萊州市景觀格局變化及生態(tài)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(shù)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(biāo)進(jìn)行景觀生態(tài)安全分析，劃分生態(tài)安全等級，分析2009—2018年的生態(tài)安全趨勢。結(jié)果表明：萊州市受城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動的干擾，耕地、林地、水域和建設(shè)用地的景觀格局在2009—2018年間發(fā)生了一定變化，耕地、園地和林地的生態(tài)安全度下降。

關(guān)鍵詞：土地利用;景觀格局;生態(tài)安全;萊州市

中圖分類號 F301.2? 文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)持續(xù)飛速增長的同時，資源環(huán)境快速消耗、局部生態(tài)問題突出，經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益漸趨失衡，生態(tài)環(huán)境壓力加大，地區(qū)生態(tài)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(tài)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(jié)合起來，可以更好地明確土地利用景觀格局變化和生態(tài)安全的發(fā)展趨勢。2020兩會中提出要保持加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略定力，牢固樹立“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的導(dǎo)向，持續(xù)打好“藍(lán)天、碧水、凈土”保衛(wèi)戰(zhàn)[1]。因此，推動城市生態(tài)環(huán)境的整治與修復(fù)成為現(xiàn)今城市持續(xù)健康發(fā)展的題中之義。而對城市進(jìn)行土地利用及生態(tài)安全分析有助于科學(xué)分析土地利用格局以及推測城市生態(tài)安全趨勢，為推動城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)和用地發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

部分學(xué)者運(yùn)用不同的測度方法對不同區(qū)域的土地利用變化及生態(tài)安全進(jìn)行了大量的分析研究，如洛侖茲曲線原理及基尼系數(shù)的算法[2]、空間疊加和空間統(tǒng)計分析方法[2]、傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型[4]、PSR模型[5]等，也有學(xué)者通過結(jié)合景觀格局指數(shù)和空間分析方法[6-8]分析城市及流域的時空生態(tài)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(shù)（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數(shù)（LPI）等12個景觀格局指數(shù)，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(biāo)進(jìn)行景觀生態(tài)安全分析，劃分生態(tài)安全等級，分析2009—2018年的生態(tài)安全趨勢，為推動城市空間綜合整治與生態(tài)修復(fù)提供參考。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)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(zhèn)，是重要的“黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)”。地理坐標(biāo)為北緯36°59′～37°28′、東經(jīng)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(shù)據(jù)來源 本研究數(shù)據(jù)來源于《萊州市2018年統(tǒng)計年鑒》《山東省統(tǒng)計年鑒》、萊州市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的國土資源部門網(wǎng)站資料。結(jié)合萊州市實際的土地利用現(xiàn)狀類型，將萊州市土地利用景觀類型整合為7類，分類結(jié)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(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行地類分類。如圖1所示，經(jīng)面轉(zhuǎn)柵格工具處理，得到4期萊州市土地利用景觀類型柵格數(shù)據(jù)。借助Fragstats4.2軟件進(jìn)行景觀指數(shù)分析，并運(yùn)用景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)評價萊州市生態(tài)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(jìn)行空間結(jié)構(gòu)以及配置關(guān)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(guān)系。選取斑塊類型和景觀水平2個層次進(jìn)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(shù)的計算，所選取的12個景觀格局指數(shù)[10]，指數(shù)分別為斑塊個數(shù)（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、邊緣密度（ED）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、平均斑塊大小（AREA_MN）、加權(quán)平均形狀指數(shù)（SHAPE_AM）、周長面積分維數(shù)（PAFRAC）、景觀連通度（COHESION）、分裂度指數(shù)（DIVISION）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）和香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）。

3.2 景觀生態(tài)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(chǔ)上，景觀干擾度和景觀脆弱度指數(shù)由景觀破碎度、景觀分離度和景觀優(yōu)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(tài)安全度。其中，景觀干擾度和景觀脆弱度運(yùn)用閾值法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，兩者權(quán)重結(jié)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(quán)0.5。

3.2.1 景觀干擾度指數(shù) 城市景觀在自然及人為活動的干擾下，由單一、均質(zhì)和連續(xù)的整體逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)雜、異質(zhì)以及不連續(xù)的斑塊鑲嵌體[11]。本文對景觀破碎度、分離度以及優(yōu)勢度指數(shù)進(jìn)行疊加分析，構(gòu)建景觀干擾度指數(shù)，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(yōu)勢度，d、f、g分別為三者的權(quán)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(quán)重;Oi為景觀類型距離指數(shù)，Mi為景觀斑塊數(shù)量，N為景觀斑塊總數(shù)，Bi為景觀斑塊面積，B為景觀總面積[6]。

根據(jù)前人對生態(tài)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(jié)合，探析各景觀指數(shù)對生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)程度，分析發(fā)現(xiàn)景觀干擾度計算的重要程度由高到低分別為景觀的優(yōu)勢度、分離度和破碎度，分別賦權(quán)0.5、0.3、0.2，其中景觀優(yōu)勢度中的相對蓋度和相對密度分別賦權(quán)0.6、0.4[12]。

