基于地貌差异的景观格局转型研究--以三峡库区奉节县为例

汪 荣,李阳兵,2,*,郑骆珊,陈 艳,曾晨岑,夏春华,邵景安,2

1 重庆师范大学地理与旅游学院,重庆 401331 2 三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室,重庆 401331

景观格局指不同土地利用构成的镶嵌体的空间分布,包括景观组分类型、数目以及空间分布与配置[1]。随着经济发展、工业化以及人口城镇化的推进,全球传统景观以越来越快的速度发生演变[2-4]。地貌分异是景观格局形成的物理基础,景观格局在不同地形地貌下具有明显的梯度效应[5]。中国是山地大国,山地占陆域国土总面积的68.2%[6]。山区包含山地、丘陵、河谷平坝等众多地貌类型,山区景观格局演变具有复杂性与独特性[7]。在景观快速演变全球化的背景下,探讨山区地形分异对景观格局的影响,分析不同地貌景观格局的时空演变特征,对山区景观格局空间优化具有现实意义。

国内外学者从不同方面探讨了山区地形分异下景观格局的演变特征。从研究内容来看,已有学者从某一类景观格局[8-10]或全局景观格局[11-12]的角度研究了与地形的相关性;从研究尺度来看,已有学者基于区域尺度[13-18]、流域尺度[19-20]以及带域尺度[21-23]等不同尺度进一步对山区景观格局的地形梯度效应及其驱动机制进行了研究;从研究方法来看,传统方法中常采用景观指数法与地形位指数相结合[24-25]的研究方法,现代方法中运用地学信息图谱[26]、景观格局转型理论[27]以及景观模型构建[28]等综合性方法。但已有研究大多局限于高程、坡度或者地形起伏度等独立地形因子探讨景观格局的变化,或从单一尺度下进行研究,而综合选择多个地形因子划分地貌类型,探讨全域与典型地貌区双尺度下景观格局的演变特征及差异的研究较少。

三峡库区是地貌复杂、生态环境脆弱的典型山区[29]。库区山高坡陡、地形起伏大的地形特征造成景观格局的基本分异。在农业社会转型的背景下,受三峡库区生态移民、退耕还林还草生态工程以及产业扶持等人类活动的干预,不同地貌下景观格局发生潜移默化的转变。已有研究发现位于低地形位的景观格局趋于规模化与集约化,而位于较高地形位的景观格局趋于生态性,在空间上形成高度异质的景观垂直格局[30]。但对三峡库区的研究大多数基于小流域尺度,而对典型地貌区下景观格局变化的研究较少。因此仍需深入探究三峡库区不同地貌类型下景观格局的演变特征。基于此,本文选择位于三峡库区腹地的奉节县作为研究对象,根据高程、地形起伏度与坡度划分研究区地貌类型,利用二元Logistic回归模型分析影响因子与景观格局的直接关系,揭示研究区近30年景观格局的演变规律及其转型过程,厘清景观格局的驱动机制。研究结果旨在揭示三峡库区不同地貌景观格局转型模式,以期为山区景观格局优化以及土地多功能耦合协调发展提供理论与实践指导。

1 研究区概况

奉节县地处三峡库区腹地核心地区(图1),位于重庆市东北部(30°29′ 19″N-31°22′33″N,109°1′17″E-109°45′58″E),面积约为4098km2。境内地势南北高中部低,山地面积占总面积的88.3%。奉节县辖29个乡镇、3个街道办事处,2020年城镇化率达49.53%。奉节县属于亚热带湿润季风气候,河流众多,长江横穿境内中部,水利资源丰富。

图1 研究区概况Fig.1 Study area

三峡工程于1994年启动修建,2009年完成全面移民[31]。三峡移民项目的运行使得人类活动范围发生转移,研究区内土地利用方式与景观格局发生转变。由于地形因子与人类活动等社会因子的共同作用,研究区呈现“聚落耕地组合→耕地果园组合→林地”的景观垂直格局[32]。综上,奉节县的地理位置、地形特征、土地利用方式等自然与社会背景使其具有代表性。本文以奉节县为研究对象,有助于揭示三峡库区景观格局的演变规律及其驱动机理。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

