1986～2014年灵川县景观格局动态变化分析

2021-01-13潘锦涛罗楠胡金龙

湖北林业科技 2021年6期

潘锦涛罗楠胡金龙

摘要：以广西灵川县1986年、2000年、2014年Landsat 遥感影像为主要信息源，综合运用3S技术，分析景观格局动态变化特征。结果表明：28年来，灵川县林地、建设用地、裸地持续增加，其中建设用地增幅高达159.11%，农田不断减少，水体和草地先减少后增加，景观变化主要受农林种植活动及城镇化影响;1986～2014年间受林果种植规模化、城镇化面状扩张等影响，整体景观的破碎化程度减弱，斑块趋向于规则化，各景观类型的均匀性、异质性降低;从景观类型来看，林地和建设用地破碎度降低，连接度增加，农田破碎度增加，趋向分散经营，水体以集中分布为主，但连接度降低，草地破碎度降低、斑块复杂性增强，裸地趋向于集中分布。受退耕还林、封山育林、石漠化治理、林果种植以及城乡开发建设等因素驱动，各景观类型主要向林地、建设用地转移。

关键词：景观格局;动态变化;灵川县

中图分类号：S718.5文献标识码：A文章编号：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

景觀格局是景观异质性的具体体现，其动态变化受自然和人为因素的共同作用[1]。景观格局及动态变化分析长期以来都是景观生态学研究的核心问题和热点[23]，国内外众多学者从上世纪90年代起开展了大量相关研究，主要集中于景观格局的空间异质性和时间异质性两个方面[47]。景观格局定量分析是掌握景观演变规律，探明景观变化驱动力，进行景观预测和格局调控优化的基础[811]。国内外景观格局动态变化研究多以区域、流域为研究尺度，在此尺度上开展的土地资源优化配置，不利于优化措施的具体实施，对县域景观可持续管理指导性不强，目前以县域为研究尺度，开展景观格局变化的相关研究较少，而县或县级市作为社会发展和经济生产进行组织与管理的最基本行政单元，开展景观格局变化研究更具有现实意义。

灵川县处于漓江流域中上游，属漓江源与桂林市区的过渡地带，分布有青狮潭、海洋山等大量水源林保护区，生态环境敏感，近年来，在人为和自然等多重因素的干扰下，生态环境问题日益凸显。本研究以1986～2014年灵川县3期遥感影像为基础信息源，综合利用3S技术和Fragstats 3.3格局指数软件，从整体景观和类型两个尺度分析景观格局动态变化特征，为灵川县景观可持续管理、土地资源优化利用提供科学依据。

1研究区概况

灵川县位于广西东北部，地处漓江流域中上游，邻接桂林市区，与龙胜、兴安、灌阳等县交界，地理位置介于25°04′～25°48′N，110°07′～110°47′E之间，辖灵川、潭下、大圩、海洋、潮田等12个乡镇，除汉族外，居住有壮、瑶、回等十几个少数民族，总面积2 301 km2。境内地形复杂，北部、东部为中低山地貌，森林植被保存完好，中部为漓江河谷平原，分布有漓江、甘棠江、潮田河、青狮潭水库、思安江水库等20多条河流和水库;灵川县属亚热带季风气候，季相景观明显，雨量充沛，阳光充足，年平均气温19.1 ℃，年平均雨量1 992.6 mm，有利于各类林果和农作物生产。

2数据与方法

2.1数据来源

本研究采用的数据主要有：灵川县1986年11月LandsatTM、2000年9月LandsatETM+、2014年10月LandsatOLI遥感影像（表1）;灵川县1∶50000地形图、2010年灵川县土地利用现状图;1986～2014年灵川县社会经济统计年鉴以及不同时期的政府工作报告、相关区域规划等。

2.2遥感影像处理

结合实际调研，利用ERDAS 9.2平台，在对遥感影像进行配准、校正的基础上，采用最大似然法监督分类，同时结合目视人工修正，对景观类型进行解译，参考相关研究[12]，将灵川县景观划分为：林地、农田、建设用地、水体、草地和裸地，采用Accuracy Assessment模块评估分类精度，把随机点分别与实际调查类型进行比对，输入各随机点的实际类别，生成分类精度报告，1986年、2000年、2014年总体分类精度分别为：86.25%、86.54%、88.63%，遥感影像解译结果见图1。

