崔 閃 閃，劉 慶*，王 靜

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266109；2.中國土地勘測規(guī)劃院，北京 100035)

濱海開發(fā)帶景觀格局指數(shù)的尺度效應(yīng)及對土地利用變化的響應(yīng)
——以江蘇省大豐市為例

崔 閃 閃1，劉 慶1*，王 靜2

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 青島 266109；2.中國土地勘測規(guī)劃院，北京 100035)

以江蘇省大豐市為例，基于景觀生態(tài)學(xué)方法，從斑塊類型和整體景觀兩個水平研究了濱海開發(fā)帶景觀格局指數(shù)的尺度效應(yīng)及其對土地利用變化的響應(yīng)。結(jié)果表明：斑塊水平上，耕地、水域及水利設(shè)施用地是對尺度變化較為敏感的用地類型；斑塊密度、斑塊結(jié)合度指數(shù)、斑塊聚集度指數(shù)、有效網(wǎng)格大小、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)是對尺度變化較為敏感的指數(shù)。景觀水平上，不同轉(zhuǎn)換尺度形成的土地利用景觀的空間異質(zhì)性差異不大；各景觀指數(shù)隨尺度增加均呈現(xiàn)出下降的趨勢,其變化可用指數(shù)函數(shù)或二項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行擬合。2008年以來土地利用變化使景觀的豐富度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有所提升，景觀斑塊的破碎度、連通性和聚集性降低，分離度增大?？傮w上濱海開發(fā)帶土地利用變化使研究區(qū)景觀格局更加合理，生態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。

土地利用變化；景觀指數(shù)；尺度效應(yīng)；濱海開發(fā)帶

0 引言

土地利用的生態(tài)效應(yīng)一直是生態(tài)學(xué)家關(guān)注的問題[1]。從景觀生態(tài)學(xué)的角度開展土地利用生態(tài)效應(yīng)的研究是近年來逐漸興起的一個新的研究方向，但不同空間尺度下的研究結(jié)果卻存在差別[2，3]。在景觀生態(tài)學(xué)中，空間尺度是指景觀中最小可分辨單元所代表的特征長度、特征面積或特征體積[3-5]，空間尺度效應(yīng)是指地理信息隨柵格大小變化對景觀空間格局產(chǎn)生影響的現(xiàn)象[5]。尺度效應(yīng)常用的分析方法有景觀空間格局指數(shù)和景觀格局分析模型兩種。其中，景觀空間格局指數(shù)具有定量分析景觀格局分布特征的優(yōu)點(diǎn)，在過去的30多年里得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多相關(guān)的軟件和程序[6-9]。但是，由于地理信息運(yùn)動的每一個環(huán)節(jié)都受到尺度的影響[3]，導(dǎo)致測算結(jié)果隨尺度的變化而發(fā)生改變，極易出現(xiàn)“面積的可塑性”或“可塑性面積單元問題”[3-4,10]，因此，許多學(xué)者開展了關(guān)于景觀格局指數(shù)尺度效應(yīng)的研究。曹銀貴等[11]基于5個時(shí)期的MSS影像和TM影像解譯得到的土地利用現(xiàn)狀圖，從類型和景觀兩個層次上分析了三峽庫區(qū)近30年間土地利用景觀格局的尺度效應(yīng)，很好地反映了景觀格局指數(shù)在空間尺度上的變化規(guī)律。邱海軍等[12]基于黃龍縣1∶50 000土地利用現(xiàn)狀圖，從微觀和宏觀兩個角度分析了景觀格局的尺度效應(yīng)，很好地解釋了尺度的選擇對景觀格局指數(shù)的影響。

