董雅雯　佘濟(jì)云　陳冬洋　賀　丹　鄧　櫸

（中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）

基于景觀格局及生態(tài)敏感性的三亞市景觀脆弱度研究

董雅雯佘濟(jì)云陳冬洋賀丹鄧櫸

（中南林業(yè)科技大學(xué)林學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004）

基于克里金插值法和移動(dòng)窗口法，采用生態(tài)敏感度及景觀多項(xiàng)指數(shù)對(duì)三亞市2015年景觀的脆弱度進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：三亞市重度和極重度景觀脆弱區(qū)集中分布于北部及中部，敏感度為重度和極重度，該區(qū)域地形主要為山地和丘陵，占總面積的41.74%，其中重度景觀脆弱區(qū)為28.47%，極重度景觀脆弱區(qū)為13.27%，土地利用類型主要為高海拔的林地和與林地相鄰的耕地；中度景觀脆弱區(qū)的土地利用類型主要為大面積的林地或耕地，敏感度為中度，占總面積的25.70%，該區(qū)域的林地或耕地主要生長(zhǎng)在低海拔的平原中，生長(zhǎng)狀況良好；微度及輕度景觀脆弱區(qū)主要分布于三亞市南部市區(qū)及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)城區(qū)周邊，敏感度為微度及輕度，占總面積的32.56%，其中微度景觀脆弱區(qū)為13.03%，輕度景觀脆弱區(qū)為19.52%。土地利用類型主要為建筑用地和耕地，隨著城市發(fā)展?fàn)顟B(tài)的有序化以及耕種方式的日漸科學(xué)化，使該區(qū)域的景觀脆弱度將維持在一個(gè)較低水平。

景觀格局；敏感度；脆弱度；評(píng)價(jià)；三亞

景觀脆弱度指數(shù)表示在特定時(shí)空尺度下受外界干擾的景觀生態(tài)系統(tǒng)所具有的敏感程度和適應(yīng)程度［1］。目前，景觀脆弱度的研究仍處于待發(fā)展階段，研究方法還具有一定的提升空間［2-3］，現(xiàn)有的研究方法中，在進(jìn)行脆弱度評(píng)價(jià)時(shí)，考慮的影響因子不夠充分。本研究在前人研究的基礎(chǔ)上將海拔、坡度等生態(tài)敏感性因子與景觀敏感度指數(shù)以及景觀適應(yīng)度指數(shù)相結(jié)合構(gòu)建景觀脆弱度指數(shù)，以三亞市為研究對(duì)象對(duì)其景觀脆弱度進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為三亞市的規(guī)劃整治、資源利用及旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)，促進(jìn)三亞市經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會(huì)、生態(tài)的五位一體發(fā)展。

1　研究區(qū)概況

三亞市是海南島最南端的熱帶海濱旅游城市，地處北緯18°09′34″～18°37′27″、東經(jīng)108°56′30″～109°48′28″，南北51.7 km，東西90.7 km，總面積為19.2萬(wàn)hm2，其中有林地為12.1萬(wàn)hm2，占總面積的63%，非林地為7.1萬(wàn)hm2，占總面積的37%。三亞地勢(shì)北高南低，自北向南逐漸傾斜，形成一個(gè)狹長(zhǎng)狀的多角形，北部多為山地和丘陵，南部多為平原。三亞位于低緯度地區(qū)，屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，全年高溫多雨，無(wú)明顯干季，素有“天然溫室”之稱。

