基于GIS的會澤縣土地景觀格局動態變化分析

彭興松，馬 娟

(云南省會澤縣林業與草原局，云南 會澤 654200)

1 引言

土地利用變化反映了在自然和人為影響下，不同景觀類型的數量與質量隨時間的演變，以及這種變化結果會對生態環境帶來的影響與反饋[1]。隨著對生態環境的重視，土地利用變化與景觀格局變化之間的相互作用機制已成為全球環境變化研究的關鍵，受到國內外學者廣泛關注[2]。當前學者對土地景觀格局變化的研究主要采用不同時期遙感影像進行景觀的動態變化分析[3,4]，其研究方法主要采用空間度量技術，以反映景觀結構中的空間成分以及變化和增長過程的動態[5,6]；并采用景觀指標將復雜景觀量化并分類為可識別的格局，以揭示一些無法直接觀察到的景觀特性[7,8]。此外，由于形態學空間格局分析(MSPA，Morphological Spatial Pattern Analysis)方法通過形狀對應方式對不同斑塊進行分類，能夠快速、直觀地識別碎片空間形態，也逐漸開始應用于景觀格局相關研究中[9,10]。研究集中于景觀分類[11]、景觀格局分析與模擬[12]、景觀格局研究的尺度問題[13]，以及基于土地利用變化過程、規律及驅動因素的景觀格局組成、成因及作用機制[14]等方面。

會澤縣巖溶區面積分布廣泛,是云南省石漠化較嚴重的縣之一，加劇的土地石漠化與社會經濟發展的矛盾日益突出[15]，其生態景觀系統極其脆弱。但有關該區景觀格局動態變化的研究還很薄弱，亟須開展相關工作，以揭示景觀格局動態演變過程及其驅動機制，以補充和驗證已有的研究成果。因此，以會澤縣地表景觀演化為研究對象，基于GIS技術與景觀生態學方法，從區域景觀格局時空變化著手，開展土地利用與景觀格局變化分析，以期為該區景觀格局優化提供科學依據。

2 研究區概況

研究區位于云南省東北部、曲靖市西北部會澤縣，東經103°03′～103°55′，北緯25°48′～27°04′，總面積5884 km2，屬典型的溫帶高原季風氣候，夏無酷暑，冬季冷寒，干濕分明。平均海拔2200 m以上，高原空氣稀薄，輻射波短，日照時間長。年平均晴日225 d，年日照2100 h，年平均氣溫12.7 ℃。春季升溫快，秋季降溫快。境內河流均屬金沙江水系，小江、牛欄江、以禮河及其41條支流縱貫會澤縣，其他河流74 條。該縣地處滇東北高原，烏蒙山主峰地段。山高谷深，溝壑縱橫。山川相間排列，山區、河谷條塊分布。會澤縣地勢西高東低，南起北伏，由西向東呈階梯狀遞減。會澤縣最高峰位于大海梁子牯牛寨，海拔4017 m，為曲靖市最高峰。最低處位于小江與金沙江交匯處，海拔695 m，為曲靖市最低點。地貌景觀主要有3種類型：以山地地貌為主，次為盆地地貌，部分為冰川地貌。會澤縣是典型的石灰巖巖溶地區，由于各種歷史原因，人類對環境的不合理開發利用，造成地表植被破壞、土壤流失、基巖大面積裸露，石漠化成為巖溶地區突出的生態環境問題。

3 研究方法

3.1 數據來源與處理

本研究所用的土地利用類型數據來自會澤縣2006 年森林資源二類調查數據和2020 年林地變更一張圖矢量數據。參照中華人民共和國林業行業標準(LY/T 1812-2009)中的林地分類，將研究區的土地景觀類型劃分為:有林地、灌木林、宜林荒山荒地、草地、建設用地、農地、水域及其他地類(主要為未成林地、無立木林地)等8 個土地景觀類型。利用ArcGis軟件將土地利用矢量數據轉化為50 m分辨率的柵格數據，繪制出會澤縣2006～2020年土地景觀格局分布圖。