3.2.2 景觀脆弱度指數(shù) 景觀脆弱度是指不同景觀類型所代表的生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)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(jié)合前人學(xué)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(guān)性，建設(shè)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(wěn)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(jié)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(guān)指數(shù)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(shè)用地：建設(shè)用地景觀斑塊總數(shù)在2009—2018年內(nèi)降低13，景觀連通度增加2.24%，如表2所示，表明萊州市建設(shè)用地景觀的聚集性提高。隨著萊州市工業(yè)化、城市化的發(fā)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(fā)展而增強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，萊州市2009—2018年的建設(shè)用地加權(quán)平均形狀指數(shù)明顯上升，說明建設(shè)用地空間格局越來越復(fù)雜。而建設(shè)用地周長面積分維數(shù)有所增加，景觀形狀指數(shù)先下降再上升，到2018年再下降，說明萊州市建設(shè)用地斑塊形狀變化加大。最大斑塊指數(shù)在2009—2018年內(nèi)增加0.92%，在萊州市推動工礦業(yè)建設(shè)發(fā)展下，建設(shè)用地的景觀優(yōu)勢度逐漸增加。

（2）園地：園地景觀斑塊個數(shù)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(shù)下降，說明園地景觀結(jié)合緊密度和景觀優(yōu)勢度并不高。而周長面積分維數(shù)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(shù)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(shù)在2009—2018年內(nèi)降低0.76%，如表4所示，說明水域的景觀優(yōu)勢度逐漸下降。同時，景觀形狀指數(shù)、加權(quán)平均形狀指數(shù)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(tǒng)一規(guī)劃等，使得形狀和空間格局更加復(fù)雜，水域景觀更加聚集。

（4）林地：林地景觀斑塊總數(shù)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(quán)平均形狀指數(shù)和景觀連通度呈現(xiàn)下降趨勢，說明林地空間分布結(jié)構(gòu)有一定規(guī)則，但是景觀不夠緊密。同時景觀最大斑塊指數(shù)明顯下降，由3.12下降到2.88，林地景觀優(yōu)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(shù)未發(fā)生明顯的變化。而未利用地周長面積分維數(shù)、加權(quán)平均形狀指數(shù)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(guī)則，但是景觀并不聚集。未利用地最大斑塊指數(shù)明顯下降，景觀優(yōu)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(shù)在2009—2018年內(nèi)降低11，平均斑塊大小在2009—2018年內(nèi)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(shù)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(yōu)勢度在逐漸上升。景觀形狀指數(shù)和邊緣密度在2009—2018年內(nèi)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(quán)平均形狀指數(shù)、周長面積分維數(shù)和景觀連通度指數(shù)均呈現(xiàn)增加的趨勢，表明萊州市耕地景觀斑塊聚集逐漸加強(qiáng)。

（7）草地：草地景觀斑塊總數(shù)、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(shù)、加權(quán)平均形狀指數(shù)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(shù)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(guī)則趨勢加大，景觀形狀復(fù)雜性增強(qiáng)，草地景觀受人類一定干擾。在此基礎(chǔ)上，最大斑塊指數(shù)、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(yōu)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(fā)生了明顯的變化。景觀形狀指數(shù)、周長面積分維數(shù)、最大斑塊指數(shù)和景觀連通度呈上升趨勢，而景觀斑塊總數(shù)、斑塊密度、景觀分裂度、香農(nóng)多樣性指數(shù)以及均勻度指數(shù)呈逐漸下降趨勢。萊州市耕地和水域景觀變化較大，呈現(xiàn)縮減的趨勢，建設(shè)用地面積不斷擴(kuò)大，這使得萊州市城市結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，城市格局復(fù)雜性加大。隨著萊州市的城市化、工業(yè)化進(jìn)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(tài)環(huán)境的保護(hù)與建設(shè)用地的高效利用，以統(tǒng)籌城市經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與社會的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 景觀生態(tài)安全 由圖3可知，萊州市2009—2018年間建設(shè)用地、耕地、園地和林地的生態(tài)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(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，建設(shè)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(dǎo)致萊州市耕地、林地的生態(tài)安全明顯降低。萊州市2009—2018年間水域的生態(tài)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(tài)環(huán)境的保護(hù)。根據(jù)參考文獻(xiàn)并結(jié)合萊州市實際研究結(jié)果，將萊州市景觀格局生態(tài)安全分為重警區(qū)、預(yù)警區(qū)、較安全區(qū)和安全區(qū)，2009—2018年萊州市景觀類型安全等級發(fā)生了一定的變化，重警區(qū)的面積有所減少，安全區(qū)的面積有所增加。水域景觀的安全等級由較安全區(qū)變?yōu)榘踩珔^(qū)，耕地景觀的安全等級一直位于重警區(qū)（見表10）。

5 討論

隨著城市化進(jìn)程、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及人口的不斷增加，萊州市對建設(shè)用地的需求急速上升，導(dǎo)致耕地、林地和草地面積有所減少。當(dāng)前，萊州市景觀格局變化主要是受到城市建設(shè)活動的干擾，在景觀斑塊類型格局變化上，林地的景觀優(yōu)勢明顯呈下降趨勢，邊界和形狀復(fù)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(nèi)部的影響較小，耕地利用變化主要表現(xiàn)在與建設(shè)用地面積增減的矛盾中。就各個景觀類型的生態(tài)安全度而言，萊州市在2009—2018年間建設(shè)用地、耕地、園地和林地的生態(tài)安全度總體呈下降趨勢，生態(tài)脆弱性加大。

本研究通過運(yùn)用景觀格局方法對萊州市7大景觀地類的利用變化進(jìn)行了分析，對于優(yōu)化萊州市未來城市土地利用結(jié)構(gòu)和布局以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與發(fā)展有一定的參考。但由于選取的時間段較短，而且數(shù)據(jù)并不具有連續(xù)性，得到的結(jié)果具有一定的局限性?？傮w來說，土地利用變化情況是一項巨大的、詳細(xì)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(tài)安全作為切入角度，研究結(jié)果對于萊州市城市總體規(guī)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(zé)編：張宏民）