2.1.1地形数据

1∶1000的数字高程模型(DEM)来源于地理空间数据云,分辨率为30m。借助ArcGIS 10.4平台提取研究区的高程、地形起伏度与坡度,分别为92-2123m、0-893m、0-87°。

2.1.2景观类型

1990年、2000年、2010年与2020年4期景观类型数据来源于Google Earth的遥感影像,分辨率为0.51m。在ArcGIS10.4平台下进行人机交互式解译,将景观类型划分为耕地、撂荒地、果园、有林地、灌木林地、草地、水域、聚落、建设用地(公共服务用地、工矿用地等)以及未利用地10类。因1990年与2000年撂荒地斑块较少,后文只对2010年与2020年的撂荒地进行统计与分析。

2.2 研究框架与方法

2.2.1基于地貌差异的景观格局转型研究框架

景观格局转型是指在土地利用转型[33]、森林转型[34]与传统农业生态系统转型[35]的背景下,土地利用由于长期累积变化或突变引起景观组分及其空间分布发生转变,从而导致景观形态和功能发生转型。已有学者提出山区农业景观格局转型理论[27],认为山区在地形梯度上呈现“综合型与耕-果转换型→部分撂荒型→撂荒型”的景观格局。本文在此理论基础之上,认为地貌分异促使山区内部景观格局转型有所差异,即山区山地与河谷丘陵等不同地貌下景观格局转型存在差异响应。因此,本文初步构建基于地貌差异的景观格局转型框架(图2),通过探究不同地貌景观格局转型的内部机理,揭示山地与河谷丘陵景观格局转型的分异规律。

2.2.2地貌类型的划分

目前对于山地类型划分方法较多,并未给出统一的标准。联合国环境规划署将高海拔地区界定为山地,中低海拔地根据坡度与地形起伏度等地形因子划分为不同的山地类型[36]。《中国地貌区划》根据海拔高度把中国山地划分为丘陵、低山、中山、高山与极高山等5个类型[37]。本文基于沈玉昌等[38-39]的划分标准,根据高程将研究区划分为河谷丘陵、低山和中山3种地貌类型,并结合地形起伏度[40]与坡度[41]划分方法把不同地貌的地形特征细化为小起伏、中起伏、大起伏、缓坡、斜坡与陡坡(表1,表2)。基于乡镇行政区划单元,提取河谷丘陵区、低山区与中山区典型地貌区(图3)。

表2 地貌类型的坡度特征Table 2 Slope characteristics of geomorphic types

图3 典型地貌区的提取Fig.3 Extraction of typical geomorphic regions

2.2.3景观指数法

景观指数能反映高度浓缩的景观格局信息,是分析景观结构组成与空间配置的定量指标。本文选取景观水平上的香浓多样性指数(SHDI)反映景观的多样性,选取蔓延度(CONTAG)与聚集度(AI)反映景观的破碎度。以上指数的计算公式及生态学意义详见文献[42]。借助ArcGIS 10.4与Fragstats 4.2计算相应景观指数。

2.2.4二元Logistic回归模型

二元Logistic回归模型是针对二值响应变量建立的回归模型,在景观格局的驱动机理研究中应用广泛[43]。本文采用二元Logistic回归模型探讨不同地貌区景观格局与驱动因子的关系,利用Hosmer_Lemeshow检验对实验结果进行通过性检验,从而解释景观格局演变的影响机制。

p=exp(α+∑βixi)/[1+exp(α+∑βixi)]

(1)

ln[p/(1-p)]=α+∑βixi

(2)

式中,p表示分布概率,p值介于0-1之间,且p值越大表示该事件发生的可能性越大。x为解释变量,α表示参数,β表示解释变量系数,exp(β)衡量解释变量对因变量的影响程度。本文中,p为某一景观类型的分布概率,x为影响该景观的驱动因子。

