鄭文兵，鄭忠明＊，李加林，喬富珍

（1.寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波 315211；2.寧波大學(xué) 建筑工程與環(huán)境學(xué)院，浙江 寧波315211）

0 引言

海涂區(qū)域是一種非常有價值的生態(tài)土地資源，處于海陸交錯帶，有著較高的土地、生態(tài)及經(jīng)濟效益。沿海圍墾造地是人類開發(fā)利用海涂的一種非常重要的手段。近些年來，我國沿海的各省市地區(qū)對海涂區(qū)域進(jìn)行了大量開發(fā)利用，且隨著經(jīng)濟發(fā)展的需要，在以后相當(dāng)長的一段時間里還將進(jìn)行更大規(guī)模的沿海圍墾與開發(fā)。這在一定程度上引起了圍墾區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的景觀格局變化，打破了圍墾區(qū)景觀生態(tài)平衡，出現(xiàn)了各種環(huán)境問題，如人工景觀過多，生態(tài)系統(tǒng)抵御力差等［1］。如何對圍墾區(qū)景觀生態(tài)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)是當(dāng)下一個新的研究重點，得到了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注［2］。

本研究以景觀生態(tài)學(xué)、景觀敏感性等理論為依據(jù)，采用景觀指數(shù)量化方法，堅持生態(tài)圍墾與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合、景觀結(jié)構(gòu)與功能交互影響、人類－社會－自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)有效性與穩(wěn)定性相統(tǒng)一、保護(hù)和增加景觀多樣性和異質(zhì)性等原則［2］，對慈溪圍墾區(qū)的景觀生態(tài)環(huán)境進(jìn)行研究分析，提出了慈溪圍墾區(qū)是以農(nóng)業(yè)利用型為主的灘涂圍墾區(qū)，并采用多個時期的慈溪圍墾區(qū)遙感影像進(jìn)行景觀格局演變特征分析，具有對比性和全面性。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 慈溪市及研究區(qū)域簡介

慈溪市位于中國浙江省東北部、杭州灣南岸。慈溪自古就是一座圍墾城市，有“唐涂宋地”之稱，境內(nèi)60%～70%的土地來源于近千年來的圍海造田，在版圖上可以看出它南丘北海，海岸線成弧形狀，處于30°02′～30°24′N，121°02′～121°42′E之間，總面積為1 718km2，其中14.9%是南部丘陵和濱海平原，19.9%是海域，25.2%是灘涂圍墾。自新世紀(jì)以來，慈溪圍墾灘涂規(guī)模加大，導(dǎo)致杭州灣生態(tài)環(huán)境惡化［3］。為此，慈溪專門對圍墾區(qū)進(jìn)行了相關(guān)規(guī)劃。慈溪市灘涂圍墾總體規(guī)劃是：科學(xué)合理地開發(fā)利用慈溪圍墾區(qū)的重要資源，實現(xiàn)對該地區(qū)的資源使用所帶來的經(jīng)濟、社會和環(huán)境三方效益的協(xié)調(diào)發(fā)展，從而為該區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)［4］。規(guī)劃期限截止至2050年，現(xiàn)在處于初步規(guī)劃期。

本次實驗研究區(qū)域為慈溪市的圍墾區(qū)（圖1），研究區(qū)域范圍東段以龍山鎮(zhèn)為起始，西段至周巷鎮(zhèn)松浦，南段至九堰松浦，北段則至十二塘為止，整個研究區(qū)域帶弧形狀近似長方形，弧形長約80km，兩弧形間平均寬度約為5km［4］。

圖1 慈溪市及研究區(qū)域示意圖Fig.1 Sketch map of Cixi and study area

1.2 景觀分類

依據(jù)慈溪圍墾區(qū)的特點及人類活動對景觀造成的影響程度，將圍墾區(qū)景觀分為2種基本類型，一種是自然景觀，另外一種是人工景觀。未受或受人類活動干擾很小的屬于自然景觀；受人類活動干擾很大的則為人工景觀［5］。根據(jù)圍墾區(qū)的屬性特點和土地利用分類系統(tǒng)，對人工景觀和自然景觀進(jìn)行細(xì)分，將圍墾區(qū)劃分為建筑、養(yǎng)殖塘、草地、林地、水體和裸地等幾個景觀水平，其中建筑和養(yǎng)殖塘屬于人工景觀，草地、林地、水體和裸地屬于自然景觀。選用慈溪市2000，2006和2013年3期遙感影像對圍墾區(qū)的景觀格局進(jìn)行對比分析。

