2000-2020年平潭綜合實驗區(qū)景觀格局動態(tài)變化及驅(qū)動力分析

楊巧琦　劉玲　林灼镕　吳小剛

摘 要：【目的／意義】分析平潭綜合實驗區(qū)20年間景觀格局動態(tài)變化及其驅(qū)動力因素，以期從景觀格局角度為今后實驗區(qū)的景觀環(huán)境資源的合理利用和保護提供策略依據(jù)?！痉椒ǎ^程】以2000年、2010年、2020年3期的30m分辨率的全球地表覆蓋產(chǎn)品GlobeLand30為數(shù)據(jù)源，將土地覆被類型分為7類，計算景觀格局指數(shù)，分析景觀格局動態(tài)變化，并結(jié)合主成分分析法對驅(qū)動力因素進行探討?！窘Y(jié)果／結(jié)論】結(jié)果顯示：在2000- 2010年間，平潭綜合實驗區(qū)各項景觀類型指數(shù)差異值相對較小，主要表現(xiàn)在建設(shè)用地的增加，以及林地、草地等生態(tài)用地的減少；2010- 2020年間，從景觀水平看，實驗區(qū)分維數(shù)、蔓延度指數(shù)持續(xù)下降，香農(nóng)多樣性指數(shù)明顯增加，景觀破碎度態(tài)勢嚴重，人為活動干擾對當(dāng)?shù)鼐坝^格局的影響較大；森林景觀類型面積在2010- 2020年間明顯增多，斑塊數(shù)量大幅下降，斑塊凝聚度值升高，森林景觀類型的破碎化程度降低；濕地與水域的景觀類型斑塊類型面積在2010- 2020年間呈現(xiàn)下降趨勢，周長面積分維數(shù)與斑塊凝聚度值降低，斑塊邊界形狀趨于簡單，內(nèi)部自然鏈接程度下降。驅(qū)動因素分析表明，社會經(jīng)濟因素和政策因素均在很大程度上直接影響平潭綜合實驗區(qū)景觀格局的動態(tài)變化。

