赤水市北部景观格局演变分析*

蔡 煜，董艳艳，张蓝月，陈 阳，李可相，潘伯娟，蔡学成

(1贵州科学院 贵州省山地资源研究所，贵州 贵阳 550001；2贵州大学 林学院，贵州 贵阳 550025)

景观格局是指景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置等景观的空间结构特征，是景观异质性在空间上的综合表现[1]。景观格局的动态演变方向不仅会影响区域的经济及社会的发展，更会影响区域及周边的生态环境建设[2]。景观格局动态的研究方法与研究目标从单尺度到多尺度[3]、从静态到动态[4-8]、从定性到定量[9-11]、从2D到3D[12-13]均结合了3S技术基础和数学模型等定量方法揭示景观格局的时空变化。赤水市北部地区经济发展迅速，农业产业结构调整力度较大，景观类型15年中变化剧烈。本文以赤水市北部2004年、2011年、2018年三期遥感影像为基础数据源，结合景观指数定量分析的方法，研究赤水市北部景观格局时空变化规律，以此为基础来明判其景观格局的演变起因、过程及结果对生态系统的影响。

1 研究区概况

赤水市位于东经105°36′～106°16′，北纬28°15′～28°46′之间，地处贵州省遵义市西北部，赤水河中下游，与四川南部接壤。本文以赤水市北部为景观格局动态变化研究区域，研究区域包括长沙镇、长期镇及白云乡，总面积261.74 km2。

长沙镇内森林面积64 km2，森林覆盖率73%，耕地面积9.72 km2。长沙镇属云贵高原以北丘陵地带，海拔高差在220～1155 m之间，常年平均气温约18.3 ℃，年降雨量约1300 mm。

长期镇地处半高山和高山地区，山高坡陡，沟壑纵横，地形地貌复杂。镇内最低海拔228 m，最高海拔1372 m。年日照率为27%～30%，年均降雨量1155 mm，平均气温18.5 ℃。其中耕地面积9460 m2，森林面积60 km2，竹林资源36.67 km2。

白云乡内森林面积32 km2，耕地面积5.3 km2。白云乡属中亚热带湿润季风气候，气候温暖湿润。年平均气温18.2 ℃，年降雨量1266.9 mm，年平均日照时数1297.5 h。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源与处理

本文采用Landsat-TM影像作为主要信息源，获取赤水市北部区域2004年、2011年和2018年的Landsat-TM影像，三期的影像都包含7个波段，辐射分辨率为8 bit，空间分辨率为30 m×30 m，信息量丰富、地面分辨率较高。另外收集研究区域的地形图及相关资料，以及赤水市北部的土地利用现状图、行政区划图等辅助资料。参考【《土地利用现状分类》(GB/T21010—2017)】，将研究区划分为林地、耕地、草地、建设用地、水域和裸地共6种景观类型。

利用遥感图像处理软件ERDAS IMAGINE9.0，将三个时点的TM影像进行辐射校正、几何校正、图像镶嵌，获得研究区域的正射影像图。以此为基础，采用监督分类方法，解译制作出2004年、2011年和2018年的景观类型图。

2.2 研究方法

景观指数的变化在一定的程度上能直观的表现景观实际情况，为定量分析景观格局时空结构的变化，基于景观类型和景观水平两个层次选取景观指数进行动态分析。在景观类型选取斑块类型面积(CA)、斑块类型所占百分比(PLAND)、斑块密度(PD)、景观形状指标(LSI)、聚集度(AI)；在景观水平方面选取景观总面积(TA)、斑块数量(NP)、斑块密度(PD)、景观形状指标(LSI)、边缘密度(ED)、周长-面积分维数(PAFRAC)、聚集度(AI)、分离度指数(DIVISION)、修正Simpson多样性指标(MSIDI)、香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)、蔓延度指标(CONTAG)。

将2004年、2011年和2018年的景观类型栅格数据导入Fragstats4.2软件，对景观类型图进行指数计算，将结果作为定量衡量赤水市北部景观格局变化特征的依据。

3 结果与分析

3.1 赤水市北部景观类型指数动态变化

3.1.1 景观斑块面积特征变化

由图1、图2中斑块类型面积(CA)和斑块类型所占百分比(PLAND)可知，林地景观为研究区主要景观类型，林地景观面积逐年增加，15年间共增加2450 hm2，占比由60.65%上升到70.01%，其变化的主要原因是近年来生态环境保护逐渐得到重视，15年间赤水市大力发展竹产业取得了巨大成就，林地景观的增加对生态环境建设及人与自然和谐发展均有极大的促进作用，研究区林地景观向好发展。耕地景观面积呈逐年减少趋势，15年间共减少3005 hm2，占比由28.40%下降到16.92%，其变化的主要原因是农业产业结构调整，发展竹产业占用了部分耕地。草地景观面积无明显变化，占比由8.11%上升到8.64%，说明农村存在耕地撂荒的现象。建设用地景观面积在15年间共增加524公顷，其原因是由于赤水市北部城乡建设发展迅速，为满足建设需求，部分耕地和裸地向建设用地转变，2018年建设用地面积为2004年的2.44倍，为2011年的1.96倍，占比由1.74%上升到3.40%，相对其他景观类型上升较快。裸地景观的面积呈逐渐减少趋势，由2004年到2018年间减少了13.86公顷，裸地景观占比由0.06%下降到0.03%，表明石漠化治理等政策的实施能够有效促进生态修复。