1.3 景觀指數(shù)選取

景觀格局定量描述需要采用相關(guān)的景觀指數(shù)，目前已有40多種景觀指數(shù)用于分析景觀格局的變化［6－11］。本研究選取了比較有代表意義的景觀指數(shù)，從類型水平和景觀水平兩個層次來反映慈溪市圍墾區(qū)景觀空間格局的變化。類型水平上選取類型斑塊數(shù)（TNP）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）和周長－面積分維數(shù)（PAFRAC）；景觀水平上選取景觀斑塊數(shù)（LNP）、優(yōu)勢度（D）、香農(nóng)多樣性指（SHDI）和均勻度指數(shù)（SHEI）等指數(shù)，各指數(shù)都代表某一特定的意義（表1），其公式為國際通用公式［11－12］，采用Frgastats 3.3軟件進(jìn)行計算。

1.4 研究方法

以慈溪市2000，2006和2013年3期Landstat TM影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（它們成像時間分別是2000年8月，2006年7月和2013年8月，天氣狀況良好，云覆蓋率低于8%，可以滿足分類需要），運用地理信息處理軟件ArcGIS、ENVI和ERDAS對其進(jìn)行處理；采用景觀格局指數(shù)，對3個時期的遙感影像進(jìn)行對比；依據(jù)實踐資料并結(jié)合國內(nèi)外有關(guān)圍墾的研究，對慈溪市圍墾區(qū)13a間景觀格局的動態(tài)變化過程進(jìn)行研究分析。

表1 景觀指數(shù)意義Tab.1 Meanings of landscape indices

1.4.1 影像預(yù)處理

由于大氣、季節(jié)時令等影響，遙感影像會出現(xiàn)變形模糊等現(xiàn)象，影響遙感圖像的解譯工作。因此，需要對遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，得到比較真實的遙感影像［13］。預(yù)處理主要步驟是利用ArcGIS軟件對3幅慈溪圍墾區(qū)遙感影像進(jìn)行假彩色合成，選用5、4、3三個波段，得到3個時期的合成影像，然后再利用Arc－GIS軟件對合成遙感圖像進(jìn)行幾何糾正。

1.4.2 影像分類和評價

影像分類是根據(jù)分類經(jīng)驗和建立的分類方法規(guī)范，歸并遙感數(shù)據(jù)記錄的信息中呈現(xiàn)的不同像元組成的幾種不同景觀水平［14］。不同地物、不同自然或人為因素的影響可能導(dǎo)致相同遙感像元信息記錄不同物體現(xiàn)象，所以在選擇樣本時需要均勻分布，并抽查一些樣本進(jìn)行實地考查印證，得到景觀分類圖后需要進(jìn)行評價。其具體方法為利用ERDAS軟件進(jìn)行監(jiān)督分類；評價采用隨機抽樣檢驗的方法，每類景觀分別選取40個樣點并進(jìn)行相關(guān)實地考查，通過對比來評價結(jié)果的準(zhǔn)確度［14］。

1.4.3 景觀指數(shù)的計算及分析

采用Fragstats 3.3軟件可以計算得到類型水平和景觀水平的近40多個景觀指數(shù)。由于Fragstats 3.3軟件對數(shù)據(jù)的格式有嚴(yán)格要求，所以數(shù)據(jù)處理時首先在ERDAS軟件中將各景觀類型的分類結(jié)果轉(zhuǎn)成shp格式，然后導(dǎo)入Fragstats 3.3軟件中，最后進(jìn)行相關(guān)計算并得到所需結(jié)果［15］。