2　數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

在Envi 5.1軟件中采用基于專家知識(shí)決策樹(shù)分類的方法將Landsat 8遙感影像選取432波段組合進(jìn)行解譯，并結(jié)合二類調(diào)查數(shù)據(jù)檢驗(yàn)遙感影像解譯精度［4］。將景觀類型分為6類，分別是林地、草地、耕地、建設(shè)用地、水域和未利用地。利用Arcgis 10.2將解譯出的遙感數(shù)據(jù)按不同粒度輸出柵格數(shù)據(jù)，并將輸出的柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入Fragstas 4.2中用景觀指數(shù)粒度效應(yīng)和面積信息守恒法進(jìn)行定量分析得出適宜景觀粒度［5］。在Arcgis 10.2中采用增量空間自相關(guān)的方法來(lái)對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并計(jì)算Z得分，由于幅度為2 040 m時(shí)Z得分最高，則適宜分析幅度為2 040 m×2 040 m。景觀格局分析軟件Fragstas 4.2中以2040 m×2040 m為移動(dòng)窗口模型的大小，計(jì)算適宜分析幅度窗口下的景觀指數(shù)，其中，部分指數(shù)無(wú)法直接計(jì)算出來(lái)則通過(guò)柵格計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算。將特定景觀指數(shù)與地理因子綜合分析景觀敏感度指數(shù)和景觀敏感度分布圖［6-7］，最終，通過(guò)把景觀敏感度指數(shù)與景觀適應(yīng)度指數(shù)相結(jié)合得到三亞市景觀格局脆弱性的空間分布圖［8］。

2.2研究方法

2.2.1生態(tài)敏感度指數(shù)

為構(gòu)建生態(tài)敏感度指數(shù)計(jì)算體系，本研究將海拔、坡度和土地利用類型3個(gè)生態(tài)敏感性因子劃分為5個(gè)等級(jí)，分別用1、3、5、7、9表示，其中：1代表微度敏感、3代表輕度敏感、5代表中度敏感、“7”代表重度敏感、“9”代表極重度敏感［9］。生態(tài)敏感性等級(jí)劃分見(jiàn)表1。

表1　生態(tài)敏感性等級(jí)劃分Tab1e 1　The hierarchy of eco1ogica1 sensibi1ity

對(duì)生態(tài)敏感性因子進(jìn)行空間主成分分析得出各因子的權(quán)重值（ωi）：

式中：λi為主成分i的貢獻(xiàn)率；m為主成分個(gè)數(shù)。

由各主成分方差貢獻(xiàn)率計(jì)算權(quán)重從而得出生態(tài)敏感度指數(shù)（FS）：

式中：X′i為生態(tài)敏感性因子等級(jí)；ωi生態(tài)敏感性因子i的權(quán)重值。

2.2.2景觀敏感度指數(shù)

景觀敏感度是指在人為因素和自然因素綜合作用下，景觀生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的敏感程度。依據(jù)景觀敏感度指標(biāo)選取所應(yīng)遵循可操作性、系統(tǒng)性、可比性以及科學(xué)性原則［10-11］，本研究選取海拔、坡度和土地利用類型3個(gè)生態(tài)敏感性因子和與敏感性密切相關(guān)的景觀類型破碎度（FN）、優(yōu)勢(shì)度（DO）、聚合度（AI）、分維數(shù)倒數(shù)（FD）4個(gè)景觀指數(shù)。

選取的4個(gè)景觀指數(shù)，通過(guò)是否有利于景觀敏感性的判別標(biāo)準(zhǔn)將其劃分為正、負(fù)指標(biāo)。其中，有利于景觀敏感性的為正指標(biāo)，不利于景觀敏感性的為負(fù)指標(biāo)。對(duì)正負(fù)指標(biāo)無(wú)量綱化處理公式為：

式中：X′i是無(wú)量綱指標(biāo)值；χi是原始指標(biāo)值；χimax原始指標(biāo)最大值；χimin原始指標(biāo)最小值。

以生態(tài)敏感度指數(shù)、景觀類型破碎度、優(yōu)勢(shì)度、聚合度以及分維數(shù)倒數(shù)4個(gè)景觀指數(shù)為基礎(chǔ)指標(biāo)構(gòu)建景觀敏感度指數(shù) （LSI）［12］：