自20世紀(jì)90年代中國開展以縣為單位的土地調(diào)查以來， 1∶1萬土地調(diào)查成果為景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)研究提供了重要數(shù)據(jù)源[13]，但不同區(qū)域尺度下土地利用調(diào)查成果的制圖比例尺從1∶1萬到1∶100萬不等，針對我國幾種常見比例尺對應(yīng)尺度下的景觀特征缺少實(shí)際的研究案例，很難回答不同制圖比例尺對土地利用信息反映的差異。同時(shí)，基于土地調(diào)查數(shù)據(jù)的景觀格局指數(shù)尺度效應(yīng)研究主要集中于生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)[14-17]和快速城市化地區(qū)[18-20]，對于海洋與陸地交接地帶的濱海開發(fā)帶研究相對較少，導(dǎo)致這些地區(qū)因土地開發(fā)所導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境變化得不到及時(shí)反映。因此，研究濱海開發(fā)帶景觀格局指數(shù)的尺度效應(yīng)及其對土地利用變化的響應(yīng)，可為不同比例尺下土地利用成果或不同分辨率數(shù)據(jù)源的信息差異研究提供參考，為濱海開發(fā)帶土地利用規(guī)劃和管理提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

大豐市位于江蘇省鹽城市的東南部，地處北緯32°56′～33°36′，東經(jīng)120°13′～120°56′之間，位于亞熱帶與暖溫帶的過渡地帶，四季分明，氣溫適中，雨量充沛，適宜喜濕作物的生長。大豐市共有土地總面積3 059 km2，屬于淤積平原，地形南寬北窄，轄12個鎮(zhèn)，1個經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、1個海洋經(jīng)濟(jì)綜合開發(fā)區(qū)。截止2013年末，大豐市戶籍人口72.54萬人，國內(nèi)生產(chǎn)總值443.52億元，全市人均地區(qū)生產(chǎn)總值63 229元，在“全國縣域經(jīng)濟(jì)基本競爭力百強(qiáng)縣(市)”中排名第54位。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究主要數(shù)據(jù)來源于江蘇省大豐市2008年和2013年土地利用調(diào)查和變更調(diào)查數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)比例尺為1∶1萬。該數(shù)據(jù)土地利用分類根據(jù)2007年國土資源部頒布的《第二次全國土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》(TD/T1014-2007)進(jìn)行，其中一級類12個，二級類57個。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用類型合并 參照《全國土地分類(試行)》[21]及《生態(tài)環(huán)境狀況 評價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》[22],同時(shí)結(jié)合研究區(qū)特點(diǎn)，將研究區(qū)土地利用類型按照一級類劃分標(biāo)準(zhǔn)歸并為耕地、園地、林地、草地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地、城鎮(zhèn)及工礦用地、其他用地共8種用地類型；其次，利用ArcGIS10.0軟件，對合并后的各個地類進(jìn)行邊界融合。

1.3.2 圖件轉(zhuǎn)換 根據(jù)《土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測規(guī)程》中規(guī)定的1∶1萬比例尺最小上圖單位為2 mm的規(guī)定，計(jì)算出1∶1萬比例尺下地物的最小長度為20 m。以此為基礎(chǔ)，分別選擇20 m、50 m、100 m、200 m、400 m、500 m、1 000 m、2 000 m作為基本輸出單元，然后按照中心屬性值法(即網(wǎng)格取值以柵格單元框架中心點(diǎn)的屬性值作為輸出值)，將經(jīng)合并后的比例尺為1∶1萬的2013年土地利用現(xiàn)狀圖矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)換，分別轉(zhuǎn)化為相當(dāng)于1∶1萬、1∶2.5萬、1∶5萬、1∶10萬、1∶20萬、1∶25萬、1∶50萬和1∶100萬的8種比例尺柵格圖，為便于對不同年度間土地利用變化景觀格局變化的比較，在對2013年土地利用數(shù)據(jù)按不同尺度進(jìn)行柵格轉(zhuǎn)化的同時(shí)，將通過同樣方法合并后的2008年土地利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為20 m的柵格數(shù)據(jù)。

