白洋淀地區鄉村自然景觀格局時空演變特征研究

摘 要：研究揭示白洋淀地區景觀格局時空演變特征，為提升鄉村土地資源利用率提供參考。基于2013—2023年的3期遙感數據，借助ArcGIS和Fragstats技術探究白洋淀地區景觀規模、結構變化及景觀格局時空分異特征。結果表明：①林草地面積顯著增加，其次是建設用地、水生植被和開闊水體，而耕地和裸地面積減少；景觀類型主要在耕地、林草地、建設用地之間轉換。②耕地的破碎度有所增加，林草地和建設用地的聚集度先分散后集中，呈現連片式發展，水生植被和開闊水體的破碎度變化較小，總體自然景觀類型變得復雜且異質性增強。③容城縣、雄縣和安新縣的破碎度下降，景觀斑塊趨于整合，而任丘市與高陽縣則呈現蔓延態勢，優勢斑塊面積減少。白洋淀地區整體呈現景觀多樣化趨勢。

關鍵詞：GIS；景觀格局；演變特征；白洋淀地區

中圖分類號：P901；TU982.29 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2025）6-116-6

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2025.06.023

0 引言

土地利用動態變化受到地區經濟發展及開發強度等因素影響，與生態環境發生能量交互作用，并與景觀格局演變存在極為緊密的聯系［1］。將景觀格局分析方法應用于鄉村自然景觀研究，有助于探索城鎮間的土地演變關系。在雄安新區政策推動下，白洋淀鄉村地區地表景觀結構和功能顯現不同程度的變化特征，這些變化同時也影響濕地生態與土地景觀間的交互作用［2］。目前，相關學者對景觀格局演變相關研究主要集中于空間分布、演變過程、驅動因素及其生態功能等多個方面，包括景觀動態演變及模擬預測［3］、景觀動態變化及驅動因素分析［4］，以及景觀格局演變與生態功能評價的結合等［5］。對于政策推動下的白洋淀地區城鄉發展與生態環境之間的銜接變換，可有效揭示研究區域的景觀發展及演變趨勢，從而為提升白洋淀地區周邊鄉村土地利用資源提供策略。

鄉村自然景觀要素是鄉村自然景觀的物質實體［6］。該研究結合白洋淀地區的地理特性和中國科學院的土地分類標準，將鄉村自然景觀要素分為耕地、林草地、建設用地、水生植被、開闊水體和裸地等景觀類型。白洋淀地區的鄉村自然景觀呈現濕地、農田、林草地及生態保護區交織的多樣性特征。筆者運用ArcGIS和遙感相關技術方法，對白洋淀地區2013—2023年的鄉村自然景觀分布情況進行分析，旨在探究鄉村自然景觀在生態保護與可持續發展之間的良性互動關系。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

白洋淀是華北地區最大的淡水湖泊。白洋淀地區共涉及保定市和滄州市的5個縣市，包括安新縣、容城縣、雄縣、高陽縣、任丘市［7］，總面積約為3 089 km2，其位于河北省平原中部，太行山東麓，分屬保定市東南部和滄州市西北部，西側與保定市銜接，東部毗鄰廊坊霸州市及文安縣。白洋淀地區的淡水資源和土地資源較為豐富，以平坦濕地、湖泊和農田為主，水系豐富且縱橫交錯。

1.2 數據來源與數據預處理

該研究選取的遙感影像遵循植物季節旺盛期和云量稀少的原則，下載白洋淀地區2013-09-01、2018-09-30、2023-06-01等3期遙感影像圖，空間分辨率為30 m。其中，遙感數據來源于地理空間數據云網站（www.gscloud.cn）中的Landsat TM/ETM數據，3期影像景觀分類的精度評價Kappa系數分別為0.89、0.86、0.92，均可滿足分類精度最低要求［8］（見圖1）。

2 研究方法

2.1 景觀類型轉移矩陣

景觀類型轉移矩陣pij可以用來分析不同景觀類型變化的方向和結構，見式（1）。

[pij=P11 P12 P13 …P1NP21 P22 P23 …P2NP31 P32 P33 …P3N… … … … …PN1 PN2 PN3 …PNN]

式（1）中，P表示面積，N表示不同種景觀類型，i、j表示某一研究時段期初和期末的不同景觀類型。

2.2 景觀指數分析法

該研究選取類型水平和景觀水平兩類景觀格局指數進行剖析。在類型水平指數中，該研究選擇斑塊類型面積（CA）、斑塊所占景觀面積比（PLAND）、斑塊數量（NP）、景觀形狀指數（LSI）、散布與并列指數（IJI）、聚集度指數（AI）進行分析；在景觀水平指數中，該研究選擇斑塊數量（NP）、斑塊密度指數（PD）、景觀形狀指數（LSI）、蔓延度指數（CONTAG）、香農多樣性指數（SHDI）、香農均勻度指數（SHEI）進行分析。