3 结果分析

3.1 全域景观格局演变特征

研究区以林地(有林地、灌木林地)分布最广(图4)。除了河谷区,其他区域均有分布;其次为耕地、果园以及撂荒地。耕地分布较为破碎,一般分布在中、小起伏地带。果园成片分布于海拔较低的河谷区。撂荒地在西北部低山区呈聚集分布;聚落、草地以及水域等景观分布较少。聚落在主要分布于河谷平坝区与丘陵区。

图4 1990-2020年全域景观类型演变Fig.4 Evolution of landscape types in Fengjie County from 1990 to 2020

1990-2020年,各景观演变具有差异性(表3)。其中,林地、草地、耕地、撂荒地与果园景观变化较为显著,呈现耕地与草地明显缩减,林地、果园与撂荒地迅速增长的特征。30年间研究区香浓多样性指数SHDI总体保持不变,蔓延度CONTAG与聚集度AI总体减小,表明景观斑块的连通性逐渐减弱,景观聚集性逐渐减弱,斑块趋于破碎化,这与耕地和草地缩减、林地和果园等景观扩张有关。

表3 1990-2020年全域景观指数演变Table 3 Evolution of landscape indices in Fengjie County from 1990 to 2020

3.2 不同地貌景观格局时间演变特征

1990-2020年,河谷丘陵区、低山区与中山区之间的景观格局演变具有明显的异质性(图5)。

图5 1990-2020年不同地貌景观格局时间演变Fig.5 Temporal evolution of landscape patterns in different geomorphic regions from 1990 to 2020

根据景观的演变幅度,将其概括为“递增型”、“递减型”、“速增型”与“速减型”。近30年间,在河谷丘陵区,果园占据优势。库区蓄水导致河谷水域面积迅速增长,未被淹没的河谷与丘陵缓坡地带果园大幅扩张,水域与果园演变表现为“速增型”。耕地大幅缩减,表现为“速减型”。聚落、建设用地与林地匀速增长,表现为“递增型”;在低山区,以林地为主。耕地大幅缩减,表现为“速减型”。撂荒地迅速扩张,表现为“速增型”,耕地撂荒现象明显。林地匀速增长,为“递增型”,生态质量得以改善;在中山区,林地占据主导。在退耕还林还草政策的响应下,中山区耕地匀速缩减,表现为“递减型”。林地大幅扩张,表现为“速增型”。中山区存在耕地撂荒,生态环境有所好转。

根据景观指数的演变可知,河谷丘陵区与低山区香浓多样性指数SHDI总体增加,中山区SHDI逐年减小,且河谷丘陵区的SHDI明显高于低山区与中山区SHDI,表明河谷丘陵区的景观较为丰富,景观异质性较高。其中,河谷丘陵区1990-2010年SHDI匀速增加,2010-2020年出现缓慢减小的变化。表明在2010年前后,河谷丘陵区景观格局由多元化向同质化转变,这与果园规模化种植、耕地和林地优势度被削弱有关;低山区SHDI随时间推进呈现总体增加的波动变化,景观多样性呈现“缓慢降低-快速上升-缓慢降低”的变化特征;中山区SHDI在1990-2020年呈减少趋势,表明景观多样性逐年降低,景观趋于同质化。河谷丘陵区和低山区的景观蔓延度CONTAG变化趋势大体一致,呈总体减小的波动变化。而中山区CONTAG逐年增加。1990-2000年,河谷丘陵区CONTAG略微增加,低山区变化不明显;2000-2010年,河谷丘陵区与低山区CONTAG减小,景观破碎度增加;2010-2020年,河谷丘陵区与低山区斑块破碎化程度得以改善。而中山区CONTAG逐年增加,斑块连通性逐渐增强。各个地貌区的聚集度AI变化趋势一致,呈现总体减小的波动变化。1990-2000年,各地貌区景观聚集性略微增加,2000-2010年,AI急剧下降,斑块趋于破碎化;2010-2020年,各个地貌区景观聚集性增强。

