我国西南喀斯特山区不同地貌贫困乡镇景观脆弱度研究*

陈思盈 韩会庆* 单广训 侯佳威

(1.贵州理工学院建筑与城市规划学院；2.贵州理工学院化学工程学院，贵阳 550003)

景观脆弱度指数表示在特定尺度下生态系统中所具有的敏感程度及适应程度[1]。随着经济的发展，人口快速膨胀，不断追求土地利用的最大化，对土地的开发利用改变了原有景观空间格局，景观格局的变化直接影响生态系统的稳定性，对于景观格局的研究对地区生态发展及资源合理开发具有重要意义[2-3]。

目前，国内外学者对景观格局的研究主要集中在景观格局特征[4-6]、景观格局变化[7-9]及景观生态风险评估[10-11]等领域。如李晓雅等[4]基于景观格局指数，对不同类型村庄撂荒耕地的景观格局特征进行对比研究；唐秀美等[8]对1993-2007年城市边缘区的土地利用景观格局进行研究；张玉娟等[11]利用景观易损度指数及景观类型面积构建景观生态风险指数，对地区进行生态风险评估。景观脆弱度反映出环境敏感度及适应度，对地区景观脆弱度进行研究对土地结构研究具有重要意义[1-2]。部分学者对脆弱度指数演变进行了研究[12-13]，如梁佳欣等[13]利用敏感度指数和适应度指数构建1985-2015年南四湖湿地景观脆弱度指数并进行分析，但是针对不同地貌景观脆弱度研究尚不多见，更鲜有针对西南喀斯特山区的景观脆弱度研究。

贵州省是典型的喀斯特地貌，地表崎岖不平，土地结构及景观格局表现出脆弱性及不稳定性，容易受到人类活动影响，从而影响地区景观格局及农业发展，为合理调整景观格局促进产业发展，有必要对贵州省典型喀斯特山区开展脆弱度研究。由于不同喀斯特地貌地区人类活动及自然景观机制呈现差异性，景观格局差距较大，因此，选取贵州省喀斯特盆坝地旧州镇、低山丘陵朱家场镇、喀斯特峡谷掌布镇及喀斯特中山新窑镇4个不同地貌贫困乡镇为例，对景观脆弱度进行研究，以期为贵州省乡镇小尺度土地规划调整、资源合理开发及经济发展提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

选取贵州省旧州镇、朱家场镇、掌布镇及新窑镇4个乡镇为研究区，旧州镇属典型喀斯特盆坝地，地势平坦开阔，镇域面积11695ha，其中耕地面积2292.9ha，是典型的传统农业大镇；朱家场镇地貌多为低山丘陵，地势北高南低，坚持工、农共同发展，兼顾历史文化和产业，经济发展快速，是玉屏县的畜牧及农业大镇；掌布镇属喀斯特峡谷地貌，森林覆盖率为73%，生态环境优美，另外还是一个典型的布依族聚居镇；新窑镇属喀斯特中山地貌，该镇地处云贵高原东斜坡，境内最高海拔1793m，最低海拔1210m，大部分海拔为1300～1480m之间，坡耕地比例较高，农业经济占主导地位。

1.2 数据来源及处理

4个研究区数据来源于2019年Pleiades卫星的多光谱遥感影像，影像选取4-5月数据，空间分辨率为0.5m。利用ENVI遥感影像处理软件对遥感数据进行大气校正、地理配准及裁剪等预处理，最终得到影像数据，根据《土地利用现状分类》(GB/T 21010-2007)分类办法，根据贵州省的生态环境特征，结合Erdas软件的监督分类及人工交互解译方式将研究区分为6种景观类型：耕地、有林地、灌草丛、水域、建设用地及未利用地，对分类后的图像进行分类精度评估，分类精度高达87%，高于最低允许精度要求，分类标准符合4个研究区景观特征，最后利用ArcGIS软件对影像数据进行处理，得到土地利用现状图(图1)。

