宝清县景观格局动态变化分析

刘 婷，刘 博，李继红*，初 禹，包广道

(1.东北林业大学林学院，哈尔滨 150040;2.黑龙江省地质调查研究总院，哈尔滨 150040)

随着人口－资源－环境问题的日益加剧，由“国际地圈与生物圈计划”(IGBP)和“全球环境变化的人文领域计划”(IHDP)在1995年联合提出的土地利用/覆被变化 (LUCC)研究逐步成为全球热点［1］。其研究方法主要有空间统计学方法、马尔科夫转移矩阵法，景观格局指数法和景观格局动态模拟方法［1－3］。景观格局是大小和形状不一的相互作用的景观斑块在空间上的配置，是各种生态过程在不同尺度上作用的结果［4］。通过景观格局分析可以在似乎无序的景观中，发现潜在的、有意义的规律性［5］。近年来，景观格局及其动态变化分析已成为景观生态学研究的热点问题和重要领域［6－8］。

宝清县作为三江平原的腹地和北大荒的核心，是我国重要的农业生产基地、国家生态示范区和湿地保护核心区，对我国的粮食安全和区域生态安全有着举足轻重的作用。但随着人口急剧增长和经济快速发展，人类对土地资源的利用范围不断扩大、强度不断加深，造成地表景观格局的变化，引起了一系列的生态问题。然而，国内现有多是针对三江平原进行的大尺度研究［9－12］，鲜有针对宝清县的具体分析。基于此，本文借助景观生态学方法，利用相关资料对宝清县近20 a土地利用与景观格局的动态变化进行分析，揭示其在人为因素影响下的时空动态演变过程和原因，旨在为宝清县的土地规划及区域生态管理提供科学的依据，更好的实现兼并经济发展与生态保护的可持续发展。

1 研究区概况

黑龙江省双鸭山市宝清县位于131°12'～133°30'E，45°45'～46°55'N 之间，境内主要以丘陵和低山地貌为主。西、南、东三面环山，中部、北部及东北部地势较低，西南较高。由西南向东北依次为低山、丘陵、平原。四季气候变化显著，属中温带大陆性季风性气候。年降水量为400～600 mm，且受地形影响，从平原到山区降水量递减。研究区内土地总面积为1 104 km2，辖10个乡镇和4个国营农场，总人口44万人 (2007年)。

2 研究方法

2.1 数据源及处理方法

采用1989、1999、2010年三期宝清县30 m分辨率的Landsat TM遥感影像为主要数据源，结合研究区1∶5万地形图、1∶10万土地利用现状图和行政区划图，在ENVI4.6图像处理软件下进行标准假彩色合成以及影像的精校正、配准、镶嵌、裁剪和图像增强等处理。

2.2 土地利用景观类型划分

景观分类是景观格局分析的基础［13］。本研究结合研究目的及研究区土地利用实际特点，在综合考虑《土地利用现状分类》标准和TM影像的具体情况下，确定分为六种土地利用类型:耕地、林草地、湿地、建设用地、水域以及未利用地。其中，湿地包括沼泽、滩涂以及水深不足6 m的水域;水域为水深大于6 m的水体。

在ArcGIS9.3软件中，通过计算机自动解译和人工目视解译相结合的方法，以野外调查和地物光谱特性分析建立的影像特征为依据，采用最大似然法进行监督分类。最终得到宝清县各时期景观类型分类图 (如图1～图3所示)，经验证解译结果的Kappa系数分别为0.86、0.82和0.91，满足本次研究精度要求。

2.3 土地利用景观指数选择

景观格局指数能够高度浓缩景观格局信息，是反映景观结构组成和空间配置某些方面特征的定量指标［14－16］。本次研究借助Fragstats3.3景观指数软件的栅格版本，从景观类型和斑块水平两个方面计算景观指数。包括斑块个数 (NP)、斑块面积 (CA)、斑块所占景观面积比例 (PLAND)、最大斑块面积指数(LPI)、景观密度 (PD)、景观形状指数 (LSI)、景观香农多样性指数 (SHDI)、景观香农均匀性指数(SHEI)和景观蔓延度 (CONTAG)［17］。