1.3.3 景觀指數(shù)選取與計(jì)算 綜合前人研究經(jīng)驗(yàn)，從斑塊類型和整體景觀水平上對景觀格局指數(shù)進(jìn)行選取[1]，其中，斑塊類型水平上景觀指數(shù)包括：斑塊密度(PD)、斑塊面積百分比(PLAND)、有效網(wǎng)格大小(MESH)、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(SHAPE-AM)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)(FRAC-AM)、斑塊結(jié)合度指數(shù)(COHESION)、聚集度指數(shù)(AI)、分離度指數(shù)(DIVISION)；景觀水平上的指數(shù)包括：斑塊密度(PD)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)(FRAC-AM)、平均形狀指數(shù)(SHAPE-MN)、景觀聚集度指數(shù)(AI)、景觀分離度指數(shù)(SPLIT)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)。利用Fragstats3.4軟件對以上景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析，各景觀指數(shù)的含義見Fragstats3.4軟件指南。

1.4 數(shù)據(jù)處理

研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)的處理采用ArcGIS10.0軟件；景觀指數(shù)的計(jì)算采用Fragstats3.4軟件；數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析與繪圖采用Excel 2010軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 類型水平上的景觀指數(shù)尺度效應(yīng)分析

通過Fragstats3.4軟件，基于大豐市2013年土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)，分別計(jì)算了斑塊類型水平上的景觀指數(shù)在20 ～ 2 000 m空間尺度范圍內(nèi)的變化，結(jié)果見圖1。

(1)斑塊密度隨尺度的增加而降低，不同土地利用景觀的斑塊密度表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，尺度效應(yīng)明顯且具有較強(qiáng)的可預(yù)測性；在20 ～ 100 m的范圍內(nèi)，斑塊密度減少幅度較大。其中，降低幅度最明顯的是水域及水利設(shè)施用地和城鎮(zhèn)及工礦用地，說明研究區(qū)水域及水利設(shè)施用地和城鎮(zhèn)及工礦用地斑塊較為零散或破碎，小面積斑塊所占比例較多[23]，這與該地區(qū)具有大面積水稻種植密切相關(guān)；在大于100 m的尺度范圍內(nèi)，各土地利用類型的斑塊密度減小變緩?？傮w而言，隨著尺度增大，研究區(qū)土地利用景觀中總的斑塊數(shù)減少，景觀破碎度降低。

(2)斑塊面積百分比指某一類斑塊面積占整個景觀面積的百分比，是描述斑塊面積隨尺度變化的一個指標(biāo)。由圖1可以看出，研究區(qū)各土地利用景觀斑塊面積變化幅度較小，說明各用地類型斑塊總面積受尺度變化的影響較小。從斑塊面積占總面積的百分比看，耕地和水域及水利設(shè)施用地始終是區(qū)域的優(yōu)勢景觀，具有明顯的濱海地區(qū)景觀。

(3)面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)是反映斑塊形狀變化的指標(biāo)。由圖1可以看出，隨著尺度的增加，各土地利用類型的面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)呈下降的趨勢，除耕地斑塊在尺度小于200 m時(shí)有緩慢上升外，其他用地類型指數(shù)值均表現(xiàn)為隨尺度增加而逐漸下降且遵循相同的規(guī)律。說明除耕地外，隨尺度增加，各土地利用類型斑塊的形狀越來越趨于規(guī)則，這與濱海地區(qū)地勢平坦、耕地斑塊平均面積較大有關(guān)。

圖1 不同土地利用類型各景觀指數(shù)的空間尺度效應(yīng)曲線

(4)面積加權(quán)平均形狀指數(shù)是反映斑塊形狀變化的另一指標(biāo)，其值為1時(shí)，表示景觀中所有的斑塊形狀為簡單的正方形；其值大于1時(shí)，表示斑塊的形狀不規(guī)則性增加[1]。由圖1可以看出，面積加權(quán)平均形狀指數(shù)與面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)具有一致的變化規(guī)律，在圖1上表現(xiàn)為相似的擬合曲線。