1.4.4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)不同時期的景觀分類圖和景觀指數(shù)數(shù)據(jù)，同時結(jié)合野外實地調(diào)研資料，分別從類型水平和景觀水平兩個層次上對研究區(qū)景觀格局變化進(jìn)行分析和研究。

2 結(jié)果與分析

2.1 慈溪圍墾區(qū)景觀格局變化定性分析

在慈溪圍墾區(qū)景觀類型構(gòu)成比例中，自然景觀具有相對優(yōu)勢，占圍墾區(qū)景觀總面積的60%以上，但隨著時間推移自然生態(tài)景觀明顯減少，而人工景觀則有序增多（圖2）。在2000—2013年間，圍墾區(qū)的面積有所擴大，各類景觀在13a間相互轉(zhuǎn)化，其中裸地景觀面積大幅度減少，逐漸向養(yǎng)殖塘和建筑等人工景觀水平轉(zhuǎn)化。

2.2 圍墾區(qū)景觀格局變化定量分析

2.2.1 類型水平上的格局變化

由表2可以看出，研究區(qū)2000—2013年13a間，圍墾區(qū)類型水平的景觀指數(shù)均發(fā)生了顯著變化。林地、水體、草地、裸地、養(yǎng)殖塘和建筑在13a間變化趨勢各有不同，相互轉(zhuǎn)化。在類型斑塊數(shù)方面，養(yǎng)殖塘的景觀類型斑塊數(shù)呈先增加后減少的趨勢，其中在2006年達(dá)到最大；林地、建筑、裸地和草地的景觀類型斑塊數(shù)呈增加的趨勢，在2013年達(dá)到最大；建筑的斑塊數(shù)量從0變化至1 657，這種變化趨勢的主要原因是人類對景觀類型的過度人為選擇。在景觀形狀指數(shù)方面，2000—2013年間，建筑形狀指數(shù)從0變化至9.06；養(yǎng)殖塘的形狀指數(shù)變化最大，先由16.56緩慢減小到15.64后減少為4.67，前6a有一些養(yǎng)殖塘連接在一起但又有大量的小養(yǎng)殖塘出現(xiàn)，后7a這些養(yǎng)殖塘景觀有很多由分散連接成片狀（圖2）。在周長－面積分維數(shù)變化方面，林地、草地、裸地和水體的分維數(shù)都有一定程度的增加，而養(yǎng)殖場的分維數(shù)則有所減小，建筑的分維數(shù)先增后減?。ū?）。林地、草地和裸地分維數(shù)的增加與大量土地用作基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施、道路等各種建設(shè)用地有關(guān)，這使其邊界變得彎曲曲折；基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施、道路等各種建設(shè)開始沒有有序規(guī)劃，后來統(tǒng)一規(guī)劃，因而建筑的分維數(shù)先增后減??；水體的分維數(shù)增加一定程度上與養(yǎng)殖業(yè)拓展有關(guān)，水體部分分成小塊，導(dǎo)致分維數(shù)增加；由于養(yǎng)殖業(yè)大量發(fā)展，為了充分利用沿海地區(qū)地域，養(yǎng)殖塘由部分集中向成片發(fā)展，分維數(shù)減小，形狀趨于簡單?？傊?，受這一時段圍墾造地、養(yǎng)殖建設(shè)等開發(fā)建設(shè)活動的影響，自然生態(tài)景觀斑塊的形狀越來越復(fù)雜，景觀形狀趨于不規(guī)則化；人工景觀形狀趨于簡單化，整體上人類干擾活動使得景觀形態(tài)變得復(fù)雜化。

圖2 2000—2013年慈溪圍墾區(qū)景觀分類圖Fig.2 Classification maps of landscape in Cixi reclamation region during 2000－2013

表2 2000—2013年研究區(qū)類型水平景觀指數(shù)變化Tab.2 Changes of landscape indices at patch type level in studying region during 2000－2013

