瑯岐島景觀破碎化時(shí)空演變特征

瑯岐島近年來(lái)隨著福州新區(qū)的發(fā)展帶動(dòng)，其經(jīng)濟(jì)得到了極大提升，城鎮(zhèn)配套設(shè)施建設(shè)也日益完善。但城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快加劇了瑯岐島土地利用變化，其生態(tài)系統(tǒng)功能的持續(xù)供給受到威脅，景觀格局發(fā)生劇烈變化，并暴露出不同程度的景觀破碎化狀況。

景觀格局是指不同規(guī)模、形態(tài)和屬性的景觀單元在不同空間的分布與組合。景觀破碎化是指在自然、人為等因素的擾動(dòng)下，使景觀從單一走向復(fù)雜的過(guò)程，是指景觀從單純的、均勻的和連續(xù)的整體逐漸轉(zhuǎn)化為駁雜、異質(zhì)和中斷的鑲嵌體。近年來(lái)瑯岐島城鎮(zhèn)化進(jìn)程逐步加快，高速的城鎮(zhèn)建設(shè)過(guò)程中各種用地之間土地利用方式的變化會(huì)引起景觀格局的劇烈變化，生物生境也因此而呈現(xiàn)出一定的破碎性。景觀破碎化格局是瑯岐島生物廊道品質(zhì)和生物棲息地狀況的重要體現(xiàn)，同時(shí)，也會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)匚锓N的分布和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能產(chǎn)生影響。

景觀格局是研究土地利用時(shí)空演變的主要方式，其變化勢(shì)必會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量及演變過(guò)程產(chǎn)生影響。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)景觀破碎化的評(píng)價(jià)、影響及驅(qū)動(dòng)因子的研究較多。景觀破碎化將極大地限制生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類活動(dòng)的服務(wù)。本次研究采用Fragstats4.2軟件對(duì)1985年—2022年五個(gè)時(shí)期瑯岐島的主要景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)測(cè)度瑯岐島景觀破碎化的時(shí)空特征，以期揭示瑯岐島在不同時(shí)期景觀破碎化與各類用地之間的關(guān)系，為瑯岐島景觀格局優(yōu)化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值持續(xù)供給提供科學(xué)依據(jù)。

研究區(qū)概況

瑯岐島，坐落在閩江河口，隸屬于福建省福州市馬尾區(qū)瑯岐鎮(zhèn)，南部通過(guò)瑯岐大橋與長(zhǎng)樂(lè)區(qū)緊密相連，歷來(lái)被譽(yù)為“閩江口的明珠”。這座島嶼以其優(yōu)越的自然生態(tài)環(huán)境而著稱，是福州市內(nèi)生態(tài)保持得最好的島嶼之一。瑯岐島位于亞熱帶海洋性氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，為島上的生物多樣性和生態(tài)平衡提供了良好的條件。年降雨1000-1200毫米，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，土地平坦肥沃，山海景觀資源豐富，致力于建設(shè)以生態(tài)為核心，多維復(fù)合發(fā)展的國(guó)際生態(tài)旅游島，打造全省最優(yōu)的“菜籃子”基地和科技生態(tài)農(nóng)業(yè)示范島。

數(shù)據(jù)來(lái)源和指數(shù)選取

本次研究主要使用的數(shù)據(jù)為1985、1995、2005、2015、2022年共五期來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云（https：//www.gscloud.cn/）的landsat遙感影像數(shù)據(jù)。同時(shí)為了保證土地利用數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果的準(zhǔn)確性，本次研究還輔以1985年—2022年的五期土地覆蓋數(shù)據(jù)作為對(duì)照參考。該數(shù)據(jù)來(lái)自武漢大學(xué)的楊杰和黃昕教授發(fā)布的中國(guó)年度土地覆蓋數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分辨率為30m，共包括農(nóng)田、森林、灌木、草原、裸地、水域、冰雪、濕地、不透水面九種用地類型。通過(guò)人工目視解譯五期遙感影像數(shù)據(jù)，并對(duì)照已有的五期土地覆蓋數(shù)據(jù)，再結(jié)合實(shí)地調(diào)研時(shí)獲取的瑯岐島土地利用情況，最終運(yùn)用ArcGIS軟件將各年土地利用數(shù)據(jù)預(yù)處理為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域、未利用地六種用地類型（如下頁(yè)圖1所示）。

本次研究采用FRAGSTATS4.2軟件對(duì)1985年—2022年五個(gè)時(shí)期瑯岐島的主要景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以測(cè)度瑯岐島景觀破碎化的時(shí)空特征。綜合考慮景觀指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義和指標(biāo)間的相關(guān)性，并結(jié)合瑯岐島的實(shí)際情況，從斑塊類型水平和景觀水平兩個(gè)層次選取斑塊類型面積比（PLAND）、斑塊數(shù)量（NP）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、面積加權(quán)分維數(shù)（FRAC_AM）、聚合度（AI）、斑塊平均面積（MPS）、斑塊密度（PD）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均勻度（SHEI）散布與并列指數(shù)（IJI）共11個(gè)景觀指數(shù)來(lái)刻畫瑯岐島景觀格局破碎化程度。