(5)斑塊結(jié)合度指數(shù)是表述同一景觀類型斑塊之間連通性的指標(biāo)，其值越大，斑塊之間的連通性越強(qiáng)。由圖1可以看出，隨著尺度的增加，交通運(yùn)輸用地的斑塊結(jié)合度指數(shù)急速下降，這與交通運(yùn)輸用地自身特點(diǎn)有關(guān)；耕地和水域及水利設(shè)施用地變化最小，其值基本上接近100。

(6)有效網(wǎng)格大小是指某一類斑塊面積的平方和除以景觀總面積所得的比值，用于比較不同類型斑塊平均面積的大小，其值越大，斑塊面積越大[24]。隨著尺度的增加，各土地覆蓋的有效網(wǎng)格大小隨尺度變化在圖1上表現(xiàn)的比較復(fù)雜，其中影響比較明顯的為耕地，在20 ～ 100 m的尺度范圍內(nèi)，其指數(shù)值呈緩慢增加，在100 ～ 400 m的尺度范圍內(nèi)，其指數(shù)快速增加，之后基本保持穩(wěn)定；其次是水域及水利設(shè)施用地，其他土地利用類型指數(shù)對尺度的變化不敏感，這與耕地和水域及水利設(shè)施用地以優(yōu)勢景觀為主有關(guān)，與針對內(nèi)陸干旱地區(qū)的研究結(jié)果存在明顯的差異[16，17]。

(7)聚集度指數(shù)是指景觀中某一類型中斑塊之間的聚集與分散狀態(tài)，其值越大，景觀中同類斑塊分布越集中[25]。由圖1看出，隨著尺度的增加，各土地利用景觀的聚集度指數(shù)呈現(xiàn)降低的趨勢，并且沒有明顯的尺度轉(zhuǎn)折。其中影響最敏感的為其他用地，從93.91下降至30.23，且在尺度為400 m處，出現(xiàn)了小幅度的轉(zhuǎn)折，說明這類用地斑塊較小，斑塊與斑塊之間距離多在400 m以下，分布相對集中；耕地和水域及水利設(shè)施用地變化最小，說明這兩種地類斑塊分布較為均勻。

(8)分離度指數(shù)指某一景觀類型中斑塊個體分布的離散程度，分離度指數(shù)越大，說明斑塊分布越零碎或離散[23-25]。由圖1可以看出，隨著尺度的增加，耕地分離度指數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢，并且在尺度100 m和400 m處出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，響應(yīng)比較明顯，這與研究區(qū)耕地斑塊大小與分布特點(diǎn)有關(guān)；其他土地利用景觀類型的分離度指數(shù)值始終接近或等于1，說明該尺度變化范圍內(nèi)，分離度指數(shù)對尺度的響應(yīng)比較小。

總之，不同用地類型斑塊在大小、形狀和分布特征各異，導(dǎo)致其同一景觀指數(shù)的尺度效應(yīng)不同，其中尺度效應(yīng)比較明顯的斑塊類型是交通運(yùn)輸用地斑塊；同時(shí)，不同的景觀指數(shù)在同一類型斑塊上對尺度變化的響應(yīng)也存在差異。研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)優(yōu)勢景觀以耕地和水域及水利設(shè)施用地為主，這與多數(shù)濱海地區(qū)景觀特征一致[26]，而與以耕地和城鎮(zhèn)及工礦用地為主的內(nèi)陸景觀存在明顯的差異[20]。根據(jù)景觀指數(shù)隨尺度增加的變化規(guī)律，可將其劃分為4種類型：1)單調(diào)遞減型，景觀指數(shù)呈單調(diào)遞減趨勢且尺度效應(yīng)明顯，如斑塊密度；2)波動式遞減型，總體呈現(xiàn)減少的趨勢，但過程中出現(xiàn)明顯的尺度轉(zhuǎn)折點(diǎn)且無明確變化規(guī)律，如面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)、聚集度指數(shù)和斑塊結(jié)合度指數(shù)；3)穩(wěn)定不變型，各景觀指數(shù)基本維持不變或變化很小，如斑塊面積百分比和分離度指數(shù)；4)不確定型，不同地類景觀指數(shù)變化規(guī)律不盡一致且差異明顯，如有效網(wǎng)格大小。

