我國西南喀斯特山區不同地貌貧困鄉鎮景觀脆弱度研究*

陳思盈 韓會慶* 單廣訓 侯佳威

(1.貴州理工學院建筑與城市規劃學院；2.貴州理工學院化學工程學院，貴陽 550003)

景觀脆弱度指數表示在特定尺度下生態系統中所具有的敏感程度及適應程度[1]。隨著經濟的發展，人口快速膨脹，不斷追求土地利用的最大化，對土地的開發利用改變了原有景觀空間格局，景觀格局的變化直接影響生態系統的穩定性，對于景觀格局的研究對地區生態發展及資源合理開發具有重要意義[2-3]。

目前，國內外學者對景觀格局的研究主要集中在景觀格局特征[4-6]、景觀格局變化[7-9]及景觀生態風險評估[10-11]等領域。如李曉雅等[4]基于景觀格局指數，對不同類型村莊撂荒耕地的景觀格局特征進行對比研究；唐秀美等[8]對1993-2007年城市邊緣區的土地利用景觀格局進行研究；張玉娟等[11]利用景觀易損度指數及景觀類型面積構建景觀生態風險指數，對地區進行生態風險評估。景觀脆弱度反映出環境敏感度及適應度，對地區景觀脆弱度進行研究對土地結構研究具有重要意義[1-2]。部分學者對脆弱度指數演變進行了研究[12-13]，如梁佳欣等[13]利用敏感度指數和適應度指數構建1985-2015年南四湖濕地景觀脆弱度指數并進行分析，但是針對不同地貌景觀脆弱度研究尚不多見，更鮮有針對西南喀斯特山區的景觀脆弱度研究。

貴州省是典型的喀斯特地貌，地表崎嶇不平，土地結構及景觀格局表現出脆弱性及不穩定性，容易受到人類活動影響，從而影響地區景觀格局及農業發展，為合理調整景觀格局促進產業發展，有必要對貴州省典型喀斯特山區開展脆弱度研究。由于不同喀斯特地貌地區人類活動及自然景觀機制呈現差異性，景觀格局差距較大，因此，選取貴州省喀斯特盆壩地舊州鎮、低山丘陵朱家場鎮、喀斯特峽谷掌布鎮及喀斯特中山新窯鎮4個不同地貌貧困鄉鎮為例，對景觀脆弱度進行研究，以期為貴州省鄉鎮小尺度土地規劃調整、資源合理開發及經濟發展提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

選取貴州省舊州鎮、朱家場鎮、掌布鎮及新窯鎮4個鄉鎮為研究區，舊州鎮屬典型喀斯特盆壩地，地勢平坦開闊，鎮域面積11695ha，其中耕地面積2292.9ha，是典型的傳統農業大鎮；朱家場鎮地貌多為低山丘陵，地勢北高南低，堅持工、農共同發展，兼顧歷史文化和產業，經濟發展快速，是玉屏縣的畜牧及農業大鎮；掌布鎮屬喀斯特峽谷地貌，森林覆蓋率為73%，生態環境優美，另外還是一個典型的布依族聚居鎮；新窯鎮屬喀斯特中山地貌，該鎮地處云貴高原東斜坡，境內最高海拔1793m，最低海拔1210m，大部分海拔為1300～1480m之間，坡耕地比例較高，農業經濟占主導地位。

1.2 數據來源及處理

4個研究區數據來源于2019年Pleiades衛星的多光譜遙感影像，影像選取4-5月數據，空間分辨率為0.5m。利用ENVI遙感影像處理軟件對遙感數據進行大氣校正、地理配準及裁剪等預處理，最終得到影像數據，根據《土地利用現狀分類》(GB/T 21010-2007)分類辦法，根據貴州省的生態環境特征，結合Erdas軟件的監督分類及人工交互解譯方式將研究區分為6種景觀類型：耕地、有林地、灌草叢、水域、建設用地及未利用地，對分類后的圖像進行分類精度評估，分類精度高達87%，高于最低允許精度要求，分類標準符合4個研究區景觀特征，最后利用ArcGIS軟件對影像數據進行處理，得到土地利用現狀圖(圖1)。

