瑯岐島景觀破碎化時空演變特征

瑯岐島近年來隨著福州新區的發展帶動，其經濟得到了極大提升，城鎮配套設施建設也日益完善。但城鎮化進程的加快加劇了瑯岐島土地利用變化，其生態系統功能的持續供給受到威脅，景觀格局發生劇烈變化，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模、形態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、人為等因素的擾動下，使景觀從單一走向復雜的過程，是指景觀從單純的、均勻的和連續的整體逐漸轉化為駁雜、異質和中斷的鑲嵌體。近年來瑯岐島城鎮化進程逐步加快，高速的城鎮建設過程中各種用地之間土地利用方式的變化會引起景觀格局的劇烈變化，生物生境也因此而呈現出一定的破碎性。景觀破碎化格局是瑯岐島生物廊道品質和生物棲息地狀況的重要體現，同時，也會對當地物種的分布和生態系統服務功能產生影響。

景觀格局是研究土地利用時空演變的主要方式，其變化勢必會對生態系統質量及演變過程產生影響。當前，國內外對景觀破碎化的評價、影響及驅動因子的研究較多。景觀破碎化將極大地限制生態系統對人類活動的服務。本次研究采用Fragstats4.2軟件對1985年—2022年五個時期瑯岐島的主要景觀指數進行計算，通過測度瑯岐島景觀破碎化的時空特征，以期揭示瑯岐島在不同時期景觀破碎化與各類用地之間的關系，為瑯岐島景觀格局優化、生態系統服務價值持續供給提供科學依據。

研究區概況

瑯岐島，坐落在閩江河口，隸屬于福建省福州市馬尾區瑯岐鎮，南部通過瑯岐大橋與長樂區緊密相連，歷來被譽為“閩江口的明珠”。這座島嶼以其優越的自然生態環境而著稱，是福州市內生態保持得最好的島嶼之一。瑯岐島位于亞熱帶海洋性氣候區，氣候溫暖濕潤，為島上的生物多樣性和生態平衡提供了良好的條件。年降雨1000-1200毫米，生態環境優良，土地平坦肥沃，山海景觀資源豐富，致力于建設以生態為核心，多維復合發展的國際生態旅游島，打造全省最優的“菜籃子”基地和科技生態農業示范島。

數據來源和指數選取

本次研究主要使用的數據為1985、1995、2005、2015、2022年共五期來自地理空間數據云（https：//www.gscloud.cn/）的landsat遙感影像數據。同時為了保證土地利用數據預處理結果的準確性，本次研究還輔以1985年—2022年的五期土地覆蓋數據作為對照參考。該數據來自武漢大學的楊杰和黃昕教授發布的中國年度土地覆蓋數據，數據分辨率為30m，共包括農田、森林、灌木、草原、裸地、水域、冰雪、濕地、不透水面九種用地類型。通過人工目視解譯五期遙感影像數據，并對照已有的五期土地覆蓋數據，再結合實地調研時獲取的瑯岐島土地利用情況，最終運用ArcGIS軟件將各年土地利用數據預處理為耕地、林地、草地、建設用地、水域、未利用地六種用地類型（如下頁圖1所示）。

本次研究采用FRAGSTATS4.2軟件對1985年—2022年五個時期瑯岐島的主要景觀指數進行計算，以測度瑯岐島景觀破碎化的時空特征。綜合考慮景觀指數的生態學意義和指標間的相關性，并結合瑯岐島的實際情況，從斑塊類型水平和景觀水平兩個層次選取斑塊類型面積比（PLAND）、斑塊數量（NP）、最大斑塊指數（LPI）、面積加權分維數（FRAC_AM）、聚合度（AI）、斑塊平均面積（MPS）、斑塊密度（PD）、蔓延度指數（CONTAG）、香農多樣性指數（SHDI）、香農均勻度（SHEI）散布與并列指數（IJI）共11個景觀指數來刻畫瑯岐島景觀格局破碎化程度。

景觀破碎化綜合指數分析

本段主要針對瑯岐島景觀格局變化情況展開分析。根據表1可知，1985年—2015年，耕地景觀面積占比幾乎均超過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可看出其多轉移為建設用地和水域。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為建設用地，其面積占比為29.66%。建設用地在1985年—2022年期間面積呈顯著增長趨勢，共增長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下降趨勢，從圖1中可看出，其減少的面積多轉化為水域和建設用地。林地和草地景觀面積在1985年—2022年期間持續波動，但總體面積增減的幅度不大。耕地和未利用土地逐步轉移為建設用地和水域，一方面是受到瑯岐島城鎮建設發展速度逐步加快的影響，導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發展的影響，酒店、餐飲店、購物商場等旅游接待設施大量增加，導致建筑的用地面積持續增長，不斷侵占原有的耕地以及未利用土地。此外，隨著紅鱘養殖業成為瑯岐島的地理標志性產業，養殖漁業在農業中所占的比重持續增加，瑯岐島農業的產業結構不斷轉型，越來越多的耕地和未利用土地轉化為養殖水域。

