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1986~2014年靈川縣景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析

2021-01-13 00:50潘錦濤羅楠胡金龍
湖北林業(yè)科技 2021年6期
關(guān)鍵詞:景觀格局動(dòng)態(tài)變化

潘錦濤 羅楠 胡金龍

摘要:以廣西靈川縣1986年、2000年、2014年Landsat 遙感影像為主要信息源,綜合運(yùn)用3S技術(shù),分析景觀格局動(dòng)態(tài)變化特征。結(jié)果表明:28年來,靈川縣林地、建設(shè)用地、裸地持續(xù)增加,其中建設(shè)用地增幅高達(dá)159.11%,農(nóng)田不斷減少,水體和草地先減少后增加,景觀變化主要受農(nóng)林種植活動(dòng)及城鎮(zhèn)化影響;1986~2014年間受林果種植規(guī)模化、城鎮(zhèn)化面狀擴(kuò)張等影響,整體景觀的破碎化程度減弱,斑塊趨向于規(guī)則化,各景觀類型的均勻性、異質(zhì)性降低;從景觀類型來看,林地和建設(shè)用地破碎度降低,連接度增加,農(nóng)田破碎度增加,趨向分散經(jīng)營,水體以集中分布為主,但連接度降低,草地破碎度降低、斑塊復(fù)雜性增強(qiáng),裸地趨向于集中分布。受退耕還林、封山育林、石漠化治理、林果種植以及城鄉(xiāng)開發(fā)建設(shè)等因素驅(qū)動(dòng),各景觀類型主要向林地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)移。

關(guān)鍵詞:景觀格局;動(dòng)態(tài)變化;靈川縣

中圖分類號(hào):S718.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004-3020(2021)06-0030-06Dynamic Changes of Landscape Pattern in Lingchuan County During 19862014Pan Jintao Luo Nan Hu Jinlong

(Tourism and Landscape Architecture College,Guilin University of TechnologyGuilin541004)

Abstract:Based on 3S technology,landsat remote images of Lingchuan County in 1986,2000 and 2014 were used to study dynamic changes of landscape pattern during 1986~2014.The results showed that woodland,construction land and bare land continuously increased,and construction land increased by 159.11%,meanwhile,farmland rapidly decreased,and water body and grassland decreased first and then increased,and landscape change was mainly affected by agricultural and forestry planting activities and urbanization in the past 28 years. Due to the scale of forest and fruit planting and the horizontal expansion of urbanization,fragmentation degree of the whole landscape and patch complexity decreased,and evenness and heterogeneity of various landscape types weakened during 1986~2014. On the landscape type scale,the fragmentation degree of woodland and construction land decreased,while connectivity degree increased. Farmland tended to be separated management,and the fragmentation degree increased. Water body was concentrated distribution and connectivity decreased. Fragmentation degree of grassland decreased,and patch complexity was enhanced. The distribution of bare land tended to be concentrated. All kinds of landscape types mainly translated into the woodland and construction land because of the conversion of farmland into forestland,closing the land for reforestation,treatment of stony desertification,the planting of woods and fruit,urban land expansion and so on.

Key words:landscape pattern; dynamic change; Lingchuan County

景觀格局是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn),其動(dòng)態(tài)變化受自然和人為因素的共同作用[1]。景觀格局及動(dòng)態(tài)變化分析長期以來都是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心問題和熱點(diǎn)[23],國內(nèi)外眾多學(xué)者從上世紀(jì)90年代起開展了大量相關(guān)研究,主要集中于景觀格局的空間異質(zhì)性和時(shí)間異質(zhì)性兩個(gè)方面[47]。景觀格局定量分析是掌握景觀演變規(guī)律,探明景觀變化驅(qū)動(dòng)力,進(jìn)行景觀預(yù)測(cè)和格局調(diào)控優(yōu)化的基礎(chǔ)[811]。國內(nèi)外景觀格局動(dòng)態(tài)變化研究多以區(qū)域、流域?yàn)檠芯砍叨?,在此尺度上開展的土地資源優(yōu)化配置,不利于優(yōu)化措施的具體實(shí)施,對(duì)縣域景觀可持續(xù)管理指導(dǎo)性不強(qiáng),目前以縣域?yàn)檠芯砍叨?,開展景觀格局變化的相關(guān)研究較少,而縣或縣級(jí)市作為社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)進(jìn)行組織與管理的最基本行政單元,開展景觀格局變化研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。