图1 赤水市北部各类景观CA指数值变化图

图2 赤水市北部各类景观PLAND指数值变化图

3.1.2 景观斑块形状特征变化

由图3中景观形状指标(LSI)的变化可知，15年间水域景观和裸地景观的斑块形状的复杂逐渐降低，耕地景观、草地景观及建设用地景观的斑块形状的变化均由简单趋向复杂，表明为了满足多功能的城市发展用地需求，各景观类型相互转换，导致景观破碎化程度增加，大部分景观类型的斑块形状越来越复杂。

图3 赤水市北部各类景观LSI指数值变化图

3.1.3 景观斑块聚集度特征变化

由图4中聚集度(AI)指数的变化可知，林地景观的聚集度保持在90左右，聚集度较大，主要原因是由于研究区的林地景观受生态环境保护因素影响，几乎没有得到开发利用。耕地景观聚集度由80.98下降为67.43，分布趋于零散，是由于在城乡发展过程中，耕地受到侵占，导致其聚集度下降。草地景观聚集度从72.25下降为68.89，原因是草地由于占补平衡的需要，大量的草地被开发成耕地。建设用地景观的聚集度由41.52上升为55.04，是由于在城市发展中散落的居民点会与周边的村寨与城镇合并。水域景观聚集度由37.56上升为55.95，是由于为了满足建设的需要，将部分小面积零散水域进行填埋利用。裸地景观聚集度由81.37上升为85.46，是由于荒山造林等工程的实施使得部分裸地被修复。

图4 赤水市北部各类景观AI指数值变化图

3.1.4 景观斑块破碎度特征变化

由图5斑块密度(PD)变化图可知，林地景观、耕地景观、草地景观和建设用地景观斑块密度均呈上升趋势，表明受人类活动影响，土地需求量增加，耕地受到大面积侵占，建设用地景观面积增加，林地景观得到恢复，草地景观部分被开发，其破碎化程度正逐渐加深。水域景观裸地景观破碎度呈下降趋势，是由于部分小面积坑塘水面被填埋和裸地被绿化所致。

图5 赤水市北部各类景观PD指数值变化图

3.2 赤水市北部景观水平指数动态变化

由表1可知，研究区斑块数(NP)由3055增加到3361，斑块密度(PD)由12.00增加到12.84，形状指数(LSI)由39.93增加到44.50，边缘密度指数由(ED)94.54增加到105.86，分维数基本保持不变，聚集度(AI)变化较小，由85.78减少到84.07，香农多样性指数(SHDI)由0.99减少为0.93，香农均匀度指数(SHEI)由0.56减少为0.52。蔓延度指数(CONTAG)由58.00增加到58.88，变化不大。从总体景观水平分析，赤水市北部景观斑块数、斑块密度、景观形状指数呈上升趋势，景观均匀度、丰富度及多样性下降，表明随着赤水市北部发展的加快，整体景观格局趋于破碎、异质性增大、优势度降低，斑块间连接性被打破，呈小斑块密集格局。

表1 赤水市北部三期景观水平指数表

4 结论

本文以景观生态学为理论基础，借助RS和GIS技术，以赤水市北部为研究区域进行景观分类，并利用景观指数分析法对赤水市北部2004年、2011年、2018年景观格局进行动态分析，主要结论为：

(1)林地是研究区主要景观类型，2004—2018年林地的斑块数量和面积持续增加，15年间共增加2450 hm2，林地景观的增加对生态环境建设及人与自然和谐发展均有极大的促进作用，研究区林地景观向好发展。耕地景观、建设用地景观和草地景观的斑块数持续增加，破碎化程度逐渐加深，受人类活动影响较大。

水域景观斑块数量呈减少趋势，是由于部分小面积坑塘水面和养殖水体管理利用不善所致。裸地景观斑块数量呈减少趋势是由于荒山造林政策的有效实施。

(2)总体看来，赤水市北部景观斑块数、斑块密度、景观形状指数呈上升趋势，景观均匀度、丰富度及多样性下降，表明随着赤水市北部发展的加快，整体景观格局趋于破碎、异质性增大、优势度降低，斑块间连接性被打破，呈小斑块密集格局，在未来赤水市北部发展中应注重各类用地科学合理配置。