2.2.2 景觀水平上的格局變化

總體上看，圍墾區(qū)各景觀水平指數(shù)有顯著變化。景觀斑塊數(shù)方面，在2013年達(dá)到最大值10 330（表3），表明整個研究期內(nèi)人類對圍墾區(qū)開發(fā)利用的程度增強，導(dǎo)致圍墾區(qū)破碎化程度加劇，斑塊總數(shù)增加，景觀趨于復(fù)雜。結(jié)合表2和表3的結(jié)果可知，大多圍墾區(qū)景觀的最大斑塊指數(shù)呈減少趨勢，其中最大斑塊指數(shù)減少最顯著的分別是裸地（2000—2013年）和養(yǎng)殖塘（2006—2013年），說明這兩者在研究期內(nèi)受人為干擾程度最大。在優(yōu)勢度方面，研究期間，優(yōu)勢度呈減小趨勢，從0.790降至0.472，這是由于隨著裸地和草地不斷轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，裸地原有的斑塊優(yōu)勢在下降，由此造成其對整個景觀的控制作用減弱。13a間香農(nóng)多樣性指數(shù)從0.621減至0.406，減幅達(dá)35%左右，說明本研究區(qū)的景觀要素多樣性減幅顯著。另外，均勻度指數(shù)的減幅也達(dá)30%左右，說明研究區(qū)內(nèi)不同景觀水平分布趨于不均勻化，各景觀斑塊之間的面積差異有所擴大，林地和裸地景觀資源分布變化由基本聚集到分散破碎，自然生態(tài)景觀轉(zhuǎn)化為人工景觀程度加大；與此同時，建筑及養(yǎng)殖塘由原來的分散狀態(tài)逐漸演變成片狀，說明在人工干擾下景觀水平分布情況中的不均勻性在增加。

慈溪圍墾區(qū)2000—2013年景觀格局指數(shù)的變化結(jié)果表明：慈溪圍墾區(qū)景觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。建筑和養(yǎng)殖塘的增加主要由裸地，水體和林地等斑塊轉(zhuǎn)化而來，自然生態(tài)景觀斑塊的形狀越來越復(fù)雜，其景觀斑塊形狀趨于不規(guī)則化；人工景觀形狀趨于簡單化。整體景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均降低，圍墾區(qū)景觀在人類活動影響下破碎化程度加大，整體景觀異質(zhì)性升高。

表3 2000—2013年研究區(qū)景觀水平指數(shù)變化Tab.3 Changes of landscape level indices in studying region during 2000－2013

3 討論

3.1 景觀指數(shù)的選取

國內(nèi)外有很多有關(guān)遙感影像的景觀格局分析的研究，但研究方法中景觀指數(shù)的選取略有不同，不同地區(qū)有著不同的特點，根據(jù)圍墾區(qū)不同利用型種類選取相應(yīng)的景觀指數(shù)非常重要。如馮峰［12］對大鄭新區(qū)景觀格局現(xiàn)狀分析時，采用斑塊面積、斑塊數(shù)量、景觀面積百分?jǐn)?shù)、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、景觀斑塊分維數(shù)及斑塊聚合度等為主要景觀指數(shù)；其它相關(guān)報道中景觀指數(shù)的選取也各有側(cè)重［16－17］。本研究中，與大鄭新區(qū)側(cè)重城市利用型為主的圍墾區(qū)不同［12］，慈溪圍墾區(qū)從整體上是以農(nóng)業(yè)利用型為主，為此選取了優(yōu)勢度、香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)等能較好反映養(yǎng)殖塘等農(nóng)業(yè)相關(guān)景觀格局變化的景觀指數(shù)。

慈溪圍墾區(qū)作為農(nóng)業(yè)利用型的地區(qū)，在13a間斑塊數(shù)在一定程度上有所增加，年增幅為4.73%，而劉鴻雁等［18］研究的哈爾濱市和劉江等［17］研究的廈門集美市都是城市利用型為主的土地利用水平，斑塊數(shù)年增幅在5.0%以上，一定程度上說明農(nóng)業(yè)利用型方式對生態(tài)環(huán)境的影響較小。