1.3 研究方法

利用ArcGIS10.5軟件對4個鄉鎮按照等間距采樣法將舊州鎮(網格大小：0.8km×0.8km)、朱家場鎮(網格大小：0.9km×0.9km)、掌布鎮(網格大小：0.9km×0.9km)及新窯鎮(網格大小：0.9km×0.9km)四個鄉鎮進行網格劃分，由于各個鄉鎮的面積不同，若使用統一格網大小，則會導致格網數據偏差比較大，為保證各個尺度信息的完整性及定量分析的準確性，依據研究區的范圍及工作量，分別劃分為167個、160個、179個、147個格網(圖2)，計算各地區每一個網格的景觀指數并構建景觀脆弱度指數，利用Fragstats4.2(景觀格局分析軟件)從斑塊類別和景觀水平2個尺度(其中斑塊類別指標為：斑塊面積CA、斑塊數量NP；景觀水平指標為：豐富度密度指數PRD、香農多樣性指數SHDI、香農均勻性指數SHEI)對4個鄉鎮的數據進行處理，分析景觀格局特征，處理數據得到景觀脆弱度指數，最后利用ArcGIS10.5將景觀脆弱度進行插值分析，得到空間格局圖，并按照等間距斷點分級法將4個鄉鎮脆弱度劃分為5個等級(高脆弱區、較高脆弱區、中等脆弱區、較低脆弱區、低脆弱區)。

圖1 四個鄉鎮土地利用景觀格局

圖2 景觀脆弱小區的劃分

1.3.1 景觀脆弱度指數構建

(1)景觀敏感度指數

運用干擾度指數(Ui)、易損度指數(Vi)構建景觀敏感度指數(LSI)[14-15]，對4個鄉鎮景觀類型進行對比分析，同時參考文獻[16]，將4個鄉鎮的建設用地、有林地、灌草叢、耕地、水域及未利用地易損度賦予權重1、2、3、4、5、6。

(1)

式中：n為景觀類型種類，i為景觀類型。

結合破碎度指數(FNi)、分維度指數(FDi)、優勢度指數(DOi)構建4個鄉鎮景觀干擾度指數(Ui)。

Ui=aFNi+bFDi+cDOi

(2)

式中：a、b、c為破碎度指數、分維度指數、優勢度指數的權重，其中a+b+c=1，根據文獻[10]，分別賦值0.5、0.3、0.2。

(2)景觀適應度指數

結合斑塊豐富度密度指數(PRD)、香農多樣性指數(SHDI)、香農均勻性指數(SHEI)構建4個鄉鎮景觀適應度指數(LAI)[17-18]。

LAI=PRD×SHDI×SHEI

(3)

(3)景觀脆弱度指數

結合景觀敏感度指數(LSI)和景觀適應度指數(LRI)構建4個鄉鎮景觀脆弱度指數(LVI)[19]。

LVI=LSI×(1-LRI)

(4)

2 結果與分析

2.1 景觀敏感度分析

由圖3可知，舊州鎮景觀低敏感及較低敏感區主要集中在西部及中東部零星地區，該地區以林地、灌草叢及少量耕地為主，林地及灌草叢生態系統較復雜，自身穩定性較高，不易受到外界影響；中等敏感區主要集中在北部地區，該地區以耕地為主，耕地屬于人口活動區且受自然條件影響，結構不穩定，若人類不合理使用，生態系統易受到破壞，較為敏感，但人為的修復能夠實現暫時穩定；高敏感及較高敏感區主要集中在中北部及南部地區，該地區以未利用地、連片耕地及建設用地為主，未利用地多為荒草地、裸土地等土地類型，基本無植被覆蓋，景觀敏感脆弱，耕地及建設用地屬于人口活動區，易受到外界影響，較為敏感。

朱家場鎮景觀低敏感及較低敏感區主要集中在中北部地區，該地區以連片林地及灌草叢為主，穩定性較高，敏感度較低；其他地區敏感度較高，以建設用地、耕地及水域為主，西北地區存在未利用地，鑲嵌分布使各景觀類型彼此影響，景觀之間相互干擾，導致景觀敏感度較高，未利用地穩定性差，景觀較為敏感。

掌布鎮景觀敏感度整體上偏低，其中低敏感及較低敏感區主要集中在北部地區，該地區以連片林地及灌草叢為主，無人類干預，穩定性較高，敏感度較低；中部地區敏感度較高，該地區以建設用地、耕地、未利用地及水域鑲嵌分布為主，水域貫穿各種景觀類型，相互影響及人類活動情況下穩定性較弱，景觀較為敏感。

新窯鎮低敏感及較低敏感區主要集中在北部及南部地區，該地區以建設用地、連片林地及灌草叢為主，建設用地隨著城市發展的有序化，穩定性提高，連片林地及灌草叢不受外界干擾，敏感度較低；高敏感及較高敏感區主要集中在北部及西部地區，該地區以耕地、建設用地及未利用地為主，建設用地及耕地易受到人類不合理利用及自然因素影響，未利用地景觀類型單一，結構不穩定，敏感度較高。

