發(fā)布時(shí)間：2020-04-20所屬分類(lèi)：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，土地資源破碎化現(xiàn)象逐步加深，嚴(yán)重威脅著區(qū)域生態(tài)安全、土地利用格局和人類(lèi)生存環(huán)境。通過(guò)構(gòu)建景觀破碎度評(píng)價(jià)模型，研究了我國(guó)東北典型山區(qū)長(zhǎng)白山區(qū)19952015年的生態(tài)用地破碎化程度及其動(dòng)態(tài)變化特征。結(jié)果表明:①長(zhǎng)白山區(qū)20年間
摘要:隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，土地資源破碎化現(xiàn)象逐步加深，嚴(yán)重威脅著區(qū)域生態(tài)安全、土地利用格局和人類(lèi)生存環(huán)境。通過(guò)構(gòu)建景觀破碎度評(píng)價(jià)模型，研究了我國(guó)東北典型山區(qū)長(zhǎng)白山區(qū)1995—2015年的生態(tài)用地破碎化程度及其動(dòng)態(tài)變化特征。結(jié)果表明:①長(zhǎng)白山區(qū)20年間生態(tài)用地破碎化程度降低，破碎化區(qū)域縮小，生態(tài)景觀格局趨于安全。②各用地類(lèi)型之間轉(zhuǎn)換頻繁，林地主要向草地轉(zhuǎn)化。③20年來(lái)生態(tài)用地面積逐年縮小，內(nèi)部類(lèi)型變化幅度大于生態(tài)用地本身。④除了人類(lèi)活動(dòng)，城市擴(kuò)張、耕地復(fù)墾等土地利用政策也是影響土地利用變化的外在因素。
關(guān)鍵詞:生態(tài)用地;景觀格局破碎度;土地利用變化;長(zhǎng)白山區(qū)
1前言
土地利用/覆被變化(LUCC)作為人類(lèi)活動(dòng)與自然環(huán)境相互作用的最直接表現(xiàn)方式，已成為土地科學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的重要研究課題。近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國(guó)人口膨脹、建設(shè)用地?cái)U(kuò)張和環(huán)境惡化等社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題日益突出[1]。同時(shí)，人類(lèi)活動(dòng)加劇了對(duì)自然環(huán)境的壓力，直接影響到自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，造成了環(huán)境污染、土地退化和生物多樣性單一等多種生態(tài)安全問(wèn)題[2，3]。生態(tài)用地作為直接關(guān)聯(lián)土地生態(tài)功能的土地類(lèi)型，是土地生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的基本載體，也是區(qū)域生態(tài)景觀格局與土地利用類(lèi)型之間形成有效聯(lián)系的關(guān)鍵要素。從生態(tài)功能方面來(lái)看，生態(tài)用地具有水土保持、防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)氣候和生物多樣性保護(hù)等功能[4，5]，是直接影響自然—社會(huì)經(jīng)濟(jì)組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。
傳統(tǒng)的生態(tài)用地研究模式主要集中分析景觀格局演變和土地覆被變化[6，7]、測(cè)量城市生態(tài)用地需求[8]、構(gòu)建景觀生態(tài)安全格局[9，10]和生態(tài)脆弱區(qū)土地利用變化[11，12]。近年來(lái)，景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究較多。