關(guān)鍵詞：平潭綜合實驗區(qū)；景觀格局；動態(tài)變化分析；驅(qū)動力分析

中圖分類號：F323.21 文獻標志碼：A 文章編號：16735617 （2023） 01-007908

城市的可持續(xù)發(fā)展依賴于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，景觀生態(tài)學(xué)理論是解決城市生態(tài)問題的重要手段之一。景觀格局（Landscape pattem）是指景觀組成的單元類型、數(shù)目以及空間分布與配置，反映了景觀的空間結(jié)構(gòu)特征[1]，是不同生態(tài)過程和空間尺度景觀格局疊加的結(jié)果[2]。通過對景觀格局動態(tài)變化的分析，可以直觀地展現(xiàn)城市發(fā)展的結(jié)構(gòu)形態(tài)[3]；有助于對有限的土地資源進行更為合理的利用和保護，實現(xiàn)經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1939年，景觀生態(tài)學(xué)由德國學(xué)者Troll首次提出。此后，景觀格局方面的研究不斷深入，逐漸成為景觀生態(tài)學(xué)的核心研究內(nèi)容。目前，國際上關(guān)于景觀格局的研究主要分為歐洲和北美兩大學(xué)派。前者強調(diào)應(yīng)用，提倡研究的統(tǒng)籌性，主要以Naveh等[4]為代表；北美學(xué)派則強調(diào)空間結(jié)構(gòu)和模型分析，主要以Zonneveld等[5]為代表。與此同時，景觀格局的研究也從早期關(guān)注景觀格局的結(jié)構(gòu)特征轉(zhuǎn)向關(guān)注景觀格局的動態(tài)變化、演化模式和驅(qū)動機制等[6]。國內(nèi)對景觀格局的研究始于20世紀90年代。謝志霄等[7]利用景觀格局指數(shù)對沈陽西郊的景觀格局進行了定量分析，拉開了國內(nèi)景觀格局研究與發(fā)展的序幕。在早期的景觀格局變化研究中，通常以農(nóng)林和濕地兩大生態(tài)系統(tǒng)為主要研究對象，郭晉平等[8]應(yīng)用GIS技術(shù)結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)原理，對關(guān)帝山林區(qū)森林景觀空間分布格局進行了分析研究。王憲禮等[9]利用RS和GIS對遼河三角洲景觀格局的異質(zhì)性進行了分析和探討。進入21世紀，流域、城市、沙漠、綠洲等研究領(lǐng)域逐漸成為國內(nèi)學(xué)者的研究對象，對不同地域、不同自然景觀格局變化的研究逐漸增多。孫才志等[10]對遼河平原1980-2010年地表景觀格局的分布特征進行分析，利用Logistic回歸模型分析不同時間段下景觀格局演變的驅(qū)動機制。陽文銳[11]通過RS解譯建立了2003、2007和2011年北京市土地利用覆蓋空間數(shù)據(jù)，利用Fragstats對景觀格局特征指數(shù)進行了計算和分析，研究了北京市城市景觀格局時空變化特征，并分析其景觀格局變化的驅(qū)動力因素。近年來，隨著城市化的快速進程和科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，城市面貌不斷更新，景觀格局的相關(guān)研究也越來越多，并取得了大量的研究成果，完成了對景觀格局演變過程、功能結(jié)構(gòu)和動態(tài)預(yù)測的綜合研究。綜上所述，目前國內(nèi)關(guān)于海島型城市景觀格局的研究較少，大多數(shù)的研究圍繞著海島開發(fā)規(guī)劃、海島生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、海島土地利用變化等展開。本文嘗試從上述研究薄弱點出發(fā)，對海島型城市的平潭綜合實驗區(qū)展開景觀格局的動態(tài)變化研究，基于研究區(qū)2000、2010、2020年的GlobeLand30土地覆蓋數(shù)據(jù)，計算多個景觀空間格局指數(shù)，定量分析景觀格局特征，探討不同類型景觀格局指數(shù)對平潭整體生態(tài)效益的影響，分析其景觀格局變化的主要驅(qū)動力，以期從景觀格局角度出發(fā)，為今后實驗區(qū)景觀環(huán)境資源的合理利用和保護提供策略依據(jù)，并在一定程度上完善現(xiàn)有海島城市景觀格局研究的不足。

1 研究區(qū)概況

平潭島位于福建省東部沿海地區(qū)，是中國第五大島嶼，福建省第一大島嶼，由126個島嶼組成，陸地面積為371.91 km2，海岸線長399.82 km。它與臺灣島隔海相望，是大陸與臺灣距離最近的地方。2009年，福建省委提出建設(shè)海峽兩岸區(qū)域合作交流平臺，努力將平潭綜合實驗區(qū)建設(shè)成為探索兩岸合作新模式的示范區(qū)和海峽西岸經(jīng)濟區(qū)科學(xué)發(fā)展的先行區(qū)。綜合實驗區(qū)建成后，平潭島進入了快速城市化階段。區(qū)域人口的增長和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展給當(dāng)?shù)卮嗳醯暮u生態(tài)環(huán)境帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。人類活動使該地區(qū)的土地利用類型和景觀格局發(fā)生了巨大變化，區(qū)域環(huán)境問題日益突出，制約了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文使用分辨率為30 m的全球土地覆蓋產(chǎn)品GlobeLand30作為數(shù)據(jù)源。該數(shù)據(jù)的總體準確度為80.30%，中國國內(nèi)的總體準確率為82.39%[12-13]。結(jié)合平潭綜合實驗區(qū)的景觀類型特點，將其景觀類型劃分為耕地、森林、草地、濕地、水體，建設(shè)用地和未利用地7類。通過分別導(dǎo)人ArcGis將研究區(qū)域進行掩膜提取和重分類，得到2000-2020年土地覆蓋類型動態(tài)演變結(jié)果；之后將生成的土地覆蓋類型圖分別轉(zhuǎn)為GeoTiff格式文件，導(dǎo)入Fragstats 4.2軟件中進行景觀格局指數(shù)的計算。文中社會經(jīng)濟主要指標數(shù)據(jù)來源于2001、2011、2021年中國縣域統(tǒng)計年鑒。

