平潭主岛陆相区域景观格局动态变化分析

吴锡麟，岳新建，叶功富，高伟

（1.闽江学院地理科学系，福建 福州 350108；2.福建省林业调查规划院，福建 福州 350003；3.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012）

景观生态学从宏观角度研究区域景观要素结构（空间格局）、功能（生态学过程）、变化（空间动态）及其与人类活动的相互作用。景观格局的变化是景观内部矛盾和外部共同的作用结果及外在表现[1，2]。研究区域景观空间格局的动态变化，有助于正确认识人为活动对自然环境造成的干扰，从无序的景观上发现潜在有序的规律，为解决日益凸显的资源和环境问题、全面开展区域的生态环境建设提供理论和方法支持。

沿海防护林作为滨海地区唯一的林业生态工程，受到自然和人为因素的双重影响[3－6]。目前主要面临两方面问题：宏观上，受人为的经营管理措施、海岸带开发建设占地以及风沙、干旱等自然因素影响引起的消减；微观上，林分结构及林木生理成熟等引起群落稳定性和功能的变化。从景观生态学的角度分析沿海地区主要土地利用类型的动态变化，对针对性的制定防护林保护和营造措施、确保区域生态安全都具有重要的现实意义[7，8]。

1 研究区概况

平潭综合实验区位于福建省东部沿海，东濒台湾海峡，地处25°15′—25°45′N、119°32′—120°10′E，陆地面积371.91km2（含海涂面积62.92km2），海域面积2 164km2，主岛海坛岛，面积267.13 km2，是福建省第一大岛，全国第五大岛。平潭属南亚热带湿润型气候区，年平均气温19.5℃，年平均降水量1 196.2mm，夏秋少雨多旱；年均风速6.3 ms－1，沿海地区年均风速8.9ms－1，全年≥8级风力的天数为84.5d，风旱灾害较重。

沿海防护林体系作为海岛上唯一的生态防护措施，如何对其进行优化调整，对构建稳固的海岛生态防护体系，促进经济社会稳定健康发展具有非常重要的意义[9]。

2 研究方法

2.1 数据来源及处理

以1996年TM、2002年ETM、2008年ALOS卫星影像为主要数据源，结合2007年森林资源二类数据、1∶5万DEM图等辅助数据源，并查阅相关社会经济统计资料及实地调研资料。所得影像均经过大气校正、几何精校正等预处理。以2002年ETM影像为基准，通过目视判别，运用ERDAS中AOI工具沿陆海相边界进行勾绘，建立AOI，再用subset工具裁剪，获得三个时相的目标研究区域。经统计，陆相研究区的总面积为244.62km2。

2.2 景观分类体系及分类方法

主要考虑与防护林经营有密切关系的几种土地利用方式，详见表1。采用分层分类与监督、非监督分类相结合的方法进行分类提取。

表1 平潭景观格局遥感分类体系

2.3 景观指数的提取

景观指数是对景观格局信息的高度浓缩，是揭示区域生态状况及空间变异特征的有效手段。分为3个水平层次：斑块水平（Patch－level Index）、斑块类型 水 平 （Class－level Index）、景 观 水 平 指 数（Landscape－level Index）。 本 文 选 择 斑 块 密 度（PD）、平均斑块面积（MPSi）、分维数（Fractal Dimension，PAFRAC）、最大斑块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）、斑块密度（PD）、多样性指数 （SH－DI，Shannon＇s Diversity Index）、均 匀 度 指 数（SHEI，Shannon＇s Evenness Index）、景观边缘密度（ED）、聚集度指数（AI）、连接度（COHESION）、蔓延度指数（CONTAG）、散布与并列指数（IJI）等13种采用景观格局指数，计算依托景观格局分析软件Fragstats 4.1实现，其生态学意义参考Fragstats帮助说明[9]。