2.2 景觀水平上的景觀指數(shù)尺度效應(yīng)分析

基于大豐市2013年土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了景觀水平上各土地利用類型的景觀指數(shù)在20～2 000 m的尺度效應(yīng)，其結(jié)果見圖2。

圖2 景觀水平上景觀指數(shù)尺度效應(yīng)曲線

從圖2可以看出，各景觀指數(shù)隨尺度增加表現(xiàn)為下降或基本不變的趨勢。其中，斑塊密度隨尺度的增加呈現(xiàn)急劇降低的趨勢，無明顯的尺度轉(zhuǎn)折，說明隨著尺度的增加，景觀斑塊面積增大，破碎度降低；香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)隨著尺度的增加，基本保持不變，說明隨著尺度變化，該研究區(qū)內(nèi)的景觀豐富度和分布狀態(tài)的尺度效應(yīng)不敏感；景觀聚集度指數(shù)、景觀分離度指數(shù)和蔓延度指數(shù)隨著尺度的增加，呈單調(diào)小幅度降低趨勢，無明顯的尺度轉(zhuǎn)折，說明隨著尺度的增加，景觀中斑塊之間的聚集性和連通性降低，分布越分散；面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)和平均形狀指數(shù)隨著尺度的增加，分別呈現(xiàn)平穩(wěn)下降和先降后升趨勢，說明隨著尺度的增加，研究區(qū)內(nèi)景觀的形狀逐漸規(guī)則。

為定量描述景觀水平上景觀格局指數(shù)隨尺度變化的關(guān)系，對各景觀指數(shù)隨尺度的變化用函數(shù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見表1?？梢钥闯?，除斑塊密度可用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合外，其他指數(shù)均可用二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合，所有擬合函數(shù)中除香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)擬合函數(shù)的決定系數(shù)較小外，其他指數(shù)的擬合效果均達(dá)到顯著和極顯著水平，說明這些指數(shù)對尺度變化的響應(yīng)均具有較為明顯的規(guī)律性，可通過擬合方程對其變化進(jìn)行精確地預(yù)測[11，13]。

表1 景觀格局指數(shù)隨尺度變化的擬合函數(shù)

2.3 景觀格局指數(shù)的變異程度分析

為充分了解不同土地利用類型景觀指數(shù)隨尺度變化的差異性，基于2.1節(jié)和2.2節(jié)分析結(jié)果，在斑塊類型和整體景觀水平上分別計(jì)算不同景觀指數(shù)隨尺度變化的變異系數(shù)，結(jié)果分別見表2和表3。

由表2可以看出，耕地、水域及水利設(shè)施用地在斑塊密度、分離度指數(shù)上變異系數(shù)較大，而在結(jié)合度指數(shù)和聚集度指數(shù)上變異系數(shù)較小，具有突出的沿海地區(qū)特征[26]，而與內(nèi)陸地區(qū)的研究結(jié)果大相徑庭[11，20]。斑塊類型水平上同一景觀指數(shù)具有大體相似的規(guī)律，變化圖上表現(xiàn)相似的擬合曲線，但各景觀指數(shù)對尺度變化響應(yīng)的敏感程度不同，對尺度變化響應(yīng)比較敏感的景觀指數(shù)為斑塊密度、斑塊結(jié)合度指數(shù)、斑塊聚集度指數(shù)、有效網(wǎng)格大小、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)；對尺度變化響應(yīng)不敏感的景觀指數(shù)包括斑塊面積百分比、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)和分離度指數(shù)。

