平潭主島陸相區(qū)域景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析

吳錫麟，岳新建，葉功富，高偉

（1.閩江學(xué)院地理科學(xué)系，福建 福州 350108；2.福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建 福州 350003；3.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012）

景觀生態(tài)學(xué)從宏觀角度研究區(qū)域景觀要素結(jié)構(gòu)（空間格局）、功能（生態(tài)學(xué)過(guò)程）、變化（空間動(dòng)態(tài)）及其與人類活動(dòng)的相互作用。景觀格局的變化是景觀內(nèi)部矛盾和外部共同的作用結(jié)果及外在表現(xiàn)[1，2]。研究區(qū)域景觀空間格局的動(dòng)態(tài)變化，有助于正確認(rèn)識(shí)人為活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境造成的干擾，從無(wú)序的景觀上發(fā)現(xiàn)潛在有序的規(guī)律，為解決日益凸顯的資源和環(huán)境問(wèn)題、全面開(kāi)展區(qū)域的生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論和方法支持。

沿海防護(hù)林作為濱海地區(qū)唯一的林業(yè)生態(tài)工程，受到自然和人為因素的雙重影響[3－6]。目前主要面臨兩方面問(wèn)題：宏觀上，受人為的經(jīng)營(yíng)管理措施、海岸帶開(kāi)發(fā)建設(shè)占地以及風(fēng)沙、干旱等自然因素影響引起的消減；微觀上，林分結(jié)構(gòu)及林木生理成熟等引起群落穩(wěn)定性和功能的變化。從景觀生態(tài)學(xué)的角度分析沿海地區(qū)主要土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)針對(duì)性的制定防護(hù)林保護(hù)和營(yíng)造措施、確保區(qū)域生態(tài)安全都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[7，8]。

1 研究區(qū)概況

平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)位于福建省東部沿海，東瀕臺(tái)灣海峽，地處25°15′—25°45′N、119°32′—120°10′E，陸地面積371.91km2（含海涂面積62.92km2），海域面積2 164km2，主島海壇島，面積267.13 km2，是福建省第一大島，全國(guó)第五大島。平潭屬南亞熱帶濕潤(rùn)型氣候區(qū)，年平均氣溫19.5℃，年平均降水量1 196.2mm，夏秋少雨多旱；年均風(fēng)速6.3 ms－1，沿海地區(qū)年均風(fēng)速8.9ms－1，全年≥8級(jí)風(fēng)力的天數(shù)為84.5d，風(fēng)旱災(zāi)害較重。

沿海防護(hù)林體系作為海島上唯一的生態(tài)防護(hù)措施，如何對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對(duì)構(gòu)建穩(wěn)固的海島生態(tài)防護(hù)體系，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定健康發(fā)展具有非常重要的意義[9]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

以1996年TM、2002年ETM、2008年ALOS衛(wèi)星影像為主要數(shù)據(jù)源，結(jié)合2007年森林資源二類數(shù)據(jù)、1∶5萬(wàn)DEM圖等輔助數(shù)據(jù)源，并查閱相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料及實(shí)地調(diào)研資料。所得影像均經(jīng)過(guò)大氣校正、幾何精校正等預(yù)處理。以2002年ETM影像為基準(zhǔn)，通過(guò)目視判別，運(yùn)用ERDAS中AOI工具沿陸海相邊界進(jìn)行勾繪，建立AOI，再用subset工具裁剪，獲得三個(gè)時(shí)相的目標(biāo)研究區(qū)域。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，陸相研究區(qū)的總面積為244.62km2。

2.2 景觀分類體系及分類方法

主要考慮與防護(hù)林經(jīng)營(yíng)有密切關(guān)系的幾種土地利用方式，詳見(jiàn)表1。采用分層分類與監(jiān)督、非監(jiān)督分類相結(jié)合的方法進(jìn)行分類提取。