综上,近30年间河谷丘陵区景观演变最为剧烈,景观趋于多元化,斑块连通性与景观聚集性总体减弱;低山区景观演变较为剧烈,景观多样性整体增强,斑块连通性与景观聚集性总体减弱;低山区景观演变最为平缓,景观趋于同质化,斑块连通性逐渐增强,景观多样化总体减弱。

3.3 不同地貌景观格局空间演变特征

1990-2020年奉节县以有林地、灌木林地、耕地与草地转出为主,以有林地、灌木林地与果园转入为主。其中,有林地、灌木林地、耕地与草地转为其他景观类型的面积分别为743.63 km2、726.60 km2、632.87 km2、383.70 km2。其他景观类型转为有林地、灌木林地与果园的面积分别为1094.85 km2、492.18 km2、147.19 km2。30年间不同地貌景观格局的空间演变存在差异性(图6)。

图6 1990-2020年不同地貌景观格局空间演变Fig.6 Spatial evolution of landscape patterns in different geomorphic regions from 1990 to 2020

河谷丘陵区在1990-2000年以耕地转出为主,2000-2010年与2010-2020年以有林地转入与果园转入为主,景观转换情况具有空间聚集性特点。1990-2000年39.02km2的耕地转为其他景观类型。其中,21.53 km2的耕地转为果园,占55.18%。12.69 km2的耕地转为有林地,占32.51%。这一时期景观转移现象在空间上广泛分布;2000-2000年86.53 km2的其他景观类型转为有林地。转为有林地的耕地、灌木林地面积分别为30.23 km2、24.28 km2,占比分别为34.94%、28.06%。31.01 km2的其他景观类型转为果园。其中,转为果园的有林地、耕地面积分别为15.72 km2、7.43 km2,占比分别为50.69%、23.97%。这一时期景观转移呈现东北部聚集分布的特点;2010-2020年91.17 km2的其他景观类型转为有林地,其中,灌木林地转为有林地的面积为58.17 km2,占为63.81%。81.72 km2的其他景观类型转为果园。转为果园的有林地、灌木林地与耕地面积分别为25.62 km2、25.15 km2、19.63 km2,占比分别为31.35%、30.77%、24.02%。这一时期在空间上呈现西南部聚集分布的特点。

低山区与中山区在1990-2000年未见明显的景观转换,存在少量的林地转入。2000-2010年与2010-2020年以有林地转入和灌木林地转入为主,有林地呈恢复性增长态势,在空间上具有聚集性分布的特点。1990-2000年,低山区与中山区分别有15.93 km2、5.33 km2的其他景观类型转为有林地。其中,低山区耕地、果园转为有林地的面积分别为9.91 km2、5.78 km2,占比分别为62.24%、36.29%。中山区耕地转为有林地的面积为5.33 km2,占60.50%;2000-2010年,低山区其他景观类型分别转为有林地与灌木林地的面积为119.89 km2、126 km2。其中,转为有林地的耕地、灌木林地面积分别为82.80 km2、23.04 km2,转为灌木林地的耕地、有林地面积分别为63.45 km2、54.04 km2。在空间上呈现西北部聚集性分布的特征;中山区分别有334.84 km2、113.51 km2的其他景观类型转为有林地与灌木林地,其中转为有林地的灌木林地、耕地面积分别为170.64 km2、73.21 km2,转为灌木林地的草地、林地、耕地面积分别为45.24 km2、38.07 km2、29.91 km2。景观转移呈现东北部聚集分布的特点;2010-2020年,低山区以林地转入为主。其中,转为有林地的其他景观类型的面积为129.62 km2,主要来源于灌木林地转入68.87 km2、耕地转入34.12 km2。转为灌木林地的其他景观类型面积为23.94 km2,主要来源于林地转入13.26 km2、耕地转入5.67 km2。在空间上呈现南部聚集性分布的特征。中山区在这一时期景观转移情况同低山区一致,转为有林地的其他景观类型为289.33 km2。其中,灌木林地转入为170.76 km2,耕地转入为80.66 km2。转为灌木林地的其他景观类型为69.54 km2,其中有林地转入为49.72 km2,耕地转入为14.77 km2。景观转移的空间聚集性由东北部向南部转移的分布特点。