表2 斑塊類型水平上不同土地利用類型景觀指數(shù)的變異系數(shù)

土地覆蓋類型斑塊面積百分比斑塊密度面積加權(quán)平均形狀指數(shù)面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)結(jié)合度指數(shù)有效網(wǎng)格大小分離度指數(shù)聚集度指數(shù)平均值耕地0.54215.2655.394.40.5976.0110.3910.0946.59園地8.24167.5837.444.845.79111.36054.9153.76林地3.08161.1277.086.8234.6241.15037.3845.16草地6.5595.861.235.7336.29100.35057.3345.41交通運(yùn)輸用地16.86184.98122.827.67100.64172.50102.3888.48水域及水利設(shè)施用地0.83193.17148.228.784.2720.551.3713.2448.8城鎮(zhèn)及工礦用地5.12169.1726.153.7222.685.920.0145.844.81其他用地3.64163.4619.382.4512.5371.260.0229.3437.76平均值5.61168.8268.465.5532.1784.891.4743.8151.35

由表3可以看出，整體景觀水平上不同景觀指數(shù)對尺度變化的響應(yīng)規(guī)律差異明顯。其中，斑塊密度的尺度效應(yīng)最為敏感,其變異系數(shù)為185.34%，分離度指數(shù)對尺度變化具有中等的敏感性，變異系數(shù)為54.2%，其他景觀指數(shù)尺度效應(yīng)均不敏感。這與周偉、趙文武等[13,27]針對湖北鶴峰縣、陜北延河流域的研究結(jié)果一致。由此也進(jìn)一步說明，濱海開發(fā)帶景觀指數(shù)隨尺度的變異大小與自身所反映的地理意義關(guān)系密切，區(qū)域差異所造成的影響不大。

表3 景觀水平上景觀指數(shù)的變異系數(shù)

景觀指數(shù)斑塊密度平均形狀指數(shù)面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)蔓延度指數(shù)分離度指數(shù)聚集度指數(shù)香農(nóng)多樣性指數(shù)香農(nóng)均勻度指數(shù)變異系數(shù)185.343.695.138.7254.214.670.90.9

2.4 土地利用變化對景觀格局指數(shù)的影響

為進(jìn)一步了解土地利用變化對研究區(qū)景觀格局指數(shù)的影響，以20 m柵格大小為基本計(jì)算尺度，分別從斑塊水平和整體景觀水平上，對比分析了2008-2013年研究區(qū)景觀格局指數(shù)的變化情況。

2.4.1 斑塊類型水平上景觀格局指數(shù)變化 由表4可以看出，2008-2013年間，各景觀指數(shù)變化具有以下特征：1)耕地斑塊密度增大，斑塊形狀與斑塊之間的連通性也未發(fā)生明顯的變化，研究期間耕地之間具有顯著的雙向轉(zhuǎn)換，既有大量的優(yōu)良耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和其他用地，又有草地、林地和水域及水利設(shè)施用地轉(zhuǎn)化為耕地，但總體上看，在研究期間耕地轉(zhuǎn)入面積大于轉(zhuǎn)出面積，增加了4.43 km2；2)園地的各景觀指數(shù)變化幅度較小，保持相對穩(wěn)定；3)林地景觀總面積減少，斑塊密度基本不變，形狀變得規(guī)則，斑塊之間的連通性降低，聚集度基本保持不變，主要是由于受人類的影響，林地被征用為耕地和建設(shè)用地；4)草地景觀斑塊密度基本上未發(fā)生變化，形狀的不規(guī)則性增強(qiáng)，斑塊之間的連通性基本不變，聚集度降低，研究期間，草地面積大量減少，一部分轉(zhuǎn)為耕地和建設(shè)用地，另一部分為退草還林；5)交通運(yùn)輸用地斑塊破碎度降低，斑塊形狀的不規(guī)則性與相互之間的連通性增強(qiáng)，斑塊總面積與平均斑塊面積增加，主要是由于其他土地利用類型轉(zhuǎn)化為交通運(yùn)輸用地；6)水域及水利設(shè)施用地破碎度增加，形狀越來越不規(guī)則，斑塊之間的連通性降低，團(tuán)聚程度降低，研究期間，該類景觀面積減少； 7)城鎮(zhèn)及工礦用地斑塊總面積增加，斑塊之間的破碎度增加，形狀未發(fā)生明顯變化，斑塊之間聚集度增加，主要由于土地整理，使得原來比較分散的小斑塊連片分布；8)其他用地斑塊總面積增加，破碎度降低，形狀越來越規(guī)則，斑塊之間的聚集度降低。