總體來看，朱家場鎮景觀敏感度較高，新窯鎮及掌布鎮景觀敏感度較低。其中低敏感度層次中，舊州鎮及朱家場鎮景觀敏感度較高，新窯鎮景觀敏感度較低；較低敏感度、中等敏感度、較高敏感度層次中，朱家場鎮景觀敏感度較高，掌布鎮景觀敏感度較低；高敏感度層次中，朱家場鎮景觀敏感度較高，舊州鎮景觀敏感度較低(表1)。

表1 四個鄉鎮景觀敏感度特征分析

圖3 四個鄉鎮景觀敏感度空間格局

2.2 景觀適應度分析

由圖4可知，舊州鎮總體景觀適應度較高，西南地區及東南地區適應度較高，中部及東部地區適應度較低；林地及灌草叢生態系統較復雜，自我修復能力較強，適應度較高；耕地及建設用地屬于人口聚集地，容易受到人類活動的影響，結構較為單一，自我修復能力較弱，適應度較低。

朱家場鎮整體適應度偏高，西南地區及中北部地區適應度較低，其余地區適應度較高；林地、耕地、未利用地及建設用地鑲嵌分布，林地在耕地及建設用地周圍，易受到人類活動影響，未利用地本身生態系統較敏感且修復能力較弱，適應度較低；林地及灌草叢受人類活動干擾較小，生態系統較穩定且修復性較強，適應度較高。

掌布鎮整體適應度較低，南部地區適應度較高，其他大片地區適應度較低；灌草叢及林地鑲嵌分布，灌草叢穩定性較強且易被修復，適應度較高；大片林地集中分布，單一林地系統結構較不穩定，且易受到人類活動影響，大面積林地被破壞很難被修復，適應度較低。

新窯鎮整體適應度處于中等，北部及南部地區適應度較高，耕地、建設用地、林地、灌草叢鑲嵌分布，生態系統較豐富，適應度較高，中南部地區適應度較低，這與單一灌草叢生態系統較不穩定有關。

總體來看，朱家場鎮景觀適應度較高，掌布鎮景觀適應度較低。其中低適應度層次中，朱家場鎮景觀適應度較高，掌布鎮景觀適應度較低；較低適應度、中等適應度、較高適應度、高適應度層次中，朱家場鎮景觀適應度較高，掌布鎮景觀適應度較低(表2)。

圖4 四個鄉鎮景觀適應度空間格局

表2 四個鄉鎮景觀適應度特征分析

2.3 景觀脆弱度分析

景觀脆弱度分布見圖5。

圖5 四個鄉鎮景觀脆弱度空間格局

舊州鎮西部及中東部地區以林地及灌草叢為主，景觀敏感度較低且適應度較高，表明林地及灌草叢生態結構較復雜，穩定性較高，在人為及自然因素的綜合影響下，景觀抗干擾和修復能力較強，故而舊州鎮西部及中東部地區景觀脆弱度較低。中北部及南部地區以耕地、未利用地及建設用地為主，景觀敏感度較高且景觀適應度處于中等，表明耕地及建設用地受人為及自然因素影響下，抗干擾能力較弱，易產生生態退化，需要依靠人類的定向調整才能恢復結構穩定性，這使得舊州鎮中北部及南部地區脆弱度較高。

朱家場鎮中北部地區以建設用地、連片林地及灌草叢為主，景觀敏感度較低且適應度較低，表明林地受到人類活動影響，所導致的景觀問題較復雜，難以修復，但在不受外界影響的背景下，景觀穩定性較高，景觀結構仍能保持穩定，故而朱家場鎮中北部地區脆弱度較低。其他地區以林地、建設用地、耕地及未利用地鑲嵌分布為主，景觀敏感度較高且適應度較高，說明隨著城市化的有序發展及“退耕還林”政策的實施，景觀結構受人為修復而趨于穩定，但人類活動影響耕地、林地及建設用地格局，未利用地穩定性較弱，故而朱家場鎮西南地區及東部地區景觀脆弱度較高。