2.2 景觀格局指數(shù)的選取

景觀格局指數(shù)包含了景觀格局的基本信息。通過比較不同時期景觀格局指數(shù)的結(jié)果，可以對景觀格局及其變化進行描述[14]，從而建立景觀格局與景觀過程之間的關(guān)系。這是學(xué)術(shù)界在景觀生態(tài)學(xué)研究中認可的一種定量研究方、法[15-16]。目前最受認可的分類標準是根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)基本原理，將景觀格局指數(shù)分為斑塊水平、類型水平和景觀水平三大類[17]。但在實際的研究中，斑塊基本是以景觀類型來區(qū)分的。因此，在很多情況下景觀格局指數(shù)一般考慮選擇類型和景觀兩大類。

參照前人對指標選取的經(jīng)驗，本文選取景觀尺度和斑塊類型尺度兩種指數(shù)類型[18-19]，如表1所示。其中，景觀尺度包括斑塊數(shù)量（ NP）、周長一面積分維數(shù)（ PAFRAC）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）和蔓延度指數(shù)（ CONTAG）；斑塊類型尺度包括景觀類型面積（ CA）、斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、周長一面積分維數(shù)（ PAFRAC）以及斑塊凝聚度（COHESION）。

2.3 驅(qū)動力分析指標選取

影響景觀格局時空演變的驅(qū)動因素很多。大多數(shù)學(xué)者主要將其分為兩類：自然因素和人為因素[20]。在較小的時空尺度下，相對穩(wěn)定的自然因子對景觀格局變化有約束作用，而不斷變化的人為因素是影響景觀格局變化的主要因素。由于本研究的時空尺度較小，主要研究其相關(guān)人為因素的影響[21]，包括人口、經(jīng)濟、政策等。本文基于其他學(xué)者的研究[22]及可獲得的數(shù)據(jù)，選取了平潭綜合實驗區(qū)2000、2010、2020年的總?cè)丝?、非農(nóng)人口、GDP、一產(chǎn)產(chǎn)值、二產(chǎn)產(chǎn)值、三產(chǎn)產(chǎn)值和地方一般公共預(yù)算收入指標，在SPSS 26.0的支持下，采用主成分分析法篩選景觀格局變化的影響因素。

3 結(jié)果與分析

3.1 平潭綜合實驗區(qū)土地覆蓋類型動態(tài)變化分析

根據(jù)3期土地覆蓋類型（圖1）可以看出：（1）平潭綜合實驗區(qū)2000年主要的用地類型為耕地，其耕地由北至南貫穿分布于整個平潭島。林地次之，主要分布于北部、東北部和西部山區(qū)。建成區(qū)主要分布在中東部，為平潭縣城所在地，城市化建設(shè)較完善，建筑用地聚集度高；其余大部分區(qū)域以村莊為主，分布較為分散。（2） 2000-2020年期間，其建成區(qū)的用地面積逐步外擴，新城區(qū)建設(shè)主要向西南方向擴張，面積增長接近兩倍，島內(nèi)交通路網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)也愈加完善；隨著城市建設(shè)和植樹造林工程的開展，耕地類型主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地與林地；水體的分布較為分散，主要以水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)地、湖泊和濕地等形式分布于北部、中部和中南部地區(qū)，其西南部水域因填海造陸工程轉(zhuǎn)化為了建設(shè)用地。

