盘锦地区景观多样性及其变化研究
《西北林学院学报》2015年4期
作者：蔡元帅，曲 波，吕久俊
（1.沈阳农业大学，辽宁 沈阳110866；2.辽宁省环境科学研究院，辽宁 沈阳110161）
景观多样性是指景观在结构、功能和时间变化方面的多样性，其分析源于景观生态学景观格局演变分析研究［1］。景观多样性包括斑块多样性、类型多样性和格局多样性［2-5］，它们从不同侧面反映景观的复杂性。景观多样性是决定生物的遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性的基础。景观多样性的研究可以合理地评估自然和人为因素对景观破碎化以及生物多样性的影响，有利于更有效更及时地制定生态环境保护措施。运用多样性指数对景观变化的研究多借助于遥感及地理信息系统分析手段［6-9］，研究对象往往集中于湿地等景观上［10-12］，而全面反映地区景观多样性的变化以及驱动力分析方面的研究报道还较欠缺。
盘锦地区位于辽宁省中部，辽河下游，渤海之滨，地处121°33′-122°28′E，40°41′-41°28′N，是辽河下游三角洲的中心地带。地势地貌特征是北高南低，属暖温带大陆性半湿润季风型气候。盘锦地区辽东湾湿地属于低平湿地，由海退和河流冲积而成，表层由淤泥质亚黏土组成，质地黏重，湿地平原多属于间歇性积水沼泽。盘锦地区主要由湿地、农田和城镇景观组成。本研究将借助景观生态学方法和统计学途径对2000-2010年盘锦地区景观多样性的动态变化进行研究，分析盘锦地区10a景观多样性的演变规律及其驱动力，以期为盘锦地区景观多样性保护提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 景观分类系统的建立
研究基于功能结构形态分类思想以及综合考虑景观分类实用目的、景观功能、景观结构、自然地理因子、人类活动的干扰强度等多种因素，并参考相关研究［13-16］，将景观分类体系建立如下（表1）。
表1 盘锦地区景观分类系统Table 1 The classification system of landscape in Panjin area
图1 盘锦地区2000、2005、2010年景观分布Fig.1 Landscape distribution of 2000，2005，and 2010in Panjin area
1.2 景观制图与GIS分析
利用2000、2005、2010年3个时相 Landsat TM／ETM遥感影像数据，在进行大气校正、正射校正和几何校正等处理，以及对影像的时相、云量、波段、噪音、变形、条带、像元大小等进行检查后，基于构建的景观分类体系，对遥感影像分类解译，获得2000、2005、2010年盘锦地区土地利用类型数据。编制2000、2005、2010年盘锦地区景观现状图（图1）。为使上述数据精度可靠，真实反映不同时期景观和土地利用状况，制图中采用相同的景观分类系统、相同的地图投影和最小制图单元。将以上数据进行叠加分析和数据统计分析，研究景观多样性的变化。
1.3 景观多样性的指标选取
通过比较景观格局指数特征［17-19］选取包括研究区总的斑块数（NP）、平均斑块面积（MPS）、边界密度（ED）3个指数，以及各生态系统类型的斑块平均面积、斑块数和分维数（D）来对斑块多样性进行描述。根据前人经验［20-21］，类型多样性指标主要包括多样性指数、优势度［22］和均匀度指数。多样性指数反映景观要素的多少和各景观要素所占比例的变化。优势度指数表示景观多样性对最大多样性的偏离程度，或描述景观结构中一种或几种景观类型支配景观的程度［23］。均匀度指数（E）反映景观里不同景观类型的分配均匀程度［24］。参考其他研究［25-27］，选取描述格局多样性的指标包括景观聚集度指数（RC）和破碎度指数（FN）。RC反映景观中不同斑块类型的非随机性或聚集程度［28］。破碎度指数反映景观被分割的破碎程度［29-31］，它在一定程度上体现人为对景观的干扰程度。具体指标见表2。
表2 盘锦地区各类型景观的面积Table 2 The areas of different landscape types in Panjin
1.4 数据处理
利用景观格局指数计算软件FRAGSTATS获得表3，再运用景观生态学统计的方法来分析数据。
表3 采用的景观格局指标Table 3 Indices of landscape patterns
2 结果与分析
2.1 景观斑块多样性分析
