琅岐岛景观破碎化时空演变特征

琅岐岛近年来随着福州新区的发展带动，其经济得到了极大提升，城镇配套设施建设也日益完善。但城镇化进程的加快加剧了琅岐岛土地利用变化，其生态系统功能的持续供给受到威胁，景观格局发生剧烈变化，并暴露出不同程度的景观破碎化状况。

景观格局是指不同规模、形态和属性的景观单元在不同空间的分布与组合。景观破碎化是指在自然、人为等因素的扰动下，使景观从单一走向复杂的过程，是指景观从单纯的、均匀的和连续的整体逐渐转化为驳杂、异质和中断的镶嵌体。近年来琅岐岛城镇化进程逐步加快，高速的城镇建设过程中各种用地之间土地利用方式的变化会引起景观格局的剧烈变化，生物生境也因此而呈现出一定的破碎性。景观破碎化格局是琅岐岛生物廊道品质和生物栖息地状况的重要体现，同时，也会对当地物种的分布和生态系统服务功能产生影响。

景观格局是研究土地利用时空演变的主要方式，其变化势必会对生态系统质量及演变过程产生影响。当前，国内外对景观破碎化的评价、影响及驱动因子的研究较多。景观破碎化将极大地限制生态系统对人类活动的服务。本次研究采用Fragstats4.2软件对1985年—2022年五个时期琅岐岛的主要景观指数进行计算，通过测度琅岐岛景观破碎化的时空特征，以期揭示琅岐岛在不同时期景观破碎化与各类用地之间的关系，为琅岐岛景观格局优化、生态系统服务价值持续供给提供科学依据。

研究区概况

琅岐岛，坐落在闽江河口，隶属于福建省福州市马尾区琅岐镇，南部通过琅岐大桥与长乐区紧密相连，历来被誉为“闽江口的明珠”。这座岛屿以其优越的自然生态环境而著称，是福州市内生态保持得最好的岛屿之一。琅岐岛位于亚热带海洋性气候区，气候温暖湿润，为岛上的生物多样性和生态平衡提供了良好的条件。年降雨1000-1200毫米，生态环境优良，土地平坦肥沃，山海景观资源丰富，致力于建设以生态为核心，多维复合发展的国际生态旅游岛，打造全省最优的“菜篮子”基地和科技生态农业示范岛。

数据来源和指数选取

本次研究主要使用的数据为1985、1995、2005、2015、2022年共五期来自地理空间数据云（https：//www.gscloud.cn/）的landsat遥感影像数据。同时为了保证土地利用数据预处理结果的准确性，本次研究还辅以1985年—2022年的五期土地覆盖数据作为对照参考。该数据来自武汉大学的杨杰和黄昕教授发布的中国年度土地覆盖数据，数据分辨率为30m，共包括农田、森林、灌木、草原、裸地、水域、冰雪、湿地、不透水面九种用地类型。通过人工目视解译五期遥感影像数据，并对照已有的五期土地覆盖数据，再结合实地调研时获取的琅岐岛土地利用情况，最终运用ArcGIS软件将各年土地利用数据预处理为耕地、林地、草地、建设用地、水域、未利用地六种用地类型（如下页图1所示）。

本次研究采用FRAGSTATS4.2软件对1985年—2022年五个时期琅岐岛的主要景观指数进行计算，以测度琅岐岛景观破碎化的时空特征。综合考虑景观指数的生态学意义和指标间的相关性，并结合琅岐岛的实际情况，从斑块类型水平和景观水平两个层次选取斑块类型面积比（PLAND）、斑块数量（NP）、最大斑块指数（LPI）、面积加权分维数（FRAC_AM）、聚合度（AI）、斑块平均面积（MPS）、斑块密度（PD）、蔓延度指数（CONTAG）、香农多样性指数（SHDI）、香农均匀度（SHEI）散布与并列指数（IJI）共11个景观指数来刻画琅岐岛景观格局破碎化程度。