式中：FN為破碎度指數(shù)；FD為分維數(shù)倒數(shù)；DO為優(yōu)勢(shì)度指數(shù)；AI為聚合度指數(shù)；FS為生態(tài)敏感度指數(shù)；a、b、c、d、e為各指標(biāo)的權(quán)重，a+b+c+ d+e=1。其中，選取景觀水平的斑塊密度（PD）為景觀破碎度指數(shù)（FN）。

基于ArcGIS 10.2地統(tǒng)計(jì)分析法，利用漁網(wǎng)工具創(chuàng)建單元格大小為2 040 m×2 040 m的漁網(wǎng)面，將不完整的魚(yú)網(wǎng)面及質(zhì)點(diǎn)剔除。運(yùn)用景觀敏感度評(píng)價(jià)模型，將每個(gè)漁網(wǎng)內(nèi)的各指標(biāo)的數(shù)值無(wú)量綱化，并進(jìn)行加權(quán)求和，計(jì)算每個(gè)漁網(wǎng)的景觀敏感度指數(shù)，再采用線性模型的普通克里金插值法進(jìn)行空間分析。

2.2.3景觀適應(yīng)度指數(shù)

景觀脆弱性與景觀的敏感性和適應(yīng)性都密切相關(guān)，其中景觀適應(yīng)性與景觀生態(tài)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)及其功能的多樣性呈正相關(guān)的態(tài)勢(shì)，因此，選取香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）、香農(nóng)多樣性指數(shù) （SHDI）以及斑塊豐度指數(shù)（PRD）為基礎(chǔ)指標(biāo)構(gòu)建景觀適應(yīng)度指數(shù) （LAI），以實(shí)現(xiàn)景觀適應(yīng)度的定量化表示［8-14］。

2.2.4景觀脆弱度指數(shù)

景觀脆弱度指數(shù)表示在特定時(shí)空尺度下受外界干擾的景觀生態(tài)系統(tǒng)所具有的敏感程度和適應(yīng)程度。以景觀敏感度指數(shù)無(wú)量綱化值和景觀適應(yīng)度指數(shù)無(wú)量綱化值為基礎(chǔ)指標(biāo)構(gòu)建景觀脆弱度指數(shù)（LVI），以實(shí)現(xiàn)景觀脆弱度的定量化表示。

式中：LSIw為景觀敏感度指數(shù)無(wú)量綱化值；LAIw為景觀適應(yīng)度指數(shù)無(wú)量綱化值。其中，景觀敏感度指數(shù)為正指標(biāo)，景觀適應(yīng)度指數(shù)為負(fù)指標(biāo)［15-16］。

3　結(jié)果與分析

3.1生態(tài)敏感性分析

選取與生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)密切相關(guān)的生態(tài)敏感性因子進(jìn)行分析，通過(guò)空間主成分分析法進(jìn)行評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算，分析得出坡度、海拔和土地利用類型的權(quán)重依次為 0.545 820、0.270 997、0.183 183。利用Arcgis 10.2中的柵格計(jì)算器進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，得到三亞生態(tài)敏感性等級(jí)圖（圖1）。

如圖1所示，微度和輕度敏感性區(qū)占總面積的41.47%，大多分布于三亞市南部和東部平原的建筑用地以及河流等非林地區(qū)域；而生態(tài)敏感性重度以及極重度敏感性區(qū)占總面積的6.63%，并集中分布于三亞市北部山地和丘陵地區(qū)等海拔較高、坡度較大的林地區(qū)域。區(qū)域生態(tài)敏感性是多因素綜合作用的結(jié)果，因素與因素間均存在內(nèi)在聯(lián)系，如海拔、坡度不僅僅影響區(qū)域的氣候差異，而且影響區(qū)域的植被生長(zhǎng)，因此，同一種景觀類型在不同海拔、坡度上生態(tài)敏感性存在明顯差異。坡度較大、海拔較高的地區(qū)氣溫較低，植被生長(zhǎng)緩慢，土壤發(fā)育緩慢易發(fā)生風(fēng)蝕，當(dāng)降雨量較多的季節(jié)，土壤還易受到水流的侵蝕，易造成水土流失，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，該區(qū)域一般呈現(xiàn)出生態(tài)敏感性值較高的態(tài)勢(shì)。