由不同地貌景观指数的空间演变可知(图6),河谷丘陵区香浓多样性指数SHDI在长江两岸大幅增加,蔓延度CONTAG在区内全域范围内有所增加,聚集度AI在区内南北部明显减小。表明江岸区域人类活动频繁,景观多样性明显增强。全域景观聚集性逐渐增强。南北部景观斑块趋于破碎化;低山区SHDI低值位于边缘,并向中部逐渐扩张,CONTAG在区内呈现全域增长,AI在区域中部明显减小。表明区内景观多样性逐渐减弱,斑块连通性逐渐增强,斑块趋于破碎化;中山区全域范围内SHDI逐渐减小,CONTAG逐渐增加,AI在逐渐减小。表明区内趋于同质化,斑块连通性逐渐增强,斑块破碎化程度增大。

3.4 景观格局驱动机理

通过对2020年全域与典型地貌区的景观格局进行二元Logistic回归分析,探究景观空间分布格局与驱动因子的定量关系,从而揭示不同地貌下景观分布格局的内部机理。经过模拟显示选取的因子通过Hosmer_Lemeshow检验。表明所选因子对景观格局具有较好的解释作用,模拟结果具有一定的可靠性与合理性。

通过对奉节县全域景观格局进行驱动模拟,显示景观格局受地形因子、人为因子以及水热因子三者的共同作用(图7)。其中,距离因素是影响耕地、撂荒地、有林地以及聚落空间分布的主导因素,耕地、撂荒地、聚落与距聚落距离呈负相关,有林地与之呈正相关。高程是决定果园与水域分布的主导因素,随着高程的增加,果园与水域面积明显减少。降水量对灌木林地与草地分布具有显著影响。此外,景观格局受人为因子、地形因子以及水热因子的共同作用。影响耕地分布的因子为距聚落距离>地形起伏度>高程>月均降水量>人口密度>月均温。其中,耕地与地形起伏度、月均降水量呈负相关,与高程、月均温、人口密度呈正相关;影响撂荒地分布的因子为距聚落距离>高程>月均降水量>人口密度>月均温,撂荒地与高程、人口密度、月均温呈正相关,与月均降水量呈负相关;影响有林地空间分布的因子为距聚落距离>高程>地形起伏度>坡度>月均温,有林地与其呈正相关;聚落受人为因子与地形因子的共同作用,依次为距聚落距离>地形起伏度>坡度;地形与水热因子对果园分布具有较大影响,人为因子影响较弱,依次为高程>月均降水量>月均温>距聚落距离>地形起伏度>人口密度。其中,果园分布与高程、月均温、距聚落距离以及地形起伏度呈负相关,与月均降水量、人口密度呈正相关;灌木林地与草地受地形、水热以及人为因子的共同影响。

图7 景观格局的二元Logistic回归分析Fig.7 Binary logistic regression analysis of landscape patternsWald:瓦尔德系数;X1:高程,X2:地形起伏度,X3:坡度,X4:7月平均气温,X5:7月平均降水量,X6:人口密度,X7:距聚落距离