景觀破碎化綜合指數(shù)分析

本段主要針對(duì)瑯岐島景觀格局變化情況展開(kāi)分析。根據(jù)表1可知，1985年—2015年，耕地景觀面積占比幾乎均超過(guò)50%，一直為瑯岐島的主要景觀類型，但在1985年—2022年期間，耕地的面積急劇減少，從圖1可看出其多轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地和水域。到2022年，耕地景觀面積占比僅為20.55%，瑯岐島的主要景觀類型轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，其面積占比為29.66%。建設(shè)用地在1985年—2022年期間面積呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，共增長(zhǎng)1523.95公頃。除此之外，在1985年—2022年期間，水域景觀面積增加1208.19公頃，在2022年成為僅次于建設(shè)用地和林地的第三大景觀類型。未利用地景觀面積總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從圖1中可看出，其減少的面積多轉(zhuǎn)化為水域和建設(shè)用地。林地和草地景觀面積在1985年—2022年期間持續(xù)波動(dòng)，但總體面積增減的幅度不大。耕地和未利用土地逐步轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地和水域，一方面是受到瑯岐島城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展速度逐步加快的影響，導(dǎo)致新增的道路用地占用了原有的耕地和未利用土地。其次是受到瑯岐島旅游業(yè)發(fā)展的影響，酒店、餐飲店、購(gòu)物商場(chǎng)等旅游接待設(shè)施大量增加，導(dǎo)致建筑的用地面積持續(xù)增長(zhǎng)，不斷侵占原有的耕地以及未利用土地。此外，隨著紅鱘養(yǎng)殖業(yè)成為瑯岐島的地理標(biāo)志性產(chǎn)業(yè)，養(yǎng)殖漁業(yè)在農(nóng)業(yè)中所占的比重持續(xù)增加，瑯岐島農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷轉(zhuǎn)型，越來(lái)越多的耕地和未利用土地轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖水域。

瑯岐島斑塊類型水平指數(shù)分析如下：

根據(jù)圖2數(shù)據(jù)可知，PLAND值占比最大的用地由1985年的耕地轉(zhuǎn)變?yōu)?022年的建設(shè)用地，因此主要景觀也隨之轉(zhuǎn)變。耕地在1985年—2022年間PLAND值由65.08%跌至20.54%，呈快速下降趨勢(shì)，同時(shí)NP值大幅上升，由此可知耕地景觀破碎化程度日益增加。研究期內(nèi)，建設(shè)用地與水域的PLAND值大幅上升，而NP值呈先上升后下降趨勢(shì)，這表明建設(shè)用地與水域景觀的面積正逐步擴(kuò)張，且破碎化程度日趨減小。林地、未利用地和草地的NP值在1995年—2022年期間大幅下降，證明其景觀破碎化狀況有所緩解，瑯岐島內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)狀況逐漸轉(zhuǎn)好。

在1985年—2022年間各類用地的LPI值變化幅度較大，其中耕地的LPI值由原來(lái)的64.58%下降至5.58%，反之林地與建設(shè)用地呈上漲趨勢(shì)，由此說(shuō)明林地與建設(shè)用地集聚化，并侵占大量耕地使其趨于破碎化。與此同時(shí)FRAC_AM值中林地和耕地趨于降低、建設(shè)用地趨于升高，由此可知林地和耕地景觀斑塊形狀不規(guī)則程度減小、建設(shè)用地增加。

在AI值中，耕地研究時(shí)間段內(nèi)始終保持在80%以上，但處于持續(xù)下降的趨勢(shì)，說(shuō)明瑯岐島耕地離散度持續(xù)增加。除耕地之外的用地類型在此期間的聚合度AI值顯示各類用地的聚合度處于總體上升的趨勢(shì)。其中草地的AI值雖處于持續(xù)上升的趨勢(shì)，但截至2022年其AI值最高位為67.85%，仍為所有用地中的最低值，說(shuō)明草地景觀破碎化雖有所緩解，但破碎化程度仍較高。1985年—2022年間，耕地的MPS值由132.21hm2大幅下降至10.71hm2，未利用地的MPS值也有小幅度的下降，但除這兩類用地之外瑯岐島其余各類用地的MPS均保持總體上升趨勢(shì)。其中林地由9.96hm2上升至32.62hm2，建設(shè)用地由2.67hm2上升至17.10hm2，水域則由1.02hm2上升至15.95hm2，表明研究期間除耕地與未利用土地外瑯岐島其余各類用地的斑塊破碎度降低，其中林地、建設(shè)用地、水域最為明顯。

