本文摘要：摘要流域是人口與城市集中分布的區(qū)域，與人類的生存及可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)�；诶ッ鞅P龍江流域2000年、2007年、2013年和2020年4期遙感影像，定量分析流域近20年的土地利用和景觀格局演變特征，結(jié)果表明：(1)林地一直是盤龍江流域的主要用地類型，研究期內(nèi)建設(shè)用地一直
摘要流域是人口與城市集中分布的區(qū)域，與人類的生存及可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)�；诶ッ鞅P龍江流域2000年、2007年、2013年和2020年4期遙感影像，定量分析流域近20年的土地利用和景觀格局演變特征，結(jié)果表明：(1)林地一直是盤龍江流域的主要用地類型，研究期內(nèi)建設(shè)用地一直處于增長狀態(tài)，林地面積前期持續(xù)減少，2013年之后由于相關(guān)保護(hù)政策的實(shí)施，面積有所增加;(2)各用地類型之間的轉(zhuǎn)換較為頻繁，林地轉(zhuǎn)出面積最多，在2013年后轉(zhuǎn)出量明顯減少;(3)各類景觀的破碎化程度均有所增加，建設(shè)用地的形狀日趨復(fù)雜，2000—2007年其最大斑塊指數(shù)快速增加，呈連片分布的趨勢;(4)林地和耕地是研究區(qū)的景觀基質(zhì)，整體景觀異質(zhì)性較好，20年間流域整體連通性有所降低，但2013年以來這種趨勢得到遏制，生態(tài)環(huán)境呈好轉(zhuǎn)態(tài)勢。
關(guān)鍵詞土地利用;景觀格局;景觀演變;盤龍江流域
流域是以水為紐帶，綜合自然要素與人口、社會、經(jīng)濟(jì)等人文要素，使其相互關(guān)聯(lián)，相互作用而構(gòu)成的自然—社會—經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)[1]。自古人類擇水而居，縱觀人類發(fā)展的歷史進(jìn)程，流域不僅是人類文明的發(fā)源地，也是當(dāng)今人口與城市集中分布的區(qū)域，與人類的生存和可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)[2-3]。在快速城市化背景下，流域內(nèi)的土地利用/土地覆被不斷發(fā)生改變，直接影響流域內(nèi)的自然過程和生態(tài)安全[4-5]。景觀格局研究能夠從看似無序的景觀鑲嵌單元中發(fā)現(xiàn)潛在的規(guī)律，對流域的土地利用和景觀格局演變特征進(jìn)行分析，可以有效保護(hù)和管理流域的生態(tài)環(huán)境[6-7]。
盤龍江是昆明的母親河，流經(jīng)整個(gè)昆明市主城區(qū)。盤龍江流域位于城市和山林的過渡地帶，容易受到城市擴(kuò)張的沖擊，生態(tài)環(huán)境較為脆弱和敏感[8]。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，流域內(nèi)土地利用和景觀格局發(fā)生了劇烈變化。而以往對盤龍江流域的研究多集中在河段水質(zhì)與水量耦合關(guān)系[9]、徑流模擬等方面[10]，從流域整體視角開展土地利用及景觀格局演變的研究極少。因此，及時(shí)開展流域景觀格局演變及生態(tài)環(huán)境影響評價(jià)的研究十分必要，研究成果可以為流域制定合理的土地利用規(guī)劃、建立良好的生態(tài)安全格局提供重要科學(xué)依據(jù)。
1研究區(qū)概況
盤龍江流域位于昆明市中部(25°3′—25°27′N，102°40′—103°57′E)，南北長約42km，東西寬約25km，屬于金沙江水系。流域位于低緯度高原山地，年均氣溫14.5℃。年均降水量974.3mm，主要集中在6～9月。海拔在1825～2808m之間，呈北高南低的分布特征。從地理位置上看，盤龍江流域主要分布在昆明市盤龍區(qū)和嵩明縣，少部分位于五華區(qū)、官渡區(qū)和尋甸回族彝族自治縣，跨越不同行政邊界。流域內(nèi)主河盤龍江是入滇河道中徑流量最大、最長的河流，全長105km。
2研究數(shù)據(jù)與方法
2.1數(shù)據(jù)來源與處理
