2000-2020年平潭综合实验区景观格局动态变化及驱动力分析

2023-06-20杨巧琦刘玲林灼镕吴小刚

台湾农业探索 2023年1期

杨巧琦　刘玲　林灼镕　吴小刚

摘要：【目的／意义】分析平潭综合实验区20年间景观格局动态变化及其驱动力因素，以期从景观格局角度为今后实验区的景观环境资源的合理利用和保护提供策略依据。【方法／过程】以2000年、2010年、2020年3期的30m分辨率的全球地表覆盖产品GlobeLand30为数据源，将土地覆被类型分为7类，计算景观格局指数，分析景观格局动态变化，并结合主成分分析法对驱动力因素进行探討。【结果／结论】结果显示：在2000- 2010年间，平潭综合实验区各项景观类型指数差异值相对较小，主要表现在建设用地的增加，以及林地、草地等生态用地的减少；2010- 2020年间，从景观水平看，实验区分维数、蔓延度指数持续下降，香农多样性指数明显增加，景观破碎度态势严重，人为活动干扰对当地景观格局的影响较大；森林景观类型面积在2010- 2020年间明显增多，斑块数量大幅下降，斑块凝聚度值升高，森林景观类型的破碎化程度降低；湿地与水域的景观类型斑块类型面积在2010- 2020年间呈现下降趋势，周长面积分维数与斑块凝聚度值降低，斑块边界形状趋于简单，内部自然链接程度下降。驱动因素分析表明，社会经济因素和政策因素均在很大程度上直接影响平潭综合实验区景观格局的动态变化。

关键词：平潭综合实验区；景观格局；动态变化分析；驱动力分析

中图分类号：F323.21 文献标志码：A 文章编号：16735617 （2023） 01-007908

城市的可持续发展依赖于生态环境的可持续发展，景观生态学理论是解决城市生态问题的重要手段之一。景观格局（Landscape pattem）是指景观组成的单元类型、数目以及空间分布与配置，反映了景观的空间结构特征[1]，是不同生态过程和空间尺度景观格局叠加的结果[2]。通过对景观格局动态变化的分析，可以直观地展现城市发展的结构形态[3]；有助于对有限的土地资源进行更为合理的利用和保护，实现经济社会和生态环境的可持续发展。

1939年，景观生态学由德国学者Troll首次提出。此后，景观格局方面的研究不断深入，逐渐成为景观生态学的核心研究内容。目前，国际上关于景观格局的研究主要分为欧洲和北美两大学派。前者强调应用，提倡研究的统筹性，主要以Naveh等[4]为代表；北美学派则强调空间结构和模型分析，主要以Zonneveld等[5]为代表。与此同时，景观格局的研究也从早期关注景观格局的结构特征转向关注景观格局的动态变化、演化模式和驱动机制等[6]。国内对景观格局的研究始于20世纪90年代。谢志霄等[7]利用景观格局指数对沈阳西郊的景观格局进行了定量分析，拉开了国内景观格局研究与发展的序幕。在早期的景观格局变化研究中，通常以农林和湿地两大生态系统为主要研究对象，郭晋平等[8]应用GIS技术结合景观生态学原理，对关帝山林区森林景观空间分布格局进行了分析研究。王宪礼等[9]利用RS和GIS对辽河三角洲景观格局的异质性进行了分析和探讨。进入21世纪，流域、城市、沙漠、绿洲等研究领域逐渐成为国内学者的研究对象，对不同地域、不同自然景观格局变化的研究逐渐增多。孙才志等[10]对辽河平原1980-2010年地表景观格局的分布特征进行分析，利用Logistic回归模型分析不同时间段下景观格局演变的驱动机制。阳文锐[11]通过RS解译建立了2003、2007和2011年北京市土地利用覆盖空间数据，利用Fragstats对景观格局特征指数进行了计算和分析，研究了北京市城市景观格局时空变化特征，并分析其景观格局变化的驱动力因素。近年来，随着城市化的快速进程和科学技术的日益发展，城市面貌不断更新，景观格局的相关研究也越来越多，并取得了大量的研究成果，完成了对景观格局演变过程、功能结构和动态预测的综合研究。综上所述，目前国内关于海岛型城市景观格局的研究较少，大多数的研究围绕着海岛开发规划、海岛生态环境监测、海岛土地利用变化等展开。本文尝试从上述研究薄弱点出发，对海岛型城市的平潭综合实验区展开景观格局的动态变化研究，基于研究区2000、2010、2020年的GlobeLand30土地覆盖数据，计算多个景观空间格局指数，定量分析景观格局特征，探讨不同类型景观格局指数对平潭整体生态效益的影响，分析其景观格局变化的主要驱动力，以期从景观格局角度出发，为今后实验区景观环境资源的合理利用和保护提供策略依据，并在一定程度上完善现有海岛城市景观格局研究的不足。