表4 2008-2013年斑塊水平上不同土地利用景觀指數(shù)動態(tài)效應(yīng)

2.4.2 整體景觀水平上景觀格局指數(shù)變化 由表5可以看出，在2008-2013年期間，斑塊密度有所增大，說明單位面積內(nèi)斑塊數(shù)增加，景觀破碎度增大；平均形狀指數(shù)和面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)維持不變，說明景觀斑塊形狀總體上沒有發(fā)生明顯的變化；蔓延度指數(shù)和聚集度指數(shù)分別由53.41%、80.67%下降為52.78%、80.47%，說明景觀中斑塊之間的連通性和聚集性降低；分離度指數(shù)增加了1.12%，說明景觀個體分布離散程度增加；香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)分別增加了0.02和0.01，說明該研究區(qū)內(nèi)景觀豐富度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有所提升，但提升的幅度不大。由此反映出濱海開發(fā)帶地區(qū)隨著土地開發(fā)的進(jìn)一步深入與土地利用的調(diào)整，無論在斑塊水平還是景觀水平上，景觀的豐富度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有所提升，景觀中斑塊之間的破碎度、連通性和聚集性降低，景觀分離程度增大。

表5 2008-2013年整體水平上景觀指數(shù)動態(tài)效應(yīng)

2.5 討論

本研究以江蘇省大豐市為研究區(qū)，基于1∶1萬土地利用調(diào)查及變更數(shù)據(jù)，利用景觀生態(tài)學(xué)方法與地理信息系統(tǒng)平臺，從斑塊類型和景觀水平上研究濱海開發(fā)帶景觀格局指數(shù)對尺度變化的響應(yīng)特征，建立了景觀格局指數(shù)隨尺度變化的擬合方程，該方程可用于濱海開發(fā)帶景觀格局指數(shù)隨尺度變化的預(yù)測；同時(shí)，利用不同時(shí)期土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)，對比分析了土地利用變化對景觀格局指數(shù)的影響。本研究根據(jù)我國土地利用現(xiàn)狀圖常用的1∶1萬、1∶2.5萬、1∶5萬、1∶10萬、1∶20萬、1∶25萬、1∶50萬和1∶100萬8種比例尺，基于我國《土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測規(guī)程》中規(guī)定的1∶1萬比例尺最小上圖單位為2 mm的規(guī)定，分別計(jì)算出對應(yīng)8種比例尺圖件的空間粒度大小為20 m、50 m、100 m、200 m、400 m、500 m、1 000 m、2 000 m，具有一定的科學(xué)性和實(shí)用性。但是該轉(zhuǎn)化方法與大多數(shù)通過等間距或等倍數(shù)空間粒度轉(zhuǎn)化的研究方法存在差異，對研究結(jié)果的比較帶來不便。