1.3 研究方法

利用ArcGIS10.5软件对4个乡镇按照等间距采样法将旧州镇(网格大小：0.8km×0.8km)、朱家场镇(网格大小：0.9km×0.9km)、掌布镇(网格大小：0.9km×0.9km)及新窑镇(网格大小：0.9km×0.9km)四个乡镇进行网格划分，由于各个乡镇的面积不同，若使用统一格网大小，则会导致格网数据偏差比较大，为保证各个尺度信息的完整性及定量分析的准确性，依据研究区的范围及工作量，分别划分为167个、160个、179个、147个格网(图2)，计算各地区每一个网格的景观指数并构建景观脆弱度指数，利用Fragstats4.2(景观格局分析软件)从斑块类别和景观水平2个尺度(其中斑块类别指标为：斑块面积CA、斑块数量NP；景观水平指标为：丰富度密度指数PRD、香农多样性指数SHDI、香农均匀性指数SHEI)对4个乡镇的数据进行处理，分析景观格局特征，处理数据得到景观脆弱度指数，最后利用ArcGIS10.5将景观脆弱度进行插值分析，得到空间格局图，并按照等间距断点分级法将4个乡镇脆弱度划分为5个等级(高脆弱区、较高脆弱区、中等脆弱区、较低脆弱区、低脆弱区)。

图1 四个乡镇土地利用景观格局

图2 景观脆弱小区的划分

1.3.1 景观脆弱度指数构建

(1)景观敏感度指数

运用干扰度指数(Ui)、易损度指数(Vi)构建景观敏感度指数(LSI)[14-15]，对4个乡镇景观类型进行对比分析，同时参考文献[16]，将4个乡镇的建设用地、有林地、灌草丛、耕地、水域及未利用地易损度赋予权重1、2、3、4、5、6。

(1)

式中：n为景观类型种类，i为景观类型。

结合破碎度指数(FNi)、分维度指数(FDi)、优势度指数(DOi)构建4个乡镇景观干扰度指数(Ui)。

Ui=aFNi+bFDi+cDOi

(2)

式中：a、b、c为破碎度指数、分维度指数、优势度指数的权重，其中a+b+c=1，根据文献[10]，分别赋值0.5、0.3、0.2。

(2)景观适应度指数

结合斑块丰富度密度指数(PRD)、香农多样性指数(SHDI)、香农均匀性指数(SHEI)构建4个乡镇景观适应度指数(LAI)[17-18]。

LAI=PRD×SHDI×SHEI

(3)

(3)景观脆弱度指数

结合景观敏感度指数(LSI)和景观适应度指数(LRI)构建4个乡镇景观脆弱度指数(LVI)[19]。

LVI=LSI×(1-LRI)

(4)

2 结果与分析

2.1 景观敏感度分析

由图3可知，旧州镇景观低敏感及较低敏感区主要集中在西部及中东部零星地区，该地区以林地、灌草丛及少量耕地为主，林地及灌草丛生态系统较复杂，自身稳定性较高，不易受到外界影响；中等敏感区主要集中在北部地区，该地区以耕地为主，耕地属于人口活动区且受自然条件影响，结构不稳定，若人类不合理使用，生态系统易受到破坏，较为敏感，但人为的修复能够实现暂时稳定；高敏感及较高敏感区主要集中在中北部及南部地区，该地区以未利用地、连片耕地及建设用地为主，未利用地多为荒草地、裸土地等土地类型，基本无植被覆盖，景观敏感脆弱，耕地及建设用地属于人口活动区，易受到外界影响，较为敏感。

朱家场镇景观低敏感及较低敏感区主要集中在中北部地区，该地区以连片林地及灌草丛为主，稳定性较高，敏感度较低；其他地区敏感度较高，以建设用地、耕地及水域为主，西北地区存在未利用地，镶嵌分布使各景观类型彼此影响，景观之间相互干扰，导致景观敏感度较高，未利用地稳定性差，景观较为敏感。

掌布镇景观敏感度整体上偏低，其中低敏感及较低敏感区主要集中在北部地区，该地区以连片林地及灌草丛为主，无人类干预，稳定性较高，敏感度较低；中部地区敏感度较高，该地区以建设用地、耕地、未利用地及水域镶嵌分布为主，水域贯穿各种景观类型，相互影响及人类活动情况下稳定性较弱，景观较为敏感。

新窑镇低敏感及较低敏感区主要集中在北部及南部地区，该地区以建设用地、连片林地及灌草丛为主，建设用地随着城市发展的有序化，稳定性提高，连片林地及灌草丛不受外界干扰，敏感度较低；高敏感及较高敏感区主要集中在北部及西部地区，该地区以耕地、建设用地及未利用地为主，建设用地及耕地易受到人类不合理利用及自然因素影响，未利用地景观类型单一，结构不稳定，敏感度较高。

