平潭主島陸相區域景觀格局動態變化分析

吳錫麟，岳新建，葉功富，高偉

（1.閩江學院地理科學系，福建 福州 350108；2.福建省林業調查規劃院，福建 福州 350003；3.福建省林業科學研究院，福建 福州 350012）

景觀生態學從宏觀角度研究區域景觀要素結構（空間格局）、功能（生態學過程）、變化（空間動態）及其與人類活動的相互作用。景觀格局的變化是景觀內部矛盾和外部共同的作用結果及外在表現[1，2]。研究區域景觀空間格局的動態變化，有助于正確認識人為活動對自然環境造成的干擾，從無序的景觀上發現潛在有序的規律，為解決日益凸顯的資源和環境問題、全面開展區域的生態環境建設提供理論和方法支持。

沿海防護林作為濱海地區唯一的林業生態工程，受到自然和人為因素的雙重影響[3－6]。目前主要面臨兩方面問題：宏觀上，受人為的經營管理措施、海岸帶開發建設占地以及風沙、干旱等自然因素影響引起的消減；微觀上，林分結構及林木生理成熟等引起群落穩定性和功能的變化。從景觀生態學的角度分析沿海地區主要土地利用類型的動態變化，對針對性的制定防護林保護和營造措施、確保區域生態安全都具有重要的現實意義[7，8]。

1 研究區概況

平潭綜合實驗區位于福建省東部沿海，東瀕臺灣海峽，地處25°15′—25°45′N、119°32′—120°10′E，陸地面積371.91km2（含海涂面積62.92km2），海域面積2 164km2，主島海壇島，面積267.13 km2，是福建省第一大島，全國第五大島。平潭屬南亞熱帶濕潤型氣候區，年平均氣溫19.5℃，年平均降水量1 196.2mm，夏秋少雨多旱；年均風速6.3 ms－1，沿海地區年均風速8.9ms－1，全年≥8級風力的天數為84.5d，風旱災害較重。

沿海防護林體系作為海島上唯一的生態防護措施，如何對其進行優化調整，對構建穩固的海島生態防護體系，促進經濟社會穩定健康發展具有非常重要的意義[9]。

2 研究方法

2.1 數據來源及處理

以1996年TM、2002年ETM、2008年ALOS衛星影像為主要數據源，結合2007年森林資源二類數據、1∶5萬DEM圖等輔助數據源，并查閱相關社會經濟統計資料及實地調研資料。所得影像均經過大氣校正、幾何精校正等預處理。以2002年ETM影像為基準，通過目視判別，運用ERDAS中AOI工具沿陸海相邊界進行勾繪，建立AOI，再用subset工具裁剪，獲得三個時相的目標研究區域。經統計，陸相研究區的總面積為244.62km2。

2.2 景觀分類體系及分類方法

主要考慮與防護林經營有密切關系的幾種土地利用方式，詳見表1。采用分層分類與監督、非監督分類相結合的方法進行分類提取。

表1 平潭景觀格局遙感分類體系

2.3 景觀指數的提取

景觀指數是對景觀格局信息的高度濃縮，是揭示區域生態狀況及空間變異特征的有效手段。分為3個水平層次：斑塊水平（Patch－level Index）、斑塊類型 水 平 （Class－level Index）、景 觀 水 平 指 數（Landscape－level Index）。 本 文 選 擇 斑 塊 密 度（PD）、平均斑塊面積（MPSi）、分維數（Fractal Dimension，PAFRAC）、最大斑塊指數（LPI）、景觀形狀指數（LSI）、斑塊密度（PD）、多樣性指數 （SH－DI，Shannon＇s Diversity Index）、均 勻 度 指 數（SHEI，Shannon＇s Evenness Index）、景觀邊緣密度（ED）、聚集度指數（AI）、連接度（COHESION）、蔓延度指數（CONTAG）、散布與并列指數（IJI）等13種采用景觀格局指數，計算依托景觀格局分析軟件Fragstats 4.1實現，其生態學意義參考Fragstats幫助說明[9]。