選取2000年、2007年、2013年和2020年4個(gè)時(shí)期的遙感影像作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其中，2013年數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云，其余三期數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)網(wǎng)站，4期影像數(shù)據(jù)云量低，季相一致，質(zhì)量較好，影像的空間分辨率均為30m×30m。通過ENVI5.3對數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、鑲嵌等預(yù)處理后，利用水文分析法提取流域邊界并進(jìn)行裁剪，通過監(jiān)督分類和目視解譯，提取研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)。
結(jié)合GoogleEarth及實(shí)地調(diào)研，參考《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010-2017)，將研究區(qū)土地利用類型劃分為6類：林地、耕地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。對分類后的影像進(jìn)行精度驗(yàn)證，Kappa系數(shù)均達(dá)到0.88以上，滿足研究的精度要求。
2.2研究方法
2.2.1土地利用變化研究
(1)單一土地利用動(dòng)態(tài)度。單一土地利用動(dòng)態(tài)度能夠反映研究區(qū)某一時(shí)段內(nèi)土地利用類型的數(shù)量與面積變化情況[11]。
(2)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。借助土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，可以定量分析研究區(qū)特定時(shí)段內(nèi)土地利用類型的轉(zhuǎn)移情況[12]。
2.2.2景觀格局演變研究
景觀格局指數(shù)能高度濃縮景觀格局特征，是反映景觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征的定量指標(biāo)[13]。本研究在參考前人研究的基礎(chǔ)上[14-15]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，從類型水平和景觀水平選取相關(guān)指數(shù)，采用Fragstats4.2軟件對研究區(qū)景觀格局演變特征進(jìn)行分析。
3結(jié)果與分析
3.1土地利用變化分析
3.1.1土地利用結(jié)構(gòu)變化特征
近20年，耕地和林地一直是盤龍江流域的主要用地類型，二者之和占整個(gè)流域面積的80%以上。從土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算結(jié)果來看，研究區(qū)的土地利用/土地覆被一直處于動(dòng)態(tài)變化中。研究期內(nèi)建設(shè)用地面積持續(xù)增加，其中2000-2007年增加速度較快，動(dòng)態(tài)度達(dá)到6.05%，后期增長速度有所減緩，動(dòng)態(tài)度分別為1.03%和2.20%。2000-2013年，耕地面積有不同程度地增加，2013年之后面積又趨于減少。草地的變化趨 勢和耕地一致，但變幅更大。
林地的變化趨勢則與之相反，在2000-2007年、2007-2013年快速減少，減幅分別為1.58%和0.66%，自2013年開始以每年1%的動(dòng)態(tài)度增加，這是退耕還林政策實(shí)施后產(chǎn)生的效果，也體現(xiàn)出人們對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的意識提高。水域的變化趨勢與林地一致，側(cè)面反應(yīng)了林地涵養(yǎng)水源的生態(tài)功能。
3.1.2土地利用轉(zhuǎn)移特征
20年間林地轉(zhuǎn)出面積最多，三個(gè)時(shí)段分別轉(zhuǎn)出64.36km2、45.53km2和27.11km2，主要轉(zhuǎn)化為草地和耕地，以2000-2007年最明顯，轉(zhuǎn)入草地和耕地面積分別為22.82km2和39.16km2，產(chǎn)生這一變化的原因主要在于人口增長帶來糧食壓力，導(dǎo)致林地被侵占。2013年以來，隨著《云南省滇池保護(hù)條例》的出臺，研究區(qū)內(nèi)的林地轉(zhuǎn)出面積明顯減少，林地總面積也逐年增加。