3.2景觀敏感度分析

基于ArcGIS 10.2地統(tǒng)計(jì)分析法，對(duì)三亞景觀敏感度進(jìn)行研究，利用空間主成分分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重從而降低主觀意識(shí)對(duì)指標(biāo)權(quán)重的影響，求得景觀類型破碎度 （FN）、優(yōu)勢(shì)度 （DO）、聚合度（AI）、分維數(shù)倒數(shù)（FD）以及生態(tài)敏感性指標(biāo) （FS）的權(quán)重分別為0.128 951、0.252 756、0.193 895、0.249 434、0.174 963。依據(jù)普通克里金插值的結(jié)果，利用自然斷裂法對(duì)其進(jìn)行分類，將景觀敏感度指數(shù)劃分為5個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)（指數(shù)值為［0.108 5，0.257 7］），系微度景觀敏感區(qū)；Ⅱ級(jí)（指數(shù)值為 ［0.257 7，0.311 4］），系輕度景觀敏感區(qū)；Ⅲ級(jí)（指數(shù)值為［0.3114，0.3565］），系中度景觀敏感區(qū)；Ⅳ級(jí) （指數(shù)值為 ［0.356 5，0.401 6］），系重度景觀敏感區(qū)；Ⅴ級(jí) （指數(shù)值為［0.401 6，0.550 8］），系極重度景觀敏感區(qū)。最終生成三亞景觀敏感度的空間分異圖（圖2）。

圖1　三亞生態(tài)敏感性等級(jí)圖Fig.1　Eco-sensibi1ity 1eve1s of Sanya

圖2　景觀敏感度的空間分異圖Fig.2　SPatia1 distribution maP of 1andscaPe suscePtibi1ity

如圖2所示，重度和極重度景觀敏感度區(qū)集中分布于未利用地、山地的林地區(qū)域以及平原的林地與農(nóng)地相鄰的區(qū)域。其中，未利用地大多為裸地，無(wú)植被覆蓋易發(fā)生風(fēng)蝕，則敏感度極高；高海拔山地中的林地受自然因素的影響導(dǎo)致氣溫較低，影響植被生長(zhǎng)及土壤發(fā)育，易發(fā)生風(fēng)蝕，造成水土流失，景觀敏感度較大；而平原的林地與農(nóng)地相鄰的區(qū)域中人為因素起到了主導(dǎo)作用，該區(qū)域頻繁的人類活動(dòng)將影響林地的植被生長(zhǎng)，政府實(shí)行的政策直接影響該區(qū)域林地與農(nóng)用地的比重。中度景觀敏感度區(qū)主要分布于低海拔的大面積林地和大面積的農(nóng)業(yè)用地區(qū)域，其中，低海拔的大面積林地受自然因素和人為因素的影響較小，植被生長(zhǎng)良好，景觀敏感度值較?。淮竺娣e的耕地區(qū)域人類活動(dòng)密集但植被有序種植，該區(qū)域雖受自然條件影響，但人為的定向干預(yù)還是能有效實(shí)現(xiàn)暫時(shí)的穩(wěn)定。微度景觀敏感度區(qū)及輕度景觀敏感度區(qū)主要分布于三亞市區(qū)及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)城區(qū)周邊，主要景觀類型為建筑用地和耕地，隨著城市朝有序狀態(tài)發(fā)展，景觀生態(tài)系統(tǒng)的自穩(wěn)定性逐步提高，景觀敏感度值也隨之降低。

