余孟杰　吳濤　解雪峰　蔣國俊　沈鎏澄　項琦　孫曉敏

摘要?基于Landsat?TM遙感數(shù)據(jù)，提取研究區(qū)域的土地利用數(shù)據(jù)，并利用ArcGIS?10.3中漁網(wǎng)工具分別創(chuàng)建不同尺度的評價單元。分別計算每種尺度下的景觀格局指數(shù)，構(gòu)建人為干擾強度指標(biāo)，通過Pearson?相關(guān)分析來探討不同空間尺度下景觀格局指數(shù)對人為干擾度的響應(yīng)，研究金義都市新區(qū)的景觀指數(shù)在不同空間尺度下對人為干擾度做出的響應(yīng)。結(jié)果表明：①人為干擾強度空間分布表現(xiàn)為四周低，中間高。②斑塊密度（PD）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）與人為干擾度呈正相關(guān)關(guān)系;蔓延度指數(shù)（CONTAG）、景觀聚集度指數(shù)（AI）與人為干擾度呈顯著負(fù)相關(guān)。③在探討評價單元的空間尺度時發(fā)現(xiàn)，景觀指數(shù)與人為干擾度的相關(guān)顯著性表現(xiàn)不同，具體表現(xiàn)在：AI在空間尺度為2?000?m時，顯著相關(guān)。而PD、CONTAG、SHDI及SHEI在空間尺度為4?000?m時，與人為干擾度的顯著相關(guān)，說明人為干擾度與景觀格局指數(shù)之間的響應(yīng)存在空間尺度差異性。④在處于發(fā)展初期的區(qū)縣尺度下進行景觀格局指數(shù)與人為干擾度相關(guān)性分析時，發(fā)現(xiàn)選取評價單元為4?000?m時，得到的相關(guān)性和顯著性結(jié)果較好。

關(guān)鍵詞?金義都市新區(qū);景觀格局;人為干擾度;空間尺度

中圖分類號?P901文獻標(biāo)識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）16-0059-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.16.019

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Response?of?Landscape?Pattern?at?Different?Spatial?Scales?to?Hemeroby—Taking?Jinyi?New?District?of?Zhejiang?as?an?Example

YU?Meng?jie，WU?Tao，XIE?Xue?feng?et?al?（School?of?Geography?and?Environmental?Sciences，Zhejiang?Normal?University，Jinhua，Zhejiang321004）

Abstract?Based?on?Landsat?TM?remote?sensing?data，land?use?data?of?the?study?area?were?extracted，and?fishing?net?tools?in?ArcGIS?10.3?were?used?to?create?evaluation?units?of?different?scales，the?landscape?pattern?index?of?each?scale?was?calculated?separately，and?the?hemeroby?index?was?constructed.The?Pearson?correlation?analysis?was?used?to?investigate?the?response?of?the?landscape?pattern?index?to?hemeroby?at?different?spatial?scales.To?study?the?response?of?the?landscape?index?of?Jinyi?New?District?to?hemeroby?at?different?spatial?scales.The?results?show：①The?spatial?distribution?of?hemeroby?is?low?in?the?periphery?and?high?in?the?middle;②Plaque?density?（PD），Shannon?diversity?index?（SHDI），Shannon?uniformity?index?（SHEI）?were?positively?correlated?with?hemeroby;contagion?index?（CONTAG），landscape?aggregation?index?（AI）?and?human?interference?degree?is?significantly?negatively?correlated.③When?discussing?the?spatial?scale?of?the?evaluation?unit，it?is?found?that?the?correlation?between?the?landscape?index?and?the?hemeroby?is?different.The?specific?performance?is?as?follows：?AI?is?significantly?correlated?when?the?spatial?scale?is?2000m.PD，CONTAG，SHDI?and?SHEI?are?significantly?correlated?with?hemeroby?when?the?spatial?scale?is?4?000?m，indicating?that?there?is?spatial?scale?difference?in?the?response?between?hemeroby?and?landscape?pattern?index.④When?the?correlation?between?landscape?pattern?index?and?hemeroby?is?analyzed?at?the?district?and?county?scales?at?the?initial?stage?of?development，it?is?found?that?when?the?evaluation?unit?is?4000m，the?correlation?and?significance?results?are?better.

