萊州市景觀格局變化及生態安全分析

王昭穎

摘 要：該文以山東省萊州市為研究對象，從斑塊類型和景觀水平2個層次入手，篩選12個景觀格局指數分析了萊州市的土地利用程度及整體景觀變化;并采用景觀干擾度和景觀脆弱度兩大指標進行景觀生態安全分析，劃分生態安全等級，分析2009—2018年的生態安全趨勢。結果表明：萊州市受城市經濟建設活動的干擾，耕地、林地、水域和建設用地的景觀格局在2009—2018年間發生了一定變化，耕地、園地和林地的生態安全度下降。

關鍵詞：土地利用;景觀格局;生態安全;萊州市

中圖分類號 F301.2? 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）18-0098-06

Analysis of Landscape Pattern Changes and Ecological Security in Laizhou City

WANG Zhaoying

（School of Economics and Management， Tiangong University， Tianjin 300387， China）

Abstract： This paper takes Laizhou City， Shandong Province as the research object. It first starts from two levels of patch type and landscape level， and selects 12 landscape pattern indexes to analyze the specific land use degree and overall landscape change of Laizhou City. The two indicators of landscape disturbance and landscape vulnerability are used to construct a landscape ecological security analysis， and the ecological security trend from 2009 to 2018 is analyzed through the classification of ecological security levels. The results showed that Laizhou City was disturbed by urban economic construction activities， and the landscape pattern of cultivated land， forest land， water area and construction land changed to some extent from 2009 to 2018， and the ecological security of cultivated land， garden land and forest land declined.

Key words： Land use; Landscape pattern; Ecological security; Laizhou city

1 引言

近年來，萊州市工業化、城鎮化快速發展，在經濟持續飛速增長的同時，資源環境快速消耗、局部生態問題突出，經濟效益與生態效益漸趨失衡，生態環境壓力加大，地區生態安全遭到威脅。而土地利用變化的研究對于深入分析萊州市的生態安全具有重要的作用，將景觀格局分析與土地利用變化研究結合起來，可以更好地明確土地利用景觀格局變化和生態安全的發展趨勢。2020兩會中提出要保持加強生態文明建設的戰略定力，牢固樹立“生態優先、綠色發展”的導向，持續打好“藍天、碧水、凈土”保衛戰[1]。因此，推動城市生態環境的整治與修復成為現今城市持續健康發展的題中之義。而對城市進行土地利用及生態安全分析有助于科學分析土地利用格局以及推測城市生態安全趨勢，為推動城市生態環境保護和用地發展提供科學依據。

部分學者運用不同的測度方法對不同區域的土地利用變化及生態安全進行了大量的分析研究，如洛侖茲曲線原理及基尼系數的算法[2]、空間疊加和空間統計分析方法[2]、傳統生態足跡模型[4]、PSR模型[5]等，也有學者通過結合景觀格局指數和空間分析方法[6-8]分析城市及流域的時空生態安全變化，為本文研究提供了方法借鑒。

本研究以山東省萊州市為研究對象，從斑塊類型和景觀水平2個層次入手，篩選斑塊個數（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數（LPI）等12個景觀格局指數，分析萊州市的土地利用程度以及整體景觀變化;并采用景觀干擾度和景觀脆弱度兩大指標進行景觀生態安全分析，劃分生態安全等級，分析2009—2018年的生態安全趨勢，為推動城市空間綜合整治與生態修復提供參考。

2 研究區概況與數據來源

2.1 研究區概況 萊州市是山東省轄縣級市，位于山東半島西北部，黃河三角洲的東北翼，下轄6個街道和11個鎮，是重要的“黃河三角洲高效生態經濟區”。地理坐標為北緯36°59′～37°28′、東經119°33′～120°18′。土地總面積1928km2，地勢自東南部低山向西北部沿海低地呈臺階式下降，總體較為平坦，土地肥沃[9]。