3.3景觀脆弱度分析

景觀脆弱度指數(shù)表示受外界干擾的景觀生態(tài)系統(tǒng)所具有的敏感以及適應(yīng)程度的大小，以景觀敏感度指數(shù)和景觀適應(yīng)度指數(shù)的無(wú)量綱化值為基礎(chǔ)指標(biāo)構(gòu)建景觀脆弱度指數(shù)，將三亞景觀脆弱度指數(shù)劃分為5個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)（指數(shù)值為［0，0.273 5］），系微度景觀脆弱區(qū)；Ⅱ級(jí) （指數(shù)值為 ［0.273 5，0.398 4］），系輕度景觀脆弱區(qū)；Ⅲ級(jí) （指數(shù)值為［0.398 4，0.507 4］），系中度景觀脆弱區(qū)；Ⅳ級(jí)（指數(shù)值為［0.507 4，0.608 8］），系重度景觀脆弱區(qū)；Ⅴ級(jí)（指數(shù)值為［0.6088，0.9583］），系極重度景觀脆弱區(qū)。最終生成三亞景觀脆弱度的空間分異圖（圖3）。

圖3　景觀脆弱度的空間分異圖Fig.3　SPatia1 distribution maP of 1andscaPe vu1nerabi1ity

如圖3所示，重度和極重度景觀脆弱區(qū)集中分布于三亞市的北部及中部，占總面積的41.74%，其中，重度景觀脆弱區(qū)為28.47%，極重度景觀敏感度區(qū)為13.27%。該區(qū)域地形主要為山地和丘陵，而土地利用類型主要為林地和耕地，其中，林地多生長(zhǎng)在高海拔的山地中，易發(fā)生風(fēng)蝕，造成水土流失；而該區(qū)域的耕地均與林地相鄰，農(nóng)民勞作與生活都將影響自然環(huán)境，偷砍現(xiàn)象還屢有發(fā)生，政府實(shí)施“退耕還林”以及 “天保工程”后，林地生長(zhǎng)狀況日漸好轉(zhuǎn)，但也不能忽略該地域自身脆弱性較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)情況。中度景觀脆弱區(qū)的土地利用類型主要為林地或耕地，占總面積的25.70%。該區(qū)域的林地主要生長(zhǎng)在低海拔的平原中，林地生長(zhǎng)狀況良好，所受自然因素影響較小且人類活動(dòng)也較少；該區(qū)域的耕地主要為大面積的耕地且周圍少有其他地類，農(nóng)民日漸合理的耕種模式使此類地區(qū)的脆弱度逐漸降低，當(dāng)極端天氣到來(lái)時(shí)，人為的定向干預(yù)總是起到積極作用。微度及輕度景觀脆弱區(qū)主要分布于南部的三亞市區(qū)及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)城區(qū)周邊，占總面積的 32.56%，其中，微度景觀脆弱區(qū)為13.03%，輕度景觀脆弱區(qū)為19.52%。土地利用類型主要為建筑用地和耕地，隨著城市發(fā)展?fàn)顟B(tài)的有序化以及耕種方式的日漸科學(xué)化，使該區(qū)域的景觀脆弱度將維持在一個(gè)較低水平。

4　結(jié)論與討論

1）從構(gòu)建景觀格局敏感性的角度出發(fā)，選取與敏感性密切相關(guān)的景觀類型破碎度 （FN）、優(yōu)勢(shì)度（DO）、聚合度（AI）、分維數(shù)倒數(shù)（FD）4個(gè)景觀指數(shù)以及海拔、坡度和土地利用類型3個(gè)生態(tài)敏感性因子，以此為基礎(chǔ)指標(biāo)構(gòu)建景觀敏感度指數(shù)對(duì)三亞市景觀敏感度進(jìn)行分析，其中未利用地、山地的林地區(qū)域以及平原的林地與農(nóng)地相鄰區(qū)域敏感度最大。