瑯岐島斑塊類型水平指數分析如下：

根據圖2數據可知，PLAND值占比最大的用地由1985年的耕地轉變為2022年的建設用地，因此主要景觀也隨之轉變。耕地在1985年—2022年間PLAND值由65.08%跌至20.54%，呈快速下降趨勢，同時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，建設用地與水域的PLAND值大幅上升，而NP值呈先上升后下降趨勢，這表明建設用地與水域景觀的面積正逐步擴張，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，瑯岐島內生態系統狀況逐漸轉好。

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值由原來的64.58%下降至5.58%，反之林地與建設用地呈上漲趨勢，由此說明林地與建設用地集聚化，并侵占大量耕地使其趨于破碎化。與此同時FRAC_AM值中林地和耕地趨于降低、建設用地趨于升高，由此可知林地和耕地景觀斑塊形狀不規則程度減小、建設用地增加。

在AI值中，耕地研究時間段內始終保持在80%以上，但處于持續下降的趨勢，說明瑯岐島耕地離散度持續增加。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。其中草地的AI值雖處于持續上升的趨勢，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。其中林地由9.96hm2上升至32.62hm2，建設用地由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、建設用地、水域最為明顯。

根據以上分析可知，1985年—2022年間瑯岐島各類用地中除耕地擴張集聚度大幅下降外其余用地擴張集聚度均有所增加，其中林地與建設用地最為明顯。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則程度除建設用地外都趨于減小。總體而言，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象顯現程度不高。瑯岐島整體趨于均勻化分布，各類用地的斑塊形狀趨于簡單。

瑯岐島景觀水平指數分析如下：

根據表2數據可知，在研究時間段內瑯岐島景觀PD值呈上升趨勢，表明瑯岐島景觀單位面積上的異質性增高，斑塊數量增多，破碎化程度整體上呈上升趨勢。瑯岐島景觀LPI值呈持續下降趨勢，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%，該數據表明瑯岐島景觀中的優勢斑塊優勢度明顯下降，且對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城鎮發展、產業轉型等人類活動對瑯岐島景觀仍存在較大的干擾，導致瑯岐島耕地、林地等優勢斑塊面積減少。瑯岐島景觀CONTAG值呈逐漸下降趨勢，1985年—2022年降低約19.24%，表明瑯岐島景觀中的優勢斑塊類型連通度降低，斑塊之間逐漸離散，團聚程度降低，反映部分優勢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系統中，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值上升且數值趨近于1，說明瑯岐島上各種斑塊的分布較為均衡，沒有顯著的主導景觀。瑯岐島景觀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性增加。2015年—2022年瑯岐島景觀格局的動態變化較大，瑯岐島景觀IJI值大幅度提升1.86%，結果顯示，在這一時期，瑯岐島斑塊的受約束度增大，斑塊分布趨于均衡化，景觀結構趨于復雜化。

文章通過對研究時段內瑯岐島各項斑塊類型指數以及景觀水平指數的分析得出瑯岐島現今的景觀破碎化情況，以期能夠為緩解瑯岐島景觀破碎化提供更為明確的分析依據，研究表明：

首先，研究時段內，瑯岐島景觀基質由耕地轉變為了建設用地。1985—2022年間耕地面積大幅下降，建設用地、水域面積大幅上升，林地面積持續波動，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移為建設用地和水域。

其次，在斑塊類型水平上，耕地優勢斑塊減少，景觀破碎化程度日益增加，而其余景觀都趨于集中分布。瑯岐島各類用地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單，受人類活動干預程度小。除耕地擴張集聚度大幅下降外其余用地擴張集聚度均有所增加，其中林地與建設用地最為明顯。

最后，在景觀水平上，研究時段內由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，且不存在明顯的優勢景觀類型。IJI值的上升反映出瑯岐島景觀多樣性與異質性增加，且景觀結構逐漸趨向于復雜。

基金項目：2023年福建省大學生創新創業訓練計劃項目（s202310395062）；2022年度福州市科技局科技計劃項目（2022-S-003）。

（作者單位：閩江學院）