3.2 研究方法

3.2.1 土地利用轉移矩陣

3.2.2 景觀格局指數的選取

景觀指數高度濃縮景觀格局信息，反映景觀要素的數量、大小、類型、形狀及其空間上的組合[17]。根據研究區景觀特征，選擇類型水平和景觀水平上的景觀指數進行景觀格局動態分析。在類型和景觀水平上均選取斑塊數量(NP)、邊緣密度(ED)、平均形狀指數(SHAPE_MN)、斑塊密度(PD)、蔓延度指數(CONTAG)、聚集指數(AI)、斑塊結合度(COHESION)；此外，還選取分離度指數(SPLIT)、香農多樣性指數(SHDI)、香農均勻度指數(SHEI)來反映區域景觀多樣性。

4 結果與分析

4.1 景觀變化特征分析

4.1.1 2006～2020年景觀空間分布特征

2006～2020 年會澤縣的景觀分布格局總體變化不大。有林地和農地是最大的兩類景觀，占總面積74%，在全域呈現農林交錯分布的格局。宜林荒山荒地和灌木林面積占比分別為9%和6%，主要分布在東北部牛欄江和西南部小江片區，這兩處屬于石漠化較為嚴重的區域。建設用地、水域和草地面積較小，且分布較為集中，其中建設用地主要分布在縣域中上部的會澤縣區、者海鎮、樂業鎮及馬路鄉等區域；水域較大面積主要為毛家村水庫和躍進水庫；草地在西部的小江及大海草山一帶分布較多(圖1)。

圖1 2006～2020年會澤縣景觀類型分布

4.1.2 2006～2020年景觀變化特征

2006～2020 年會澤縣各類景觀均發生一定變化。從各類斑塊變化速度看，建設用地、灌木林地和宜林地變化最大，有50%以上的地塊轉化為其他景觀；而林地、農地、草地和水域變化速度則相對較小，均超過60%的斑塊未發生改變。從各類景觀轉化類型看，建設用地主要轉化為農地和有林地；農地主要轉化為有林地、建設用地；有林地主要轉化為農地、宜林地；灌木林地主要轉化為有林地和農地；水域主要轉化為農地和有林地；宜林地主要轉化為有林地和農地；草要主要轉化為農地和其他地類。到2020年，建設用地、有林地、農地和水域景觀面積均有所增加，而農地、宜林地和草地面積則有所減少(表1)。

表1 2006～2020年彌勒市景觀類型面積百分比轉移矩陣

4.2 景觀格局特征分析

4.2.1 景觀類型尺度分析

2006～2020年間，會澤縣各類景觀格局均發生一定變化。其中，有林地斑塊數量、斑塊密度和邊緣密度略有增加，斑塊結合度增加，聚集指數減小，表明有林地景觀盡管面積增加，結合度增強，但斑塊碎片較多，完整性不高，依然呈現破碎化加劇變化趨勢。灌木林和宜林地景觀破碎化則更為明顯，斑塊數量增多，斑塊密度和邊緣密度增大，但斑塊連通性、聚集度和蔓延性均下降。草地斑塊數量、斑塊密度均減小，斑塊形狀復雜度和蔓延性降低，但聚集度增加，表明隨著草地邊緣逐漸蠶食，一些零散小片草地消失，使得草地景觀整體呈現雖然面積減少，但是剩余斑塊更聚集、完整性反而提高。農地景觀指數表明農地景觀雖然面積減少，但斑塊數量增加，蔓延性下降，形狀變得更為規則；聚集度、結合度降低，景觀破碎化加劇。建設用地則是隨著面積增加，斑塊數量、斑塊密度和邊緣密度也增加，破碎化增加；但整體景觀的蔓延性降低，景觀分布則更加聚集。水域景觀面積增加，但景觀完整性更好，雖然分布聚集性下降，但斑塊數量減少，其蔓延性和連通性均有所提升；由于水域景觀多為線狀河流，其邊緣密度較大，形狀也更趨于不規則(表2)。