ZangZ構(gòu)建了生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)典型景觀類(lèi)型的時(shí)空格局、生態(tài)脆弱性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化進(jìn)行了實(shí)證分析[13];周銳通過(guò)構(gòu)建不同生態(tài)過(guò)程的生態(tài)安全格局來(lái)識(shí)別生態(tài)用地，為城市生態(tài)規(guī)劃與空間布局規(guī)劃提供了參考;潘竟虎通過(guò)RS和GIS技術(shù)，建立基于景觀格局的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，分析了景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)空變化特征和聚集模式[14];于瀟以景觀格局安全指數(shù)和生態(tài)質(zhì)量指數(shù)為變量，構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)區(qū)景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，對(duì)近30年來(lái)研究區(qū)的景觀生態(tài)安全時(shí)空分異進(jìn)行了分析[15]。根據(jù)研究來(lái)看，定量測(cè)度生態(tài)用地景觀格局演變與土地利用變化仍是理解區(qū)域生態(tài)安全與土地演化的重要手段，因此本文用定量測(cè)度方法來(lái)研究長(zhǎng)白山區(qū)生態(tài)用地的演變特征和變化規(guī)律。
土地破碎化是區(qū)域景觀格局的表現(xiàn)形式，反映了斑塊由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的變化過(guò)程，是自然或人為干擾因素共同作用的結(jié)果，其景觀格局特征表現(xiàn)為由單一均勻的連續(xù)斑塊逐漸變?yōu)椴贿B續(xù)的破碎斑塊。同時(shí)，土地破碎化是描述景觀演變與生態(tài)安全的重要特征指標(biāo)，對(duì)研究土地破碎化的景觀生態(tài)過(guò)程、土地利用模式和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展均具有重要的影響[16，17]。從土地整治角度看，實(shí)施土地整治、退耕還林還草等土地政策的目的就是為了降低土地資源破碎化。隨著相關(guān)部門(mén)對(duì)土地資源生態(tài)保護(hù)的要求越來(lái)越高，科學(xué)測(cè)量和分析土地破碎化程度對(duì)制定合理的土地利用規(guī)劃和政策顯得尤為重要。當(dāng)前，由于土地承載力有限，人類(lèi)不合理的生產(chǎn)活動(dòng)已占用了大量土地，導(dǎo)致土地破碎化程度增加，縣域尺度及以下的生態(tài)用地破碎度與土地利用格局演變的小尺度、精細(xì)化研究越來(lái)越受到重視[18]。
長(zhǎng)白山區(qū)是典型的原始森林區(qū)，但在我國(guó)境內(nèi)，北坡、西坡和南坡具有典型的城市代表性，區(qū)域內(nèi)土地保護(hù)、生態(tài)安全與城市之間的矛盾仍存在。近幾十年來(lái)，該地區(qū)城市不斷擴(kuò)張，區(qū)域內(nèi)生態(tài)用地對(duì)維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境和耕地質(zhì)量保護(hù)的作用日益明顯。了解長(zhǎng)白山區(qū)生態(tài)用地破碎度和土地利用變化有助于優(yōu)化土地利用模式，實(shí)現(xiàn)不同土地利用類(lèi)型利用價(jià)值的最大化。本文以長(zhǎng)白山區(qū)3個(gè)縣級(jí)行政區(qū)劃涉及的31鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元為研究對(duì)象，對(duì)長(zhǎng)白山區(qū)1995—2015年生態(tài)用地的景觀格局和離散程度等景觀指數(shù)進(jìn)行了分析，通過(guò)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用動(dòng)態(tài)度綜合測(cè)度區(qū)域內(nèi)不同土地利用類(lèi)型之間的相互轉(zhuǎn)換情況。旨在:①刻畫(huà)20年來(lái)長(zhǎng)白山區(qū)生態(tài)用地破碎化程度和景觀格局演變特征，為生態(tài)用地破碎化評(píng)價(jià)提供科學(xué)合理的評(píng)價(jià)模型;②定量測(cè)度分析長(zhǎng)白山區(qū)土地利用變化特征，了解土地利用變遷過(guò)程，為土地利用規(guī)劃者提供科學(xué)參考與建議。