2.2 數據來源 本研究數據來源于《萊州市2018年統計年鑒》《山東省統計年鑒》、萊州市土地利用變更調查數據以及相應的國土資源部門網站資料。結合萊州市實際的土地利用現狀類型，將萊州市土地利用景觀類型整合為7類，分類結果如表1所示。

同時，利用ArcGIS10.2軟件對萊州市2009年、2012年、2016年和2018年4段時期的土地利用變更調查數據進行地類分類。如圖1所示，經面轉柵格工具處理，得到4期萊州市土地利用景觀類型柵格數據。借助Fragstats4.2軟件進行景觀指數分析，并運用景觀干擾度指數和景觀脆弱度指數評價萊州市生態安全整體水平。

3 研究方法

3.1 景觀格局分析 景觀格局主要是指空間格局，景觀格局分析是對不同景觀地類以及整體景觀進行空間結構以及配置關系的分析，比較不同景觀鑲嵌體的特征及變化，確定景觀格局和功能過程的相互關系。選取斑塊類型和景觀水平2個層次進行萊州市土地利用景觀格局變化特征和趨勢的分析。通過Fragstats4.2軟件完成景觀格局指數的計算，所選取的12個景觀格局指數[10]，指數分別為斑塊個數（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數（LPI）、邊緣密度（ED）、景觀形狀指數（LSI）、平均斑塊大小（AREA_MN）、加權平均形狀指數（SHAPE_AM）、周長面積分維數（PAFRAC）、景觀連通度（COHESION）、分裂度指數（DIVISION）、香農多樣性指數（SHDI）和香農均勻度指數（SHEI）。

3.2 景觀生態安全分析 在對萊州市7大景觀類型整合與整體景觀水平分析的基礎上，景觀干擾度和景觀脆弱度指數由景觀破碎度、景觀分離度和景觀優勢度3個方面組成，定量化分析萊州市七大景觀與萊州市整體的土地生態安全度。其中，景觀干擾度和景觀脆弱度運用閾值法進行標準化處理，兩者權重結合前人研究成果與萊州市實際，景觀干擾度和景觀脆弱度各賦權0.5。

3.2.1 景觀干擾度指數 城市景觀在自然及人為活動的干擾下，由單一、均質和連續的整體逐步轉變為復雜、異質以及不連續的斑塊鑲嵌體[11]。本文對景觀破碎度、分離度以及優勢度指數進行疊加分析，構建景觀干擾度指數，計算公式如下[6]：

Hi=dCi+fUi+gVi （1）

Ci=Mi/Bi （2）

Ui=[Oi]/2Gi （3）

Oi=Mi/B （4）

Ci=Bi/B （5）

Vi=dWi/eGi （6）

Wi=Mi/M （7）

式中，Hi為景觀干擾度;Ci為景觀破碎度，Ui為景觀分離度，Vi為景觀優勢度，d、f、g分別為三者的權重;Wi為景觀類型相對密度，Gi為景觀類型相對蓋度，d、e分別為二者的權重;Oi為景觀類型距離指數，Mi為景觀斑塊數量，N為景觀斑塊總數，Bi為景觀斑塊面積，B為景觀總面積[6]。

根據前人對生態安全定量化分析的研究成果，同時與萊州市土地利用、景觀格局變化等實際情況相結合，探析各景觀指數對生態環境的貢獻程度，分析發現景觀干擾度計算的重要程度由高到低分別為景觀的優勢度、分離度和破碎度，分別賦權0.5、0.3、0.2，其中景觀優勢度中的相對蓋度和相對密度分別賦權0.6、0.4[12]。

3.2.2 景觀脆弱度指數 景觀脆弱度是指不同景觀類型所代表的生態系統當受到外界干擾后的易損性，景觀脆弱度值的大小是由景觀在自然演替中所處的階段決定的[13]。景觀的利用變化在受到土地自然的影響的前提下，也會受到人為和自然的干擾。本文結合前人學者對景觀脆弱度的研究成果[14]與萊州市多年土地利用變化情況，建立萊州市利用地類和景觀的脆弱程度相關性，建設用地園地、水域、林地、未利用地、耕地和草地賦值從1～7依次遞增，表示景觀脆弱程度從脆弱至穩定。