景观破碎化综合指数分析

本段主要针对琅岐岛景观格局变化情况展开分析。根据表1可知，1985年—2015年，耕地景观面积占比几乎均超过50%，一直为琅岐岛的主要景观类型，但在1985年—2022年期间，耕地的面积急剧减少，从图1可看出其多转移为建设用地和水域。到2022年，耕地景观面积占比仅为20.55%，琅岐岛的主要景观类型转为建设用地，其面积占比为29.66%。建设用地在1985年—2022年期间面积呈显著增长趋势，共增长1523.95公顷。除此之外，在1985年—2022年期间，水域景观面积增加1208.19公顷，在2022年成为仅次于建设用地和林地的第三大景观类型。未利用地景观面积总体呈现下降趋势，从图1中可看出，其减少的面积多转化为水域和建设用地。林地和草地景观面积在1985年—2022年期间持续波动，但总体面积增减的幅度不大。耕地和未利用土地逐步转移为建设用地和水域，一方面是受到琅岐岛城镇建设发展速度逐步加快的影响，导致新增的道路用地占用了原有的耕地和未利用土地。其次是受到琅岐岛旅游业发展的影响，酒店、餐饮店、购物商场等旅游接待设施大量增加，导致建筑的用地面积持续增长，不断侵占原有的耕地以及未利用土地。此外，随着红鲟养殖业成为琅岐岛的地理标志性产业，养殖渔业在农业中所占的比重持续增加，琅岐岛农业的产业结构不断转型，越来越多的耕地和未利用土地转化为养殖水域。

琅岐岛斑块类型水平指数分析如下：

根据图2数据可知，PLAND值占比最大的用地由1985年的耕地转变为2022年的建设用地，因此主要景观也随之转变。耕地在1985年—2022年间PLAND值由65.08%跌至20.54%，呈快速下降趋势，同时NP值大幅上升，由此可知耕地景观破碎化程度日益增加。研究期内，建设用地与水域的PLAND值大幅上升，而NP值呈先上升后下降趋势，这表明建设用地与水域景观的面积正逐步扩张，且破碎化程度日趋减小。林地、未利用地和草地的NP值在1995年—2022年期间大幅下降，证明其景观破碎化状况有所缓解，琅岐岛内生态系统状况逐渐转好。

在1985年—2022年间各类用地的LPI值变化幅度较大，其中耕地的LPI值由原来的64.58%下降至5.58%，反之林地与建设用地呈上涨趋势，由此说明林地与建设用地集聚化，并侵占大量耕地使其趋于破碎化。与此同时FRAC_AM值中林地和耕地趋于降低、建设用地趋于升高，由此可知林地和耕地景观斑块形状不规则程度减小、建设用地增加。

在AI值中，耕地研究时间段内始终保持在80%以上，但处于持续下降的趋势，说明琅岐岛耕地离散度持续增加。除耕地之外的用地类型在此期间的聚合度AI值显示各类用地的聚合度处于总体上升的趋势。其中草地的AI值虽处于持续上升的趋势，但截至2022年其AI值最高位为67.85%，仍为所有用地中的最低值，说明草地景观破碎化虽有所缓解，但破碎化程度仍较高。1985年—2022年间，耕地的MPS值由132.21hm²大幅下降至10.71hm²，未利用地的MPS值也有小幅度的下降，但除这两类用地之外琅岐岛其余各类用地的MPS均保持总体上升趋势。其中林地由9.96hm²上升至32.62hm²，建设用地由2.67hm²上升至17.10hm²，水域则由1.02hm²上升至15.95hm²，表明研究期间除耕地与未利用土地外琅岐岛其余各类用地的斑块破碎度降低，其中林地、建设用地、水域最为明显。