3.2 平潭綜合實驗區(qū)景觀格局景觀水平分析

從研究區(qū)景觀水平的景觀格局指數(shù)計算結(jié)果（表2）可以看出，20年間平潭綜合實驗區(qū)的斑塊數(shù)量（ NP）總體呈現(xiàn)上升趨勢，景觀斑塊總數(shù)可以反映研究區(qū)域內(nèi)的整體景觀破碎度，景觀斑塊個數(shù)的增加說明研究區(qū)域在城鎮(zhèn)化進程中景觀破碎度加劇，物種間穩(wěn)定性降低。周長一面積分維數(shù)（ PAFRAC）指景觀不規(guī)則幾何形狀的非整數(shù)維數(shù)，反映景觀形狀復(fù)雜程度[23]，研究區(qū)20年間分維數(shù)的持續(xù)下降表明該區(qū)域景觀形狀趨于規(guī)則化，說明了其土地利用與開發(fā)正在變得由點及面的規(guī)?；Ｏ戕r(nóng)多樣性指數(shù)（ SHDI）能反映景觀的空間異質(zhì)性，其值為0表示該景觀僅由一個大的斑塊組成，值越大表明該地區(qū)土地利用類型越豐富，各斑塊的均衡化趨勢越明顯[24]。在景觀系統(tǒng)中，土地利用類型越為豐富，破碎化程度越高，計算的SHDI值越高[25]。研究區(qū)2000-2010年間，香農(nóng)多樣性指數(shù)從0.6512增加到0.6601；而2010-2020年間，香農(nóng)多樣性指數(shù)從0.6601增加到1.5696?？梢?，自2009年平潭綜合實驗區(qū)正式設(shè)立后，2010-2020年間當(dāng)?shù)赝恋乩妙愋驮龆?，破碎化程度明顯提高。蔓延度指數(shù)（ CONTAG）描述了景觀中不同斑塊類型的聚集程度或擴展趨勢。一般來說，較高的CONTAG值表明景觀中某一優(yōu)勢斑塊類型已形成良好的連通性；反之，則表明景觀破碎化程度較高[26-27]。20年間，研究區(qū)的蔓延度指數(shù)從2000年的82.2821下降到2010年的81.0359，再下降到了2020年的47.9064，降幅極大；說明研究區(qū)在2010-2020年間破碎度極大地上升。作為優(yōu)勢景觀的農(nóng)田，由于受到建設(shè)用地、綠地等景觀類型的侵占、分割，由比較完整的整體逐漸分割成互不連通的大斑塊，降低了連通度，導(dǎo)致各區(qū)域之間生態(tài)交流受到一定阻礙。以上4個指標的變化趨勢表明，在2010-2020年這10年的發(fā)展過程中，整個研究區(qū)景觀破碎化嚴重，景觀連通性降低，土地利用類型增加。人類活動的干擾對景觀的影響極大，這在一定程度上反映了城市化的快速發(fā)展。

3.3 平潭綜合實驗區(qū)景觀格局類型水平分析

從研究區(qū)類型水平的景觀格局指數(shù)計算結(jié)果（表3）可以看出：2000-2020年間，耕地景觀斑塊類型面積（ CA）總體上呈現(xiàn)下降趨勢，2010-2020年，從13779.72 hm2下降到10951.92 hm2，下降了2827.80 hm2；而森林景觀斑塊面積在2010-2020年間，從6484.5 hm2增加到了8120.07 hm2，森林的斑塊數(shù)量（ NP）在2010-2020年間大幅下降，斑塊凝聚度（COHESION）值升高。研究區(qū)森林景觀類型破碎化程度降低，強化了各生態(tài)系統(tǒng)之間的功能關(guān)系，為生物多樣性保護提供了有利條件。

在建設(shè)用地景觀類型上，其建設(shè)用地景觀類型面積從2010年的3360.87 hm2增至2020年的6916.14 hm2，增幅高達105%。2010-2020年間，其建設(shè)用地的斑塊密度（ PD）也有了大幅增長，而周長一面積分維數(shù)（ PAFRAC）則明顯下降，表明研究區(qū)的建設(shè)用地景觀類型形狀趨于規(guī)則化。在大量自然生態(tài)景觀轉(zhuǎn)化為人工城市景觀的過程中，研究區(qū)的景觀格局發(fā)生了較大的變化，景觀破碎程度大為加劇。

