魏 敏，劉 聰，王海洋

(西南大學園藝園林學院，重慶 400716)

景觀格局是由自然或人為形成的一系列大小、形狀各異、排列不同的景觀要素共同作用的結果，是各種復雜的物理、生物和社會因子相互作用的結果。景觀動態(tài)變化是指景觀結構、功能、空間格局隨時間的變化情況[1-2]。近年來，景觀格局和景觀動態(tài)變化研究已成為景觀生態(tài)學的重點研究領域[3]。目前，對于景觀格局的研究成果主要集中在2個方面[4-7]：1)靜態(tài)的格局分析，主要探討景觀的空間異質性問題；2)景觀格局的動態(tài)分析，即在相對穩(wěn)定的地域空間上，探討該區(qū)域景觀格局在時間上的變化情況，也就是時間異質性問題[8-10]。本文以衛(wèi)星遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，利用3S技術對研究區(qū)域2007年、2012年和2017年景觀類型進行了調查，分析近10年景觀結構的變化情況，并對其生態(tài)系統(tǒng)服務功能進行分析評價，以期為北碚近郊區(qū)景觀規(guī)劃提供一定的參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于北碚城區(qū)和縉云山自然保護區(qū)之間的山落地帶，是一個典型的山地近郊區(qū)，地理位置為東經(jīng)106°12′～106°44′，北緯9°32′～9°35′，研究區(qū)域面積為 1 438 hm2。區(qū)域內地形起伏較大，靠近城區(qū)部分海拔相對較低，坡度主要在15°以下，地形相對較緩?？拷N云山自然保護區(qū)處地形顯著抬升，坡度可達35°以上。研究區(qū)域主要海拔在150～450 m，屬亞熱帶季風濕潤性氣候特征，年均溫15.9°，年均降水量 1 611.8 mm，年均蒸發(fā)量781.5 mm，常年平均日照間為1 293.9 h。區(qū)域內土壤主要為酸性黃壤土(pH值4.0～4.5)，植被類型豐富，以常綠闊葉林、針葉闊葉混交林、針葉林及竹林為主。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)收集與處理

本研究采用的數(shù)據(jù)資料有2007年5月、2012年7月、2017年4月衛(wèi)星遙感影像，2012年重慶北碚區(qū)1∶1萬土地利用現(xiàn)狀圖。參考全國土地利用分類方法，將景觀類型分為建設用地、林地、草地、水體、園地、農田和裸地。采用決策樹分類方法對研究區(qū)域的景觀類型進行解譯，并對解譯結果進行人工修正和檢驗，以提高解譯精度。不同時期遙感衛(wèi)星遙感影像的總體分類精度介于82.75%～88.36%，可以滿足研究的需要。

2.2 景觀變化特征

采用景觀類型動態(tài)度(K)和景觀整體動態(tài)度(LC)2個指標定量景觀變化動態(tài)特征。計算公式[11-13]分別如下：

其中：Ua，Ub—研究期初和期末某類型景觀的面積；LU—測量開始時景觀總面積；△LUi-j—研究期內第i類景觀類型轉為非i類景觀類型面積的絕對值；T—研究時長。

2.3 景觀格局指數(shù)的選擇

以研究區(qū)域土地利用分類圖為基礎，利用ArcGIS 10.0及Fragstats 4.2軟件，選定景觀格局指標體系中的面積指數(shù)、形狀指數(shù)、破碎化指數(shù)、空間構型指數(shù)、多樣性指數(shù)5個方面的能綜合反映研究區(qū)域總體景觀結構特征的景觀格局指數(shù)進行分析[14]。面積指數(shù)上選取斑塊數(shù)(NP)、平均斑塊面積(MPS)、最大斑塊指數(shù)(LPI)；形狀指數(shù)上選取景觀形狀指數(shù)(LSI)、平均斑塊分維數(shù)(FRAC)、斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)；破碎化指數(shù)上選取連接性指數(shù)(CONN)、景觀分割度(DIVI)；空間構型指數(shù)上選蔓延度指數(shù)(CONT)；多樣性指數(shù)上選取多樣性指數(shù)(SHDI)、均勻度指數(shù)(SHEI)。通過以上12個景觀格局指標的計算，在實地調查的基礎上，結合土地利用類型圖分析研究區(qū)域內景觀格局特點。