Key?words?Jinyi?New?District;Landscape?pattern;Hemeroby;Spatial?scale

景觀生態(tài)學(xué)作為生態(tài)學(xué)、地理科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的綜合交叉學(xué)科，主要研究宏觀尺度上景觀類型的空間格局和生態(tài)過程的相互作用及其動態(tài)變化特征[1-3]。時間尺度和空間尺度問題是景觀生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)[4]。景觀格局指數(shù)是現(xiàn)代景觀生態(tài)學(xué)中應(yīng)用最廣泛的一種景觀格局分析方法[5]。

人為干擾概念最初由芬蘭植物學(xué)家Jalas[6]提出，后國內(nèi)學(xué)者陳愛蓮等[7]首次建議將“hemeroby”一詞翻譯為“人為干擾度”。人為干擾與景觀格局變化被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境和城市等諸多領(lǐng)域的生態(tài)評價研究[8]。劉吉平等[9]采用網(wǎng)格分析法研究景觀指數(shù)的時空分異規(guī)律，對小三江平原沼澤濕地景觀格局變化及其對人為干擾的響應(yīng)機制進行探討，結(jié)果表明不同時期內(nèi)PLAND、LPI、AI、CONNECT、ED等與人為干擾度有不同的響應(yīng)趨勢;劉富強等[10]利用多期遙感數(shù)據(jù)，探討岸線變化和景觀格局變化對人類活動的動態(tài)響應(yīng)，結(jié)果表明海岸線長度的變化以及岸線分形維數(shù)的變化均與人為干擾呈負(fù)相關(guān)。

近年來，景觀格局指數(shù)作為分析景觀格局特征的定量化指標(biāo)得到迅速發(fā)展，人為干擾度與土地利用格局以及尺度效應(yīng)的研究逐漸成為景觀生態(tài)學(xué)者的研究熱點[11-15]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)[16-20]，研究區(qū)域尺度大小不同時，景觀指數(shù)及人為干擾度的響應(yīng)趨勢不完全相同。在近期的研究中，最佳空間尺度問題有待進一步探討。金義都市新區(qū)作為發(fā)展中的小城鎮(zhèn)，可代表中國大多數(shù)小城鎮(zhèn)的發(fā)展現(xiàn)狀，筆者以其為例，探討景觀格局指數(shù)與人為干擾度相關(guān)關(guān)系，尋求最佳劃分尺度，為縣域尺度范圍內(nèi)的人類活動干擾強度的景觀格局相關(guān)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1?數(shù)據(jù)業(yè)源與研究方法

1.1?研究區(qū)概況

金義都市新區(qū)位于浙江中部，金華市金東區(qū)與義烏市結(jié)合部（119°41′～120°07′E、29°22′～29°03′N），地處長三角經(jīng)濟圈和海西協(xié)作區(qū)交匯點。地勢中部低，南北高，東陽江貫穿其南（圖1）。新區(qū)近期規(guī)劃區(qū)域內(nèi)有孝順鎮(zhèn)、傅村鎮(zhèn)、曹宅鎮(zhèn)、塘雅鎮(zhèn)、澧浦鎮(zhèn)、上溪鎮(zhèn)、義亭鎮(zhèn)、佛堂鎮(zhèn)。根據(jù)國務(wù)院批準(zhǔn)的《浙江省城鎮(zhèn)體系規(guī)劃（2010—2020）》，未來的金義都市區(qū)將建成300萬～500萬人口規(guī)模的城市，與金華義烏共同形成浙中城市群核心區(qū)，成為浙江省第四大都市區(qū)和帶動浙江中西部地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的重要增長極。

1.2?數(shù)據(jù)獲取與處理

利用地理空間數(shù)據(jù)云提供的Landsat-8衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，在ArcGIS軟件平臺下，對圖像進行預(yù)處理，利用人工目視解譯，結(jié)合地形圖，參考中國科學(xué)院土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)，辨別區(qū)域土地利用方式類型，將研究區(qū)域的土地利用方式劃分為林地、草地、耕地（包括水田和旱地）、河流、湖泊、城鎮(zhèn)及建筑用地以及未利用地7類（圖2）。

1.3?研究方法

1.3.1?評價單元的構(gòu)建。

以金義新區(qū)2016年土地利用類型圖為底圖，利用ArcGIS?10.3中ArcToolbox數(shù)據(jù)管理模塊中的創(chuàng)建漁網(wǎng)工具，分別創(chuàng)建邊長為1?000、?2?000、4?000以及?8?000?m的網(wǎng)格，每個網(wǎng)格作為一個評價單元，用以評價人類干擾活動強度的空間分異特征。

1.3.2?人為干擾度計算。

基于文獻[21-22]，該研究中將林地的人為干擾度指數(shù)（hemeroby?index，簡稱人為干擾度）賦值為2（微弱干擾），湖泊、河流、草地以及未利用地的人為干擾度賦值為3（輕度干擾），灘地的人為干擾度賦值為4（中度干擾），耕地的人為干擾度賦值為5（重度干擾），城鎮(zhèn)與建設(shè)用地的人為干擾度賦值為7（完全干擾）[23]。