靈川縣處于漓江流域中上游,屬漓江源與桂林市區(qū)的過渡地帶,分布有青獅潭、海洋山等大量水源林保護(hù)區(qū),生態(tài)環(huán)境敏感,近年來,在人為和自然等多重因素的干擾下,生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯。本研究以1986~2014年靈川縣3期遙感影像為基礎(chǔ)信息源,綜合利用3S技術(shù)和Fragstats 3.3格局指數(shù)軟件,從整體景觀和類型兩個(gè)尺度分析景觀格局動(dòng)態(tài)變化特征,為靈川縣景觀可持續(xù)管理、土地資源優(yōu)化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

靈川縣位于廣西東北部,地處漓江流域中上游,鄰接桂林市區(qū),與龍勝、興安、灌陽等縣交界,地理位置介于25°04′~25°48′N,110°07′~110°47′E之間,轄靈川、潭下、大圩、海洋、潮田等12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),除漢族外,居住有壯、瑤、回等十幾個(gè)少數(shù)民族,總面積2 301 km2。境內(nèi)地形復(fù)雜,北部、東部為中低山地貌,森林植被保存完好,中部為漓江河谷平原,分布有漓江、甘棠江、潮田河、青獅潭水庫、思安江水庫等20多條河流和水庫;靈川縣屬亞熱帶季風(fēng)氣候,季相景觀明顯,雨量充沛,陽光充足,年平均氣溫19.1 ℃,年平均雨量1 992.6 mm,有利于各類林果和農(nóng)作物生產(chǎn)。

2數(shù)據(jù)與方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究采用的數(shù)據(jù)主要有:靈川縣1986年11月LandsatTM、2000年9月LandsatETM+、2014年10月LandsatOLI遙感影像(表1);靈川縣1∶50000地形圖、2010年靈川縣土地利用現(xiàn)狀圖;1986~2014年靈川縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒以及不同時(shí)期的政府工作報(bào)告、相關(guān)區(qū)域規(guī)劃等。

2.2遙感影像處理

結(jié)合實(shí)際調(diào)研,利用ERDAS 9.2平臺(tái),在對(duì)遙感影像進(jìn)行配準(zhǔn)、校正的基礎(chǔ)上,采用最大似然法監(jiān)督分類,同時(shí)結(jié)合目視人工修正,對(duì)景觀類型進(jìn)行解譯,參考相關(guān)研究[12],將靈川縣景觀劃分為:林地、農(nóng)田、建設(shè)用地、水體、草地和裸地,采用Accuracy Assessment模塊評(píng)估分類精度,把隨機(jī)點(diǎn)分別與實(shí)際調(diào)查類型進(jìn)行比對(duì),輸入各隨機(jī)點(diǎn)的實(shí)際類別,生成分類精度報(bào)告,1986年、2000年、2014年總體分類精度分別為:86.25%、86.54%、88.63%,遙感影像解譯結(jié)果見圖1。

2.3景觀格局指數(shù)選擇

景觀格局指數(shù)分析是目前測(cè)度區(qū)域景觀格局變化的主要方法。參考相關(guān)文獻(xiàn)[1315],遵循既能全面反映格局信息,又避免冗余、重復(fù)的原則,結(jié)合靈川縣景觀斑塊的實(shí)際情況,進(jìn)行格局指標(biāo)的選取。景觀水平上主要選取斑塊密度(PD,個(gè)·hm-2)、邊界密度(ED,m·hm-2)、面積加權(quán)分維數(shù)(FRAC_AM)、聚合度(AI)、平均臨近距離(ENN_AM,m)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)和香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)等7個(gè)指標(biāo)。類型水平上主要選取斑塊密度、最大斑塊指數(shù)(LPI,%)、邊界密度、平均臨近距離、散布與并列指數(shù)(IJI)、聚合度(AI)等6個(gè)指標(biāo),上述景觀格局指數(shù)的計(jì)算公式和生態(tài)學(xué)意義見參考文獻(xiàn)[16]