2.4 生態(tài)系統(tǒng)服務功能評價

生態(tài)系統(tǒng)服務功能是指各生態(tài)系統(tǒng)的各生態(tài)過程對人類生存的自然環(huán)境狀況及其效用的影響。生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值法是以生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值理論為基礎，根據(jù)土地利用規(guī)劃結構調整情況和區(qū)域實際情況，評價土地利用類型變化前后生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值的變化，來定量地反映土地利用類型的改變對生態(tài)環(huán)境所造成的影響[15-17]。本文根據(jù)張彪、謝高地等學者基于人類需求的生態(tài)系統(tǒng)服務分類，結合研究區(qū)域的實際情況，從人類的需求出發(fā)，認為生態(tài)系統(tǒng)服務應該包括物質需求、安全需求和精神需求3個層次[18]。物質需求選取糧食、果品、蔬菜等實物生產力作為指標；安全需求主要考慮水文調節(jié)與水源涵養(yǎng)、土壤保持與培育以及生物多樣性保護等；精神需求主要采用景觀游憩、文化、科研等指標進行考量。

生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務功能大小與該生態(tài)系統(tǒng)的生物量有密切關系。一般來說，生物量越大，生態(tài)服務功能越強，假定生態(tài)服務功能強度與生物量成線性關系，用生物量進行單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值的校正，即：

Pij≡(aj/Aj)Pij

Pij為校正后的單位面積的第j類生態(tài)系統(tǒng)第i種生態(tài)服務功能的價值；aj為第j類生態(tài)系統(tǒng)的生物量；Aj為全國一級生態(tài)系統(tǒng)類型單位面積平均生物量；Pij為單位面積的第j類生態(tài)系統(tǒng)第i種生態(tài)服務功能的全國平均價值量。

全國農田生態(tài)系統(tǒng)生物量因子為1.00,本研究取重慶市的均值1.21作為農田生物量因子[19]。綜上所述，結合研究區(qū)域的實際情況和相關研究結果，對中國區(qū)域的陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積服務價值表[20-24]進行了補充和校正，最終可以計算北碚城郊區(qū)各類土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值和北碚城郊區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值，其計算公式為：

ESVi=Ai×VCi；

式中：ESVi為某種土地利用類型的生態(tài)服務價值，Ai為研究區(qū)域某種土地利用類型的面積(hm2)；VCi為某種土地利用類型生態(tài)價值系數(shù)(元/hm2·a)；ESV為服務功能總價值，i為土地利用類型。

3 結果與分析

3.1 景觀總體變化特征

2007—2017年間，研究區(qū)各景觀類型中，林地一直居于首位，占總面積比例均在50%以上，呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，面積減少較多，凈減149.15 hm2。農田作為第二大景觀類型面積，呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，占總面積的比例由2007年的17.96%下降到2012年的10.73%，再增加至2017年的18.80%，凈增12.10 hm2，總體變化不明顯。與農田變化特征相反，建設用地雖然呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，但面積增加較多，所占總面積的比例由

2007年的7.72%上升到2017年的19.13%，凈增量達164.03 hm2。水體先增后減，總體呈現(xiàn)增加趨勢；草地先減后增，減少量較大，總體呈現(xiàn)減少趨勢；裸地先增后減，減少量遠遠大于增加量，但是研究期內均未超過總面積的1%，在景觀整體變化中反映不明顯(表1)。