掌布鎮北部地區以連片林地及灌草叢為主，景觀敏感度較低且適應度較低，表明單一景觀結構一旦被人類活動影響，難以被修復，人類活動是影響景觀格局變化的主要因素，在無人類干預的情況下，穩定性較高，故而掌布鎮北部地區脆弱度較低。中南部地區以林地、灌草叢、建設用地及耕地鑲嵌分布為主，景觀敏感度較高且適應度較高，說明景觀易被修復，但在景觀相互影響下及人類活動影響下，穩定性較低，故而掌布鎮中南部地區脆弱度較高。

新窯鎮北部及南部地區以建設用地、林地及灌草叢為主，景觀敏感度較低且適應度較高，說明隨著城市化發展的有序化，穩定性增強，生態系統豐富且修復能力強，故而新窯鎮北部及南部脆弱度較低。北部及西部地區以耕地、建設用地及未利用地為主，敏感度較高且適應度較低，說明易受到人類活動影響，且生態系統不穩定，故而脆弱度較高。

總體來看，朱家場鎮景觀脆弱度較高，新窯鎮景觀脆弱度較低。其中低脆弱度層次中，舊州鎮及朱家場鎮景觀脆弱度較高，新窯鎮景觀脆弱度較低；較低脆弱度、中等脆弱度及較高脆弱度層次中，朱家場鎮景觀脆弱度較高，掌布鎮景觀脆弱度較低；高脆弱度層次中，掌布鎮景觀脆弱度較高，舊州鎮景觀脆弱度較低(表3)。

表3 四個鄉鎮景觀脆弱度特征分析

3 討論與結論

3.1 討論

本研究以西南地區喀斯特山區不同地貌貧困鄉鎮為例，利用景觀敏感度指數及適應度指數構建景觀脆弱度。從整體景觀脆弱度來看，貴州省4個鄉鎮景觀脆弱度整體偏低，這與梁佳欣等[13]對南四湖濕地研究表明景觀格局高脆弱度范圍隨時間顯著擴張、盛曉雯等[1]對右玉縣研究表明景觀脆弱度較高的研究結論不一致，這是由于貴州省主要以林地及灌草叢為主，未利用地較少，景觀結構較穩定；從空間差異來看，貴州省4個鄉鎮景觀高脆弱區主要集中于人口密集活動區，低脆弱區主要集中于林地及灌草叢分布地帶，這與董雅雯等[2]的研究結論存在差異，這與兩個不同地區景觀結構的差異有關。

從地貌類型來看，喀斯特盆壩地舊州鎮耕地面積較大，林地面積較小，低山丘陵朱家場鎮建設用地及耕地與林地及灌草叢鑲嵌分布，人類活動影響較大，景觀脆弱度較高；喀斯特峽谷掌布鎮林地及灌草叢面積較大，中部及北部零星分布建設用地及耕地，喀斯特中山新窯鎮建設用地及耕地集中分布于北部，其他地區灌草叢面積較大，人類活動影響較小，景觀脆弱度較低，這說明貴州不同地貌的景觀脆弱度空間異質性突出。

本研究針對4種喀斯特山區不同地貌貧困鄉鎮景觀脆弱度進行分析，針對不同景觀類型進行研究并總結，對于我國西南喀斯特山區的景觀規劃及資源合理開發具有重要意義。然而本研究僅從景觀脆弱度指數對地區景觀特征進行研究，今后還需從多個景觀指數對地區景觀格局進行分析。另外，由于地區人類活動的差異性，導致同種地貌地區景觀脆弱度存在差異，因此應進一步探討景觀評價指標及地區選取的科學性。

3.2 結論

喀斯特盆壩地舊州鎮耕地及建設用地面積較大，林地及灌草叢面積較小，景觀抗干擾能力較弱，景觀敏感度較大，需要人為定向調整才可恢復結構穩定性，景觀脆弱度較高；低山丘陵朱家場鎮建設用地、耕地與林地、灌草叢鑲嵌分布，人類活動影響較大，同時也需人為定向修復才可趨于穩定，景觀脆弱度較高；喀斯特峽谷掌布鎮林地及灌草叢面積較大，成片分布，不受人類活動影響，景觀敏感度較低，脆弱度較低；喀斯特中山新窯鎮灌草叢面積較大且集中分布于中南部，建設用地及耕地集中分布于北部，優勢景觀不受人類活動影響，景觀脆弱度較低。從景觀敏感度特征分析來看，朱家場鎮景觀敏感度較高，新窯鎮及掌布鎮景觀敏感度較低；從景觀適應度特征分析來看，朱家場鎮景觀適應度較高，掌布鎮景觀適應度較低；從景觀脆弱度特征分析來看，朱家場鎮景觀脆弱度較高，新窯鎮景觀脆弱度較低。