3結(jié)果與分析

3.1景觀總體變化分析

1986~2014年靈川縣各景觀類型面積均發(fā)生了不同程度變化(表2)。林地持續(xù)增加,面積占比由1986年的77.21%增加到2014年的85.72%,凈增196.39 km2,屬于區(qū)域景觀的基質(zhì);農(nóng)田不斷減少,由1986年的411.29 km2下降到2014年的185.92 km2,降幅達(dá)54.80%;結(jié)合1986~2014年靈川縣景觀類型分布圖可以看出,受城鎮(zhèn)化加速擴(kuò)張、新農(nóng)村建設(shè)持續(xù)推進(jìn)、鄉(xiāng)村旅游日益繁盛等因素影響,建設(shè)用地快速增加,由1986年的19.32 km2增加到2014年的41.72 km2,增幅高達(dá)159.11%,遠(yuǎn)高于其他景觀類型,但在整體景觀的占比不大,研究期內(nèi)均未超過3%;水體先減少后增加,整體上小幅減少0.95 km2,保持相對(duì)穩(wěn)定,前期減少主要由填水造陸引起,2000年后圍繞各大水庫區(qū)域的水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來水體面積增加。草地面積先減少后增加,前期減少主要由荒地造林、墾荒種田引起,后期增加主要由農(nóng)民外出務(wù)工、糧食生產(chǎn)收益低等帶來的土地撂荒以及森林采伐形成的跡地引起;裸地持續(xù)增加,主要由開山采石、水陸變遷等引起,但面積占比很小,在整體景觀變化中反應(yīng)不明顯。

3.2景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析

3.2.1景觀水平的格局變化

由表3可見,靈川縣景觀斑塊密度由1986年的3.57 個(gè)·hm-2增加到2000年的3.82 個(gè)·hm-2后又下降為2014年的3.45 個(gè)·hm-2,表明1986~2000年間分散的小規(guī)模水果種植、居民點(diǎn)離散增加使景觀破碎化程度加劇,2000年后林果種植趨向于“一鎮(zhèn)一品”的規(guī)模化經(jīng)營、城鎮(zhèn)化以面狀擴(kuò)張為主使整體破碎度降低;邊界密度呈先增加后減少趨勢(shì),說明前期局部種植結(jié)構(gòu)調(diào)整以及離散的城鄉(xiāng)建設(shè)活動(dòng),使斑塊的復(fù)雜性增加,相互作用加強(qiáng),后期人類的干擾活動(dòng)顯著增強(qiáng),斑塊趨向于集中分布,復(fù)雜性降低,相互作用減弱;斑塊結(jié)合度,雖有小幅波動(dòng),但均接近于1,表明研究區(qū)斑塊類型分布集中,具有較大的空間自然連通性;香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)分別由1986年的0.71和0.40下降為2014年的0.59和0.33,且數(shù)值較小,表明研究區(qū)各景觀類型的均勻性、異質(zhì)性降低,主要因?yàn)榉馍接?、退耕還林、石漠化治理、水果規(guī)模化種植等多因素推動(dòng),林地面積占比不斷增大,作為優(yōu)勢(shì)景觀的地位進(jìn)一步強(qiáng)化,與之相反,比重居第二位的農(nóng)田,受種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、城鄉(xiāng)擴(kuò)展、工業(yè)發(fā)展等影響,占比快速下降。

3.2.2景觀類型水平的格局變化

研究期內(nèi)不同景觀類型的格局指數(shù)均發(fā)生明顯變化。由表4可以看出,林地的斑塊密度、邊界密度先增后減,最大斑塊指數(shù)由39.96%增加到45.22%,平均鄰近距離減小,散布并列指數(shù)和聚合度持續(xù)增加,表明在退耕還林、封山育林、林果種植等多因素驅(qū)動(dòng)下,研究期內(nèi)林地的破碎化程度降低,逐漸趨向于集中連片分布,斑塊間的臨近距離減小相互作用加強(qiáng),連接度增加,有利于區(qū)域內(nèi)物種遷移和生物多樣性保護(hù)。