表1 2007—2017年重慶研究區(qū)各景觀類型面積

從單一景觀類型動態(tài)度來看，建設用地的變化速度最快，2012—2017年、2007—2017年的動態(tài)度分別為32.19%和12.77%(表2)，遠高于其他景觀類型。從景觀整體動態(tài)度所反映的各景觀類型的內部變化來看，10年來研究區(qū)景觀整體動態(tài)度呈增加趨勢，尤其近5年(2012—2017)景觀變化劇烈，土地流轉頻繁。2010—2013年，隨著北碚區(qū)登山游步道的修建，建設用地中交通用地面積持續(xù)上升，占建設用地的38%；2012—2017年，隨著鄉(xiāng)村旅游的大力發(fā)展，棗樹、枇杷、梨等經(jīng)果林面積大大增加，截至2017年約有22.08 hm2。

表2 重慶研究區(qū)各時期景觀的動態(tài)變化

3.2 景觀格局分析

從景觀水平的格局指標看，2007—2017年間研究區(qū)景觀格局發(fā)生了明顯變化(表3)。斑塊數(shù)量先減少后增加，斑塊數(shù)量由 2 359 個增加至 2 858 個；平均斑塊面積表現(xiàn)出先增后減的趨勢，由6.09 hm2減少至5.32 hm2。邊緣密度、平均斑塊分維數(shù)呈現(xiàn)出先減后增的波動性變化，但總體表現(xiàn)為下降趨勢。連接性指數(shù)、蔓延度指數(shù)不斷加強，一直保持增長之勢，空間連接性較強，景觀類型的空間自然連通性大，景觀破碎化程度較大。多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)持續(xù)增加，景觀異質性不斷增強。

表3 2007—2017年研究區(qū)景觀水平的格局指標

從景觀類型的格局指標上看，研究期內各景觀類型的格局指標變化差異也十分顯著(表4)。

表4 2007-2017年研究區(qū)類型水平的景觀格局指數(shù)

林地作為研究區(qū)域的主要景觀類型，其斑塊數(shù)目呈現(xiàn)出先增后減的波動性變化，總體表現(xiàn)為減少，從2007年的986個減少至2017年的890個；斑塊密度波動性上升，研究期內從7.06個/hm2上升到21.87個/hm2，變化顯著；邊緣密度、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、平均斑塊分維數(shù)持續(xù)增加；連接性指數(shù)呈現(xiàn)波動上升，從2007年的12.51%上升至2017年的15.38%；景觀分割度總體下降，由2007年的0.48下降到2017年的0.28，表明森林景觀破碎化程度降低，自然特征增強，森林趨向于均衡分布的空間結構。隨著退耕還林政策的實施以及近年來鄉(xiāng)村旅游的發(fā)展，農田作為第二大景觀類型，其斑塊數(shù)目、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、邊緣密度、景觀形狀指數(shù)、平均斑塊分維數(shù)均表現(xiàn)出波動性上升；連接性指數(shù)持續(xù)下降，從2007年的4.65下降至2017年的2.09；景觀分割度持續(xù)上升，由2007年的0.78上升至2017年的0.95，表明農田景觀破碎化程度增加，一定程度上反映了城市化進程中人類活動對農田景觀的干擾作用持續(xù)增加，農田景觀也從聚集趨向于分散經(jīng)營的轉變，斑塊邊緣趨向規(guī)則化。建設用地斑塊數(shù)目、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、邊緣密度景觀形狀指數(shù)持續(xù)上升，其中，最大斑塊指數(shù)變化劇烈，由2007年的2.67%急劇增加至2017年的7.55%，景觀分割指數(shù)從2007年的0.92上升至2017年的0.99，趨近于1，表明隨著城市化活動的加強，建設用地的破碎化程度增加，建設用地也由分散趨于集中化發(fā)展。水體斑塊指數(shù)、斑塊密度、平均斑塊分維數(shù)、連接性指數(shù)在波動中均有一定程度的增加；景觀形狀指數(shù)從2007年的3.01下降至2017年的2.63；最大斑塊指數(shù)、邊緣密度呈現(xiàn)持續(xù)上升之勢，分別從2007年0.02、2.38 m/hm2上升至2017年0.14、3.66 m/hm2，斑塊復雜性增加，反映出城市化進程中對自然水系一定程度上的保護。