根據(jù)以上分析可知，1985年—2022年間瑯岐島各類用地中除耕地?cái)U(kuò)張集聚度大幅下降外其余用地?cái)U(kuò)張集聚度均有所增加，其中林地與建設(shè)用地最為明顯。即耕地破碎化明顯，其余用地都趨于集中分布；瑯岐島整體趨于均勻化分布，景觀類型斑塊形狀不規(guī)則程度除建設(shè)用地外都趨于減小?？傮w而言，瑯岐島各類用地除耕地景觀破碎化明顯外，其余各類用地景觀破碎化現(xiàn)象顯現(xiàn)程度不高。瑯岐島整體趨于均勻化分布，各類用地的斑塊形狀趨于簡(jiǎn)單。

瑯岐島景觀水平指數(shù)分析如下：

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，在研究時(shí)間段內(nèi)瑯岐島景觀PD值呈上升趨勢(shì)，表明瑯岐島景觀單位面積上的異質(zhì)性增高，斑塊數(shù)量增多，破碎化程度整體上呈上升趨勢(shì)?，樶獚u景觀LPI值呈持續(xù)下降趨勢(shì)，而在1985年—1995年和2015年—2022年期間分別大幅降低了11.24%與27.28%，該數(shù)據(jù)表明瑯岐島景觀中的優(yōu)勢(shì)斑塊優(yōu)勢(shì)度明顯下降，且對(duì)瑯岐島整體景觀的控制能力也在逐漸下降，也間接反映了近年來(lái)城鎮(zhèn)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型等人類活動(dòng)對(duì)瑯岐島景觀仍存在較大的干擾，導(dǎo)致瑯岐島耕地、林地等優(yōu)勢(shì)斑塊面積減少?，樶獚u景觀CONTAG值呈逐漸下降趨勢(shì)，1985年—2022年降低約19.24%，表明瑯岐島景觀中的優(yōu)勢(shì)斑塊類型連通度降低，斑塊之間逐漸離散，團(tuán)聚程度降低，反映部分優(yōu)勢(shì)斑塊景觀破碎化程度加劇。

瑯岐島景觀SHDI值與SHEI值變化趨勢(shì)大致相同，1985年—2022年間瑯岐島景觀SHDI值上升0.38%，瑯岐島景觀SHEI值上升0.25%。SHDI值上升表明在瑯岐景觀生態(tài)系統(tǒng)中，土地利用類型豐富度提高，不定性的信息含量增多，景觀要素趨于多元化。SHEI值上升且數(shù)值趨近于1，說(shuō)明瑯岐島上各種斑塊的分布較為均衡，沒(méi)有顯著的主導(dǎo)景觀?，樶獚u景觀IJI值整體上看提高了3.68%，表明景觀中斑塊類型的多樣性與異質(zhì)性增加。2015年—2022年瑯岐島景觀格局的動(dòng)態(tài)變化較大，瑯岐島景觀IJI值大幅度提升1.86%，結(jié)果顯示，在這一時(shí)期，瑯岐島斑塊的受約束度增大，斑塊分布趨于均衡化，景觀結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化。

文章通過(guò)對(duì)研究時(shí)段內(nèi)瑯岐島各項(xiàng)斑塊類型指數(shù)以及景觀水平指數(shù)的分析得出瑯岐島現(xiàn)今的景觀破碎化情況，以期能夠?yàn)榫徑猬樶獚u景觀破碎化提供更為明確的分析依據(jù)，研究表明：

首先，研究時(shí)段內(nèi)，瑯岐島景觀基質(zhì)由耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱私ㄔO(shè)用地。1985—2022年間耕地面積大幅下降，建設(shè)用地、水域面積大幅上升，林地面積持續(xù)波動(dòng)，林地、草地面積變化不大。面積的變化主要源于耕地和未利用地轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地和水域。

其次，在斑塊類型水平上，耕地優(yōu)勢(shì)斑塊減少，景觀破碎化程度日益增加，而其余景觀都趨于集中分布?，樶獚u各類用地FRAC_AM值皆低于1.5但都在1之上，表明瑯岐島各類景觀斑塊形狀趨向簡(jiǎn)單，受人類活動(dòng)干預(yù)程度小。除耕地?cái)U(kuò)張集聚度大幅下降外其余用地?cái)U(kuò)張集聚度均有所增加，其中林地與建設(shè)用地最為明顯。

最后，在景觀水平上，研究時(shí)段內(nèi)由PD值的上升和CONTAG值的下降可看出瑯岐島景觀整體趨于破碎化，而由SHDI值、SHEI值和LPI值的逐漸下降可得出瑯岐島土地利用類型的豐富度逐漸提高，各斑塊類型趨于均勻化分布，且不存在明顯的優(yōu)勢(shì)景觀類型。IJI值的上升反映出瑯岐島景觀多樣性與異質(zhì)性增加，且景觀結(jié)構(gòu)逐漸趨向于復(fù)雜。

基金項(xiàng)目：2023年福建省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（s202310395062）；2022年度福州市科技局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2022-S-003）。

（作者單位：閩江學(xué)院）