总体来看，朱家场镇景观敏感度较高，新窑镇及掌布镇景观敏感度较低。其中低敏感度层次中，旧州镇及朱家场镇景观敏感度较高，新窑镇景观敏感度较低；较低敏感度、中等敏感度、较高敏感度层次中，朱家场镇景观敏感度较高，掌布镇景观敏感度较低；高敏感度层次中，朱家场镇景观敏感度较高，旧州镇景观敏感度较低(表1)。

表1 四个乡镇景观敏感度特征分析

图3 四个乡镇景观敏感度空间格局

2.2 景观适应度分析

由图4可知，旧州镇总体景观适应度较高，西南地区及东南地区适应度较高，中部及东部地区适应度较低；林地及灌草丛生态系统较复杂，自我修复能力较强，适应度较高；耕地及建设用地属于人口聚集地，容易受到人类活动的影响，结构较为单一，自我修复能力较弱，适应度较低。

朱家场镇整体适应度偏高，西南地区及中北部地区适应度较低，其余地区适应度较高；林地、耕地、未利用地及建设用地镶嵌分布，林地在耕地及建设用地周围，易受到人类活动影响，未利用地本身生态系统较敏感且修复能力较弱，适应度较低；林地及灌草丛受人类活动干扰较小，生态系统较稳定且修复性较强，适应度较高。

掌布镇整体适应度较低，南部地区适应度较高，其他大片地区适应度较低；灌草丛及林地镶嵌分布，灌草丛稳定性较强且易被修复，适应度较高；大片林地集中分布，单一林地系统结构较不稳定，且易受到人类活动影响，大面积林地被破坏很难被修复，适应度较低。

新窑镇整体适应度处于中等，北部及南部地区适应度较高，耕地、建设用地、林地、灌草丛镶嵌分布，生态系统较丰富，适应度较高，中南部地区适应度较低，这与单一灌草丛生态系统较不稳定有关。

总体来看，朱家场镇景观适应度较高，掌布镇景观适应度较低。其中低适应度层次中，朱家场镇景观适应度较高，掌布镇景观适应度较低；较低适应度、中等适应度、较高适应度、高适应度层次中，朱家场镇景观适应度较高，掌布镇景观适应度较低(表2)。

图4 四个乡镇景观适应度空间格局

表2 四个乡镇景观适应度特征分析

2.3 景观脆弱度分析

景观脆弱度分布见图5。

图5 四个乡镇景观脆弱度空间格局

旧州镇西部及中东部地区以林地及灌草丛为主，景观敏感度较低且适应度较高，表明林地及灌草丛生态结构较复杂，稳定性较高，在人为及自然因素的综合影响下，景观抗干扰和修复能力较强，故而旧州镇西部及中东部地区景观脆弱度较低。中北部及南部地区以耕地、未利用地及建设用地为主，景观敏感度较高且景观适应度处于中等，表明耕地及建设用地受人为及自然因素影响下，抗干扰能力较弱，易产生生态退化，需要依靠人类的定向调整才能恢复结构稳定性，这使得旧州镇中北部及南部地区脆弱度较高。

朱家场镇中北部地区以建设用地、连片林地及灌草丛为主，景观敏感度较低且适应度较低，表明林地受到人类活动影响，所导致的景观问题较复杂，难以修复，但在不受外界影响的背景下，景观稳定性较高，景观结构仍能保持稳定，故而朱家场镇中北部地区脆弱度较低。其他地区以林地、建设用地、耕地及未利用地镶嵌分布为主，景观敏感度较高且适应度较高，说明随着城市化的有序发展及“退耕还林”政策的实施，景观结构受人为修复而趋于稳定，但人类活动影响耕地、林地及建设用地格局，未利用地稳定性较弱，故而朱家场镇西南地区及东部地区景观脆弱度较高。