表2 2006～2020年會澤縣景觀類型指數變化情況

4.2.2 景觀水平尺度分析

2006～2020年間，景觀水平上的NP、PD、ED均明顯上升，AREA_MN下降，SHAPE_MN指數值下降，表明會澤縣景觀斑塊的數量增加，斑塊密度增加，各類景觀交錯鑲嵌，邊界割裂程度加深，破碎化程度加深，但景觀形狀趨于規則。景觀的蔓延性和連通性降低；同時，景觀蔓延度指數、聚集指數下降，分離度指數呈上升趨勢，充分反映研究區不同類型景觀的聚集程度、延展性和連通性減弱，景觀分布離散性增強，不利于生態功能和生態系統穩定性的發揮。香農均勻度指數和香農多樣性指數的增加，反映景觀多樣性增加，整體呈現破碎化、非均衡性、景觀異質性趨勢變化(表3)。

表3 2006～2020年會澤縣景觀水平指數變化情況

5 結論與討論

會澤縣各類景觀在空間分布上存在非均衡性。建設用地、灌木林地和宜林地變化最快；而林地、農地、草地和水域變化速度則相對較小；建設用地、有林地、農地和水域景觀面積均增加，而農地、宜林地和草地面積減少。盡管各地類景觀斑塊的數量、面積及空間格局都相應地發生了不同程度的變化，但農林始終是其景觀基質，且呈現農林交錯分布特點。景觀總體上呈現聚集程度、延展性和連通性減弱，趨向破碎化、非均衡性、異質性趨勢變化。

影響會澤縣土地利用類型和景觀結構變化的驅動因素一般包括自然因素和社會經濟因素兩大類。在過去15年中，隨著大規模的荒山造林、封山育林使得有林地面積大量增加；退耕還林、陡坡地治理也使大量的農地轉化為有林地。此外，城市化轉移了農村勞動力，減輕了林區森林退化的壓力，并逐漸將一些利用率低的偏遠農田、居民區和道路轉變為森林[18]。 “三沿”(沿路、沿河、集鎮)使得有林地景觀的結合度增強，連通性提高，也使得邊緣密度增加。高速公路、等級公路、鄉村路道及林區道路快速發展也將有林地、農地等各類景觀分割成更小面積的斑塊，使得景觀斑塊增多，斑塊密度增加，破碎化程度加劇。此外，特殊的地理環境也對景觀的分布帶來影響，如西部區域金沙江小江流域干熱河谷區及牯牛寨高寒山區，生態環境十分脆弱，盡管近些年來，該縣開展了大規模的封山育林、困難立地生態恢復、石漠化綜合治理等工程，但生態恢復技術要求高和難度大，投入資金及人工成本高，景觀主要以灌木林地、宜林地和草地為主。同時也發現，位于縣城及鄉鎮居民區，有較多的土地轉化為農地及其他非林地景觀，在一定程度上反映了隨著城鎮化發展，尤其是發展農業和城市建設，對土地資源的需求逐漸增加，使得較多的林地向非林地轉化，對當地的林地資源保護帶來了較大的壓力。

針對會澤縣景觀格局及特征，提出建議：合理規劃國土利用空間，進一步加強林地資源的管理，增強當地居民的生態保護意識，防止過度開發活動發生；同時，加強基本農田保護，防止耕田“非農化”“非糧化”。順應自然地理地貌，依托山水林田湖草自然資源，開展綠廊綠道建設，構建以重要自然資源分布區域為主體、水系與廊道為紐帶、重點生態公園為節點，通山達水的生態空間網絡。加強重點區域生態修復，重點開展石漠化綜合治理、退化草原修復；圍繞“美麗縣城”建設，拓展城市森林空間，重點抓好縣鎮入口等重點區域節點、重要道路、城鎮面山等的綠化美化，建立“點、線、面”相結合的立體化全方位建設模式，全方位提升會澤縣城森林景觀質量。