1 研究区概况

平潭岛位于福建省东部沿海地区，是中国第五大岛屿，福建省第一大岛屿，由126个岛屿组成，陆地面积为371.91 km2，海岸线长399.82 km。它与台湾岛隔海相望，是大陆与台湾距离最近的地方。2009年，福建省委提出建设海峡两岸区域合作交流平台，努力将平潭综合实验区建设成为探索两岸合作新模式的示范区和海峡西岸经济区科学发展的先行区。综合实验区建成后，平潭岛进入了快速城市化阶段。区域人口的增长和社会经济的快速发展给当地脆弱的海岛生态环境带来了前所未有的挑战。人类活动使该地区的土地利用类型和景观格局发生了巨大变化，区域环境问题日益突出，制约了区域的可持续发展。

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

本文使用分辨率为30 m的全球土地覆盖产品GlobeLand30作为数据源。该数据的总体准确度为80.30%，中国国内的总体准确率为82.39%[12-13]。结合平潭综合实验区的景观类型特点，将其景观类型划分为耕地、森林、草地、湿地、水体，建设用地和未利用地7类。通过分别导人ArcGis将研究区域进行掩膜提取和重分类，得到2000-2020年土地覆盖类型动态演变结果；之后将生成的土地覆盖类型图分别转为GeoTiff格式文件，导入Fragstats 4.2软件中进行景观格局指数的计算。文中社会经济主要指标数据来源于2001、2011、2021年中国县域统计年鉴。

2.2 景观格局指数的选取

景观格局指数包含了景观格局的基本信息。通过比较不同时期景观格局指数的结果，可以对景观格局及其变化进行描述[14]，从而建立景观格局与景观过程之间的关系。这是学术界在景观生态学研究中认可的一种定量研究方、法[15-16]。目前最受认可的分类标准是根据景观生态学基本原理，将景观格局指数分为斑块水平、类型水平和景观水平三大类[17]。但在实际的研究中，斑块基本是以景观类型来区分的。因此，在很多情况下景观格局指数一般考虑选择类型和景观两大类。

参照前人对指标选取的经验，本文选取景观尺度和斑块类型尺度两种指数类型[18-19]，如表1所示。其中，景观尺度包括斑块数量（ NP）、周长一面积分维数（ PAFRAC）、香农多样性指数（SHDI）和蔓延度指数（ CONTAG）；斑块类型尺度包括景观类型面积（ CA）、斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、周长一面积分维数（ PAFRAC）以及斑块凝聚度（COHESION）。

2.3 驱动力分析指标选取

影响景观格局时空演变的驱动因素很多。大多数学者主要将其分为两类：自然因素和人为因素[20]。在较小的时空尺度下，相对稳定的自然因子对景观格局变化有约束作用，而不断变化的人为因素是影响景观格局变化的主要因素。由于本研究的时空尺度较小，主要研究其相关人为因素的影响[21]，包括人口、经济、政策等。本文基于其他学者的研究[22]及可获得的数据，选取了平潭综合实验区2000、2010、2020年的总人口、非农人口、GDP、一产产值、二产产值、三产产值和地方一般公共预算收入指标，在SPSS 26.0的支持下，采用主成分分析法筛选景观格局变化的影响因素。

3 结果与分析

3.1 平潭综合实验区土地覆盖类型动态变化分析

根据3期土地覆盖类型（图1）可以看出：（1）平潭综合实验区2000年主要的用地类型为耕地，其耕地由北至南贯穿分布于整个平潭岛。林地次之，主要分布于北部、东北部和西部山区。建成区主要分布在中东部，为平潭县城所在地，城市化建设较完善，建筑用地聚集度高；其余大部分区域以村庄为主，分布较为分散。（2） 2000-2020年期间，其建成区的用地面积逐步外扩，新城区建设主要向西南方向扩张，面积增长接近两倍，岛内交通路网的规划建设也愈加完善；随着城市建设和植树造林工程的开展，耕地类型主要转化为建设用地与林地；水体的分布较为分散，主要以水产养殖产地、湖泊和湿地等形式分布于北部、中部和中南部地区，其西南部水域因填海造陆工程转化为了建设用地。