表1 平潭景觀格局遙感分類體系

2.3 景觀指數(shù)的提取

景觀指數(shù)是對(duì)景觀格局信息的高度濃縮，是揭示區(qū)域生態(tài)狀況及空間變異特征的有效手段。分為3個(gè)水平層次：斑塊水平（Patch－level Index）、斑塊類型 水 平 （Class－level Index）、景 觀 水 平 指 數(shù)（Landscape－level Index）。 本 文 選 擇 斑 塊 密 度（PD）、平均斑塊面積（MPSi）、分維數(shù)（Fractal Dimension，PAFRAC）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、斑塊密度（PD）、多樣性指數(shù) （SH－DI，Shannon＇s Diversity Index）、均 勻 度 指 數(shù)（SHEI，Shannon＇s Evenness Index）、景觀邊緣密度（ED）、聚集度指數(shù)（AI）、連接度（COHESION）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、散布與并列指數(shù)（IJI）等13種采用景觀格局指數(shù)，計(jì)算依托景觀格局分析軟件Fragstats 4.1實(shí)現(xiàn)，其生態(tài)學(xué)意義參考Fragstats幫助說(shuō)明[9]。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀水平上景觀格局及其變化分析

表2 1996—2008年景觀水平上平潭景觀格局變化

從景觀水平上看（見(jiàn)表2），1996年斑塊總數(shù)為1 290塊，2002年1 086塊，2008年為138塊，呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)；最大斑塊指數(shù)先增后減，2008年較1996年增加7.12，說(shuō)明總體上景觀破碎化程度是減小的，但是2002－2008年有倒退的跡象，斑塊數(shù)量增加，大斑塊面積縮小。聚集度指數(shù)和分維數(shù)指數(shù)變化趨勢(shì)相似，逐年增加，其中2008年較2002年增加較多，而1996年較2002年增加較小。景觀形狀指數(shù)增大，說(shuō)明隨著斑塊數(shù)量增加，邊界形狀也更加復(fù)雜，但多樣化指數(shù)變化不大。除聚集度指數(shù)外的其他用來(lái)衡量斑塊空間相互關(guān)系的指數(shù)蔓延度、散布和并列指數(shù)、連接度變化略有增加，但并不明顯，說(shuō)明斑塊之間的空間相互關(guān)系、分布格局整體變化不大，呈現(xiàn)改善的趨勢(shì)，但較為緩慢。這一定程度上反映了兩個(gè)階段開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度的差異：1996－2002年，大量的未利用地、荒山荒地開(kāi)墾，使得與小的斑塊結(jié)合成較大斑塊，斑塊數(shù)目減小，形狀趨于規(guī)則；而到了2002—2008年階段，開(kāi)發(fā)建設(shè)力度加大，土地利用方式更加靈活，使得大斑塊面積縮小，總數(shù)量增加，整體景觀趨于破碎化。但由于規(guī)劃合理，措施得當(dāng)，并沒(méi)有引起景觀格局的劇烈的變化，說(shuō)明雖然景觀破碎化加劇，但是不同土地利用景觀的聯(lián)系加強(qiáng)，刺激了相同類型斑塊的結(jié)合，連通性加強(qiáng)；不同類型單元之間的相互作用，顯示了區(qū)域發(fā)展的活力，有利于區(qū)域景觀格局向更加優(yōu)化的方向轉(zhuǎn)化。

3.2 景觀要素特征變化分析

景觀要素特征、景觀要素異質(zhì)性和空間關(guān)系是從景觀類型的層面表征研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)變化的，景觀類型對(duì)應(yīng)的是相應(yīng)的土地利用方式。表3反映的是1996—2008年平潭景觀要素特征指數(shù)值，包括斑塊數(shù)量，平均斑塊面積、最大斑塊指數(shù)、斑塊形狀指數(shù)和形狀指數(shù)。

平潭主島淡水水域很小，較大的有三十六腳湖及散布的一些水塘，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響不大，且水面面積受到當(dāng)年降水的影響。養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量少，面積也均較小，多分布于主島的中部、西南部或有防護(hù)林保護(hù)、風(fēng)力較弱的地段，受人們的經(jīng)營(yíng)管理支配，且形狀規(guī)則。沙地面積也較小，且都分布在風(fēng)口沙荒地帶，呈狹長(zhǎng)形，現(xiàn)都已受到有效控制，每年變化不大。因此，在分析景觀特征指數(shù)及空間關(guān)系指數(shù)時(shí)不考慮這3種類型，僅對(duì)面積較大、分布范圍較廣，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化影響較深刻的林地、農(nóng)用地、其他類型用地和居民地進(jìn)行分析。