2.3景观格局指数选择

景观格局指数分析是目前测度区域景观格局变化的主要方法。参考相关文献[1315]，遵循既能全面反映格局信息，又避免冗余、重复的原则，结合灵川县景观斑块的实际情况，进行格局指标的选取。景观水平上主要选取斑块密度（PD，个·hm-2）、边界密度（ED，m·hm-2）、面积加权分维数（FRAC_AM）、聚合度（AI）、平均临近距离（ENN_AM，m）、香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（SHEI）等7个指标。类型水平上主要选取斑块密度、最大斑块指数（LPI，%）、边界密度、平均临近距离、散布与并列指数（IJI）、聚合度（AI）等6个指标，上述景观格局指数的计算公式和生态学意义见参考文献[16]

3结果与分析

3.1景观总体变化分析

1986～2014年灵川县各景观类型面积均发生了不同程度变化（表2）。林地持续增加，面积占比由1986年的77.21%增加到2014年的85.72%，净增196.39 km2，属于区域景观的基质;农田不断减少，由1986年的411.29 km2下降到2014年的185.92 km2，降幅达54.80%;结合1986～2014年灵川县景观类型分布图可以看出，受城镇化加速扩张、新农村建设持续推进、乡村旅游日益繁盛等因素影响，建设用地快速增加，由1986年的19.32 km2增加到2014年的41.72 km2，增幅高达159.11%，远高于其他景观类型，但在整体景观的占比不大，研究期内均未超过3%;水体先减少后增加，整体上小幅减少0.95 km2，保持相对稳定，前期减少主要由填水造陆引起，2000年后围绕各大水库区域的水产养殖带来水体面积增加。草地面积先减少后增加，前期減少主要由荒地造林、垦荒种田引起，后期增加主要由农民外出务工、粮食生产收益低等带来的土地撂荒以及森林采伐形成的迹地引起;裸地持续增加，主要由开山采石、水陆变迁等引起，但面积占比很小，在整体景观变化中反应不明显。

3.2景观格局动态变化分析

3.2.1景观水平的格局变化

由表3可见，灵川县景观斑块密度由1986年的3.57 个·hm-2增加到2000年的3.82 个·hm-2后又下降为2014年的3.45 个·hm-2，表明1986～2000年间分散的小规模水果种植、居民点离散增加使景观破碎化程度加剧，2000年后林果种植趋向于“一镇一品”的规模化经营、城镇化以面状扩张为主使整体破碎度降低;边界密度呈先增加后减少趋势，说明前期局部种植结构调整以及离散的城乡建设活动，使斑块的复杂性增加，相互作用加强，后期人类的干扰活动显著增强，斑块趋向于集中分布，复杂性降低，相互作用减弱;斑块结合度，虽有小幅波动，但均接近于1，表明研究区斑块类型分布集中，具有较大的空间自然连通性;香农多样性指数和香农均匀度指数分别由1986年的0.71和0.40下降为2014年的0.59和0.33，且数值较小，表明研究区各景观类型的均匀性、异质性降低，主要因为封山育林、退耕还林、石漠化治理、水果规模化种植等多因素推动，林地面积占比不断增大，作为优势景观的地位进一步强化，与之相反，比重居第二位的农田，受种植结构调整、城乡扩展、工业发展等影响，占比快速下降。

3.2.2景观类型水平的格局变化

研究期内不同景观类型的格局指数均发生明显变化。由表4可以看出，林地的斑块密度、边界密度先增后减，最大斑块指数由39.96%增加到45.22%，平均邻近距离减小，散布并列指数和聚合度持续增加，表明在退耕还林、封山育林、林果种植等多因素驱动下，研究期内林地的破碎化程度降低，逐渐趋向于集中连片分布，斑块间的临近距离减小相互作用加强，连接度增加，有利于区域内物种迁移和生物多样性保护。

农田的斑块密度先增加后减少，整体增加0.03个·hm-2，边界密度和最大斑块指数不断下降，2000～2014年间减少最为明显，散布并列指数和聚合度不断降低，平均邻近距离先减少后增加，表明研究期内受乡村居民点向农田无序扩展，尤其是高速公路、铁路、“村村通”等交通设施建设的影响，农田的破碎化程度增加，斑块边缘趋向于规则化，聚集的程度减弱，连接度降低，分散经营趋势明显。

建设用地的斑块密度先较快增加后趋于平缓，最大斑块指数虽小但增幅很大，尤其2000年后增加最为显著，平均临近距离和散布并列指数不断减少，聚合度增加。上述指数变化表明，1986～2000年间城乡建设活动虽然较为活跃，但以离散点状为主，破碎度增加，2000～2014年间城镇化以及交通设施建设力度明显加强，以面状扩张为主，最大斑块面积增加，斑块聚集度增加，连通性变强。