3 結果與分析

3.1 景觀水平上景觀格局及其變化分析

表2 1996—2008年景觀水平上平潭景觀格局變化

從景觀水平上看（見表2），1996年斑塊總數為1 290塊，2002年1 086塊，2008年為138塊，呈現先減后增的趨勢；最大斑塊指數先增后減，2008年較1996年增加7.12，說明總體上景觀破碎化程度是減小的，但是2002－2008年有倒退的跡象，斑塊數量增加，大斑塊面積縮小。聚集度指數和分維數指數變化趨勢相似，逐年增加，其中2008年較2002年增加較多，而1996年較2002年增加較小。景觀形狀指數增大，說明隨著斑塊數量增加，邊界形狀也更加復雜，但多樣化指數變化不大。除聚集度指數外的其他用來衡量斑塊空間相互關系的指數蔓延度、散布和并列指數、連接度變化略有增加，但并不明顯，說明斑塊之間的空間相互關系、分布格局整體變化不大，呈現改善的趨勢，但較為緩慢。這一定程度上反映了兩個階段開發利用強度的差異：1996－2002年，大量的未利用地、荒山荒地開墾，使得與小的斑塊結合成較大斑塊，斑塊數目減小，形狀趨于規則；而到了2002—2008年階段，開發建設力度加大，土地利用方式更加靈活，使得大斑塊面積縮小，總數量增加，整體景觀趨于破碎化。但由于規劃合理，措施得當，并沒有引起景觀格局的劇烈的變化，說明雖然景觀破碎化加劇，但是不同土地利用景觀的聯系加強，刺激了相同類型斑塊的結合，連通性加強；不同類型單元之間的相互作用，顯示了區域發展的活力，有利于區域景觀格局向更加優化的方向轉化。

3.2 景觀要素特征變化分析

景觀要素特征、景觀要素異質性和空間關系是從景觀類型的層面表征研究區景觀結構變化的，景觀類型對應的是相應的土地利用方式。表3反映的是1996—2008年平潭景觀要素特征指數值，包括斑塊數量，平均斑塊面積、最大斑塊指數、斑塊形狀指數和形狀指數。

平潭主島淡水水域很小，較大的有三十六腳湖及散布的一些水塘，對生態環境的影響不大，且水面面積受到當年降水的影響。養殖場數量少，面積也均較小，多分布于主島的中部、西南部或有防護林保護、風力較弱的地段，受人們的經營管理支配，且形狀規則。沙地面積也較小，且都分布在風口沙荒地帶，呈狹長形，現都已受到有效控制，每年變化不大。因此，在分析景觀特征指數及空間關系指數時不考慮這3種類型，僅對面積較大、分布范圍較廣，對區域生態環境變化影響較深刻的林地、農用地、其他類型用地和居民地進行分析。

表3 1996—2008年平潭景觀要素特征指數

從景觀要素斑塊數量來看，其他類型土地利用方式斑塊數量最大，其次為農用地、建筑用地，而林地數量最小。建筑用地和林地斑塊數量呈現增加的趨勢，其中2002年較1996年林地增加了11個，建筑用地增加68個；而2002—2008年林地增加了27個，建筑用地增加62個，所對應的是平均斑塊面積的減小。農用地和其他用地類型的斑塊數量都是先減小后增加。沙地的數量也是逐漸減小的；從最大斑塊指數看，林地和農用地的LPI呈現增加的趨勢，說明盡管數量增加、平均斑塊面積減小，但大的斑塊有所增加。建筑用地和其他類型的LPI先減小后增加的趨勢?？梢?，形狀指數和最大斑塊指數變化趨勢相似。各種類型的分維數變化都不大。

平潭主島陸相區域幾種主要的土地利用和覆被方式中，受人為因素影響比較多的建筑用地、農用地、其他用地類型景觀格局變化較為明顯，而林地作為一種近自然景觀，受自然條件和人為活動（包括亂砍濫伐、更新、植樹造林等）的雙重影響，也有明顯的變化：斑塊數量增多，最大斑塊面積增加。這是由前后兩個階段的發展特點決定的：前一階段（1996—2008年），隨著濱海沙地防風固沙林的建設推進，以及封山育林植樹造林取得的成效，島縣的生態環境區域好轉，大量未利用地、廢棄地、沙地被開發利用，進行農業耕作及植樹造林等，土地利用率提高，使得被各種利用類型之間的連通性有所改善，從景觀上來看即是斑塊數量增加，破碎度增加但最大斑塊指數、連接度及散布和并列指數也增加，景觀格局有所改善；而到了后一階段，隨著經濟的迅速發展，海岸帶開發的進一步推進，尤其是濱海風力發電站等的建設、林區道路的修建等，使得林地景觀斑塊有破碎化的趨勢?？梢姡藶橐蛩厥怯绊憤u縣生態環境變化的主要因素。

3.3 景觀要素斑塊異質性與空間關系分析

景觀異質性指數選擇了斑塊密度和邊緣密度兩個，空間關系指數選擇了聚集度、連接度及并列和散布指數，計算結果見表4。

從斑塊密度上看，除沙地外，林地、建筑用地、水體、其他類型和農用地都是有所增加的；而從邊緣密度上看，沙地是逐年減小的，而其他用地類型先減后增，其他4種類型邊緣密度都是逐年增加的。