20年間，耕地的轉(zhuǎn)出面積持續(xù)增加，其中轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的面積最多，為12.93km2，表明城市發(fā)展建設(shè)侵占了耕地，是快速城市化的作用結(jié)果。其次是林地和草地，轉(zhuǎn)出面積分別為9.62km2和5.80km2。20年間，草地轉(zhuǎn)出總量持續(xù)增加，三個(gè)時(shí)段內(nèi)分別為18.49km2、21.57km2和33.03km2，主要去向?yàn)楦睾土值�，而草地的轉(zhuǎn)入在2013年前主要是來自林地，即林地被砍伐后土地的退化，2013年后主要來源為耕地，這一變化和退耕還林/草政策的實(shí)施相關(guān)。
3.2景觀格局演變分析
3.2.1類型水平上的景觀格局分析
(1)景觀破碎度分析。20年間，耕地和建設(shè)用地的斑塊數(shù)量(NP)和斑塊密度(PD)呈先減少后增加的趨勢，且均在2020年達(dá)到最大值，表明耕地和建設(shè)用地的破碎化程度不斷加劇，究其原因主要是經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，耕地被侵占導(dǎo)致地塊割裂，產(chǎn)生大量碎小斑塊;與此同時(shí)，在城市建設(shè)過程中，廢棄地的增加也導(dǎo)致未利用地的NP值和PD值增大，破碎化程度逐年加劇。林地的NP值和PD值呈先增加后減少的趨勢，轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在2013年，表明在經(jīng)歷了開墾林地、退耕還林等行為之后，林地景觀逐漸趨于完善。草地和水體的NP值和PD值呈現(xiàn)持續(xù)減少趨勢，表明這類景觀的破碎度有所降低，斑塊形狀日趨規(guī)整。
(2)景觀形狀分析。
耕地、林地和建設(shè)用地的面積加權(quán)分維數(shù)(FRAC_AM)較高，表明其用地形狀較為復(fù)雜，而未利用地、水域和草地的用地形狀相對簡單。從變化趨勢來看，耕地的面積加權(quán)平均形狀因子(SHAPE_AM)呈先增加后減少的變化趨勢，表明耕地的形狀經(jīng)歷從逐漸復(fù)雜到趨于規(guī)整，體現(xiàn)人類行為對景觀的改造作用。林地的SHAPE_AM值與耕地相反，呈現(xiàn)“V”字形，轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在2013年，表明林地斑塊形 狀有復(fù)雜化的趨勢。建設(shè)用地的SHAPE_AM值在2007年之前快速上升，表明其用地形狀日趨復(fù)雜，2007年之后趨于穩(wěn)定。
(3)景觀優(yōu)勢度分析。
20年間，林地一直是盤龍江流域的主要景觀類型且處于優(yōu)勢地位，從變化趨勢來看，其最大斑塊指數(shù)(LPI)在2000-2013年持續(xù)降低，之后又快速回升，這一點(diǎn)和景觀破碎度分析結(jié)果相一致。研究期內(nèi)，建設(shè)用地的景觀類型百分比(PLAND)和LPI值總體增加，表明在城市擴(kuò)張的過程中，建設(shè)用地持續(xù)增加且有呈連片分布的發(fā)展態(tài)勢，其景觀優(yōu)勢度有所提高。與其他類型相比，水域的PLAND值和LPI值總體較小，且呈先減少后增加的變化趨勢，表明流域內(nèi)的水域受自然環(huán)境和人為活動(dòng)影響景觀優(yōu)勢度有所降低，但在2013年之后有緩慢回升的趨勢。
3.2.2景觀水平上的景觀格局分析
20年間，盤龍江流域的斑塊數(shù)量(NP)先減少后增加，呈現(xiàn)“V”字形變化，而平均斑塊面積(AREA_MN)變化趨勢與NP值相反，表明在研究期內(nèi)，盤龍江流域景觀經(jīng)歷了由破碎到完整，2007年之后又趨于破碎化的過程，側(cè)面反映出城市化進(jìn)程對流域內(nèi)土地利用的影響，導(dǎo)致景觀整體破碎化程度加劇。邊緣密度(ED)和景觀形狀指數(shù)(LSI)可以表征盤龍江流域景觀邊緣效應(yīng)演變特征。
總體看來，20年間研究區(qū)的ED值和LSI值一 直處于增長的趨勢，但2013年后增長速度有所減緩。究其原因，主要是人類對于流域高強(qiáng)度的開發(fā)活動(dòng)，使各用地類型受到影響而不斷發(fā)生變化，增加了景觀形狀的復(fù)雜性。2013年后，隨著后期城市建設(shè)發(fā)展趨于穩(wěn)定，居民點(diǎn)連片分布，對于林地的保護(hù)與耕地的穩(wěn)定勞作均使得邊緣效應(yīng)逐漸趨于規(guī)整。