2數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法
2.1研究區(qū)域概況
長(zhǎng)白山(127°40'—128°16'E、41°35'—42°25'N)位于吉林省東南部中朝交界處，是我國(guó)東北典型的山地森林生態(tài)系統(tǒng)。本文是指以吉林省延邊朝鮮族自治州安圖縣(長(zhǎng)白山北坡)、白山市長(zhǎng)白朝鮮自治縣(長(zhǎng)白山南坡)和撫松縣(長(zhǎng)白山西坡)3個(gè)縣級(jí)單元為代表的長(zhǎng)白山典型生態(tài)連片區(qū)域(圖1)，區(qū)域內(nèi)共31個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)別單元。該區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶陨降貧夂騾^(qū)，除具有一般山地氣候的特點(diǎn)外，還具有明顯的垂直氣候變化特征;年均氣溫在-7—3℃之間，積雪深度為50—70cm，年降水量700—1400mm。同時(shí)，該區(qū)域水資源豐富，是松花江、圖們江和鴨綠江三大水系的發(fā)源地。
2.2數(shù)據(jù)來(lái)源
遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于我國(guó)土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以研究區(qū)域1995年、2005年、2015年的Landsat-Tm/ETM和Landsat8遙感影像數(shù)據(jù)為信息源，借助Envi4.5軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行波段合成與矯正。通過(guò)ArcGIS10.5軟件，結(jié)合三縣域的地形圖和土地利用圖數(shù)據(jù)進(jìn)行人機(jī)交互式解譯，獲得研究區(qū)域土地利用類(lèi)型矢量文件。結(jié)合研究區(qū)域特點(diǎn)和研究目的，最終確定土地類(lèi)型為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地六大類(lèi)型。景觀格局分析基于由矢量格式轉(zhuǎn)換為柵格格式的類(lèi)型圖，考慮到解譯精度和遙感影像分辨率的影響，將柵格單元大小設(shè)為30m×30m。同時(shí)，根據(jù)行政區(qū)劃，將研究區(qū)域劃分為以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元的31個(gè)評(píng)價(jià)單元，以反映鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)的生態(tài)用地破碎化程度及土地利用變化。
2.3生態(tài)用地定義及分類(lèi)系統(tǒng)
我國(guó)現(xiàn)行的《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)(GBT21010—2017)》中沒(méi)有明確生態(tài)用地的類(lèi)別，同時(shí)對(duì)生態(tài)用地的分類(lèi)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致其生態(tài)價(jià)值難以在分類(lèi)體系中體現(xiàn)。生態(tài)用地不是一個(gè)具體統(tǒng)一的土地利用范疇，其定義也因?yàn)椴煌难芯磕康亩x予不同的內(nèi)涵。對(duì)生態(tài)用地的定義，以往研究在區(qū)域尺度上形成了以土地空間形態(tài)來(lái)定義的生態(tài)要素決定論[19]，以土地生態(tài)功能定義的生態(tài)功能決定論[20，21]和以土地主體功能定義的主體功能決定論三種觀點(diǎn)[22-25]。龍花樓、劉永強(qiáng)等在界定生態(tài)用地概念的基礎(chǔ)上，采用逆向遞推法將生態(tài)用地合并歸類(lèi)，將生態(tài)用地劃分為生態(tài)用地、半人工生態(tài)用地和人工生態(tài)用地三種類(lèi)型[5];周銳、謝花林等通過(guò)GIS、RS等技術(shù)手段提取具有空間信息的生態(tài)用地，分別構(gòu)建了生態(tài)用地的空間結(jié)構(gòu)和安全格局[12，26];CostanzaR通過(guò)計(jì)算土地利用類(lèi)型的生態(tài)服務(wù)價(jià)值(ESV)進(jìn)行了生態(tài)用地識(shí)別的研究[27]。