農(nóng)田的斑塊密度先增加后減少,整體增加0.03個(gè)·hm-2,邊界密度和最大斑塊指數(shù)不斷下降,2000~2014年間減少最為明顯,散布并列指數(shù)和聚合度不斷降低,平均鄰近距離先減少后增加,表明研究期內(nèi)受鄉(xiāng)村居民點(diǎn)向農(nóng)田無序擴(kuò)展,尤其是高速公路、鐵路、“村村通”等交通設(shè)施建設(shè)的影響,農(nóng)田的破碎化程度增加,斑塊邊緣趨向于規(guī)則化,聚集的程度減弱,連接度降低,分散經(jīng)營趨勢(shì)明顯。

建設(shè)用地的斑塊密度先較快增加后趨于平緩,最大斑塊指數(shù)雖小但增幅很大,尤其2000年后增加最為顯著,平均臨近距離和散布并列指數(shù)不斷減少,聚合度增加。上述指數(shù)變化表明,1986~2000年間城鄉(xiāng)建設(shè)活動(dòng)雖然較為活躍,但以離散點(diǎn)狀為主,破碎度增加,2000~2014年間城鎮(zhèn)化以及交通設(shè)施建設(shè)力度明顯加強(qiáng),以面狀擴(kuò)張為主,最大斑塊面積增加,斑塊聚集度增加,連通性變強(qiáng)。

水體的斑塊密度和邊界密度先增后減,最大斑塊指數(shù)先減后增,表明前期局部區(qū)域的填水造陸導(dǎo)致部分水體受到侵占,破碎化程度上升,后期由于對(duì)江河、水庫進(jìn)行了有效保護(hù)主要水體斑塊面積增加;平均臨近距離增加、散布并列指數(shù)降低,聚合度增加并保持較大數(shù)值,表明水體聚集程度增加以集中分布為主,但連通性變?nèi)?,不利于物種流通和多樣性保護(hù),將來除進(jìn)行水體的有效保護(hù)外,需加強(qiáng)水體間的連通,增加連接度。

草地的斑塊密度先增加后減少,邊界密度、最大斑塊指數(shù)、散布并列指數(shù)、聚合度均呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì),整體變化不大,最大斑塊指數(shù)僅為0.02%~0.05%,散布并列指數(shù)和聚合度較低,前期由于墾荒進(jìn)行農(nóng)林種植,使草地鑲嵌布局,破碎度升高,后期由于外出務(wù)工以及低收益土地的撂荒,破碎度降低、斑塊復(fù)雜性增加,人為干擾變小。

裸地的斑塊密度很小但變化劇烈,這與人類的破壞活動(dòng)和水文條件變化引起直接相關(guān);邊界密度、平均鄰近距離、散布并列指數(shù)、聚合度均有增加,表明裸地邊緣復(fù)雜性和聚集程度增加,趨向于集中分布。

3.3不同景觀類型間轉(zhuǎn)移特征

研究期內(nèi)靈川縣各景觀類型均發(fā)生了不同程度的轉(zhuǎn)移(表5)。草地的變化最為明顯,高達(dá)64.74%和9.39%的面積分別轉(zhuǎn)化為林地和農(nóng)田,主要由經(jīng)濟(jì)林和水果種植、封山育林以及低海拔地區(qū)農(nóng)田開墾引起。裸地的轉(zhuǎn)化也較為明顯,大部分轉(zhuǎn)向林地和水體,主要由采石場(chǎng)植被恢復(fù)、石漠化治理以及濱水區(qū)域的水位變化引起;13.98%和4.09%的建設(shè)用地轉(zhuǎn)向林地和農(nóng)田,歸因于高海拔、交通條件欠佳等區(qū)域村落的自然衰落以及舊村拆遷改造;水體受到較好的保護(hù),轉(zhuǎn)化率較低,大部分水體的轉(zhuǎn)化由水位變化引起,少量為城鄉(xiāng)建設(shè)所占用;農(nóng)田的轉(zhuǎn)移面積最大,轉(zhuǎn)移去向主要為林地,其次為建設(shè)用地和草地,轉(zhuǎn)化率分別為:55.42%、5.39%和3.45%,主要由林果種植、退耕還林、城鄉(xiāng)開發(fā)建設(shè)以及農(nóng)民土地撂荒等因素引起。林地轉(zhuǎn)移的面積也較大,主要轉(zhuǎn)移去向?yàn)檗r(nóng)田、草地、建設(shè)用地,主要由于農(nóng)林種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、林木砍伐以及城鎮(zhèn)擴(kuò)展等因素引起。整體來看,林地、農(nóng)田、建設(shè)用地是各景觀類型轉(zhuǎn)移的主要去向,經(jīng)濟(jì)因素驅(qū)動(dòng)下的種植結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來林地和農(nóng)田間大量的相互轉(zhuǎn)移。