3.2 圍墾區(qū)景觀格局演變主導(dǎo)驅(qū)動力分析

景觀格局演變驅(qū)動力系統(tǒng)可分為自然驅(qū)動力和社會驅(qū)動力2個部分，這2個部分又可細(xì)分為主導(dǎo)驅(qū)動力和非主導(dǎo)驅(qū)動力。由于各地區(qū)有著不同的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r和自然環(huán)境，同一地區(qū)的景觀格局演變既受主導(dǎo)驅(qū)動力的制約，同時也是多種驅(qū)動力共同作用的結(jié)果［19］。本研究中著重探討的是社會驅(qū)動力這一部分中的主導(dǎo)驅(qū)動力。初步研究表明慈溪圍墾區(qū)主導(dǎo)驅(qū)動力是圍墾區(qū)建立養(yǎng)殖塘及造房修路。慈溪市城市建設(shè)的土地資源比較少，圍海造地極大緩解了因城市發(fā)展需求過大產(chǎn)生的用地矛盾，促進(jìn)了建筑業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，但引發(fā)的景觀破碎化程度加大，整體景觀異質(zhì)性升高。養(yǎng)殖塘作為一個主要驅(qū)動力，其造成的問題主要表現(xiàn)在：一是養(yǎng)殖無序生產(chǎn)現(xiàn)象未能得到控制，總體規(guī)劃方面不足；二是養(yǎng)殖缺少有效的調(diào)控，監(jiān)督管理不規(guī)范，；三是養(yǎng)殖投入力度不足，生產(chǎn)效益不高；四是圍墾區(qū)污染加劇，致使水質(zhì)變壞，養(yǎng)殖水域污染日趨嚴(yán)重［20］。此外，建筑用地擴大是導(dǎo)致景觀破碎化程度加大，整體景觀異質(zhì)性升高的另一重要驅(qū)動力。慈溪市的人口增長及城鎮(zhèn)用地的變化促進(jìn)了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，極大增加了建筑面積。截止2012年全市公路總里程達(dá)到1 454 145km2（慈溪統(tǒng)計局，2013）?？傮w上，慈溪圍墾區(qū)注重建筑經(jīng)濟景觀的開發(fā)，忽略了自然生態(tài)景觀的保護(hù)。慈溪圍墾區(qū)整體景觀多樣性減小，景觀破碎化程度加大，整體景觀異質(zhì)性升高，受人為因素的影響明顯。

本文沒有對慈溪圍墾土地景觀格局的空間變化過程進(jìn)行深入研究。因此，探究慈溪景觀格局與慈溪的生態(tài)過程相互作用，結(jié)合圍墾土地表層生物的生命活動過程，深入探討土地利用方式與景觀格局變化引發(fā)的慈溪生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等問題是下一步研究的方向。

4 結(jié)論

（1）利用遙感信息處理技術(shù)及景觀生態(tài)學(xué)的原理，將不同時期慈溪圍墾區(qū)劃分為建筑、養(yǎng)殖塘、草地、林地、水體和裸地等幾個景觀水平。

（2）通過對該地區(qū)的遙感影像解譯，分析圍墾區(qū)景觀變化過程表明2000—2013年間，慈溪圍墾區(qū)景觀格局發(fā)生了顯著變化。圍墾區(qū)景觀面積隨時間推移有所增加，圍墾區(qū)內(nèi)部景觀水平之間的轉(zhuǎn)化復(fù)雜，主要表現(xiàn)為養(yǎng)殖塘增加，裸地急劇減少，裸地景觀大幅轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖塘景觀，同時建筑逐漸增多。

（3）結(jié)合景觀格局指數(shù)分析和實踐資料表明灘涂圍墾、養(yǎng)殖漁業(yè)等一系列經(jīng)濟開發(fā)活動使慈溪圍墾區(qū)景觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。建筑和養(yǎng)殖塘的增加主要由裸地、水體和林地等斑塊轉(zhuǎn)化而來。自然生態(tài)景觀斑塊的形狀越來越復(fù)雜并趨于不規(guī)則化；人工景觀形狀趨于簡單化。整體上景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均降低，圍墾區(qū)景觀在人類活動影響下景觀破碎化程度加大，整體景觀異質(zhì)性升高。

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