3 结果分析

3.1 景观要素的基本特征

结合各时期景观分类图，通过斑块面积，斑块所占景观面积比例、斑块个数和最大斑块面积指数等指标 (见表1)分析宝清县土地利用景观的总体情况。

图1 1989年宝清县景观类型分类图Fig.1 Landscape classification map of Baoqing county in 1989

图2 1999年宝清县景观类型分类图Fig.2 Landscape classification map of Baoqing county in 1999

图3 2010年宝清县景观类型分类图Fig.3 Landscape classification map in 2010

表1 不同时期景观类型斑块特征Tab.1 Characteristics of landscape patch in different periods

1989～2010年间，研究区以耕地、林草地和湿地为优势景观，共占总面积的95%以上，这种特征决定了研究区以农林牧渔业生产为主的特点。耕地主要以大斑块形式分布在研究区的中部平原地带，林草地分布在东部和南部的山区，湿地分布在南部及中部地区。建设用地、水域和未利用地类型面积相对较少，均占总面积的2%以下，呈补丁状分布在研究区内。1989～1999年间由于受市场经济体制的建立和完善，当地农牧民和外来投资者为获取利益而大量开垦农田，景观格局发生巨烈变化，耕地斑块面积，斑块数量与最大斑块指数都表现为大幅度上升，而林草地和湿地的斑块面积急剧减少，数量增加，最大斑块面积指数降低，斑块呈破碎化。在1999～2010年间，由于国家实施的天然林保护工程和退耕还林还草等政策，使得耕地斑块面积，斑块数量与最大斑块面积指数上升减缓，同时林草地和湿地的斑块面积下降减缓，斑块个数有所下降，最大斑块指数趋于稳定，破碎化程度减缓。在1989～2010年间建设用地斑块数量虽多，但斑块面积较小，主要受研究区以农业为主的特点，居民点呈多而分散的状态。在1999～2010年间，水域斑块数量变化小，但斑块面积和最大斑块指数明显上升，主要原因是区内大Ⅱ型水利枢纽工程龙头桥水库的建成。

3.2 景观要素的动态分析

土地利用动态度 (K)反应区域一定时间范围内，某种土地利用类型变化速度的情况，可定量描述土地利用变化速度，计算公式为:

式中:K为研究期内某一土地利用类型动态变化率;Ua、Ub分别研究期初与期末时该土地利用类型的面积;T为研究时长［18］。

图4 不同时期土地利用动态度 (%)Fig.4 Dynamics of land use types in different periods(%)

从图4土地利用的变化率来看，各种土地利用变化幅度的大小排序依次为水域﹥未利用地﹥建设用地﹥湿地﹥耕地﹥林草地。1989～1999年，各土地利用类型动态变化率和变化幅度相对较大，未利用地的面积以每年以6.17%的较高速率减少，虽然耕地、林草地和湿地的动态度相对较小，但由于基数大，面积变化量也较大。1999～2010年，可见耕地、林草地、湿地和未利用地的动态度都有不同程度的减小，主要原因是控制开垦度政策的实施。建设用地动态度的增加，主要是受城市化建设的影响。水域的动态度变化最大，从1.57～12.16，由于大Ⅱ型水利枢纽工程龙头桥水库的建立，使得水域急剧变化。

3.3 景观要素的面积转化

对于宝清县土地利用景观类型之间相互转化的过程，本文利用转移矩阵模型进行分析。转移矩阵能够揭示地类变化过程中的细节特点，可全面、具体地刻画区域土地利用变化的结构特征与各用地类型变化方向［19－20］。通过Arcgis9.3软件的空间叠置分析功能，求得宝清县各时期景观类型的转移矩阵，见表2。

表2 不同时期景观类型转移矩阵 (km2)Tab.2 Transformation matrix of landscape types in different periods(km2)