在濕地與水域的景觀類型上，二者斑塊類型面積（ CA）在2010-2020年間呈現(xiàn)下降趨勢，其主要原因與填海造地的規(guī)劃建設(shè)有關(guān)。研究區(qū)濕地與水域的周長一面積分維數(shù)（ PAFRAC）呈下降趨勢，斑塊邊界形狀趨于簡單，內(nèi)部自然鏈接程度降低。人工且規(guī)則的景觀斑塊邊界對生物的交流和生態(tài)物質(zhì)的交換均具有阻礙作用，對生態(tài)系統(tǒng)造成了不利因素。

4 平潭綜合實驗區(qū)景觀格局變化驅(qū)動力分析

4.1 社會經(jīng)濟因素

在社會經(jīng)濟方面，從表4和圖2可以清楚地看出，2000-2020年間，平潭綜合實驗區(qū)經(jīng)濟發(fā)展保持增長趨勢。GDP由2000年的30.98億元增長至2020年的301.43億元；其中2000-2010年增長率為189%，2010-2020年增長率為236%。從各產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值來看，第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對緩慢，二、三產(chǎn)業(yè)呈高速發(fā)展；此外第三產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展為主導(dǎo)地位，形成“三、二、一”的產(chǎn)業(yè)格局（圖3）。在地方財政公共預(yù)算收入方面，由2000年的6796萬元增至2020年的54.60億元，20年間增長率達793%。在人口方面，2020年末全區(qū)總?cè)丝诩s45萬人，常住人口46萬人，城鎮(zhèn)化率為51.5%。

將其各項社會經(jīng)濟指標數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 26.0進行主成分分析，研究所選的驅(qū)動力因素能夠綜合提取出第一主成分，其特征值>1，累積貢獻率為96.587%，大于90%，表明第一主成分能夠覆蓋大量的原始變量信息，能夠很好地解釋景觀格局變化的驅(qū)動力因素。同時，通過計算得到主成分的相關(guān)系數(shù)矩陣可知，總?cè)丝跒?.998、非農(nóng)業(yè)人口為0.976、GDP為1、一產(chǎn)產(chǎn)值為0.917、二產(chǎn)產(chǎn)值為0.999、三產(chǎn)產(chǎn)值為0.995、地方一般公共預(yù)算收入為0.991。可見，所選指標都在很大程度上影響了研究區(qū)景觀格局的變化。

社會經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展吸引了大量的就業(yè)人口，同時也增加了對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工業(yè)和住宅用地的需求。城市建設(shè)用地逐步擴張，工業(yè)持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致閑置土地開發(fā)強度加大，生態(tài)用地被侵占。進一步加劇了景觀破碎化程度。社會經(jīng)濟因素是導(dǎo)致景觀格局變化的主要因素。

4.2 政策因素

一方面，海峽西岸經(jīng)濟區(qū)建設(shè)有效刺激了平潭綜合實驗區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，建設(shè)用地景觀類型大幅增加。2009年5月，《國務(wù)院關(guān)于支持福建省加快建設(shè)海峽西岸經(jīng)濟區(qū)的若干意見》（國發(fā)[2009] 24號）正式發(fā)布，標志著海峽西岸經(jīng)濟區(qū)建設(shè)從區(qū)域戰(zhàn)略上升到國家戰(zhàn)略。2009年7月，平潭綜合實驗區(qū)正式建立，福建省委提出要努力把海峽西岸經(jīng)濟區(qū)建設(shè)成為科學(xué)發(fā)展的先行區(qū)和兩岸人民交流合作的先行區(qū)，平潭位于西海岸的最前沿，是西海岸開發(fā)的最佳突破口。按照該地的建設(shè)規(guī)劃，2009-2012年為開發(fā)起步階段，2013-2020進入全面開發(fā)階段。由此，當(dāng)?shù)亻_展了大量的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建設(shè)用地逐步擴大，西南地區(qū)原為海域，將按《平潭綜合實驗區(qū)總體規(guī)劃（ 2010-2030）》方案[28]要求進行填海造地，建成港口經(jīng)濟貿(mào)易區(qū)，中部擬建高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)。新城區(qū)建設(shè)向西南蔓延，因此建設(shè)用地主要向西南方向擴張，其濕地、耕地面積等生態(tài)用地被進一步蠶食。另一方面，福建省持續(xù)推進林業(yè)改革發(fā)展的政策促進了平潭綜合實驗區(qū)林域面積的增加?！笆濉迸c“十三五”期間，福建省政府全方面推進林業(yè)改革，植樹造林、退耕還林等舉措極大促進了森林景觀斑塊類型面積大幅增長。同時，平潭綜合實驗區(qū)高度重視生態(tài)建設(shè)，實施沿海防護林體系建設(shè)，強化森林資源保護。2019年，平潭被授予“國家森林城市”稱號；2020年末，平潭綜合實驗區(qū)森林覆蓋率達到了38.85%[29]?？偠灾咭蛩卦谝?guī)劃、引導(dǎo)和制約城市景觀格局方面起著重要作用，實驗區(qū)景觀格局演變方向和特征與地方政策體系密切相關(guān)。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