從景觀異質(zhì)性變化來看，20年間，研究區(qū)的香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)和香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)均呈先增加后減少的變化趨勢。表明在自然環(huán)境和人為活動(dòng)的雙重作用下，盤龍江流域內(nèi)的景觀多樣性經(jīng)歷了先增加后減少的變化，但流域內(nèi)景觀異質(zhì)性程度總體在升高。連通性是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和生物保護(hù)研究的重要指標(biāo)，本研究運(yùn)用斑塊聚集度指數(shù)(AI)和蔓延度指數(shù)(CONGTAG)來表征研究區(qū)的景觀連通性�？梢钥闯�，20年間盤龍江流域的AI值和CONGTAG值均呈現(xiàn)緩慢減少的趨勢，表明斑塊的分布逐漸離散，相互鄰接程度有所減弱，側(cè)面反映出研究區(qū)的景觀連通性呈逐漸降低的趨勢，但2013年后，CONGTAG值有所回升，AI值減少趨勢也變緩，表明隨著人們生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識的提高，整體景觀連通性有逐漸好轉(zhuǎn)的趨勢。
4結(jié)論
本研究基于盤龍江流域2000年、2007年、2013年和2020年4期影像，定量分析盤龍江流域2000-2020年土地利用變化和景觀格局時(shí)空演變特征，得到以下結(jié)論：
(1)20年間，林地一直是盤龍江流域的主要用地類型，其次是耕地。研究期內(nèi)流域土地利用變化顯著。建設(shè)用地一直處于增長狀態(tài)，增長速度前期快后期逐漸變緩，林地在2013年之前持續(xù)減少，之后由于相關(guān)保護(hù)政策的出臺，面積有所增加。
(2)從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析結(jié)果來看，各用地類型之間的轉(zhuǎn)換較為頻繁，20年間，林地轉(zhuǎn)出面積最多，2013年后轉(zhuǎn)出量明顯減少。
(3)從類型水平的景觀格局分析結(jié)果可知，各類景觀的破碎化程度均有所增加，建設(shè)用地的形狀日趨復(fù)雜，2000-2007年最大斑塊指數(shù)快速增加，有連片分布的趨勢。
(4)從景觀水平的景觀格局分析結(jié)果來看，盤龍江流域的整體景觀異質(zhì)性較好，研究期內(nèi)流域整體連通性降低，但2013年以來這種趨勢得到緩解，生態(tài)環(huán)境呈好轉(zhuǎn)的趨勢。
5討論
5.1盤龍江流域景觀格局演變的驅(qū)動(dòng)因素分析
在過去的20年間，盤龍江流域的土地利用和景觀格局發(fā)生了較大變化。究其原因，一方面是人口增長導(dǎo)致對糧食和建設(shè)用地的需求增加，另一方面相關(guān)保護(hù)政策的實(shí)施也是主要驅(qū)動(dòng)因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000-2019年，研究區(qū)人口由67.5萬增長到120.3萬人，增加了78.2%，人口快速增長的同時(shí)，勢必需要更多的居住用地，于是大量的耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，研究期內(nèi)建設(shè)用地面積增加了20.01km2。
與此同時(shí)糧食的需求量也快速增加，為了滿足基本生活需求，林地被砍伐，草地被開墾為耕地，加速了流域內(nèi)土地利用類型之間的轉(zhuǎn)換，改變了流域的景觀格局，導(dǎo)致研究區(qū)的景觀趨于破碎化。伴隨著林地面積的大量減少，一定程度上削弱了盤龍江流域水源涵養(yǎng)的服務(wù)功能，導(dǎo)致水土流失加劇，生態(tài)環(huán)境呈惡化趨勢。2013年以來，隨著《云南省滇池保護(hù)管理?xiàng)l例》的實(shí)施，以及退耕還林、封山育林等相關(guān)工作的開展，截至2020年，林地面積增加了23.97km2，其水源涵養(yǎng)功能開始發(fā)揮作用，水域面積也同步增長，盤龍江流域的生態(tài)環(huán)境惡化趨勢得到遏制，并初步呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)的發(fā)展態(tài)勢，這也是近年來生態(tài)環(huán)境治理取得的初步成效。
5.2盤龍江流域景觀格局演變對生態(tài)環(huán)境的影響