掌布镇北部地区以连片林地及灌草丛为主，景观敏感度较低且适应度较低，表明单一景观结构一旦被人类活动影响，难以被修复，人类活动是影响景观格局变化的主要因素，在无人类干预的情况下，稳定性较高，故而掌布镇北部地区脆弱度较低。中南部地区以林地、灌草丛、建设用地及耕地镶嵌分布为主，景观敏感度较高且适应度较高，说明景观易被修复，但在景观相互影响下及人类活动影响下，稳定性较低，故而掌布镇中南部地区脆弱度较高。

新窑镇北部及南部地区以建设用地、林地及灌草丛为主，景观敏感度较低且适应度较高，说明随着城市化发展的有序化，稳定性增强，生态系统丰富且修复能力强，故而新窑镇北部及南部脆弱度较低。北部及西部地区以耕地、建设用地及未利用地为主，敏感度较高且适应度较低，说明易受到人类活动影响，且生态系统不稳定，故而脆弱度较高。

总体来看，朱家场镇景观脆弱度较高，新窑镇景观脆弱度较低。其中低脆弱度层次中，旧州镇及朱家场镇景观脆弱度较高，新窑镇景观脆弱度较低；较低脆弱度、中等脆弱度及较高脆弱度层次中，朱家场镇景观脆弱度较高，掌布镇景观脆弱度较低；高脆弱度层次中，掌布镇景观脆弱度较高，旧州镇景观脆弱度较低(表3)。

表3 四个乡镇景观脆弱度特征分析

3 讨论与结论

3.1 讨论

本研究以西南地区喀斯特山区不同地貌贫困乡镇为例，利用景观敏感度指数及适应度指数构建景观脆弱度。从整体景观脆弱度来看，贵州省4个乡镇景观脆弱度整体偏低，这与梁佳欣等[13]对南四湖湿地研究表明景观格局高脆弱度范围随时间显著扩张、盛晓雯等[1]对右玉县研究表明景观脆弱度较高的研究结论不一致，这是由于贵州省主要以林地及灌草丛为主，未利用地较少，景观结构较稳定；从空间差异来看，贵州省4个乡镇景观高脆弱区主要集中于人口密集活动区，低脆弱区主要集中于林地及灌草丛分布地带，这与董雅雯等[2]的研究结论存在差异，这与两个不同地区景观结构的差异有关。

从地貌类型来看，喀斯特盆坝地旧州镇耕地面积较大，林地面积较小，低山丘陵朱家场镇建设用地及耕地与林地及灌草丛镶嵌分布，人类活动影响较大，景观脆弱度较高；喀斯特峡谷掌布镇林地及灌草丛面积较大，中部及北部零星分布建设用地及耕地，喀斯特中山新窑镇建设用地及耕地集中分布于北部，其他地区灌草丛面积较大，人类活动影响较小，景观脆弱度较低，这说明贵州不同地貌的景观脆弱度空间异质性突出。

本研究针对4种喀斯特山区不同地貌贫困乡镇景观脆弱度进行分析，针对不同景观类型进行研究并总结，对于我国西南喀斯特山区的景观规划及资源合理开发具有重要意义。然而本研究仅从景观脆弱度指数对地区景观特征进行研究，今后还需从多个景观指数对地区景观格局进行分析。另外，由于地区人类活动的差异性，导致同种地貌地区景观脆弱度存在差异，因此应进一步探讨景观评价指标及地区选取的科学性。

3.2 结论

喀斯特盆坝地旧州镇耕地及建设用地面积较大，林地及灌草丛面积较小，景观抗干扰能力较弱，景观敏感度较大，需要人为定向调整才可恢复结构稳定性，景观脆弱度较高；低山丘陵朱家场镇建设用地、耕地与林地、灌草丛镶嵌分布，人类活动影响较大，同时也需人为定向修复才可趋于稳定，景观脆弱度较高；喀斯特峡谷掌布镇林地及灌草丛面积较大，成片分布，不受人类活动影响，景观敏感度较低，脆弱度较低；喀斯特中山新窑镇灌草丛面积较大且集中分布于中南部，建设用地及耕地集中分布于北部，优势景观不受人类活动影响，景观脆弱度较低。从景观敏感度特征分析来看，朱家场镇景观敏感度较高，新窑镇及掌布镇景观敏感度较低；从景观适应度特征分析来看，朱家场镇景观适应度较高，掌布镇景观适应度较低；从景观脆弱度特征分析来看，朱家场镇景观脆弱度较高，新窑镇景观脆弱度较低。