3.2 平潭综合实验区景观格局景观水平分析

从研究区景观水平的景观格局指数计算结果（表2）可以看出，20年间平潭综合实验区的斑块数量（ NP）总体呈现上升趋势，景观斑块总数可以反映研究区域内的整体景观破碎度，景观斑块个数的增加说明研究区域在城镇化进程中景观破碎度加剧，物种间稳定性降低。周长一面积分维数（ PAFRAC）指景观不规则几何形状的非整数维数，反映景观形状复杂程度[23]，研究区20年间分维数的持续下降表明该区域景观形状趋于规则化，说明了其土地利用与开发正在变得由点及面的规模化。香农多样性指数（ SHDI）能反映景观的空间异质性，其值为0表示该景观仅由一个大的斑块组成，值越大表明该地区土地利用类型越丰富，各斑块的均衡化趋势越明显[24]。在景观系统中，土地利用类型越为丰富，破碎化程度越高，计算的SHDI值越高[25]。研究区2000-2010年间，香农多样性指数从0.6512增加到0.6601；而2010-2020年间，香农多样性指数从0.6601增加到1.5696。可见，自2009年平潭综合实验区正式设立后，2010-2020年间当地土地利用类型增多，破碎化程度明显提高。蔓延度指数（ CONTAG）描述了景观中不同斑块类型的聚集程度或扩展趋势。一般来说，较高的CONTAG值表明景观中某一优势斑块类型已形成良好的连通性；反之，则表明景观破碎化程度较高[26-27]。20年间，研究区的蔓延度指数从2000年的82.2821下降到2010年的81.0359，再下降到了2020年的47.9064，降幅极大；说明研究区在2010-2020年间破碎度极大地上升。作为优势景观的农田，由于受到建设用地、绿地等景观类型的侵占、分割，由比较完整的整体逐渐分割成互不连通的大斑块，降低了连通度，导致各区域之间生态交流受到一定阻碍。以上4个指标的变化趋势表明，在2010-2020年这10年的发展过程中，整个研究区景观破碎化严重，景观连通性降低，土地利用类型增加。人类活动的干扰对景观的影响极大，这在一定程度上反映了城市化的快速发展。

3.3 平潭综合实验区景观格局类型水平分析

从研究区类型水平的景观格局指数计算结果（表3）可以看出：2000-2020年间，耕地景观斑块类型面积（ CA）总体上呈现下降趋势，2010-2020年，从13779.72 hm2下降到10951.92 hm2，下降了2827.80 hm2；而森林景观斑块面积在2010-2020年间，从6484.5 hm2增加到了8120.07 hm2，森林的斑块数量（ NP）在2010-2020年间大幅下降，斑块凝聚度（COHESION）值升高。研究区森林景观类型破碎化程度降低，强化了各生态系统之间的功能关系，为生物多样性保護提供了有利条件。

在建设用地景观类型上，其建设用地景观类型面积从2010年的3360.87 hm2增至2020年的6916.14 hm2，增幅高达105%。2010-2020年间，其建设用地的斑块密度（ PD）也有了大幅增长，而周长一面积分维数（ PAFRAC）则明显下降，表明研究区的建设用地景观类型形状趋于规则化。在大量自然生态景观转化为人工城市景观的过程中，研究区的景观格局发生了较大的变化，景观破碎程度大为加剧。

在湿地与水域的景观类型上，二者斑块类型面积（ CA）在2010-2020年间呈现下降趋势，其主要原因与填海造地的规划建设有关。研究区湿地与水域的周长一面积分维数（ PAFRAC）呈下降趋势，斑块边界形状趋于简单，内部自然链接程度降低。人工且规则的景观斑块边界对生物的交流和生态物质的交换均具有阻碍作用，对生态系统造成了不利因素。

4 平潭综合实验区景观格局变化驱动力分析

4.1 社会经济因素

在社会经济方面，从表4和图2可以清楚地看出，2000-2020年间，平潭综合实验区经济发展保持增长趋势。GDP由2000年的30.98亿元增长至2020年的301.43亿元；其中2000-2010年增长率为189%，2010-2020年增长率为236%。从各产业产值来看，第一产业发展相对缓慢，二、三产业呈高速发展；此外第三产业逐渐发展为主导地位，形成“三、二、一”的产业格局（图3）。在地方财政公共预算收入方面，由2000年的6796万元增至2020年的54.60亿元，20年间增长率达793%。在人口方面，2020年末全区总人口约45万人，常住人口46万人，城镇化率为51.5%。