由于河谷丘陵区的主导景观类型为耕地与果园,低山区与中山区的主导景观类型为有林地与耕地,而撂荒地在各地貌区均有分布,本文将对上述景观进行回归分析。结果表明不同地貌下驱动因子对景观格局的解释作用具有分异性(图7)。在河谷丘陵区,景观分布受地形因子、水热因子与人为因子共同影响,高程是影响景观分布的主导因素。其中,耕地受高程、月均降水量以及人口密度的共同作用,耕地与高程呈负相关,与月均降水量、人口密度呈正相关。撂荒受高程、地形起伏度以及距聚落距离的影响,并与该影响因子呈正相关。果园受高程、月均降水量以及地形起伏度的共同影响,并与该因子呈负相关;在低山区,高程不再成为影响景观分布的因素,距离逐渐转变为主导因素,地形起伏度与坡度成为影响因子。其中,耕地受距聚落距离与地形起伏度的影响,与其呈负相关。撂荒地受地形起伏度、月均降水量与坡度的影响,与其呈负相关;有林地受距聚落距离、地形起伏度与人口密度的共同作用,与距聚落距离、地形起伏度呈正相关,与人口密度呈负相关;在中山区,距离与地形起伏度成为景观分布的主导因素。耕地受距聚落距离、地形起伏度、坡度以及月均降水量的影响,耕地与其呈负相关;撂荒地与距聚落距离、地形起伏度、高程以及月均温具有相关性,与距聚落距离、地形起伏度以及月均温呈负相关,与高程呈负相关;林地受距聚落距离、地形起伏度以及坡度的影响,与其呈正相关。

综上,不同地貌下影响因子对景观格局的解释作用有所差别。在河谷丘陵区,耕地与果园分布于利于种植的低海拔河谷区,撂荒地分布于高海拔丘陵区,高程是解释景观分布的主导因素;在低山与中山山地区域,山高坡陡的地形条件增加了农户的耕作半径,距离与地形因子成为限制耕地与撂荒地分布的主导因素。而距离的增长、地形起伏度的增大共同作用使得人为干扰减弱,促进了有林地的增长,使得生态环境得以恢复。

4 讨论

4.1 基于地貌差异的景观格局转型过程及其模式

4.1.1奉节县不同地貌下景观格局转型过程

从三峡工程建设以来,在地形条件、社会经济与政策等众多因素的驱动作用下,研究区经历了从传统农业社会向现代农业社会转型的过程,土地利用发生了转型,景观格局也随之转型。

1990-2000年三峡工程建设初期,研究区处于传统农业发展阶段。这一时期,各个地貌区以林地、耕地、草地传统景观为主,景观结构稳定,未见明显转换。农户主要通过扩大耕地面积提高粮食产量,以维持生计。这一时期可见河谷丘陵区与低山区耕地明显扩张,中山区耕地小幅增长;2000-2010年三峡工程建设中期,研究区处于传统农业向现代农业过渡阶段,农户逐渐转变其传统生计模式,河谷丘陵区出现成片果园,“耕-果转换”活跃,低山区与中山区退耕还林,“耕-林转换”活跃。由此呈现出“耕地收缩、果园扩张、林地恢复性增长”的过渡型景观格局;2010-2020年,三峡工程全面运营,研究区处于现代农业转型阶段,农户生计重心从耕地向果园转型,河谷丘陵区耕地大幅缩减,果园快速扩张。低山区林地缓慢增长,耕地退耕形成撂荒地。中山区林地恢复性增长,恢复其主导地位。这一时期呈现“果园扩张、耕地撂荒”的转型格局。由于不同地貌类型受人类活动的干扰程度有所不同,不同地貌景观格局转型呈现分异性特征(表4)。

表4 景观格局类型的归纳依据Table 4 The inductive basis of landscape patterns types

河谷丘陵区近30年间的景观格局表现为“传统农业型”转变为“生态经济型”。1990-2000年,河谷丘陵区以传统景观为主。景观结构稳定,表现为“传统农业型”景观格局;2000-2010年,景观转化较为活跃。耕地与草地大面积转化为果园与灌木林地,果园呈现扩张态势,聚落与建设用地增加,这一时期表现为“生态+农业组合型”的景观格局;2010-2020年,耕地与草地持续缩减,果园与林地大幅扩张,景观格局向以果园为优势的“生态经济型”景观格局转变。