根據(jù)以往研究成果，本文將生態(tài)用地定義為以生態(tài)價(jià)值為主要利用價(jià)值，發(fā)揮土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展的土地利用范疇。同時(shí)，依據(jù)土地利用現(xiàn)狀和《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)(GBT21010—2017)》，將土地利用類(lèi)型劃分為生態(tài)用地、耕地、建設(shè)用地和未利用地，其中生態(tài)用地包括林地、草地、水域三大類(lèi)(表1)。
2.4研究方法
生態(tài)用地破碎度評(píng)價(jià)指標(biāo)選取:土地破碎化程度可反映在景觀水平上，本文通過(guò)建立定量分析評(píng)價(jià)模型，利用景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)對(duì)生態(tài)用地破碎程度進(jìn)行探討。景觀指數(shù)的選擇應(yīng)具有低冗余度，既能更好地描述景觀破碎化程度的特點(diǎn)，又應(yīng)涵蓋景觀面積、形態(tài)、離散度等綜合方面的內(nèi)容。本文借鑒已有研究成果[28，29]，并考慮長(zhǎng)白山區(qū)的實(shí)際情況，選取斑塊密度(PD)、邊界密度指數(shù)(ED)、面積加權(quán)形狀指數(shù)(AWMSI)、破碎度指數(shù)(FS)、分離度指數(shù)(DIVISION)、分裂指數(shù)(SPLIT)，共6個(gè)景觀指標(biāo)來(lái)描述生態(tài)土地的破碎化特征。
相關(guān)期刊推薦：《資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)》(月刊)創(chuàng)刊于1985年，是四川省科學(xué)技術(shù)廳主管，四川省自然資源研究所主辦的綜合性自然科學(xué)學(xué)術(shù)期刊，涵蓋自然科學(xué)的各個(gè)學(xué)科。國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行。本刊重點(diǎn)刊登國(guó)內(nèi)以自然資源為主、兼顧社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源的科學(xué)理論研究的創(chuàng)新成果，資源開(kāi)發(fā)中的新技術(shù)、新方法、新工藝以及資源與環(huán)境、資源管理、開(kāi)發(fā)與保護(hù)等具有創(chuàng)新性的科研成果
3結(jié)果及分析
3.1生態(tài)用地破碎度總體情況
研究發(fā)現(xiàn)，1995—2015年各評(píng)價(jià)單元的土地破碎化指數(shù)均在不同程度上有所增加，具有破碎化特征(圖2)。其中，斑塊密度(PD)和邊界密度(ED)兩個(gè)指標(biāo)值在1995年均為較低水平，斑塊具有較高的完整性和連接性。2005年，超過(guò)68%的評(píng)價(jià)單元PD和ED值急劇上升，且超過(guò)20%的評(píng)價(jià)單元上升幅度大于10%，區(qū)域斑塊的均勻性隨著碎片的增加而劇烈降低。2015年，PD和ED指標(biāo)值上升幅度減緩，在此期間人類(lèi)活動(dòng)和城市擴(kuò)張?jiān)谏鷳B(tài)土地破碎化中發(fā)揮著重要作用。面積加權(quán)形狀指數(shù)(AWMSI)和破碎度指數(shù)(FS)是用于描述生態(tài)用地形狀破碎化程度的指標(biāo)，各評(píng)價(jià)單元在研究時(shí)段內(nèi)的AWMSI和FS值均呈上升趨勢(shì)，研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)用地的空間格局是分散和不規(guī)則的。分離度指數(shù)(DIVISION)和分裂指數(shù)(SPLIT)20年來(lái)小幅增長(zhǎng)，各評(píng)價(jià)單元斑塊間的連通性變?nèi)醪⑶曳植稼呌诜稚⑿��？傮w上來(lái)看，1995—2005年長(zhǎng)白山區(qū)生態(tài)景觀格局由連續(xù)、均質(zhì)狀態(tài)急劇轉(zhuǎn)化為不連續(xù)、離散的狀態(tài);2005—2015年，破碎化程度仍然存在，但趨于下降的趨勢(shì)，破碎化過(guò)程相對(duì)緩慢并且得到控制。結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，生態(tài)用地破碎化之所以略有回升，景觀安全趨于平穩(wěn)，主要得益于長(zhǎng)白山區(qū)近年來(lái)對(duì)生態(tài)土地保護(hù)和土地管理的重視，以及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)土地的負(fù)面影響在逐漸減弱。