濱海開發(fā)帶作為我國工業(yè)化快速發(fā)展過程中的一個復(fù)合地理單元，是陸地與海洋圈層界面的過渡地帶，具有資源豐富、環(huán)境敏感、變化過程復(fù)雜的特點(diǎn)[28]。隨著工業(yè)化、城市化的進(jìn)一步推進(jìn)，濱海開發(fā)帶作為沿海快速發(fā)展地區(qū)土地資源開發(fā)的主體，必將承接更多人類活動帶來的對生態(tài)系統(tǒng)的重要影響[29]。本研究結(jié)果顯示，雖然在斑塊類型和整體景觀水平上景觀指數(shù)隨尺度的變化與其他地區(qū)沒有太大差異，但是研究區(qū)優(yōu)勢景觀以耕地和水域及水利設(shè)施用地為主，則顯示了濱海開發(fā)帶的區(qū)域特征；該兩種用地類型在斑塊密度、分離度指數(shù)上變異系數(shù)較大，而在結(jié)合度指數(shù)和聚集度指數(shù)上變異系數(shù)較小，更具有濱海地區(qū)特色。整體景觀格局對土地利用變化的響應(yīng)特點(diǎn)體現(xiàn)為景觀的豐富度和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有所提升，景觀中斑塊之間的破碎度、連通性和聚集性降低，分離程度增大。景觀格局指數(shù)隨土地利用的變化特征集中反映了研究區(qū)土地利用變化所引起的景觀格局更加合理，生態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。

3 結(jié)論

斑塊類型水平上，斑塊密度、斑塊結(jié)合度指數(shù)、斑塊聚集度指數(shù)、有效網(wǎng)格大小、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)對尺度變化響應(yīng)較為敏感；斑塊面積百分比、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)和分離度指數(shù)響應(yīng)不敏感；耕地、水域及水利設(shè)施用地是對尺度變化較為敏感的用地類型。根據(jù)景觀指數(shù)隨尺度增加的變化規(guī)律,可將景觀指數(shù)劃分為單調(diào)遞減型、波動式遞減型、穩(wěn)定不變型和不確定型4種類型。

景觀水平上，各景觀指數(shù)隨尺度增加均呈現(xiàn)出下降的趨勢，除斑塊密度外，其他景觀指數(shù)變化均較為緩和；除香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)外，各景觀指數(shù)對尺度變化的響應(yīng)均具有較為明顯的規(guī)律性，可通過擬合方程對其變化進(jìn)行精確地預(yù)測。

景觀格局指數(shù)隨土地利用的變化特征集中反映了研究區(qū)土地利用變化所引起的景觀格局更加合理，生態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。

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Scale Effect of Landscape Pattern Index and Its Response to Land Use Change in the Coastal Development Zone:A Case Study of Dafeng City in Jiangsu Province

CUI Shan-shan1,LIU Qing1,WANG Jing2

(1.CollegeofResourcesandEnvironment,QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109;2.ChinaLandSurveyingandPlanningInstitute,Beijing100035,China)

Based on landscape ecology method,at the patch and landscape scale,this paper studied the scale effect of landscape pattern index and its response to land use change in the coastal development zone in Dafeng City of Jiangsu Province.The results showed that at the patch scale,cultivated land,water and water conservancy facilities were more sensitive to the scale change;the patch density,patch cohesion index,aggregation index,effective mesh size,area-weighted mean shape index were more sensitive to scale change.At the landscape level,the spatial heterogeneity of land use landscape was not significant with the scale transformation;the landscape index showed a downward trend with the increasing of scale.The change of the landscape index can be fitted by exponential function or binomial function.Since 2008,the change of land use had promoted the richness and complexity of landscape,the fragmentation degree,connectivity and aggregation of landscape patches were decreased,and the degree of separation was increased.On the whole,the landscape pattern of the study area was more reasonable,and the ecological stability was further strengthened with the land use change of the coastal development zone.

land use change;landscape index;scale effect;coastal development zone

2016-04-08；

2016-09-01

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“濱海開發(fā)帶生態(tài)用地演變過程與網(wǎng)格化監(jiān)管方法研究”(41330750)

崔閃閃(1989-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)橥恋乩靡?guī)劃與農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)。*通訊作者E-mail：13455764802@163.com

10.3969/j.issn.1672-0504.2016.06.015

P901

A

1672-0504(2016)06-0087-07