中國云貴高原分布著眾多的高原湖泊，它們不僅能夠調(diào)節(jié)當(dāng)?shù)貧夂�，同時(shí)也為高原生態(tài)系統(tǒng)提供支撐服務(wù)。滇池是云貴高原上第一大淡水湖，素有“高原明珠”的美譽(yù)。滇池流域是昆明乃至云南省經(jīng)濟(jì)社會最活躍的地區(qū)，是城鄉(xiāng)建設(shè)與發(fā)展的集中區(qū)域，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、旅游、生態(tài)提供重要保障。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，滇池流域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能遭到破壞，出現(xiàn)了一系列生態(tài)問題，已有多位學(xué)者以滇池流域?yàn)檠芯繉ο�，開展了相關(guān)工作：曹曉峰[16]探討了滇池流域景觀格局演變對水體水質(zhì)的影響，趙世民[17]等對滇池流域的土地資源進(jìn)行了適宜性的評價(jià)，李志英[18]通過對滇池流域1992-2010年城市擴(kuò)張研究，發(fā)現(xiàn)城市建設(shè)用地增長主要表現(xiàn)為邊緣增長和道路影響增長兩種。
盤龍江流域是滇池流域的子流域，位于城市的上游，對滇池的水源具有重要的補(bǔ)給作用，在滇池流域的綜合治理與保護(hù)開發(fā)中，發(fā)揮著舉足輕重的作用。通過研究發(fā)現(xiàn)，由于城市化的影響，導(dǎo)致近20年盤龍江流域的整體景觀格局趨于破碎化，景觀連通性逐年降低，但隨著2013年相關(guān)保護(hù)政策的實(shí)施，這種趨勢已經(jīng)得到遏制，生態(tài)環(huán)境逐步趨于好轉(zhuǎn)。這不僅是近年來云南省“爭當(dāng)生態(tài)文明排頭兵”取得的初步成效，同時(shí)也是踐行“綠水青山就是金山銀山”生態(tài)理念的真實(shí)寫照。
今后，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，人類活動(dòng)還將繼續(xù)改變盤龍江流域的土地利用，對流域景觀格局產(chǎn)生影響。為保護(hù)盤龍江流域的生態(tài)安全，維持流域的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)遵循“山水林田湖草”生命共同體理念，進(jìn)一步加強(qiáng)對林地資源的保護(hù)，發(fā)揮其涵養(yǎng)水源方面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值[19];維護(hù)流域景觀格局的完整性，避免破碎化程度加劇;同時(shí)隨著建設(shè)用地?cái)U(kuò)張，應(yīng)規(guī)劃配置相應(yīng)的綠地景觀斑塊，通過構(gòu)建生態(tài)廊道，加強(qiáng)整體景觀的連通性。
參考文獻(xiàn)
[1]趙斌.流域是生態(tài)學(xué)研究的最佳自然分割單元[J].科技導(dǎo)報(bào),2014,32(01):12
[2]任嘉衍,劉慧敏,丁圣彥,等.伊河流域景觀格局變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2017,28(08):2611-2620.
[3]楊欽,胡鵬,王建華,等.1980-2018年扎龍濕地及烏裕爾河流域景觀格局演變及其響應(yīng)[J].水生態(tài)學(xué)雜志,2020,41(05):77-88.
[4]萬煒,魏偉,錢大文,等.土地利用/覆被變化的環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,46(04):361-372.
[5]許妍,高俊峰,趙家虎,等.流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32(1):284-292.
[6]呂樂婷,張杰,彭秋志,等.東江流域景觀格局演變分析與變化預(yù)測[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2019,39(18):6850-6859.
[7]方神光,馮子洋,劉晉高,等.西江中游典型河段岸線帶景觀格局分析[J].中國農(nóng)村水利水電,2020(12):134-138.
[8]余中元,李波,張新時(shí).湖泊流域社會生態(tài)系統(tǒng)脆弱性時(shí)空演變及調(diào)控研究——以滇池為例[J].人文地理,2015,30(02):110-116.
作者：魏雯林軍李瑞敏
轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///nylw/29523.html
