兰州新区2010—2020年景观格局动态变化研究

甘肃省生态环境科学设计研究院 李崇源

景观格局变化是生态环境状况评估的基础底数，是当前城市化发展背景下生态环境状况评估的重要评价依据［1］。景观格局和生态系统相互作用、相互影响，它们的变化最终反映在生态系统服务功能的变化上［2-4］。景观格局因土地利用和植被覆盖状况的改变而改变，这种改变不仅是景观上的，还与区域土壤侵蚀、水文循环、物质能量流动息息相关，并最终影响生态产品的供给［5-7］。不同的土地利用类型和生态系统形成的镶嵌体就是景观，而景观格局是构成景观的一种空间配置，它是因为在不同尺度上生态系统/土地利用和植被类型相关变化而形成的［8-9］。通过对区域土地利用和植被覆盖时空变化的研究，对于揭示景观格局和生态系统服务功能之间的关系有重要意义［10-11］。

兰州新区位于祁连山东部边缘，是兰州市生态安全屏障区，是2012年国家批准的第五个国家级新区。近年来，随着新区经济的不断发展，区域景观格局发生了明显的变化，本文以兰州新区景观格局及其10年变化遥感调查以遥感数据为基础，通过面积单元统计、动态度计算、转移矩阵和景观格局指数等指标和方法，全面分析了兰州新区生态系统空间结构和2010—2020年之间的变化、生态系统景观格局特征，揭示了兰州新区生态环境的基本状况，掌握了全区2010—2020年景观格局变化的特点和规律。

一、研究区概况

兰州新区地处兰州市西北部、永登县东南部、皋兰县西部，南接西固区，北接天祝县。新区地处秦王川盆地，陇西黄土高原的西北部，是青藏高原、蒙古高原和黄土高原的交汇地，也是祁连山脉东延之余脉插入陇西盆地的交错地带。兰州新区距离兰州市中心城区约70km，距离永登县城53km，距离白银市约79km。2012年国务院批复设立兰州新区，规划面积1744km2，涉及中川镇、秦川镇、上川镇、西岔镇和水阜镇，新增皋兰县的什川镇、石洞镇、黑石镇，总计8个镇，范围面积为2843.67km2，不包括树屏镇。

二、研究材料与方法

（一）数据来源及处理

研究主要用到的数据有高分一号WFV数据、美国Landsat TM/ETM/OLI数据、欧空局Sentinel-2数据及MODIS数据，完成30m分辨率的2010-2020年3期兰州新区生态系统分类数据生产。研究选择初夏至初秋季节的卫星影像。遥感数据源见表1。

表1 遥感数据源及时相一览表

（二）研究方法

研究借助ArcGIS和Fragstat软件，采用景观指数和空间统计方法，对景观格局进行了综合分析［12］。

（1）斑块数

研究区内各类斑块的数量，反映某生态系统在研究区域内分布的规模。

式中，NP−−斑块数量指数；ni−−第i类生态系统的斑块数量。

（2）平均斑块面积

研究区内某类生态系统斑块面积的算术平均值，反映该类生态系统斑块规模的平均水平。采用如下计算方法：

式中，Ai─平均斑块面积指数；Ni─第i类生态系统的斑块总数；Aij─第i类生态系统第j个斑块的面积。

（3）边界密度

研究区内某类生态系统边界与总面积的比例，从该类边形特征描述生态系统破碎化程度。采用如下计算方法：

式中，EDi─第i类生态系统边界密度指数；Pij─第i类生态系统斑块与相邻第j类生态系统斑块间的边界长度；Ai─第i类生态系统的总面积。

（4）聚集度指数

研究区域内所有类型生态系统斑块的相邻概率，反映各类生态系统斑块的非随机性或聚集程度。采用如下计算方法：

式中，C─区域生态系统聚集度指数；Pij─斑块类型i与j相邻的概率；n─各类生态系统斑块总数；Cmax─聚集度指数的最大值。

三、结果分析

（一）景观格局破碎化程度

研究选取兰州新区森林、灌丛、草地、湿地、农田等8种景观类型，对其斑块数量、斑块面积、斑块密度3种景观指数进行动态分析，结果见表2和表3。

表2 兰州新区生态系统类斑块平均面积 单位：hm2

表3 兰州新区生态系统类型景观格局统计表

由表2可知，2010—2020年，森林生态系统、灌丛斑块平均面积无变化，说明生态系统保持较稳定状态。草地生态系统和农田类斑块平均面积在2010—2020年之间逐年减小，特别是在2010—2015年期间，类斑块面积减少明显，说明生态系统的破碎化程度在2010—2015年间明显加剧。裸地、湿地的破碎化程度在10年间波动稳定。城镇在2010—2020年间，类斑块平均面积增加明显，说明生态系统景观格局的完整性增加，破碎化程度降低。

由表3可知，8类生态系统斑块数量除裸地生态系统外，其余生态系统均呈不同幅度的增加；平均斑块面积除草地和农田生态系统外，其余7类均呈不同程度的增加；城镇和农田、裸地生态系统边界密度变化较大。表明在此10年间，兰州新区各类生态系统景观格局受到一定不利影响，生态系统破碎化程度上升。

（二）兰州新区景观格局转换特征分析

本研究对兰州新区生态系统类型转移进行了分析，详见表4。

表4 兰州新区一级生态系统类型转移矩阵 单位：hm2

2010—2020年：近10年来，生态系统主要在农田、草地、城镇及裸地之间转化，转出面积主要转化为湿地、城镇和裸地，转入面积主要来源于草地和裸地。草地转出类型主要转化为湿地、农田、城镇和裸地，转入面积主要来源于裸地。城镇转入主要来源于农田和裸地。裸地转出主要转为农田和城镇，但转化程度不大。

2010—2015年：转化生态系统类型主要发生在草地、农田、裸地和城镇生态系统之间。农田转出类型主要转化为城镇和裸地。草地转出类型主要转化为城镇、荒漠和裸地。城镇转入主要来源于草地、农田和裸地。

2015—2020年：近5年的生态系统转移特征与近10年的转移特征基本相似，但转移幅度逐渐降低。农田转出面积主要转化为湿地、城镇和裸地，转入面积主要来源于草地和裸地。草地转出类型主要为湿地、农田、城镇和裸地。城镇转入主要来源于草地、农田和裸地。

四、驱动因素分析及结论

(1)调查和数据分析表明，土地开发是兰州新区景观格局变化的重要驱动力。2000—2020年间，农田转为城镇的面积最大，其次为草地转为裸地，这都反映出兰州新区土地开发的强度较大。(2)研究表明，兰州新区主导景观为草地和农田，草地生态系统和农田类斑块平均面积在2010—2020年之间近乎呈逐年减少的趋势；城镇生态系统斑块面积在2010—2020年间平均面积增加明显，这与兰州新区近年来土地开发有直接关系。(3)通过景观格局定量分析可以看出，在近10年间，兰州新区各类生态系统景观格局破碎化程度上升，区域城镇面积增加来源主要为草地、农田和裸地。