表3 1996—2008年平潭景觀要素特征指數(shù)

從景觀要素斑塊數(shù)量來(lái)看，其他類型土地利用方式斑塊數(shù)量最大，其次為農(nóng)用地、建筑用地，而林地?cái)?shù)量最小。建筑用地和林地斑塊數(shù)量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，其中2002年較1996年林地增加了11個(gè)，建筑用地增加68個(gè)；而2002—2008年林地增加了27個(gè)，建筑用地增加62個(gè)，所對(duì)應(yīng)的是平均斑塊面積的減小。農(nóng)用地和其他用地類型的斑塊數(shù)量都是先減小后增加。沙地的數(shù)量也是逐漸減小的；從最大斑塊指數(shù)看，林地和農(nóng)用地的LPI呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，說(shuō)明盡管數(shù)量增加、平均斑塊面積減小，但大的斑塊有所增加。建筑用地和其他類型的LPI先減小后增加的趨勢(shì)?？梢?jiàn)，形狀指數(shù)和最大斑塊指數(shù)變化趨勢(shì)相似。各種類型的分維數(shù)變化都不大。

平潭主島陸相區(qū)域幾種主要的土地利用和覆被方式中，受人為因素影響比較多的建筑用地、農(nóng)用地、其他用地類型景觀格局變化較為明顯，而林地作為一種近自然景觀，受自然條件和人為活動(dòng)（包括亂砍濫伐、更新、植樹(shù)造林等）的雙重影響，也有明顯的變化：斑塊數(shù)量增多，最大斑塊面積增加。這是由前后兩個(gè)階段的發(fā)展特點(diǎn)決定的：前一階段（1996—2008年），隨著濱海沙地防風(fēng)固沙林的建設(shè)推進(jìn)，以及封山育林植樹(shù)造林取得的成效，島縣的生態(tài)環(huán)境區(qū)域好轉(zhuǎn)，大量未利用地、廢棄地、沙地被開(kāi)發(fā)利用，進(jìn)行農(nóng)業(yè)耕作及植樹(shù)造林等，土地利用率提高，使得被各種利用類型之間的連通性有所改善，從景觀上來(lái)看即是斑塊數(shù)量增加，破碎度增加但最大斑塊指數(shù)、連接度及散布和并列指數(shù)也增加，景觀格局有所改善；而到了后一階段，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，海岸帶開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步推進(jìn)，尤其是濱海風(fēng)力發(fā)電站等的建設(shè)、林區(qū)道路的修建等，使得林地景觀斑塊有破碎化的趨勢(shì)?？梢?jiàn)，人為因素是影響島縣生態(tài)環(huán)境變化的主要因素。

3.3 景觀要素斑塊異質(zhì)性與空間關(guān)系分析

景觀異質(zhì)性指數(shù)選擇了斑塊密度和邊緣密度兩個(gè)，空間關(guān)系指數(shù)選擇了聚集度、連接度及并列和散布指數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

從斑塊密度上看，除沙地外，林地、建筑用地、水體、其他類型和農(nóng)用地都是有所增加的；而從邊緣密度上看，沙地是逐年減小的，而其他用地類型先減后增，其他4種類型邊緣密度都是逐年增加的。

空間分布關(guān)系指數(shù)反映的是同類景觀要素的空間關(guān)系和異質(zhì)景觀要素之間的空間關(guān)系。IJI反映的是斑塊的分布狀況，研究表明當(dāng)IJI＞60時(shí)，表明斑塊分布比較均勻。由圖4可以看出，除了1996年IJI指數(shù)小于60以外，其他兩個(gè)年份均大于60，說(shuō)明林地在島縣分布趨于均勻，大部分地區(qū)都有防護(hù)林的保護(hù)。建筑用地除了2002年大于60以外，其他兩年分均較小。建筑用地多為居民地和廠礦用地，分布狀況受區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響，再加上海岸帶地區(qū)地形比較破碎，故分布比較集中，這反映了當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。其他用地類型的IJI指數(shù)先減小后增加，這與土地利用程度加大、耕作率及覆蓋率提高有關(guān)。

