蘇南水網大龍蕩片區(qū)景觀格局演變及特征*

吳 忻 丁金華

蘇州科技大學建筑與城市規(guī)劃學院 江蘇蘇州 215000

景觀格局是大小和形狀不一的景觀鑲嵌塊體在景觀空間上的排列[1],是景觀異質性的具象化表現(xiàn),是自然因素和人為因素共同作用的結果。構建安全的景觀格局是實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的重要保障[2]。當前景觀格局研究的重點集中在景觀格局演變[3-4]、變化驅動力探究[5-6]、景觀格局優(yōu)化[7-8]等方面；研究地域范圍包含大尺度的平原農業(yè)區(qū)[9]、西北干旱區(qū)綠洲[10-11]、長三角與珠三角經濟區(qū)等[12]；也有研究對我國的省、市、自治區(qū)的景觀格局演變情況進行詳細分析[13-14],但關于蘇南水網鄉(xiāng)村地區(qū)景觀格局動態(tài)演變的研究較少。本文選取蘇州市吳江區(qū)大龍蕩片區(qū)作為研究區(qū)域,運用景觀格局指數(shù)法,分析比較大龍蕩片區(qū)2005—2018年的景觀格局演變特征,揭示該地區(qū)13年的景觀動態(tài)演變規(guī)律,剖析其產生變化的原因,以期為大龍蕩片區(qū)可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護、鄉(xiāng)村規(guī)劃與振興發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況

大龍蕩片區(qū)位于蘇州市吳江區(qū)平望鎮(zhèn)東南部,區(qū)域地勢平坦,氣候溫和濕潤,有利于農作物和水生作物的生長。片區(qū)內水鄉(xiāng)風貌顯著,阡陌縱橫,湖蕩密布,總面積約23.75 km2。近年來,隨著城鎮(zhèn)化建設的加快,其景觀格局產生了較大變化。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預處理

研究數(shù)據(jù)主要包括遙感影像數(shù)據(jù)以及蘇州市行政邊界數(shù)據(jù)。遙感數(shù)據(jù)包括蘇州市2005年6月5日、2010年9月7日、2015年9月21日的Landsat-TM/ETM遙感影像數(shù)據(jù)和2018年9月19日的Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù),空間分辨率都為30 m。選取的4期遙感影像數(shù)據(jù)均來自地理空間數(shù)據(jù)云網站(http://www.gscloud.cn/),質量較高,能夠滿足土地利用分類的需求。利用ENVI軟件對影像進行幾何精校正、大氣校正、輻射校正、圖像融合及影像裁剪等操作,將校正誤差控制在1個像元之內。蘇州市行政邊界數(shù)據(jù)為矢量數(shù)據(jù),取自于國家基礎地理信息中心(http://www.webmap.cn/)。

2.2 景觀類型分類信息提取

通過野外實地考察建立遙感解譯標志庫,結合蘇州市土地利用/覆被變化變更調查,采用人工解譯與機助解譯相結合的方法,將大龍蕩片區(qū)的景觀元素劃分為7種類型,即耕地、林地、河渠、湖泊、水庫坑塘、住宅用地和其他建設用地。運用ArcGIS軟件對解譯數(shù)據(jù)進行空間分析處理,產生大龍蕩片區(qū)4期土地利用空間分布圖(圖1)。

圖1 2005—2018年大龍蕩片區(qū)土地利用空間分布

2.3 景觀格局指數(shù)的選取

景觀格局指數(shù)是反映景觀格局結構與現(xiàn)象過程之間聯(lián)系的定量指標[15]。針對研究區(qū)景觀格局的時空演變特征,本文選取類型水平和景觀水平層面上8個指標(表1)分析景觀格局特征和演變規(guī)律,包括斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)、平均斑塊面積(MPA)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、聚集度指數(shù)(COHESION)、Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)、Shannon均勻度指數(shù)(SHEI)、Simpson多樣性指數(shù)(SIDI)[16-18]。

表1 景觀格局指數(shù)

3 結果與分析

3.1 類型水平上景觀格局變化特征

3.1.1 斑塊類型破碎性

綜合斑塊數(shù)量、斑塊密度和平均斑塊面積來看,研究期間的耕地、林地、河渠等自然景觀破碎化程度升高,住宅用地和其他建設用地等人工景觀破碎化程度有所減弱。

1)斑塊數(shù)量變化。斑塊數(shù)量與景觀破碎化密切相關。從圖2可知,受農民向社區(qū)集中政策影響,原有的住宅用地進行遷移合并,致使住宅用地斑塊數(shù)量減少。湖泊和其他建設用地的斑塊數(shù)量也有所減少,景觀分布更為集聚,破碎化程度減弱。受經濟開發(fā)影響,耕地和水庫坑塘斑塊數(shù)量增多,分布變得更為分散,破碎化程度增強。林地與河渠的斑塊數(shù)量未發(fā)生明顯變化。