Di=Gi/Ji （9）

式中，Di為景觀脆弱度，Ji為景觀脆弱度賦值，Ui為景觀分離度，Gi為景觀類型相對蓋度。

4 結果與分析

4.1 景觀格局時空變化

4.1.1 斑塊類型格局變化 通過萊州市景觀斑塊類型相關指數變化，解析萊州市城市景觀整體格局變化和演變趨勢。

（1）建設用地：建設用地景觀斑塊總數在2009—2018年內降低13，景觀連通度增加2.24%，如表2所示，表明萊州市建設用地景觀的聚集性提高。隨著萊州市工業化、城市化的發展，景觀邊緣密度和平均斑塊大小呈增長趨勢，萊州市景觀破碎化程度隨著城市活動的發展而增強。在此基礎上，萊州市2009—2018年的建設用地加權平均形狀指數明顯上升，說明建設用地空間格局越來越復雜。而建設用地周長面積分維數有所增加，景觀形狀指數先下降再上升，到2018年再下降，說明萊州市建設用地斑塊形狀變化加大。最大斑塊指數在2009—2018年內增加0.92%，在萊州市推動工礦業建設發展下，建設用地的景觀優勢度逐漸增加。

（2）園地：園地景觀斑塊個數減少，平均斑塊大小總體增大，表明萊州市園地景觀破碎化程度呈下降趨勢。但是其景觀連通度由2009年的61.30%下降至2018年的59.67%，如表3所示，最大斑塊指數下降，說明園地景觀結合緊密度和景觀優勢度并不高。而周長面積分維數更趨近于1，說明園地景觀形狀更簡單，人為干擾有所增大。

（3）水域：水域景觀斑塊的個數和邊緣密度總體下降，表明萊州市水域景觀破碎化程度下降。萊州市水域景觀最大斑塊指數在2009—2018年內降低0.76%，如表4所示，說明水域的景觀優勢度逐漸下降。同時，景觀形狀指數、加權平均形狀指數和景觀連通度由23.72、2.15和81.42%增加到24.81、2.39和81.47%，說明水域景觀受人類活動影響。例如，萊州市對各河流河道的整治、對各濕地公園的統一規劃等，使得形狀和空間格局更加復雜，水域景觀更加聚集。

（4）林地：林地景觀斑塊總數和邊緣密度由975、10.26hm2增加為995和10.28hm2，平均斑塊大小由25.61hm2下降為24.97hm2，如表5所示，說明林地景觀破碎化程度上升。而加權平均形狀指數和景觀連通度呈現下降趨勢，說明林地空間分布結構有一定規則，但是景觀不夠緊密。同時景觀最大斑塊指數明顯下降，由3.12下降到2.88，林地景觀優勢度降低。

（5）未利用地：未利用地面積較小，主要有鹽堿地、裸地和沙地組成，集中分布在萊州市南部及沿海，2009—2018年未利用地景觀斑塊總數未發生明顯的變化。而未利用地周長面積分維數、加權平均形狀指數和景觀連通度由1.43、1.80和74.02%降低到1.41、1.62和70.68%，如表6所示，說明未利用地空間格局更加規則，但是景觀并不聚集。未利用地最大斑塊指數明顯下降，景觀優勢度較低。由于鹽堿地、裸地和沙地一般難以利用，目前受人類的干擾較小。

（6）耕地：耕地景觀是萊州市的主要景觀，耕地景觀斑塊總數在2009—2018年內降低11，平均斑塊大小在2009—2018年內增加12.08hm2，如表7所示，表明萊州市耕地景觀破碎化趨勢減小。最大斑塊指數由2009年的24.38%增加到2018年的31.49%，表明耕地在萊州市的景觀優勢度在逐漸上升。景觀形狀指數和邊緣密度在2009—2018年內分別增加0.54hm2、0.11hm2，表明耕地景觀斑塊形狀和邊界形狀有一定變化。加權平均形狀指數、周長面積分維數和景觀連通度指數均呈現增加的趨勢，表明萊州市耕地景觀斑塊聚集逐漸加強。