3 结果与分析

3.1 景观水平上景观格局及其变化分析

表2 1996—2008年景观水平上平潭景观格局变化

从景观水平上看（见表2），1996年斑块总数为1 290块，2002年1 086块，2008年为138块，呈现先减后增的趋势；最大斑块指数先增后减，2008年较1996年增加7.12，说明总体上景观破碎化程度是减小的，但是2002－2008年有倒退的迹象，斑块数量增加，大斑块面积缩小。聚集度指数和分维数指数变化趋势相似，逐年增加，其中2008年较2002年增加较多，而1996年较2002年增加较小。景观形状指数增大，说明随着斑块数量增加，边界形状也更加复杂，但多样化指数变化不大。除聚集度指数外的其他用来衡量斑块空间相互关系的指数蔓延度、散布和并列指数、连接度变化略有增加，但并不明显，说明斑块之间的空间相互关系、分布格局整体变化不大，呈现改善的趋势，但较为缓慢。这一定程度上反映了两个阶段开发利用强度的差异：1996－2002年，大量的未利用地、荒山荒地开垦，使得与小的斑块结合成较大斑块，斑块数目减小，形状趋于规则；而到了2002—2008年阶段，开发建设力度加大，土地利用方式更加灵活，使得大斑块面积缩小，总数量增加，整体景观趋于破碎化。但由于规划合理，措施得当，并没有引起景观格局的剧烈的变化，说明虽然景观破碎化加剧，但是不同土地利用景观的联系加强，刺激了相同类型斑块的结合，连通性加强；不同类型单元之间的相互作用，显示了区域发展的活力，有利于区域景观格局向更加优化的方向转化。

3.2 景观要素特征变化分析

景观要素特征、景观要素异质性和空间关系是从景观类型的层面表征研究区景观结构变化的，景观类型对应的是相应的土地利用方式。表3反映的是1996—2008年平潭景观要素特征指数值，包括斑块数量，平均斑块面积、最大斑块指数、斑块形状指数和形状指数。

平潭主岛淡水水域很小，较大的有三十六脚湖及散布的一些水塘，对生态环境的影响不大，且水面面积受到当年降水的影响。养殖场数量少，面积也均较小，多分布于主岛的中部、西南部或有防护林保护、风力较弱的地段，受人们的经营管理支配，且形状规则。沙地面积也较小，且都分布在风口沙荒地带，呈狭长形，现都已受到有效控制，每年变化不大。因此，在分析景观特征指数及空间关系指数时不考虑这3种类型，仅对面积较大、分布范围较广，对区域生态环境变化影响较深刻的林地、农用地、其他类型用地和居民地进行分析。

表3 1996—2008年平潭景观要素特征指数

从景观要素斑块数量来看，其他类型土地利用方式斑块数量最大，其次为农用地、建筑用地，而林地数量最小。建筑用地和林地斑块数量呈现增加的趋势，其中2002年较1996年林地增加了11个，建筑用地增加68个；而2002—2008年林地增加了27个，建筑用地增加62个，所对应的是平均斑块面积的减小。农用地和其他用地类型的斑块数量都是先减小后增加。沙地的数量也是逐渐减小的；从最大斑块指数看，林地和农用地的LPI呈现增加的趋势，说明尽管数量增加、平均斑块面积减小，但大的斑块有所增加。建筑用地和其他类型的LPI先减小后增加的趋势。可见，形状指数和最大斑块指数变化趋势相似。各种类型的分维数变化都不大。

平潭主岛陆相区域几种主要的土地利用和覆被方式中，受人为因素影响比较多的建筑用地、农用地、其他用地类型景观格局变化较为明显，而林地作为一种近自然景观，受自然条件和人为活动（包括乱砍滥伐、更新、植树造林等）的双重影响，也有明显的变化：斑块数量增多，最大斑块面积增加。这是由前后两个阶段的发展特点决定的：前一阶段（1996—2008年），随着滨海沙地防风固沙林的建设推进，以及封山育林植树造林取得的成效，岛县的生态环境区域好转，大量未利用地、废弃地、沙地被开发利用，进行农业耕作及植树造林等，土地利用率提高，使得被各种利用类型之间的连通性有所改善，从景观上来看即是斑块数量增加，破碎度增加但最大斑块指数、连接度及散布和并列指数也增加，景观格局有所改善；而到了后一阶段，随着经济的迅速发展，海岸带开发的进一步推进，尤其是滨海风力发电站等的建设、林区道路的修建等，使得林地景观斑块有破碎化的趋势。可见，人为因素是影响岛县生态环境变化的主要因素。