圖2 大龍蕩片區(qū)斑塊數(shù)量變化(2005—2018年)

2)斑塊密度變化。從圖3可知,耕地、林地、河渠、水庫坑塘的斑塊密度有所增加,原有自然景觀的分布變得更加分散,破碎化程度升高。林地、河渠、水庫坑塘斑塊密度增大且呈散布型分布,破碎化現(xiàn)象明顯。受人工開發(fā)等因素的影響,湖泊、住宅用地和其他建設用地斑塊密度下降。此外,受“三集中”政策中的工業(yè)向規(guī)劃區(qū)集中政策的影響,住宅用地和其他建設用地斑塊密度也發(fā)生了明顯變化,其他建設用地分布更為集中,斑塊密度降低。而農民向社區(qū)集中政策則是引導農民集中居住,對原有的住宅用地進行整理和用途轉換,住宅用地分布更為集中,斑塊密度下降。

其次，鑒別豬流行性感冒。該病具有非常快的傳播速度，多表現(xiàn)為突然發(fā)生，不同年齡的豬均會患有該病，發(fā)病后病豬的體溫上升明顯，但是總體較短，比較豬氣喘病可知氣喘病發(fā)生后傳播速度略慢，體溫較為穩(wěn)定，基本在出現(xiàn)繼發(fā)感染后病豬體溫會出現(xiàn)升高，患病時間稍長。

圖3 大龍蕩片區(qū)斑塊密度變化(2005—2018)

3)平均斑塊面積變化。圖4可知,斑塊面積變化較大的土地利用類型為耕地和其他建設用地。2018年的耕地面積與2005年相比減少了22.26%,其他建設用地總面積增加了90.43%,但耕地始終在研究區(qū)內占據(jù)著最大面積,是當?shù)氐幕|景觀。湖泊、耕地和其他建設用地的平均斑塊面積較大,說明這些斑塊的團聚程度更高。林地平均斑塊面積較小,但斑塊數(shù)量較多,說明林地斑塊分散度較高,有明顯的分散布局特征。

圖4 大龍蕩片區(qū)平均斑塊面積變化(2005—2018年)

3.1.2 斑塊類型連通性

聚集度指數(shù)與景觀連通性密切相關。聚集度指數(shù)數(shù)值越大,說明該種斑塊分布越集中,景觀連通性越好。研究期間的耕地和其他建設用地的聚集度指數(shù)始終維持在99以上,且走勢平穩(wěn)變化不大,連通性較好。耕地的連通性較好可能是因為區(qū)域內仍然維持著水鄉(xiāng)風貌,存在大片的耕地,且分布集聚,聚集度指數(shù)較高。

3.1.3 斑塊類型復雜性

研究期間的水庫坑塘和林地的景觀形狀指數(shù)總體呈上升趨勢,景觀復雜程度、曲折度增大。湖泊、耕地和河渠受開發(fā)建設影響,景觀形狀指數(shù)有所下降,景觀形狀趨向簡單,抗干擾能力變弱。耕地在自然分割和人為干擾的影響下,形狀變得更加規(guī)整,景觀形狀指數(shù)下降。在當?shù)匾?guī)劃布局影響下,住宅用地和其他建設用地形狀變得更加簡單和規(guī)則,景觀形狀指數(shù)減小。

3.2 景觀水平上景觀格局變化特征

3.2.1 景觀復雜性

表2 大龍蕩片區(qū)整體景觀格局指數(shù)(2005—2018年)

3.2.2 景觀連通性

由表2可知,2005—2018年大龍蕩片區(qū)整體景觀的聚集度指數(shù)呈現(xiàn)出波動下降的變化趨勢,說明相同景觀在2005年分布最為集中,景觀連通性最好。此后年份與2005年相比都有所降低,空間分布變得更加離散,連通性降低。

3.2.3 景觀均衡性

Shannon多樣性指數(shù)、Shannon均勻度指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)從不同角度反映研究區(qū)域內一種或幾種土地利用類型對整體景觀的支配作用,土地利用程度越豐富,景觀多樣性程度越高,不定性信息含量就越大[19]。