（7）草地：草地景觀斑塊總數、邊緣密度以及平均斑塊大小在2009—2018年變化不大，因此草地景觀破碎化程度變化較小。景觀形狀指數、加權平均形狀指數由2009年的32.20和1.57增加為2018年的32.35和1.62，如表8所示，而草地景觀的周長面積分維數由2009年的1.59下降到2018年的1.57，表明萊州市草地景觀斑塊不規則趨勢加大，景觀形狀復雜性增強，草地景觀受人類一定干擾。在此基礎上，最大斑塊指數、景觀連通度由2009年的0.29和53.77增加為2018年的0.30和54.43，說明草原景觀優勢度和聚集度仍有一定的上升。

4.1.2 景觀水平格局 由表9可知，萊州市2009—2018年間景觀水平尺度格局發生了明顯的變化。景觀形狀指數、周長面積分維數、最大斑塊指數和景觀連通度呈上升趨勢，而景觀斑塊總數、斑塊密度、景觀分裂度、香農多樣性指數以及均勻度指數呈逐漸下降趨勢。萊州市耕地和水域景觀變化較大，呈現縮減的趨勢，建設用地面積不斷擴大，這使得萊州市城市結構穩定性下降，城市格局復雜性加大。隨著萊州市的城市化、工業化進程加速，從土地利用變化和景觀格局變化分析來看，萊州市要更注重對城市的生態環境的保護與建設用地的高效利用，以統籌城市經濟、生態與社會的可持續發展。

4.2 景觀生態安全 由圖3可知，萊州市2009—2018年間建設用地、耕地、園地和林地的生態安全度分別下降了0.03、0.01、0.001和0.003。近年來，萊州市城市第二、三產業加速發展，建設用地與耕地、林地的矛盾加大，耕地、園地和林地等自然景觀受到較大的干擾，導致萊州市耕地、林地的生態安全明顯降低。萊州市2009—2018年間水域的生態安全度有所上升，由2009年的0.893上升為2018年的0.906，主要是因為萊州市對河流水面、湖泊水面等水域的整治以及對濕地公園等生態環境的保護。根據參考文獻并結合萊州市實際研究結果，將萊州市景觀格局生態安全分為重警區、預警區、較安全區和安全區，2009—2018年萊州市景觀類型安全等級發生了一定的變化，重警區的面積有所減少，安全區的面積有所增加。水域景觀的安全等級由較安全區變為安全區，耕地景觀的安全等級一直位于重警區（見表10）。

5 討論

隨著城市化進程、經濟快速發展以及人口的不斷增加，萊州市對建設用地的需求急速上升，導致耕地、林地和草地面積有所減少。當前，萊州市景觀格局變化主要是受到城市建設活動的干擾，在景觀斑塊類型格局變化上，林地的景觀優勢明顯呈下降趨勢，邊界和形狀復雜性及破碎化增大，景觀的連通性受到較大影響。耕地實際上斑塊內部的影響較小，耕地利用變化主要表現在與建設用地面積增減的矛盾中。就各個景觀類型的生態安全度而言，萊州市在2009—2018年間建設用地、耕地、園地和林地的生態安全度總體呈下降趨勢，生態脆弱性加大。

本研究通過運用景觀格局方法對萊州市7大景觀地類的利用變化進行了分析，對于優化萊州市未來城市土地利用結構和布局以及生態環境的保護與發展有一定的參考。但由于選取的時間段較短，而且數據并不具有連續性，得到的結果具有一定的局限性。總體來說，土地利用變化情況是一項巨大的、詳細的土地信息，其研究分析的方法也非常多。本研究以景觀格局和生態安全作為切入角度，研究結果對于萊州市城市總體規劃的制定、合理安排土地整治等土地項目具有一定的意義。

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（責編：張宏民）