低山区近30年间的景观格局表现为“农业主导型”转变为“生态主导型Ⅱ”。1990-2000年,低山区以林地与耕地为主,为“农业主导型”格局;2000-2010年,耕地大幅转化为有林地与灌木林地,生态环境有所改善,表现为“生态恢复型Ⅰ”格局;2010-2020年,耕地持续缩减,林地扩张,耕地撂荒明显,转变为“生态主导型Ⅱ”景观格局。

中山区近30年以林地为主。1990-2000年,中山区以林地、耕地以及草地组成,景观格局为“生态主导型Ⅰ”;2000-2010年,灌木林地与耕地转化为有林地,林地迅速恢复,景观格局为“生态恢复型Ⅱ”;2010-2020年,耕地和灌木林地持续缩减,有林地大幅扩张,耕地轻度撂荒,景观格局向“生态型”转变。

4.1.2基于地貌差异的景观格局转型模式

基于“全域-典型区”的视角分析研究区近30年的景观格局演变规律,探究不同地貌下景观格局转型特征,总结其转型模式。研究表明地貌分异是景观格局转型的物理基础,不同地貌景观格局转型具有分异性特点(图8),可归纳为以下三种模式:①“河谷丘陵-生态经济型”。河谷丘陵区受生态移民、产业扶持等人类活动的影响,景观格局变化剧烈。30年间,耕地大幅缩减,果园大幅扩张,景观多样性增强,斑块破碎度减弱,景观连通性增强。该区域优势景观由耕地向果园转变,形成“生态经济型”的景观格局;②“低山-生态主导型Ⅱ”。低山区在退耕还林还草生态工程的影响下,林地恢复性增长,部分坡耕地退还形成撂荒地。景观多样性降低,形成林地恢复、退耕撂荒为主要特征的“生态主导型Ⅱ”格局;③“中山-生态型”。中山区由于地形条件的限制,受人类活动的干扰程度较弱,景观结构单一,形成以林地为主的“生态型”景观格局。这与三峡库区腹地山区农业景观格局转型中的“综合型”、“耕-果转换型”、“部分撂荒型”、“撂荒型”4种模式基本一致[27]。

图8 基于地貌差异的景观格局转型过程及其模式Fig.8 Landscape pattern transformation process and its model based on differences in topography

相比于华北平原“杨上粮下”景观演变模式[44]、黄土丘陵区“川地耕地-沟谷荒草-陡坡林地”的景观梯度演变模式[45]以及青藏高原“耕地过渡为林草地”的景观梯度演变模式[46],山区景观格局演变具有相似性以及自身的独特性。由于社会经济发展与城镇化进程的加快,在平原、丘陵、山地以及高原地区出现自然景观退化、人为景观演替的格局,导致景观异质性增强、破碎度增加;但山区地形结构复杂,景观格局具有梯度分异性,呈现“河谷丘陵-生态经济型”、“低山-生态主导型Ⅱ”以及“中山-生态型”的梯度空间格局。在垂直方向上,随着地形梯度的增加,山区景观多样性降低,景观同质性增强,破碎度增加,景观经济导向性减弱,生态导向性增强[47];在水平方向上,随着农业现代化的发展,土地利用方式由粗放型向集约型转变,景观格局呈现逐渐集约化的过程[48]。上述转型模式进一步证实了山区不同地貌景观格局演变差异性的科学性。该转型模式对山区景观格局转型理论进行了补充,揭示了不同地貌下景观格局转型空间分异的特点。

4.2 启示

基于地貌差异的景观格局转型揭示了山区内部不同地貌景观格局演变的独特规律,为促进山区土地资源合理利用以及协调不同地貌区的人地关系提供范式。由图9可知,位于不同地貌区的乡镇社会经济发展水平与农业发展水平具有明显的差异性。

图9 不同地貌区社会经济与农业发展水平Fig.9 Socioeconomic and agricultural development levels of different geomorphic regions in Fengjie County