2005—2018年大龍蕩片區(qū)的Shannon多樣性指數(shù)呈波動增加的變化趨勢,表明景觀豐富度逐漸增加,土地利用程度逐漸豐富(表2)。

研究期間的Shannon均勻度指數(shù)經歷了一個波動增加的過程(表2)。2005年,大龍蕩片區(qū)分布不均勻,耕地、湖泊和住宅用地面積在研究區(qū)中占比較大；2010-2015年,隨著當?shù)亻_發(fā)強度的增大,景觀分布變得更加不均衡,Shannon均勻度指數(shù)下降；2015-2018年,Shannon均勻度指數(shù)有所升高。總體上看,大龍蕩片區(qū)Shannon均勻度指數(shù)在研究期間呈上升趨勢。

Simpson多樣性指數(shù)在2005—2018年逐漸上升(表2)。2018年與2005年相比上升了10.28%,說明耕地和其他建設用地在研究區(qū)中占據(jù)了優(yōu)勢地位,控制整體起著支配作用,且這種現(xiàn)象在逐漸加劇。

Shannon多樣性指數(shù)、Shannon均勻度指數(shù)和Simpson多樣性指數(shù)3個指數(shù)的變化趨勢呈現(xiàn)正相關,在研究期間都有所增加。這說明大龍蕩片區(qū)的土地利用類型逐漸豐富,景觀多樣性提高,各景觀類型分布更加均衡；作為優(yōu)勢景觀類型的耕地和其他建設用地對整個景觀的控制作用逐漸增大,在地區(qū)中越來越重要。

4 結論與討論

4.1 結論

2005—2018年大龍蕩片區(qū)經歷了社會經濟高速發(fā)展,景觀格局產生了一系列的變化。本研究深層次分析了研究區(qū)景觀格局的演變過程及規(guī)律,得出以下結論:

1)受人類活動和經濟開發(fā)的影響,各景觀面積占比從耕地＞湖泊＞住宅用地＞其他建設用地＞水庫坑塘＞河渠＞林地,演變成耕地＞其他建設用地＞湖泊＞住宅用地＞水庫坑塘＞河渠＞林地,湖泊、林地等自然景觀面積比重逐年下降,其他建設用地面積比重持續(xù)上升。

2)耕地、河渠、水庫坑塘等農用地破碎化程度加深、邊界被割裂的程度加劇,景觀復雜程度加大；住宅用地和其他建設用地等人工建設用地破碎化程度有所減弱,景觀復雜程度下降,邊界變得更加簡單和規(guī)則。2005-2018年,研究區(qū)內景觀人工化現(xiàn)象顯著,景觀的復雜程度逐漸降低,且分布變得更加離散,連通性下降；同時多樣的土地利用形式使景觀豐富程度提高,景觀多樣性上升,整體景觀格局向著均衡化發(fā)展。

4.2 討論

城鎮(zhèn)化水平較高的地區(qū)在景觀格局演變過程中,景觀破碎化程度增強,景觀多樣性增加,景觀格局由原本的以耕地景觀為主導的格局轉變?yōu)槎喾N景觀并存的格局,景觀趨于均衡化。這一分析結果與已有研究觀點基本一致[20]。

隨著城鎮(zhèn)化建設的加快,蘇南水網鄉(xiāng)村的景觀格局不可避免會受到直接或間接的影響[21],并引發(fā)各種生態(tài)環(huán)境問題,對景觀格局的演變及其過程的分析可為區(qū)域環(huán)境健康發(fā)展提供科學依據(jù)。政府在強調經濟發(fā)展同時,也應加強對土地利用的管理和規(guī)劃,應根據(jù)當?shù)丨h(huán)境資源優(yōu)勢發(fā)展綠色產業(yè),實現(xiàn)經濟建設和生態(tài)保護的協(xié)調發(fā)展,通過構建和完善更為穩(wěn)定和整體的生態(tài)景觀格局,實現(xiàn)鄉(xiāng)村環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

本文的研究仍有不足之處:一是時間序列數(shù)據(jù)仍顯不足,4期的土地利用數(shù)據(jù)只能大致展現(xiàn)大龍蕩片區(qū)景觀格局的演變趨勢,無法充分反映其近20年來景觀格局的細部變化特征；二是本文僅從宏觀角度對土地利用類型變化展開研究,未對景觀格局變化驅動因素進行深入探究,今后研究將從多角度剖析景觀格局變化的驅動因素,以期為蘇南水網地區(qū)的可持續(xù)健康發(fā)展提供更具針對性的建議指導。