3.3 景观要素斑块异质性与空间关系分析

景观异质性指数选择了斑块密度和边缘密度两个，空间关系指数选择了聚集度、连接度及并列和散布指数，计算结果见表4。

从斑块密度上看，除沙地外，林地、建筑用地、水体、其他类型和农用地都是有所增加的；而从边缘密度上看，沙地是逐年减小的，而其他用地类型先减后增，其他4种类型边缘密度都是逐年增加的。

空间分布关系指数反映的是同类景观要素的空间关系和异质景观要素之间的空间关系。IJI反映的是斑块的分布状况，研究表明当IJI＞60时，表明斑块分布比较均匀。由图4可以看出，除了1996年IJI指数小于60以外，其他两个年份均大于60，说明林地在岛县分布趋于均匀，大部分地区都有防护林的保护。建筑用地除了2002年大于60以外，其他两年分均较小。建筑用地多为居民地和厂矿用地，分布状况受区域生态环境的影响，再加上海岸带地区地形比较破碎，故分布比较集中，这反映了当地的实际情况。其他用地类型的IJI指数先减小后增加，这与土地利用程度加大、耕作率及覆盖率提高有关。

表4 1996—2008年平潭景观要素异质性及空间关系指数变化

聚集度指数针对个别景观要素进行分析时，反映的是该要素与其他异质要素的聚集程度。可以看出各个要素与其他异质性要素之间的聚集程度是比较高的，均大于80，尤其是林地、建筑用地与农用地3种与人为活动关系比较密切的类型，说明人为活动正越来越强烈的影响研究区生态环境，从另外一个侧面也反映了该地区生态环境的改善。

连接度表征的是同类斑块之间的连通状况。其中林地和建筑用地的COHESION先减小后增加，而其他用地和农用地则是逐年增加的，说明各种类型景观的连通度还是趋于好转的。

4 结论与讨论

4.1 结论

运用景观生态学的理论和方法，选择13个景观指数，从类型和景观两个层面上分析1996年、2002年、2008年景观格局的变化，结果表明，自1996—2008年，平潭综合实验区景观格局呈现进一步破碎的趋势，与经济社会发展趋势一致。建筑用地、农用地等与林地关系密切的土地利用方式各项景观格局指数变化较强烈。

4.2 讨论

影响平潭地区景观格局分布及变化的因素可以定性的分为风力因素、地形因素及人为因素，所对应的主要生态环境问题分别为强风沙、水土流失／土壤侵蚀、人为开发建设造成的一系列问题，因此应采取针对性的保护措施[7－9]。

4.2.1 加强滨海强风区的防护林保护及建设 平潭有害大风为东北风，即在海岛东北侧没有地形遮挡的地区形成了天然的“风口”。应加强滨海第一道防线防护林的管护及老林带更新，尽量避免开发建设项目占用或破坏基干林带，加厚后沿片林，修复、重建农田防护林网。

4.2.2 注重丘陵水土保持／水源涵养林建设 平潭森林林分质量普遍不高，尤其是山体迎风面。因此，一方面应加强封山育林，避免人畜破坏；另一方面，应加强人为干预，通过抚育、补植套种、施肥等措施，切实提高林分质量，更好的发挥林分的水土保持、水源涵养功能。

4.2.3 合理发展滨海特色种养殖业 该类型区位于岛县陆域内侧，有沿海防护林带的保护以及君山天然屏障，有害风力多被削减，生态环境状况较好，多沙质平原，是农业林发展的重点区域。包括芦洋、中楼等几个乡镇，面积达62.22km2，景观类型多为农田，滩涂，还有少量的苗圃、速生用材林及经济林等。基干林林后侧及后沿片林是发展速生型防护用材树种的重要地段，另外也有发展林果复合经营，如柑橘，番石榴等。西部滨海地区有大面积的滩涂，是水产养殖的良好地段。

4.2.4 控制建筑用地规模 综合实验区建设必将导致交通基础设施、商住建设用地急剧增加，应合理规划，综合考虑经济发展与生态建设之间的关系，划定林业生态红线，确保生态安全。

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