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值變化

在2007—2017年間，研究區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值先增加后減少，總體表現(xiàn)為減少，其總價值減少了1.76×106元。2007—2012年，總ESV增加1.04×106元，草地、農田ESV減少，其中農田ESV減少最多，為0.58×106元，水體、林地ESV增加，其中林地增加最多，達1.67×106元，其他用地ESV基本保持不變。2012—2017年，總ESV減少2.8×106元，農田、草地以及其他用地ESV均有不同程度增加，其中農田增加最多，為0.64×106元，林地、水體ESV表現(xiàn)為減少，林地減少量達3.57×106元(表5)。從整體看來，林地ESV所占比重最大，其他地類比重相對穩(wěn)定。綜合以上分析，林地的增加和減少是總ESV變化的主要驅動因素。

4 結論與討論

1)2007—2017年間，研究區(qū)各景觀類型面積比例發(fā)生了很大程度的變化，景觀總體變化特征表現(xiàn)為農田波動性增加，水體、裸地先增后減，建設用地、草地先減后增。建設用地雖在2007—2012年間略有減少，但在2012—2017年間急劇增加，其動態(tài)度達32.19%，變化速度最快，遠遠高于其他景觀類型。研究期內北碚近郊區(qū)景觀整體動態(tài)度持續(xù)增加，尤其近5年(2012—2017)景觀變化劇烈，土地流轉頻繁。2010—2013年，隨著北碚區(qū)登山游步道的修建，建設用地中交通用地面積持續(xù)上升，至2013年交通用地已占建設用地的38%；2012—2017年，隨著鄉(xiāng)村旅游的大力發(fā)展，棗樹、枇杷、梨等經(jīng)果林面積大大增加，截至2017年約有22.08 hm2。

表5 研究區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值

2)景觀格局動態(tài)分析結果表明，研究區(qū)在2007—2017年間，景觀類型的空間自然連通性增大，景觀破碎化程度增大，空間連接性和景觀異質性不斷增強。在景觀類型水平上，林地景觀破碎化程度降低，趨向于均衡分布的空間結構；農田景觀破碎化程度增加，一定程度上反映了城市化進程中人類活動對農田景觀的干擾作用持續(xù)增加，農田景觀也從聚集趨向于分散經(jīng)營；隨著城市化活動的加強，研究期內建設用地破碎化程度增加，建設用地也由分散趨于集中化發(fā)展。

3)2007—2017年間，研究區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值也發(fā)生了顯著變化。從單一土地利用類型來看，草地、農田、林地ESV波動性減少，水體ESV波動性增加，其他用地ESV基本保持不變。從整體看來，林地ESV所占比重最大，其他地類比重相對穩(wěn)定，研究區(qū)域內土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能總價值波動性減少，其總價值減少了1.76×106元。在城市化進程中，退耕還林政策的實施，果業(yè)種植、鄉(xiāng)村旅游的發(fā)展以及第三產業(yè)的發(fā)展是維持研究區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能價值動態(tài)平衡的重要因素。

4)本研究采用衛(wèi)星遙感影像作為主要信息源，利用3S技術進行景觀格局變化分析，景觀類型的分類和景觀指數(shù)的選擇很大程度上影響著結果的可信度，并且衛(wèi)星遙感影像的精度也影響著結果的精確度，所以，如何提高復雜山區(qū)景觀分類的精度是進一步需要研究和探討的問題。本研究的結果可為研究區(qū)景觀規(guī)劃提供一定的借鑒。

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