将其各项社会经济指标数据导入SPSS 26.0进行主成分分析，研究所选的驱动力因素能够综合提取出第一主成分，其特征值>1，累积贡献率为96.587%，大于90%，表明第一主成分能够覆盖大量的原始变量信息，能够很好地解释景观格局变化的驱动力因素。同时，通过计算得到主成分的相关系数矩阵可知，总人口为0.998、非农业人口为0.976、GDP為1、一产产值为0.917、二产产值为0.999、三产产值为0.995、地方一般公共预算收入为0.991。可见，所选指标都在很大程度上影响了研究区景观格局的变化。

社会经济的蓬勃发展吸引了大量的就业人口，同时也增加了对基础设施建设、工业和住宅用地的需求。城市建设用地逐步扩张，工业持续发展，导致闲置土地开发强度加大，生态用地被侵占。进一步加剧了景观破碎化程度。社会经济因素是导致景观格局变化的主要因素。

4.2 政策因素

一方面，海峡西岸经济区建设有效刺激了平潭综合实验区的经济发展，建设用地景观类型大幅增加。2009年5月，《国务院关于支持福建省加快建设海峡西岸经济区的若干意见》（国发[2009] 24号）正式发布，标志着海峡西岸经济区建设从区域战略上升到国家战略。2009年7月，平潭综合实验区正式建立，福建省委提出要努力把海峡西岸经济区建设成为科学发展的先行区和两岸人民交流合作的先行区，平潭位于西海岸的最前沿，是西海岸开发的最佳突破口。按照该地的建设规划，2009-2012年为开发起步阶段，2013-2020进入全面开发阶段。由此，当地开展了大量的城市基础设施建设，建设用地逐步扩大，西南地区原为海域，将按《平潭综合实验区总体规划（ 2010-2030）》方案[28]要求进行填海造地，建成港口经济贸易区，中部拟建高新技术产业区。新城区建设向西南蔓延，因此建设用地主要向西南方向扩张，其湿地、耕地面积等生态用地被进一步蚕食。另一方面，福建省持续推进林业改革发展的政策促进了平潭综合实验区林域面积的增加。“十二五”与“十三五”期间，福建省政府全方面推进林业改革，植树造林、退耕还林等举措极大促进了森林景观斑块类型面积大幅增长。同时，平潭综合实验区高度重视生态建设，实施沿海防护林体系建设，强化森林资源保护。2019年，平潭被授予“国家森林城市”称号；2020年末，平潭综合实验区森林覆盖率达到了38.85%[29]。总而言之，政策因素在规划、引导和制约城市景观格局方面起着重要作用，实验区景观格局演变方向和特征与地方政策体系密切相关。

5 结论与建议

5.1 结论

综上所述，在2000-2010年间，研究区城市化进程整体相对缓慢，各项景观类型指数差异值较小。自2009年平潭综合实验区正式建立以及2010年平潭海峡大桥建成以来，随着建成区的扩张与城镇化进程的加快，大量的自然生态景观转变为人工城市景观，景观破碎化程度严重加剧，景观斑块之间的连通性逐渐下降，斑块形状趋于规则化。这种现象将导致景观中的物质、能量的流动和物种之间的交流产生一定的阻隔作用，对生态环境造成一定程度的破坏。在景观格局演变的驱动力方面，社会经济发展、人口规模增加、政策因素及其政策导向下的城市总体规划的实施是平潭综合实验区景观格局演变的主要驱动力，各项驱动力共同作用形成了景观格局变化的合力。

5.2 建议

针对上述结论提出如下几点建议：（1）随着平潭综合实验区的经济发展和战略部署，建成区的扩张不可避免地占用了部分生态用地，加剧了人地矛盾。在未来的发展中，应建立各类土地之间的生态缓冲区，加大城市微环境建设力度；做好既有绿地保护工作，增加道路、公园和建筑绿地，建设绿色廊道；同时，增添点状和块状的绿地，从而增加绿地斑块数量，丰富绿地结构类型，提高实验区生物多样性；加强对现有景观格局的保护，及时控制实验区景观破碎化加剧的趋势；科学制定城市发展规划，加强政府控制规划实施的能力，促进城市合理有序发展。（2）继续加强植树造林、退耕还林的力度。在“十二五”与“十三五”期间，平潭综合实验区森林面积明显增大，森林景观类型破碎度降低，斑块连通性增强，植树造林取得了明显成效。接下来应继续大力保护森林资源，重点保护各类生态保护区，优化平潭综合实验区海岛生态环境。（3）加强湿地保护，扩大湿地面积。制止对湿地生态系统的占用和破坏，进一步加强对实验区现有的湿地进行保护，建设湿地公园，完善保护体系，恢复和完善实验区的湿地生态系统。

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