4結(jié)論與討論

4.1結(jié)論

1986~2014年林地作為區(qū)域主導(dǎo)景觀,面積持續(xù)增加,研究期未占比高達(dá)85.72%,農(nóng)田不斷減少,建設(shè)用地增加迅速,遠(yuǎn)高于其他景觀類型,水體和草地均呈先減少后增加的趨勢(shì),整體上均有小幅減少,裸地持續(xù)增加,但在整體景觀變化中反應(yīng)不明顯;在景觀水平上,斑塊密度、邊界密度、面積加權(quán)分維數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì),聚合度和平均鄰近距離波動(dòng)增加,香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)持續(xù)減小,景觀的破碎化程度減弱,斑塊趨向于規(guī)則化,各景觀類型的均勻性、異質(zhì)性降低;類型水平上,林地的破碎化程度降低,逐漸趨向于集中連片分布,連接度增加,農(nóng)田的破碎化程度增加、斑塊邊緣趨向于規(guī)則化,建設(shè)用地聚集度增加、連通性變強(qiáng),水體以集中分布為主,但連通性變?nèi)酰莸仄扑槎认仍龊鬁p、斑塊復(fù)雜性增加,裸地趨向于集中分布。研究期內(nèi)各景觀類型均有不同程度轉(zhuǎn)移,草地變化最為劇烈,農(nóng)田轉(zhuǎn)移面積最大,其次為林地。受林果種植、退耕還林、封山育林、石漠化治理以及城鄉(xiāng)開發(fā)建設(shè)等因素驅(qū)動(dòng),各景觀類型主要向?yàn)榱值?、農(nóng)田、建設(shè)用地轉(zhuǎn)移。

4.2討論

目前開展的大量景觀格局變化相關(guān)研究中主要選取間隔5~10 a遙感影像進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,能夠獲得比較詳盡的景觀格局時(shí)間尺度上的變化,但非常短或非常長的時(shí)間段都有可能掩蓋景觀結(jié)構(gòu)變化的真實(shí)情況[17],本研究在分析靈川縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段特征的基礎(chǔ)上,選擇2000年作為間隔劃分的關(guān)鍵時(shí)點(diǎn),更能準(zhǔn)確掌握景觀格局的變化趨勢(shì)和驅(qū)動(dòng)因素。

研究中發(fā)現(xiàn),靈川縣景觀變化的主要驅(qū)動(dòng)響因素為林果種植、退耕還林、封山育林、石漠化治理以及城鄉(xiāng)開發(fā)建設(shè)等,后期景觀可持續(xù)管理中,需要做好農(nóng)林業(yè)發(fā)展規(guī)劃、森林保育規(guī)劃、土地利用規(guī)劃等不同規(guī)劃間的有效銜接。另外,過往相關(guān)研究主要以區(qū)域、流域等大尺度范圍為主,提出的景觀格局優(yōu)化措施,可操作性偏弱、指導(dǎo)性不強(qiáng),本文以社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)進(jìn)行組織與管理的最基本行政單元——縣為研究對(duì)象,更有利于優(yōu)化措施的具體實(shí)施,對(duì)景觀可持續(xù)管理更具有參考價(jià)值。靈川屬于多山地區(qū)且山體坡度大,山體陰影對(duì)景觀分類的精度影響較大,雖然影像解譯過程配合人工目視調(diào)整,但仍存在一定的錯(cuò)誤分類,可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

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(責(zé)任編輯:唐嵐)

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