水体的斑块密度和边界密度先增后减，最大斑块指数先减后增，表明前期局部区域的填水造陆导致部分水体受到侵占，破碎化程度上升，后期由于对江河、水库进行了有效保护主要水体斑块面积增加;平均临近距离增加、散布并列指数降低，聚合度增加并保持较大数值，表明水体聚集程度增加以集中分布为主，但连通性变弱，不利于物种流通和多样性保护，将来除进行水体的有效保护外，需加强水体间的连通，增加连接度。

草地的斑块密度先增加后减少，边界密度、最大斑块指数、散布并列指数、聚合度均呈现先减少后增加的趋势，整体变化不大，最大斑块指数仅为0.02%～0.05%，散布并列指数和聚合度较低，前期由于垦荒进行农林种植，使草地镶嵌布局，破碎度升高，后期由于外出务工以及低收益土地的撂荒，破碎度降低、斑块复杂性增加，人为干扰变小。

裸地的斑块密度很小但变化剧烈，这与人类的破坏活动和水文条件变化引起直接相关;边界密度、平均邻近距离、散布并列指数、聚合度均有增加，表明裸地边缘复杂性和聚集程度增加，趋向于集中分布。

3.3不同景观类型间转移特征

研究期内灵川县各景观类型均发生了不同程度的转移（表5）。草地的变化最为明显，高达64.74%和9.39%的面积分别转化为林地和农田，主要由经济林和水果种植、封山育林以及低海拔地区农田开垦引起。裸地的转化也较为明显，大部分转向林地和水体，主要由采石场植被恢复、石漠化治理以及滨水区域的水位变化引起;13.98%和4.09%的建设用地转向林地和农田，归因于高海拔、交通条件欠佳等区域村落的自然衰落以及旧村拆迁改造;水体受到较好的保护，转化率较低，大部分水体的转化由水位变化引起，少量为城乡建设所占用;农田的转移面积最大，转移去向主要为林地，其次为建设用地和草地，转化率分别为：55.42%、5.39%和3.45%，主要由林果种植、退耕还林、城乡开发建设以及农民土地撂荒等因素引起。林地转移的面积也较大，主要转移去向为农田、草地、建设用地，主要由于农林种植结构调整、林木砍伐以及城镇扩展等因素引起。整体来看，林地、农田、建设用地是各景观类型转移的主要去向，经济因素驱动下的种植结构调整带来林地和农田间大量的相互转移。

4结论与讨论

4.1结论

1986～2014年林地作为区域主导景观，面积持续增加，研究期未占比高达85.72%，农田不断减少，建设用地增加迅速，远高于其他景观类型，水体和草地均呈先减少后增加的趋势，整体上均有小幅减少，裸地持续增加，但在整体景观变化中反应不明显;在景观水平上，斑块密度、边界密度、面积加权分维数呈波动下降趋势，聚合度和平均邻近距离波动增加，香农多样性指数和香农均匀度指数持续减小，景观的破碎化程度减弱，斑块趋向于规则化，各景观类型的均匀性、异质性降低;类型水平上，林地的破碎化程度降低，逐渐趋向于集中连片分布，连接度增加，农田的破碎化程度增加、斑块边缘趋向于规则化，建设用地聚集度增加、连通性变强，水体以集中分布为主，但连通性变弱，草地破碎度先增后减、斑块复杂性增加，裸地趋向于集中分布。研究期内各景观类型均有不同程度转移，草地变化最为剧烈，农田转移面积最大，其次为林地。受林果种植、退耕还林、封山育林、石漠化治理以及城乡开发建设等因素驱动，各景观类型主要向为林地、农田、建设用地转移。

4.2讨论

目前开展的大量景观格局变化相关研究中主要选取间隔5～10 a遥感影像进行数据分析，能够获得比较详尽的景观格局时间尺度上的变化，但非常短或非常长的时间段都有可能掩盖景观结构变化的真实情况[17]，本研究在分析灵川县社会经济发展阶段特征的基础上，选择2000年作为间隔划分的关键时点，更能准确掌握景观格局的变化趋势和驱动因素。

研究中发现，灵川县景观变化的主要驱动响因素为林果种植、退耕还林、封山育林、石漠化治理以及城乡开发建设等，后期景观可持续管理中，需要做好农林业发展规划、森林保育规划、土地利用规划等不同规划间的有效衔接。另外，過往相关研究主要以区域、流域等大尺度范围为主，提出的景观格局优化措施，可操作性偏弱、指导性不强，本文以社会发展和经济生产进行组织与管理的最基本行政单元——县为研究对象，更有利于优化措施的具体实施，对景观可持续管理更具有参考价值。灵川属于多山地区且山体坡度大，山体阴影对景观分类的精度影响较大，虽然影像解译过程配合人工目视调整，但仍存在一定的错误分类，可能对结果产生一定的影响。

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