利用公式（1），分別計算每一個評價單元的干擾指數(shù)，將計算結(jié)果作為網(wǎng)格中心點值，在

ArcGIS?10.3空間分析模塊中進行柵格差值。分別對1?000?m×1?000?m、2?000?m×?2?000?m、4?000?m×4?000?m以及8?000?m×8?000?m?這4種尺度的人為干擾度進行Kring插值分析，生成人類活動干擾度時空分布圖。具體計算公式如下：

M=ni=1f?i×H?i（1）

式中，M為統(tǒng)計單元人為干擾指數(shù);n為統(tǒng)計單元內(nèi)地表覆蓋的斑塊數(shù);f?i為當(dāng)前斑塊i的面積與統(tǒng)計單元總面積的比值;H?i為當(dāng)前斑塊類型的人為干擾度相對值。

1.3.3?景觀格局指數(shù)計算。

基于研究區(qū)域景觀分布特點以及景觀格局指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義，從景觀水平上選取?6個景觀格局指數(shù)分析量化金義都市新區(qū)景觀格局對人類干擾活動的空間尺度上的響應(yīng)關(guān)系，包括斑塊數(shù)量（NP），斑塊密度（PD），最大斑塊占景觀面積比（LPI），景觀形狀指數(shù)（LSI），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），景觀聚集度指數(shù)（AI）。指數(shù)計算方法、含義和公式見文獻[24]。

2?結(jié)果與分析

2.1?土地利用類型的景觀格局分布特征

計算金義都市新區(qū)2016年不同利用類型的土地景觀格局指數(shù)，結(jié)果見表1。結(jié)合表1與圖2可知：該區(qū)域用地類型以耕地和林地為主，斑塊類型面積（CA）分別為24?255.26與23?527.35?hm2，分別占比40.64%和39.42%。城鎮(zhèn)與建設(shè)用地面積次之，為?8?968.77?hm2;草地與湖泊斑塊密度（PD）遠大于其他利用類型土地，結(jié)合圖2可知，草地與湖泊零散分布于整個區(qū)域，破碎化程度高，耕地、林地、河流斑塊PD值小，破碎化程度低;金義都市新區(qū)處于初期發(fā)展階段，城鎮(zhèn)與建設(shè)用地并未連成片狀，最大斑塊占景觀面積比（LPI）小;各類土地形狀指標(biāo)（LSI）均遠大于1，表明景觀形狀比較復(fù)雜;分布較為集中的灘地、草地、耕地、林地以及未利用地的景觀連接度（CONNECT）較高，而較為散布的城鎮(zhèn)與建設(shè)用地以及湖泊連接度較低;林地主要分布于研究區(qū)域四角，聚合度（AI）高，耕地分布于研究區(qū)域中部地平地區(qū)，聚合度也較高。

2.2?不同空間尺度下人為干擾度分析

參考前人的研究[25]，并結(jié)合實際情況將金義都市新區(qū)人為干擾強度劃分為5個等級：低干擾強度（HI≤3）、中低干擾強度（3

從圖3整體可看出，研究區(qū)域大體上呈現(xiàn)中間高干擾，四周低干擾的分布趨勢。干擾低值區(qū)（HI<4）主要分布在研究區(qū)域東、北、南、西北四角，該區(qū)域多為山地，地勢較高，多分布林地，人類活動較弱。干擾高值區(qū)（HI>5）主要分布在金衢盆地內(nèi)部，沿杭金衢高速和滬昆高速鐵路（金義線）沿線，自西南向東北。該區(qū)域地形平坦，起伏較小，從整體上看，自2012年新區(qū)啟動以來，研究區(qū)域中部人類活動顯著，使該區(qū)域?人為干擾度分布情況。人為干擾強度較高，成為中高干擾強度區(qū)和高干擾強度區(qū)。

從圖3看，評價單元空間尺度越小，干擾細(xì)節(jié)越顯著，干擾的異質(zhì)性和干擾細(xì)節(jié)差異越明顯，便于直觀地了解研究區(qū)域人為干擾度空間分布狀況。結(jié)合表2分析如下：1?000?m、?2?000?m以及4?000?m尺度下，均為中高干擾等級評價單元面積最大，而面積最小的為高干擾等級與中低干擾等級的評價單元;尺度越小，如1?000?m尺度下，計算工作量大，但是相應(yīng)的精確度高。而在4?000?m與8?000?m尺度下，面積占比較小的高干擾等級單元被面積占比較高的單元均值化，面積為0，所以尺度越大，計算工作量越小，但是結(jié)果越粗略，極值往往被均值化，以至于不能表現(xiàn)干擾度的空間細(xì)節(jié)差異。

2.3?不同空間尺度景觀格局指數(shù)與人為干擾度相關(guān)分?析

將景觀格局指數(shù)（NP、PD、LPI、LSI、CONTAG、SHDI、SHEI、AI）與人為干擾度進行Pearson相關(guān)分析。結(jié)果表明（表3），在2?000?m尺度下，AI與人為干擾度均呈顯著負(fù)相關(guān)，表明隨著人類活動增強，所有斑塊不斷破碎化，呈間斷分布，AI值越小。