永安街道、鱼复街道与夔门街道位于长江北岸河谷丘陵区,永乐镇与安坪镇位于南岸河谷丘陵区,地势平坦、地形起伏度小的地形优势使其成为人口密集、交通便利的城区中心及邻近乡镇。位于河谷丘陵区的乡镇社会经济与城镇化率处于高值水平,粮食总产量处于中等水平。表明该区域经果林的种植带来了经济效益,而果园的扩张使得耕地空间受到挤压,区域内粮食供给短缺,极易构成粮食威胁。

公平镇、青莲镇、红土乡与石岗乡位于县内西北部低山区,地处大巴山南脉末端,地势西北高东南低。该区域经济发展水平低于河谷丘陵区,镇与乡之间经济发展水平有所差距。粮食总产量处于较高水平,表明该区域以粮食供给为主,城镇化对其影响不明显,人地关系较协调。

兴隆镇、太和土家族乡、长安土家族乡、龙桥土家族乡与云雾土家族乡处于县内东南部中山区,该区域位于七曜山脉余脉,地势高、地形起伏大。该区域由于中山地形的制约,人口稀疏,经济发展缓慢,且耕地分布破碎,不利于耕作区存在轻度撂荒,粮食产量较少。该区域以林草地等自然景观为主,生态性导向较强。

综上所述,位于河谷丘陵区与低山区的乡镇应当优化景观布局。河谷丘陵区所在乡镇因发展经果林导致耕地面积缩减。在保护耕地的前提下,可提倡耕果兼种的种植方法,保障粮食供给,从而促进农业生产、经济发展与生态保护协调发展;低山区乡镇与乡村之间人均可支配收入上存在较大差距,可通过打造乡村旅游生态型景观提高农户经济收入,以缩小二者之间的收入差距;中山区所在乡镇受地形因子的制约,经济发展缓慢。农户可通过栽培适应高海拔山地气候的经济作物,以提高其经济收入。耕地撂荒使得土地休养生息,林地恢复可改善区域的水土流失。

5 结论

通过构建基于地貌差异的景观格局转型研究框架,从“全域-典型地貌区”的科学视角分析了研究区近30年的景观格局演变及其转型模式。利用二元Logistic回归模型揭示影响因子与景观格局的定量关系,探讨了景观格局驱动机理。结论如下:

(1)不同地貌景观格局演变具有显著差异。随着三峡工程的修建,受生态移民、退耕还林以及农户生计模式转型等影响,海拔较低的河谷丘陵区演变最为剧烈,景观转换活跃,“耕-果转换”为其显著特征;海拔较高的低山区林地恢复性增长,伴随着耕地撂荒的现象;海拔最高的中山区景观结构较为稳定,林地恢复性增长,生态趋于好转。

(2)随着农业社会的发展,研究区景观结构与形态随之转变,景观格局发生转型,景观格转型具有地貌分异性特点。其中,在空间上,景观格局随着地貌升高呈现“异质性”向“同质性”、“经济型”向“生态型”转型的过程。在时间上,景观呈现“稳定型”结构向“活跃型”结构、“粗放型”利用向“集约型”利用转型的过程。河谷丘陵区形成“生态经济型”格局,低山区形成“生态主导型Ⅱ”格局,中山区形成“生态型”格局。

(3)影响因子对不同景观格局的解释作用有所不同。从全域来看,人为干扰对解释农业型景观格局与生态型景观格局具有主导作用,地形对于生态经济型景观格局的解释占据主导地位,水热条件对解释自然景观格局具有主导作用;从不同地貌区来看,地形是影响河谷丘陵区农业型景观格局与生态经济型景观格局的主导因素,随着地貌梯度的增加,低山区与中山区地形的解释作用减弱,人为干扰的解释作用占据主导,山地农业型景观格局与生态型景观格局受到人为干扰与地形的共同影响。

本文选取三峡库区奉节县典型地貌区进行探讨,缺乏山区大尺度的研究,但研究区囊括河谷丘陵、低山、中山等众多地貌,符合山区地貌结构,因此研究结果仍能反映以奉节县为代表的山区不同地貌景观格局的演变规律以及转型模式。