3.2生態(tài)用地破碎度時(shí)空變化分析
根據(jù)1995—2015年長(zhǎng)白山區(qū)各評(píng)價(jià)單元的景觀指數(shù)值，賦權(quán)后依此計(jì)算1995年、2005年和2015年各評(píng)價(jià)單元的面積—邊緣破碎指數(shù)、形狀破碎指數(shù)、離散破碎指數(shù)和破碎度綜合指數(shù)(表4)。研究結(jié)果顯示不同年份不同評(píng)價(jià)單元生態(tài)用地破碎化程度不同�？傮w來(lái)看，長(zhǎng)白山區(qū)破碎化程度從1995—2015年呈下降趨勢(shì)，破碎化程度降低，區(qū)域差異性顯著，研究結(jié)果與實(shí)際情況相符合。
破碎度時(shí)間變化分析:對(duì)比3個(gè)時(shí)期研究區(qū)域各評(píng)價(jià)單元的破碎度綜合指數(shù)(表5)情況，破碎化程度存在較大的差異。1995—2005年有11個(gè)評(píng)價(jià)單元破碎化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，破碎化程度增加，其中增幅最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為永慶鄉(xiāng)、兩江鎮(zhèn)、萬(wàn)良鎮(zhèn)和興隆鄉(xiāng)，增幅分別為83.52%、10.97%、10.15%和9.54%。其他20個(gè)評(píng)價(jià)單元的破碎度綜合指數(shù)降低，降幅度最大的分別為新房子鎮(zhèn)、亮兵鎮(zhèn)、二道白河鎮(zhèn)。漫江鎮(zhèn)和明月鎮(zhèn)破碎化程度未發(fā)生明顯變化，破碎現(xiàn)象較穩(wěn)定。
2005—2015年12個(gè)評(píng)價(jià)單元破碎度指數(shù)增幅大于零，增幅最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)分別為興隆鄉(xiāng)、萬(wàn)良鎮(zhèn)和新房子鎮(zhèn)。19個(gè)評(píng)價(jià)單元破碎度降低，萬(wàn)寶鎮(zhèn)和十四道溝鎮(zhèn)降幅最大，分別為47.63%和19.94%�？傮w看，1995—2015年長(zhǎng)白山區(qū)整體破碎化程度降低，個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)如寶泉山鎮(zhèn)、萬(wàn)良鎮(zhèn)、興隆鄉(xiāng)的破碎化程度一直處于上升趨勢(shì)，生態(tài)用地分布趨于零散化、斑塊形狀復(fù)雜化，破碎化程度日漸加劇;而長(zhǎng)白鎮(zhèn)、亮兵鎮(zhèn)、萬(wàn)寶鎮(zhèn)的破碎化現(xiàn)象明顯降低，生態(tài)用地破碎化得以緩解;新房子鎮(zhèn)前十年的破碎化程度明顯減低，但后10年卻劇烈增加，生態(tài)用地亟需保護(hù)。
破碎度空間變化分析:根據(jù)分級(jí)結(jié)果(圖3)，將生態(tài)用地破碎度分為4個(gè)級(jí):Ⅰ級(jí)為低破碎化程度區(qū)(0—0.5)，Ⅱ級(jí)為輕破碎化程度區(qū)(0.5—1.0)，Ⅲ級(jí)為中破碎化程度區(qū)(1.0—1.5)，Ⅳ級(jí)為高破碎化程度區(qū)(1.5—2.0)。根據(jù)研究結(jié)果，1995年破碎化程度較高，Ⅳ級(jí)為區(qū)域評(píng)價(jià)單元數(shù)量最多，分布在長(zhǎng)白縣西部，I級(jí)和II級(jí)廣泛分布在23個(gè)評(píng)價(jià)單元內(nèi)。2005年Ⅳ級(jí)區(qū)域個(gè)數(shù)明顯減少，且個(gè)別區(qū)域的破碎度等級(jí)均有降低趨勢(shì)，主要集中在長(zhǎng)白縣西部和安圖縣南部地區(qū)。2015年的破碎化程度最低，IV級(jí)區(qū)域個(gè)數(shù)最少。