依据各时期土地利用类型转移矩阵可知，1989～2010年间宝清县的各景观类型之间发生了频繁的转移，土地利用变化的主要特征是耕地和建设用地等代表人类对土地利用深度和广度的土地利用类型面积快速增长，而对生态系统起重要调节作用的林草地和湿地等面积则急剧减少。各景观类型变化最活跃的为耕地、林草地和建设用地。耕地是主要的转入景观类型，转入面积为1 056.148 hm2，占总变化面积的74.69%;林草地和湿地是主要的转出景观类型，且转出的主要去向为耕地，转出面积分别为589.396 hm2和427.687 km2，分别占总变化面积的41.68%和30.25%，占耕地转入量的88.87%。产生这一现象的主要原因是大面积农田的开垦、有林地的乱砍滥伐及水利基础设施建设活动，使得大面积林草地和湿地面积锐减，且多主要发生在自然条件较好，交通便利，人口密度较大的地区。耕地与建设用地、水域之间也发生交互式双向转换，由于建设用地与水域基数相对较小，转入大于转出，主要表现为增长。未利用地主要表现为向耕地类型的单方向转出，面积大幅度缩减。

3.4 景观格局的动态变化

对于研究区土地利用景观空间格局的演变，本文采用景观最大斑块指数、景观密度、景观形状指数、景观香农多样性指数、景观香农均匀性指数和蔓延度来进行度量。

表3 不同时期景观格局指数变化Tab.3 Changes of landscape pattern indices in different periods

1989～2010年间，宝清县景观最大斑块指数、景观斑块密度和景观形状指数均呈不断上升趋势，分别从31.628 5上升到50.373 2，0.077 8上升到0.088 1和11.407 1上升到12.708 7(见表3)。主要是由于农田的大量开垦，使得作为优势景观的耕地面积大幅度增加;而林草地、湿地和未利用地等斑块被分割，其中大部分转为耕地，小部分转为建设用地和水域等类型;景观斑块形状愈加复杂，景观破碎化程度增加。香农多样性指数和均匀度指数都经历了先减少后增加的过程，表明作为优势景观的耕地对整个研究区的控制作用加大，景观向多元化方向发展;景观多样性减少，异质性下降。蔓延度指数增加，表明景观连通度增大。

4 结论与讨论

本文运用GIS技术以及Fragstats景观结构分析软件，定量对1989～2010年宝清县土地利用景观格局变化进行分析。结果表明:研究区以耕地、林草地和湿地为优势景观，三者共占研究区总面积的95%以上，建设用地、水域和未利用地等景观类型呈补丁状分布在研究区内。由于大Ⅱ型水利枢纽工程的建立，使得水域景观的动态率变化最大。各景观类型转化频繁，其中代表人类对土地利用深度和广度的耕地和建设用地景观面积增长，而对生态系统起重要调节作用的林草地和湿地等景观的面积却不断减少。在1989～2010年间，各景观类型的转化经历了由剧烈到减缓的过程。在1989～1999年间，受人口增长和经济发展，大量原生沼泽湿地和森林草地急剧转化为耕地，斑块数量大幅增加，景观破碎化程度严重，耕地对研究区的控制作用明显增大，景观多样性和异质性下降。在剧烈的土地利用景观格局变化下，导致草地退化，湿地萎缩，涵养水源下降等一系列生态问题的被突显出来。引起了政府部门的高度重视与关注，陆续推行了退耕还林还草、六大林业工程、加大湿地保护等相关恢复治理措施。在1999～2010年间，随着政策的实行，过量开垦现象得到一定程度的遏制，景观类型间的转化趋于平缓，景观破碎化程度有所改善。1989～2010年间，建设用地面积呈现平稳增长状态，表明宝清县的城市化建设正在稳步前进。

1989～2010年间，宝清县景观格局动态分析研究显示人为干扰对研究区的结构产生了显著的影响，湿地和林草地等资源的破坏为生态环境的稳定和可持续发展带来了严峻的考验，相关政府部门应引起足够的重视并制定科学合理的发展治理规划，实现人口－资源－环境的和谐发展。

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4.2.2 采用视频展示“明厨亮灶”的，可通过视频直播或录播等方式向社会公众展示，使就餐人员在就餐场所能看到展示的内容。

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