2.3 移動窗口法

該研究通過Fragstats4.2中的Moving Window模塊，分別計算覆蓋區域內的景觀指數來測度破碎化、團聚度和多樣性，生成對應的景觀指數柵格圖像，通過不同時段的柵格圖像空間變化來分析白洋淀地區的景觀格局分布特征［9］。

3 結果與分析

3.1 景觀規模及結構變化

3.1.1 景觀規模變化

從鄉村自然景觀規模來看（見表1），白洋淀地區的景觀類型發生了較大變化。

具體而言，2013—2018年，耕地變化較小，總面積稍有減少。2018—2023年，耕地變化幅度大，其間耕地面積共減少了714.66 km2，年變化率為-7.39%。2013—2023年，耕地占所有類型面積比由69.23%減少到39.44%。

2013—2018年，林草地面積逐步增長。2018—2023年林草地面積增長幅度攀升，其間林草地面積共增長了531.55 km2，年變化率為43.77%。2013—2023年林草地占所有類型面積比由4.18%增長到25.07%，減少的耕地主要轉化為林草地和建設用地。

2013—2023年，建設用地面積大幅度增長，建設用地占總類型面積比由2013年的16.56%增長到2023年的23.23%。尤其是在2018—2023年，安新縣、容城縣和雄縣地區的建設用地面積擴展迅猛，共增長了205.94 km2。

白洋淀濕地主要的景觀類型為水生植被和開闊水體。2013—2023年，水生植被面積逐步增長，年增長率為5.30%，尤其在2013—2018年增長了61.86 km2。開闊水體面積呈現先減少后增長的趨勢，相較于2013年，2023年開闊水體面積增長了24.91 km2。

2013—2023年，白洋淀地區的裸地面積逐步減少，裸地占所有類型面積比由1.95%減少到0.85%。

3.1.2 景觀結構轉化

在研究時段內，景觀類型變化最為明顯的階段是2018—2023年，集中于耕地、林草地及建設用地的變化中，這主要得益于雄安新區“先植綠，后建城”的發展理念。為厘清白洋淀地區各景觀類型的轉換關系引起的景觀結構變化情況，按2013—2018年、2018—2023年、2013—2023年3個時間階段，分析白洋淀地區各種景觀類型的結構轉變特征（見表2）。

從整體景觀類型結構轉換來看，研究區域景觀類型主要發生在耕地、林草地、建設用地之間的轉換。新增長的林草地主要是由耕地和建設用地轉化而來，其中耕地的貢獻最大，也正是雄安新區“千年秀林”工程的影響，使得大量耕地進行轉換。2013—2018年，減少的耕地面積轉向林草地、建設用地和水生植被，而增長的水生植被主要由開闊水體和耕地轉化而來，說明在這一時段白洋淀地區的濕地生態情況大幅度好轉，積極保護林草地和水域資源。2018—2023年，林草地和建設用地面積迅速增加，生態環境逐步好轉，并提高了可利用土地的面積，這是白洋淀地區積極響應國家政策的結果。

3.2 景觀格局指數變化特征

3.2.1 類型水平

2013—2023年白洋淀地區類型水平景觀格局指數如圖2所示。從圖2（a）和圖2（b）可知，斑塊類型面積和斑塊面積占比的趨勢幾乎為同步發展。從空間維度分析，耕地的斑塊面積和斑塊面積占比最大，其次是建設用地和林草地，再次是水生植被和開闊水體，裸地最低，表明耕地、建設用地和林草地是研究區域的主要景觀類型。從時間維度分析，2013—2023年耕地、裸地的斑塊面積（CA）和斑塊面積占比（PLAND）處于持續下降的態勢，耕地尤為明顯，而近5年林草地和建設用地大幅度增長，表明未來2種景觀類型會繼續擴張，所占面積持續增長。

斑塊數量（NP）越多密度越大，意味著景觀破碎度越高。從圖2（c）可知，耕地的斑塊數量（NP）快速增加，隨著雄安新區政策的快速推進，在自然和人為因素的干擾下，耕地變化情況趨于復雜，同時連續性減弱；林草地和建設用地斑塊數量（NP）呈現先上升后下降的趨勢，其破碎化程度經歷先增強后減弱的過程，表明林草地和建設用地聚集程度經歷先分散后集中，逐漸呈現連片式發展；水生植被和開闊水體因后續支流和河塘的分散，呈現些許破碎化程度增強的態勢。從圖2（d）可知，2013—2023年林草地的景觀形狀指數（LSI）最大，表明林草地的聚合度最低，形狀較為復雜；耕地和建設用地的景觀形狀指數（LSI）較為一致，同時耕地景觀形狀指數（LSI）逐漸增加，表明受到雄安新區建設的影響，斑塊的蔓延形狀呈現復雜化程度。