表4 1996—2008年平潭景觀要素異質(zhì)性及空間關(guān)系指數(shù)變化

聚集度指數(shù)針對(duì)個(gè)別景觀要素進(jìn)行分析時(shí)，反映的是該要素與其他異質(zhì)要素的聚集程度。可以看出各個(gè)要素與其他異質(zhì)性要素之間的聚集程度是比較高的，均大于80，尤其是林地、建筑用地與農(nóng)用地3種與人為活動(dòng)關(guān)系比較密切的類型，說(shuō)明人為活動(dòng)正越來(lái)越強(qiáng)烈的影響研究區(qū)生態(tài)環(huán)境，從另外一個(gè)側(cè)面也反映了該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的改善。

連接度表征的是同類斑塊之間的連通狀況。其中林地和建筑用地的COHESION先減小后增加，而其他用地和農(nóng)用地則是逐年增加的，說(shuō)明各種類型景觀的連通度還是趨于好轉(zhuǎn)的。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)的理論和方法，選擇13個(gè)景觀指數(shù)，從類型和景觀兩個(gè)層面上分析1996年、2002年、2008年景觀格局的變化，結(jié)果表明，自1996—2008年，平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)景觀格局呈現(xiàn)進(jìn)一步破碎的趨勢(shì)，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)一致。建筑用地、農(nóng)用地等與林地關(guān)系密切的土地利用方式各項(xiàng)景觀格局指數(shù)變化較強(qiáng)烈。

4.2 討論

影響平潭地區(qū)景觀格局分布及變化的因素可以定性的分為風(fēng)力因素、地形因素及人為因素，所對(duì)應(yīng)的主要生態(tài)環(huán)境問(wèn)題分別為強(qiáng)風(fēng)沙、水土流失／土壤侵蝕、人為開(kāi)發(fā)建設(shè)造成的一系列問(wèn)題，因此應(yīng)采取針對(duì)性的保護(hù)措施[7－9]。

4.2.1 加強(qiáng)濱海強(qiáng)風(fēng)區(qū)的防護(hù)林保護(hù)及建設(shè) 平潭有害大風(fēng)為東北風(fēng)，即在海島東北側(cè)沒(méi)有地形遮擋的地區(qū)形成了天然的“風(fēng)口”。應(yīng)加強(qiáng)濱海第一道防線防護(hù)林的管護(hù)及老林帶更新，盡量避免開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目占用或破壞基干林帶，加厚后沿片林，修復(fù)、重建農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)。

4.2.2 注重丘陵水土保持／水源涵養(yǎng)林建設(shè) 平潭森林林分質(zhì)量普遍不高，尤其是山體迎風(fēng)面。因此，一方面應(yīng)加強(qiáng)封山育林，避免人畜破壞；另一方面，應(yīng)加強(qiáng)人為干預(yù)，通過(guò)撫育、補(bǔ)植套種、施肥等措施，切實(shí)提高林分質(zhì)量，更好的發(fā)揮林分的水土保持、水源涵養(yǎng)功能。

4.2.3 合理發(fā)展濱海特色種養(yǎng)殖業(yè) 該類型區(qū)位于島縣陸域內(nèi)側(cè)，有沿海防護(hù)林帶的保護(hù)以及君山天然屏障，有害風(fēng)力多被削減，生態(tài)環(huán)境狀況較好，多沙質(zhì)平原，是農(nóng)業(yè)林發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域。包括蘆洋、中樓等幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積達(dá)62.22km2，景觀類型多為農(nóng)田，灘涂，還有少量的苗圃、速生用材林及經(jīng)濟(jì)林等?；闪至趾髠?cè)及后沿片林是發(fā)展速生型防護(hù)用材樹(shù)種的重要地段，另外也有發(fā)展林果復(fù)合經(jīng)營(yíng)，如柑橘，番石榴等。西部濱海地區(qū)有大面積的灘涂，是水產(chǎn)養(yǎng)殖的良好地段。

4.2.4 控制建筑用地規(guī)模 綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)建設(shè)必將導(dǎo)致交通基礎(chǔ)設(shè)施、商住建設(shè)用地急劇增加，應(yīng)合理規(guī)劃，綜合考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)之間的關(guān)系，劃定林業(yè)生態(tài)紅線，確保生態(tài)安全。

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