綜上所述，在2000-2010年間，研究區(qū)城市化進程整體相對緩慢，各項景觀類型指數(shù)差異值較小。自2009年平潭綜合實驗區(qū)正式建立以及2010年平潭海峽大橋建成以來，隨著建成區(qū)的擴張與城鎮(zhèn)化進程的加快，大量的自然生態(tài)景觀轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯こ鞘芯坝^，景觀破碎化程度嚴重加劇，景觀斑塊之間的連通性逐漸下降，斑塊形狀趨于規(guī)則化。這種現(xiàn)象將導(dǎo)致景觀中的物質(zhì)、能量的流動和物種之間的交流產(chǎn)生一定的阻隔作用，對生態(tài)環(huán)境造成一定程度的破壞。在景觀格局演變的驅(qū)動力方面，社會經(jīng)濟發(fā)展、人口規(guī)模增加、政策因素及其政策導(dǎo)向下的城市總體規(guī)劃的實施是平潭綜合實驗區(qū)景觀格局演變的主要驅(qū)動力，各項驅(qū)動力共同作用形成了景觀格局變化的合力。

5.2 建議

針對上述結(jié)論提出如下幾點建議：（1）隨著平潭綜合實驗區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和戰(zhàn)略部署，建成區(qū)的擴張不可避免地占用了部分生態(tài)用地，加劇了人地矛盾。在未來的發(fā)展中，應(yīng)建立各類土地之間的生態(tài)緩沖區(qū)，加大城市微環(huán)境建設(shè)力度；做好既有綠地保護工作，增加道路、公園和建筑綠地，建設(shè)綠色廊道；同時，增添點狀和塊狀的綠地，從而增加綠地斑塊數(shù)量，豐富綠地結(jié)構(gòu)類型，提高實驗區(qū)生物多樣性；加強對現(xiàn)有景觀格局的保護，及時控制實驗區(qū)景觀破碎化加劇的趨勢；科學(xué)制定城市發(fā)展規(guī)劃，加強政府控制規(guī)劃實施的能力，促進城市合理有序發(fā)展。（2）繼續(xù)加強植樹造林、退耕還林的力度。在“十二五”與“十三五”期間，平潭綜合實驗區(qū)森林面積明顯增大，森林景觀類型破碎度降低，斑塊連通性增強，植樹造林取得了明顯成效。接下來應(yīng)繼續(xù)大力保護森林資源，重點保護各類生態(tài)保護區(qū)，優(yōu)化平潭綜合實驗區(qū)海島生態(tài)環(huán)境。（3）加強濕地保護，擴大濕地面積。制止對濕地生態(tài)系統(tǒng)的占用和破壞，進一步加強對實驗區(qū)現(xiàn)有的濕地進行保護，建設(shè)濕地公園，完善保護體系，恢復(fù)和完善實驗區(qū)的濕地生態(tài)系統(tǒng)。

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