在4?000?m的空間尺度下，PD與人為干擾度呈顯著正相關(guān)，表明人為干擾強度越大，斑塊破碎化程度越高，PD值則越大;SHDI、SHEI均與人為干擾度呈顯著正相關(guān)，此階段研究區(qū)域正處于快速發(fā)展初期，區(qū)域景觀異質(zhì)性隨著人類活動加強而增加，多樣性（SHDI）增加，并持續(xù)增加一段時間，干擾度大的斑塊不斷擴大，兼并區(qū)域內(nèi)原本占大部分面積的林地與耕地斑塊，各組分均勻程度越來越高，SHEI越大;人為干擾度高的城鎮(zhèn)與建設(shè)用地等斑塊占景觀主導(dǎo)位置;而CONTAG與人為干擾度呈顯著負(fù)相關(guān)，表明人類的開發(fā)建設(shè)導(dǎo)致金義新區(qū)中原完整的斑塊類型更大限度的趨于破碎化與間斷分布，CONTAG值越小。

綜上所述，結(jié)合劉吉平等[10]、劉富強等[9]的研究成果，發(fā)現(xiàn)景觀格局指數(shù)對人為干擾度的變化存在一定響應(yīng)，但不同地區(qū)、不同時間段、不同空間尺度時，景觀格局指數(shù)對人為干擾度的響應(yīng)不同。而金義都市新區(qū)建設(shè)過程中，中部平原地區(qū)的人類活動不斷加強，導(dǎo)致PD、CONTAG、SHDI、SHEI以及AI都對人類活動均做出不同程度的響應(yīng)，可較好地表征人為干擾的方向與強弱。在該研究案例中，空間尺度為?4?000?m時，PD、CONTAG、SHDI、SHEI、AI均與人為干擾度呈顯著相關(guān)性，即分析景觀格局指數(shù)與人為干擾度的尺度響應(yīng)問題時，空間評價單元尺度過大或過小均不恰當(dāng)。在金義都市新區(qū)中，選取空間尺度為4?000?m效果較好。

3?結(jié)論與討論

（1）研究區(qū)域呈現(xiàn)四周低干擾、中間高干擾的現(xiàn)狀，原因主要歸結(jié)于地形與交通，地勢低，交通沿線的區(qū)域，人類活動較強，城市建設(shè)發(fā)展較好，人為干擾強度等級便高;而四周地勢較高區(qū)域，多分布林地，不便于開展城市建設(shè)，人為干擾強度較低。

（2）通過對金義都市新區(qū)的人為干擾強度與景觀格局指數(shù)的Pearson相關(guān)性分析，可以明確人類活動對其景觀格局指數(shù)的值有顯著影響，主要表現(xiàn)在PD、SHDI、SHEI隨著人類活動的增強即人為干擾強度的增加而增加;而CONTAG及AI隨著人為干擾度強度的增強而減小。表明人為干擾強度變化也是影響景觀指數(shù)變化的驅(qū)動因素之一。

（3）從空間尺度方面來看，該研究分別分析每個尺度下，相關(guān)景觀格局指數(shù)與人為干擾度的Pearson相關(guān)性。結(jié)果表明，當(dāng)空間尺度為2?000?m和4?000?m時，相應(yīng)景觀格局指數(shù)與人為干擾強度呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。

（4）該研究以2016年的金義都市新區(qū)為例，探討在區(qū)縣尺度下，景觀格局指數(shù)與人文干擾度的相關(guān)性。彼時金義都市新區(qū)正處于初期快速發(fā)展城市建設(shè)階段，人類活動迅速增加，對景觀格局的干擾加強，相應(yīng)指數(shù)也做出相應(yīng)。而當(dāng)選取不同空間尺度的評價單元時，工作量及結(jié)果不同，通過對比選取最優(yōu)尺度區(qū)間。結(jié)果表明，當(dāng)研究區(qū)域為發(fā)展初期的區(qū)縣時，選取空間尺度為4?000?m探討人為干擾度與景觀格局指數(shù)問題最佳。

該研究利用不同空間尺度下的不同評價單元，通過對比不同評價單元的人為干擾度值與對應(yīng)景觀指數(shù)的相關(guān)性，對研究區(qū)域進行分析，以達到對比分析的效果。對于尺度的選取仍存在進一步研究的可能，在該研究中沒有深入探討，在將來的研究中有待完善。該研究以金義都市新區(qū)為例，探討與此區(qū)域面積相近的發(fā)展中的區(qū)縣區(qū)域的景觀指數(shù)與人為干擾度相關(guān)性，給相似研究區(qū)域的研究工作提供一個空間尺度上的參考。

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