聚集度指數（AI）和散布與并列指數（IJI）屬于景觀集散性指標類型。從圖2（e）可知，4種景觀類型的聚集度指數（AI）在85%以上，且較為穩定，表明斑塊分布呈現集約化發展趨勢，其中耕地的聚集度最大，但在2013—2023年呈現下降趨勢，表明其他景觀類型的發展使得耕地的聚集度降低，建設用地、水生植被和開闊水體的聚集度指數（AI）變化幅度不大，趨于穩定。而林草地隨著斑塊面積的增加逐漸融合于周邊斑塊，使得林草地斑塊的連通性和聚集度均快速提升。從圖2（f）可知，水生植被和開闊水體的散布與并列指數（IJI）最大，表明這2類景觀類型與其他大部分類型相鄰接，周圍相鄰斑塊類型豐富；而2023年耕地和林草地的散布與并列指數（IJI）下降至最低水平，表明該類型的斑塊集聚發展，但與其他類型斑塊相鄰的越來越少。

3.2.2 景觀水平

不同時期景觀水平上的景觀格局指數變化情況如表3所示。白洋淀地區的斑塊數量（NP）和斑塊密度（PD）持續增加，而2018—2023年增加較為緩慢，其景觀類型面積增長迅速，表明白洋淀地區景觀破碎度增長緩慢，整體斑塊趨于整合。2013—2023年，該5個縣市景觀形狀指數（LSI）由56.14上升至79.72，表明用地類型呈現復雜及不規則態勢；蔓延度指數（CONTAG）呈現持續減小的趨勢，表明景觀中占優勢的斑塊面積有所減少，雄安新區建設活動的影響致使優勢性斑塊類型連通性減弱；香農多樣性指數（SHDI）和香農均勻度指數（SHEI）變化趨勢較為一致，均呈現增大趨勢，從2013年的1.02和0.57上升至2023年的1.42和0.79，表明白洋淀地區受人類活動和建設環境的影響，景觀異質性增加，土地利用更加豐富，景觀類型朝多元化方向發展。

3.3 景觀格局時空分異特征

基于移動窗口法，選取斑塊密度、蔓延度指數及香農多樣性指數獲得白洋淀地區5個縣市景觀格局空間分異特征。從景觀的破碎度分析，2013年斑塊密度的高值集中于安新縣的白洋淀濕地周圍區域，而后2018年高值轉向容城縣西側及雄縣的西北側地區，但2023年高值繼續變化至安新縣與高陽縣的交界地帶及任丘市區內部，因此在雄安新區政策的推進下，容城縣及雄縣景觀破碎度由高值轉為低值區域，整體景觀斑塊趨于整合，但受到雄安新區開發的影響，任丘市與高陽縣呈現土地無序蔓延態勢，造成2018—2023年景觀破碎度持續增長。從景觀的團聚度分析，最初的蔓延度指數低值區域集中于白洋淀濕地及容城縣、雄縣附近，而過渡到2023年，雄安新區3個縣市的優勢斑塊類型形成良好的連接性，反之由于景觀破碎度的增長，任丘市與高陽縣呈現優勢的斑塊面積有所減少。從景觀的多樣性分析，香農多樣性指標高值地區由白洋淀覆蓋最多的容城縣、雄縣及安新縣地區轉向任丘市與高陽縣，整體呈現高值擴散的態勢，景觀呈現多樣化分布，且自然景觀不斷被分割。

4 結論

該研究借助GIS和RS的相關技術方法，對白洋淀地區的安新縣、容城縣、雄縣、高陽縣、任丘市2013—2023年的鄉村自然景觀格局的變化特征進行相關研究。首先，探究白洋淀地區鄉村自然景觀的演化規律和特征。研究結果表明：白洋淀地區耕地景觀和裸地景觀面積年增長率分別為-4.30%和-5.64%，而林草地景觀面積呈現大幅度增長態勢，年增長率為50.01%，建設用地景觀、水生植被景觀和開闊水體景觀面積年增長率分別為4.03%、5.30%和2.44%，其中對耕地景觀類型影響最大，面積減少了920.30 km2，其次是林草地和建設用地景觀類型，面積增加了645.37 km2、205.94 km2。而在2013—2023年，白洋淀地區鄉村自然景觀類型的轉移特征，主要表現在耕地、林草地、建設用地之間的轉換，新增長的林草地主要是由耕地和建設用地轉化而來的，其中耕地的貢獻最大。