空間分布關系指數反映的是同類景觀要素的空間關系和異質景觀要素之間的空間關系。IJI反映的是斑塊的分布狀況，研究表明當IJI＞60時，表明斑塊分布比較均勻。由圖4可以看出，除了1996年IJI指數小于60以外，其他兩個年份均大于60，說明林地在島縣分布趨于均勻，大部分地區都有防護林的保護。建筑用地除了2002年大于60以外，其他兩年分均較小。建筑用地多為居民地和廠礦用地，分布狀況受區域生態環境的影響，再加上海岸帶地區地形比較破碎，故分布比較集中，這反映了當地的實際情況。其他用地類型的IJI指數先減小后增加，這與土地利用程度加大、耕作率及覆蓋率提高有關。

表4 1996—2008年平潭景觀要素異質性及空間關系指數變化

聚集度指數針對個別景觀要素進行分析時，反映的是該要素與其他異質要素的聚集程度?？梢钥闯龈鱾€要素與其他異質性要素之間的聚集程度是比較高的，均大于80，尤其是林地、建筑用地與農用地3種與人為活動關系比較密切的類型，說明人為活動正越來越強烈的影響研究區生態環境，從另外一個側面也反映了該地區生態環境的改善。

連接度表征的是同類斑塊之間的連通狀況。其中林地和建筑用地的COHESION先減小后增加，而其他用地和農用地則是逐年增加的，說明各種類型景觀的連通度還是趨于好轉的。

4 結論與討論

4.1 結論

運用景觀生態學的理論和方法，選擇13個景觀指數，從類型和景觀兩個層面上分析1996年、2002年、2008年景觀格局的變化，結果表明，自1996—2008年，平潭綜合實驗區景觀格局呈現進一步破碎的趨勢，與經濟社會發展趨勢一致。建筑用地、農用地等與林地關系密切的土地利用方式各項景觀格局指數變化較強烈。

4.2 討論

影響平潭地區景觀格局分布及變化的因素可以定性的分為風力因素、地形因素及人為因素，所對應的主要生態環境問題分別為強風沙、水土流失／土壤侵蝕、人為開發建設造成的一系列問題，因此應采取針對性的保護措施[7－9]。

4.2.1 加強濱海強風區的防護林保護及建設 平潭有害大風為東北風，即在海島東北側沒有地形遮擋的地區形成了天然的“風口”。應加強濱海第一道防線防護林的管護及老林帶更新，盡量避免開發建設項目占用或破壞基干林帶，加厚后沿片林，修復、重建農田防護林網。

4.2.2 注重丘陵水土保持／水源涵養林建設 平潭森林林分質量普遍不高，尤其是山體迎風面。因此，一方面應加強封山育林，避免人畜破壞；另一方面，應加強人為干預，通過撫育、補植套種、施肥等措施，切實提高林分質量，更好的發揮林分的水土保持、水源涵養功能。

4.2.3 合理發展濱海特色種養殖業 該類型區位于島縣陸域內側，有沿海防護林帶的保護以及君山天然屏障，有害風力多被削減，生態環境狀況較好，多沙質平原，是農業林發展的重點區域。包括蘆洋、中樓等幾個鄉鎮，面積達62.22km2，景觀類型多為農田，灘涂，還有少量的苗圃、速生用材林及經濟林等。基干林林后側及后沿片林是發展速生型防護用材樹種的重要地段，另外也有發展林果復合經營，如柑橘，番石榴等。西部濱海地區有大面積的灘涂，是水產養殖的良好地段。

4.2.4 控制建筑用地規模 綜合實驗區建設必將導致交通基礎設施、商住建設用地急劇增加，應合理規劃，綜合考慮經濟發展與生態建設之間的關系，劃定林業生態紅線，確保生態安全。

[1]肖篤寧.景觀生態學理論、方法及應用[M].北京：中國林業出版社，1991：92－98

[2]肖篤寧，李秀珍.景觀生態學的學科前沿與發展戰略[J].生態學報，2003，23（8）：1615－1621

[3]佘濟云，張華英，李偉.3S技術與農林復合生態系統景觀格局分析[J].經濟林研究，2004，22（4）：53－55

[4]朱驥，祝民強，高永光.贛東林地專家分類方法初探[J].華東地質學院學報，2002，25（4）：308－313

[5]馬萬棟，張淵智，施平，等.海岸帶土地利用／土地覆被變化研究進展[J].地理科學研究，2008，27（5）：87－94

[6]孫曉宇，蘇奮振，呂婷婷.珠江口西岸土地利用景觀格局變化及驅動力分析[J].地球信息科學學報，2009，11（4）：436－441

[7]陳鵬，吳劍，傅世鋒.平潭海壇島景觀格局動態變化及其生態效應分析[J].生態科學，2013（3）：265－270

[8]孫月，黃義雄，汪娜，等.福建平潭島景觀格局時空演變規律[J].福建林業科技，2013，40（1）：75－80

[9]岳新建.東南沿海木麻黃防護林優化配置研究—以福建省平潭縣為例[D].福州：福建農林大學，2010