2）從構(gòu)建景觀格局脆弱性的角度出發(fā)，選取與適應(yīng)性密切相關(guān)的香農(nóng)均勻度指數(shù) （SHEI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）以及斑塊豐度指數(shù)（PRD）3個(gè)景觀指數(shù)和景觀敏感度指數(shù)，以此為基礎(chǔ)指標(biāo)構(gòu)建景觀脆弱度指數(shù)對(duì)三亞景觀脆弱度進(jìn)行分析，其中高海拔的林地區(qū)域以及林地與耕地相鄰區(qū)域敏感度最大，主要原因是高海拔的林地易發(fā)生風(fēng)蝕，造成水土流失，而對(duì)于林地與耕地相鄰區(qū)域受人為活動(dòng)影響較大。

通過(guò)對(duì)三亞市景觀格局敏感性分析，找出三亞市景觀脆弱性的原因和規(guī)律，為三亞市的生態(tài)建設(shè)提供較好的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。然而，本研究?jī)H局限于景觀格局指數(shù)研究，表征效果不夠全面真實(shí)，因此對(duì)于景觀格局脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的科學(xué)性和合理性還有待進(jìn)一步的深入探討。

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［15］趙紅兵.生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究：以沂蒙山區(qū)為例［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2007.

［16］劉燕華，李秀彬.脆弱生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展［M］.北京：商務(wù)印書(shū)館，2001.

（責(zé)任編輯曹龍）

LandscaPe Vu1nerabi1ity Ana1ysis of Sanya City Based on the LandscaPe Pattern and Eco1ogica1 Sensibi1ity

Dong Yawen，She Jiyun，Chen Dongyang，He Dan，Deng Ju
（Co11ege of Forestry，Centra1 South University of Forestry and Techno1ogy，Changsha Hunan 410004，China）

Based on the data of eco1ogica1 sensitivity and 1andscaPe area，eva1uating the 1andscaPe vu1nerabi1ity in Sanya，2015，by the Kriging InterPo1ation Method and the Moving Window Method.It is showed that the severe1y and extreme1y vu1nerab1e 1andscaPe areas concentrate in northern and centra1 Part，whose main terrain are mountains and hi11s，accounting for 41.74%of the tota1 area，inc1uding 28.47%of severe1y vu1nerab1e 1andscaPe area and 13.27%of extreme1y vu1nerab1e 1andscaPe area.The main 1and use tyPes of them are forest 1and at a high a1titude and farm1and adjacent to forest 1and.However，the main 1and use tyPe of moderate1y vu1nerab1e 1andscaPe area is 1arge areas of forest 1and or farm1and，accounting for 25.70%of the tota1.The forest 1and or farm1and，in a good growing condition，grows main1y in the P1ain at a 1ow a1titude.And the minor and mi1d vu1nerab1e 1andscaPe areas main1y distribute in the south of Sanya city and the surroundings of vi11ages and towns，accounting for 32.56%of the tota1，inc1uding 13.03%of minor vu1nerab1e 1andscaPe areas，and 19.52%of mi1d vu1nerab1e 1andscaPe areas. The main 1and use tyPes of them are construction 1and and farm1and.With the order1y deve1oPment of Sanya and of more scientific farming method，the vu1nerab1e degree of regiona1 1andscaPe wi11 maintain at a 1ow 1eve1.

1andscaPe Pattern，suscePtibi1ity，vu1nerabi1ity，eva1uation，Sanya

S771.8

A

2095-1914（2016）04-0103-06

10.11929/j.issn.2095-1914.2016.04.017

2015-12-29

國(guó)家林業(yè)行業(yè)公益性項(xiàng)目（201004032）資助；海南省林業(yè)廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目（LK20118478）資助。
第1作者：董雅雯（1992—），女，碩士生。研究方向：林業(yè)遙感研究。Emai1：2402913478@qq.com。

佘濟(jì)云（1966—），男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向：森林經(jīng)理和林業(yè)資源管理。Emai1：shejiyun@126.com。