從類型水平指數變化來看，耕地的NP和LSI快速增長，破碎化程度提高且連續性減弱；林草地和建設用地聚集程度表現為先分散后集中的態勢，逐漸呈現連片式發展；水生植被和開闊水體存在不明顯的破碎化程度增強現象，大部分自然景觀類型的聚集度指數（AI）較為穩定，總體斑塊分布呈現集約化發展趨勢，而水生植被和開闊水體的散布與并列指數最大，周圍相鄰斑塊類型較為豐富。

從景觀水平指數變化來看，NP、PD和LSI表現為不斷增長，表明總體自然景觀類型呈現復雜及不規則態勢；CONTAG呈現持續減小的趨勢，表明建設活動影響致使優勢性斑塊面積減少且連通性減弱；SHDI和SHEI不斷增長，表明景觀異質性增加，景觀類型朝多元化方向發展。

從景觀格局時空分異特征來看，研究區域受到建設活動影響變化較大。從景觀的破碎度和團聚度分析，2013—2023年容城縣、雄縣和安新縣的大部分區域破碎度逐漸減弱，優勢斑塊類型形成良好的連接性，從而整體景觀斑塊趨于整合，而任丘市與高陽縣呈現土地無序蔓延態勢，破碎度增強，且具有優勢的斑塊面積有所減少。從景觀的多樣性分析，由容城縣、雄縣及安新縣的高值區域擴散至整體5個縣市，呈現自然景觀多樣化發展。

參考文獻：

［1］劉強，尉飛鴻，夏雪，等.1980—2020年窟野河流域土地利用景觀格局演變及其驅動力［J］.水土保持研究，2023，30（5）：335-341.

［2］陳洪敏，劉鳳蓮，楊博文.昭通市土地利用時空變化和景觀格局演變特征研究［J］.上海國土資源，2024，45（3）：92-98.

［3］楊苗，龔家國，趙勇，等.白洋淀區域景觀格局動態變化及趨勢分析［J］.生態學報，2020，40（20）：7165-7174.

［4］張敏，宮兆寧，趙文吉，等.近30年來白洋淀濕地景觀格局變化及其驅動機制［J］.生態學報，2016，36（15）：4780-4791.

［5］胡唐松，吳鑫淼，王曉夢，等近十年雄安新區景觀格局動態變化及生態系統服務功能評價［J］林業與生態科學，2024，39（1）：66-75.

［6］徐寧晗京津地區鄉村自然景觀風貌時空演變［D］.天津：天津大學，2020.

［7］郭放GIS支持下的白洋淀地區鄉村聚落特征研究［D］.北京：北方工業大學，2020.

［8］姚童，趙麗，齊濤，等.2000—2020年五蓮縣景觀格局動態變化及驅動力分析［J］.鄉村科技，2024，15（3）：124-129.

［9］王文才，杜嵩，邢曉露.基于移動窗口法的登封市景觀格局時空演變分析［J］.河南科技，2023，42（14）：99-103.

Study on the Spatiotemporal Evolution Characteristics of

Rural Natural Landscape Patterns in the Baiyangdian Region

GAO Tong

School of Architecture and Art， Shijiazhuang Tiedao University， Shijiazhuang 050043，China

Abstract： This study reveals the spatiotemporal evolution characteristics of the landscape pattern in the Baiyangdian region， aiming to provide strategies for enhancing rural land use optimization. Based on three phases of remote sensing data from 2013 to 2023， and utilizing ArcGIS and FRAGSTATS technologies， the changes in landscape scale， structure， and the spatiotemporal differentiation of the landscape pattern were analyzed. The results indicate the following：①The area of forest and grassland has significantly increased， followed by construction land， aquatic vegetation， and open water bodies， while the areas of cultivated land and bare land have decreased. Landscape type transitions mainly occur between cultivated land， forest and grassland， and construction land.②The fragmentation of cultivated land has increased， while the aggregation of forest land and construction land has shifted from dispersed to concentrated， showing a trend of contiguous development. The fragmentation of aquatic vegetation and open water bodies has remained relatively stable. Overall， natural landscape types have become more complex and heterogeneous.③ In Rongcheng County， Xiong County， and Anxin County， fragmentation has decreased， and landscape patches are becoming more integrated. In contrast， Renqiu City and Gaoyang County show a spreading trend， with a reduction in the area of dominant patches. The Baiyangdian region， as a whole， exhibits a trend of diversified landscape development.

Key words： GIS;landscape pattern; evolution characteristics; Baiyangdian region