五蓮縣景觀水平指數(shù)見表4。由表4可以看出,五蓮縣總體景觀的斑塊數(shù)量和斑塊密度先下降后基本不變,形狀指數(shù)和分離度指數(shù)持續(xù)上升,連通度指數(shù)和香農(nóng)多樣性指數(shù)基本保持不變。這表明研究區(qū)域土地利用總體破碎化降低,人們?cè)谏a(chǎn)生活中對(duì)景觀格局的干擾度變大。結(jié)合五蓮縣丘陵、山地地形和景觀格局實(shí)際情況,耕地與林地為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地類,工業(yè)化進(jìn)程中不可避免地占用了平原地帶的耕地與林地,使得耕地和林地在斑塊數(shù)量和斑塊密度下降的同時(shí)景觀形狀趨向復(fù)雜、分離度更高。
2000—2020年五蓮縣景觀類型指數(shù)見表5。由表5可以看出,各地類景觀類型指數(shù)變化各異。耕地的斑塊比例、斑塊密度和斑塊數(shù)量持續(xù)下降,形狀指數(shù)、分離度指數(shù)和連通度指數(shù)持續(xù)上升,表明耕地的異質(zhì)性和破碎化程度有所降低,景觀連通性增加的同時(shí)景觀形狀趨于分散和復(fù)雜。林地和草地的景觀格局指數(shù)變化主要集中在2000—2010年,期間林地和草地的斑塊比例、斑塊密度、斑塊數(shù)量和形狀指數(shù)出現(xiàn)不同程度的減少,分離度指數(shù)和連通度指數(shù)上升,表明林地和草地景觀破碎化程度減弱、景觀形狀趨于簡(jiǎn)單,連通性增加的同時(shí)景觀離散程度加劇。水域斑塊比例、斑塊密度、斑塊數(shù)量和形狀指數(shù)持續(xù)上升,分離度指數(shù)和連通度指數(shù)持續(xù)下降,表明水域景觀異質(zhì)性和破碎化程度增大、景觀形狀趨于復(fù)雜,景觀聚集程度減弱。建設(shè)用地斑塊比例和連通度指數(shù)持續(xù)上升,斑塊數(shù)量和斑塊密度先減少后基本保持不變,形狀指數(shù)先升高后降低,分離度指數(shù)持續(xù)降低,表明在土地集約利用與更加合理的規(guī)劃后,建設(shè)用地盲目擴(kuò)張得到抑制,景觀破碎化和離散程度減弱(即更加趨于聚集)。未利用地景觀格局指數(shù)變化同樣集中在2000—2010年,未利用地除斑塊比例和連通度指數(shù)上升外,其他指數(shù)均出現(xiàn)不同程度的降低,表明未利用地異質(zhì)性程度降低、空間上趨于聚集。
3.4 驅(qū)動(dòng)因素探究
五蓮縣景觀類型與影響因子間的相關(guān)性見表6。由表6可以得出,耕地與農(nóng)業(yè)人口呈正相關(guān),與城市化率、生產(chǎn)總值、第一產(chǎn)業(yè)值等影響因子呈負(fù)相關(guān);林地和草地與氣溫和降水呈正相關(guān),與農(nóng)業(yè)人口、城市化率、生產(chǎn)總值等社會(huì)因子呈負(fù)相關(guān);水域、建設(shè)用地、未利用地與農(nóng)業(yè)人口呈負(fù)相關(guān),與城市化率、生產(chǎn)總值、第一產(chǎn)業(yè)值等因素均呈正相關(guān);第二產(chǎn)業(yè)值與各地類均具有極強(qiáng)的相關(guān)性。
為進(jìn)一步驗(yàn)證各地類與第二產(chǎn)業(yè)值的關(guān)聯(lián)程度,得到回歸分析結(jié)果見表7。由表7可知,除耕地R2為0.825外,其余均在0.989及以上。綜合來看,第二產(chǎn)業(yè)值是影響景觀格局變化的最主要因素。
4 結(jié)論
研究基于2000年、2010年和2020年五蓮縣遙感數(shù)據(jù),利用土地利用動(dòng)態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣和景觀格局指數(shù)等方法,揭示了2000—2020年五蓮縣景觀格局變化特征,同時(shí)使用SPSS軟件對(duì)景觀格局變化驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行探究,得到如下結(jié)論。
①2000—2020年五蓮縣優(yōu)勢(shì)景觀類型未發(fā)生變化,均以耕地和林地為主。2000—2020年耕地、林地和草地面積減少,未利用地、水域和建設(shè)用地面積增加。地類間的轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在耕地、林地和建設(shè)用地之間,研究期間建設(shè)用地增長(zhǎng)近一倍。
②2000—2010年耕地、林地和草地利用動(dòng)態(tài)度為負(fù),草地利用動(dòng)態(tài)度達(dá)到-45.11%,水域、建設(shè)用地和未利用地利用動(dòng)態(tài)度為正,建設(shè)用地和未利用地利用動(dòng)態(tài)度分別達(dá)到82.56%和109.10%。
③景觀格局指數(shù)方面,在景觀層次,五蓮縣土地利用總體破碎化程度降低,景觀形狀趨向復(fù)雜、分離度更高。在地類層次,耕地的異質(zhì)性程度有所降低、景觀連通性增加;林地和草地破碎化程度減弱,景觀形狀趨于簡(jiǎn)單的同時(shí)景觀離散程度加劇;水域破碎化程度增大、景觀形狀趨于復(fù)雜與分散;未利用地破碎化程度降低、空間上趨于聚集;建設(shè)用地景觀破碎化和離散程度減弱更加趨于聚集。
④五蓮縣土地景觀格局變化受到社會(huì)和自然因素的雙重影響,通過Pearson 相關(guān)分析法定量分析,第二產(chǎn)業(yè)值是影響景觀格局最主要的因素。
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