根据以上分析可知，1985年—2022年间琅岐岛各类用地中除耕地扩张集聚度大幅下降外其余用地扩张集聚度均有所增加，其中林地与建设用地最为明显。即耕地破碎化明显，其余用地都趋于集中分布；琅岐岛整体趋于均匀化分布，景观类型斑块形状不规则程度除建设用地外都趋于减小。总体而言，琅岐岛各类用地除耕地景观破碎化明显外，其余各类用地景观破碎化现象显现程度不高。琅岐岛整体趋于均匀化分布，各类用地的斑块形状趋于简单。

琅岐岛景观水平指数分析如下：

根据表2数据可知，在研究时间段内琅岐岛景观PD值呈上升趋势，表明琅岐岛景观单位面积上的异质性增高，斑块数量增多，破碎化程度整体上呈上升趋势。琅岐岛景观LPI值呈持续下降趋势，而在1985年—1995年和2015年—2022年期间分别大幅降低了11.24%与27.28%，该数据表明琅岐岛景观中的优势斑块优势度明显下降，且对琅岐岛整体景观的控制能力也在逐渐下降，也间接反映了近年来城镇发展、产业转型等人类活动对琅岐岛景观仍存在较大的干扰，导致琅岐岛耕地、林地等优势斑块面积减少。琅岐岛景观CONTAG值呈逐渐下降趋势，1985年—2022年降低约19.24%，表明琅岐岛景观中的优势斑块类型连通度降低，斑块之间逐渐离散，团聚程度降低，反映部分优势斑块景观破碎化程度加剧。

琅岐岛景观SHDI值与SHEI值变化趋势大致相同，1985年—2022年间琅岐岛景观SHDI值上升0.38%，琅岐岛景观SHEI值上升0.25%。SHDI值上升表明在琅岐景观生态系统中，土地利用类型丰富度提高，不定性的信息含量增多，景观要素趋于多元化。SHEI值上升且数值趋近于1，说明琅岐岛上各种斑块的分布较为均衡，没有显著的主导景观。琅岐岛景观IJI值整体上看提高了3.68%，表明景观中斑块类型的多样性与异质性增加。2015年—2022年琅岐岛景观格局的动态变化较大，琅岐岛景观IJI值大幅度提升1.86%，结果显示，在这一时期，琅岐岛斑块的受约束度增大，斑块分布趋于均衡化，景观结构趋于复杂化。

文章通过对研究时段内琅岐岛各项斑块类型指数以及景观水平指数的分析得出琅岐岛现今的景观破碎化情况，以期能够为缓解琅岐岛景观破碎化提供更为明确的分析依据，研究表明：

首先，研究时段内，琅岐岛景观基质由耕地转变为了建设用地。1985—2022年间耕地面积大幅下降，建设用地、水域面积大幅上升，林地面积持续波动，林地、草地面积变化不大。面积的变化主要源于耕地和未利用地转移为建设用地和水域。

其次，在斑块类型水平上，耕地优势斑块减少，景观破碎化程度日益增加，而其余景观都趋于集中分布。琅岐岛各类用地FRAC_AM值皆低于1.5但都在1之上，表明琅岐岛各类景观斑块形状趋向简单，受人类活动干预程度小。除耕地扩张集聚度大幅下降外其余用地扩张集聚度均有所增加，其中林地与建设用地最为明显。

最后，在景观水平上，研究时段内由PD值的上升和CONTAG值的下降可看出琅岐岛景观整体趋于破碎化，而由SHDI值、SHEI值和LPI值的逐渐下降可得出琅岐岛土地利用类型的丰富度逐渐提高，各斑块类型趋于均匀化分布，且不存在明显的优势景观类型。IJI值的上升反映出琅岐岛景观多样性与异质性增加，且景观结构逐渐趋向于复杂。

基金项目：2023年福建省大学生创新创业训练计划项目（s202310395062）；2022年度福州市科技局科技计划项目（2022-S-003）。

（作者单位：闽江学院）