由表4看出，盘锦地区斑块多样性的变化特点是：从2000-2005年斑块总数由6 189个增加了8个到6 197个，原因是城镇景观中的居住地斑块数的增加，边界密度由30.91m·hm-2增加到31.26 m·hm-2，平均斑块面积由56.51m·hm-2减少到56.44m·hm-2，主要是城镇景观中的居住地和交通用地以及农田景观中的水田和旱地平均斑块面积的减少，说明2000-2005年研究区的破碎化程度加深，其原因主要是城镇景观发育愈加破碎化，人类活动是主要的影响景观斑块多样性变化的因素。从2005-2010年斑块总数由6 197个增加了21个到6 218个，主要是湿地景观中的水库／坑塘、河流和农田景观中的水田以及城镇景观中的居住地、交通用地斑块数的增加，边界密度由31.26m·hm-2增加到32.30m·hm-2，平均斑块面积由56.44hm2减小到56.39hm2，主要是湿地景观中水库／坑塘和农田中的水田斑块面积减小，说明2005-2010年研究区破碎化程度加深，主要是由于城镇景观破碎化程度加深，人类活动仍是主要的影响景观斑块多样性变化的因素。
表4 盘锦地区斑块多样性总体变化Table 4 Overall changes of patch diversity in Panjin
2.2 景观类型多样性分析
对类型多样性分析可以反映盘锦地区景观中类型的丰富度和复杂度。由表5看出，研究区2000、2005、2010年3a多样性指数从1.357 5增大到1.364 7，再增大到1.374 9；均匀度从0.501 3增大到0.503 9，再增大到0.517 7；优势度从3.157 9减小到3.150 7，再减小到3.140 5。这是因为2000年研究区的景观类型结构相对简单，均质化程度相对较高，湿地和农田景观为研究区内的优势景观。到2005年湿地和农田景观依然为研究区内的优势景观，但已经开始被复杂化的城镇等景观取代，使得多样性指数增大，均匀度增大，优势度减小。到2010年多样性指数继续增大，均匀度继续增大，优势度继续减小，研究区内的优势景观湿地和农田继续被其他景观所侵占，造成上述情况的主要原因是研究区内城镇化水平不断提高，城镇景观不断取代优势景观，占研究区比例不断增大。
表5 盘锦地区景观类型多样性变化Table 5 Landscape diversity changes in Panjin
2.3 景观格局多样性动态分析
对格局多样性分析可以反映盘锦地区景观类型空间分布的多样性及各类型之间以及斑块与斑块之间的空间关系与功能的联系。由表6可以看出，研究区景观格局多样性的聚集度指数从2000年的0.704 7减少到2005年的0.702 9，再减少到2010年的0.699 6，破碎度指数基本不变，聚集反映了少数团聚的大斑块逐渐瓦解，小斑块数量增加，景观变得破碎化，总体格局复杂化的趋势，表明水田和草本沼泽又逐渐被其他景观类型所取代，水田和草本沼泽对其他景观类型的隔离程度减小，与之相应的其他景观类型的连接度有增加的风险。由于研究区内湿地和农田景观的脆弱性，这种格局的变化趋势对湿地和农田景观有影响，对湿地和农田景观的保护不利。
表6 盘锦地区景观格局多样性变化Table 6 Changes of landscape pattern diversity in Panjin
3 结论与讨论
2000-2010年，随着城市和农村居民点持续扩张，景观趋于破碎化，局部地区稳定的自然景观斑块减少，不稳定的城镇景观斑块逐年增加，在这种变化趋势下生态景观格局的稳定性受到威胁。
2000-2010年，盘锦地区以湿地和农田景观为基质的高度均质化的景观生态系统有逐渐转变为以城镇、湿地、农田为基质的异质化的景观生态系统的风险。农田和湿地面积比例超过了生境斑块的连通阈值的60%，其结构和功能稳定性较弱。盘锦地区由湿地和农田2种优势景观组成。
10a间，盘锦地区景观多样性变化的主要驱动力是人类活动，具体包括农村居民点扩张、城市扩展、交通道路修建，以及地区政策性的兴建工业园区、开发区等。
尽管近年来，盘锦市加强了湿地保护的监管力度，但通过此次研究和分析发现，自然景观被侵占的趋势并未得到逆转，并且农田景观也被城镇景观所侵占，研究区内景观破碎化程度增加，人类的影响增大，城市和农村居民点扩张的力度继续提高，这也使得盘锦地区的景观多样保护面临较大压力。
为了降低盘锦地区景观的破碎化程度，保证景观格局合理性，建议控制居住地、交通用地等类型景观的无序扩张，进行合理的生态规划，优先保障脆弱的湿地和水田景观，提高地区的生态安全。如：交通用地的建设，在允许的情况下尽量建设在完整景观的边缘，降低对景观完整性的破坏。目前，对湿地的保护力度远远大于水田，但是水田对盘锦地区也具有极其重要的意义。对于水田被其他景观无序侵占，应该加以控制，参考相关规定，划定水田重要等级，根据发展需要合理谨慎地改变土地类型。为了应对由于不良人为干预对盘锦地区景观多样性造成的破坏，保障地区生态安全，促进经济社会可持续发展，应及早对盘锦地区划定生态保护红线，确保湿地面积不减少，湿地功能不丧失，并实行严格的管理制度，保障以湿地景观为基质的景观。
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