劉富強(qiáng),吳 濤,,*,蔣國(guó)俊,Xuelian Meng,童麗穎,張 勇,索安寧,朱麗東

1 浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 金華 321004 2 Louisiana State University,College of Humanities & Social Sciences, Baton Rouge, USA,70803 3 國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,大連 116023

海岸線與海岸景觀格局對(duì)人為干擾度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)
——以營(yíng)口市南部海岸為例

劉富強(qiáng)1,吳 濤1,2,*,蔣國(guó)俊1,Xuelian Meng2,童麗穎1,張 勇1,索安寧3,朱麗東1

1 浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 金華 321004 2 Louisiana State University,College of Humanities & Social Sciences, Baton Rouge, USA,70803 3 國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,大連 116023

利用多期遙感數(shù)據(jù),提取營(yíng)口南部海岸五期岸線變化信息、分維值,并利用Arcgis10.2中漁網(wǎng)工具創(chuàng)建評(píng)價(jià)單元。計(jì)算景觀格局指數(shù),構(gòu)建人為干擾強(qiáng)度指標(biāo),并進(jìn)一步探討岸線變化和景觀格局變化對(duì)人類活動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。結(jié)果表明：(1)研究區(qū)圍墾導(dǎo)致岸線長(zhǎng)度增長(zhǎng)、岸線分形維數(shù)的增大,1990—2015年四個(gè)時(shí)段中岸線年增長(zhǎng)速率為0.52%、0.53%、4.98%和0.96%；(2)景觀格局指數(shù)反映2005年之前景觀邊界、形狀復(fù)雜程度與破碎程度有所增加；2005年之后景觀形狀趨于規(guī)則化、土地利用趨于均衡化；(3)研究期間強(qiáng)干擾和弱干擾區(qū)域面積均有所增加,中等干擾強(qiáng)度區(qū)域面積減??；(4)斑塊密度、總邊緣長(zhǎng)度、邊緣密度、景觀形狀指數(shù)和平均分維值均與平均干擾強(qiáng)度指數(shù)變化同步。Shannon多樣性指數(shù)與人為干擾強(qiáng)度變化呈反相關(guān)；(5)岸線長(zhǎng)度變化和岸線分形維數(shù)變化都與人類干擾度呈反相關(guān),相關(guān)性分別為-0.97和-0.98。

景觀格局指數(shù)；人為干擾度；分形維數(shù)；岸線變化

海岸帶地區(qū)是海洋與陸地相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)過(guò)渡帶[1- 2]。具有復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),多樣的功能,在防災(zāi)減災(zāi)、調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性和區(qū)域生態(tài)安全等方面發(fā)揮著及其重要的作用,是沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要生態(tài)保障[3]。同時(shí),海岸帶地區(qū)又是人類活動(dòng)影響最密集,強(qiáng)度最大的地區(qū)之一。近年來(lái),我國(guó)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和沿海城市人口快速增長(zhǎng),海岸帶地區(qū)人地矛盾日益突出,生態(tài)系統(tǒng)完整性受到嚴(yán)重的威脅[4- 5]。

人為干擾與景觀格局變化響應(yīng)機(jī)理分析已成為地理學(xué)與景觀生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的國(guó)際熱點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境以及城市等諸多領(lǐng)域的生態(tài)評(píng)價(jià)研究[6- 10]。本文以營(yíng)口南部海岸帶為研究對(duì)象,通過(guò)分析不同時(shí)期人類地表活動(dòng)過(guò)程及其干擾強(qiáng)度對(duì)海岸線及海岸帶景觀類型演化的響應(yīng)機(jī)制分析,希翼對(duì)深入理解海岸帶人為干擾過(guò)程及景觀變遷響應(yīng)有所裨益,為我國(guó)海岸帶開(kāi)發(fā)及其保護(hù)規(guī)劃提供科學(xué)借鑒。

1 研究區(qū)域概況

營(yíng)口市南部海岸(122°5′—122°25′E,40°25′—40°40′N)位于遼東灣頂部,大遼河入?？谝阅?營(yíng)口市區(qū)渤海大街至蓋州團(tuán)山基巖海岸之間,區(qū)域總面積300 km2。該區(qū)域原為平坦開(kāi)闊的遼東灣淤泥質(zhì)灘涂濕地,1950年代的在全國(guó)圍海曬鹽熱潮下,淤泥質(zhì)灘涂被圍海建造鹽田,發(fā)展海水曬鹽產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)末海鹽業(yè)發(fā)展緩慢,沿海部分水交換通暢的鹽田、灘涂被劃分改造成魚、蝦等水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘,形成鹽田-養(yǎng)殖池塘復(fù)合景觀格局。新世紀(jì)以來(lái),隨著遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的提出與實(shí)施,大片低產(chǎn)鹽田被回填成為營(yíng)口市城市規(guī)模擴(kuò)展、沿海產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)的拓展空間,海岸景觀轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)城鎮(zhèn)-鹽田-圍海養(yǎng)殖復(fù)合景觀格局。

圖1 研究區(qū)范圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of study

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

本文收集到能夠完全覆蓋研究區(qū)域且影像質(zhì)量較好的5期衛(wèi)星遙感影像,各期衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)源參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 本文采用的各期衛(wèi)星遙感影像參數(shù)

在研究區(qū)域內(nèi)均勻布設(shè)并測(cè)量地面控制點(diǎn)25個(gè),利用ERDAS IMAGE9.2對(duì)各期衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行精校正,校正方法參考相關(guān)文獻(xiàn)[11]。利用精校正好的高分一號(hào)衛(wèi)星遙感影像和SPOT5衛(wèi)星遙感影像對(duì)比檢查其他精校正影像的校正效果。在現(xiàn)場(chǎng)踏勘基礎(chǔ)上,將研究區(qū)域景觀類型劃分為鹽田、養(yǎng)殖池塘、建設(shè)地、道路、堤壩、農(nóng)田、草地、湖泊、濕地、取排、荒草地、蘆葦濕地、水口共13種景觀類型,并建立每種景觀類型的遙感影像特征庫(kù),各景觀類型描述見(jiàn)表2。以遙感影像特征庫(kù)為基礎(chǔ),在ArcGIS10.0軟件支持下,首先對(duì)2005年采集的SPOT5衛(wèi)星遙感影像和2015年采集的高分一號(hào)遙感影像進(jìn)行人機(jī)交互式判讀[12],目視解譯得到2005年和2015年研究區(qū)景觀格局矢量數(shù)據(jù)。然后以2005年研究區(qū)景觀格局矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),疊加1990年和2000年衛(wèi)星遙感影像,根據(jù)遙感影像信息,目視解譯修改成1990年和2000年研究區(qū)景觀格局矢量數(shù)據(jù)；以2015年研究區(qū)景觀格局矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),疊加2010年衛(wèi)星遙感影像,根據(jù)遙感影像信息,目視解譯修改成2010年研究區(qū)景觀格局矢量數(shù)據(jù)。采用現(xiàn)場(chǎng)GPS驗(yàn)證點(diǎn),對(duì)遙感影像解譯的各期數(shù)據(jù)景觀斑塊類型進(jìn)行精度評(píng)價(jià),計(jì)算得出1990年、2000年、2005年、2010年和2015年遙感影像整體解譯精度分別為95%、96%、99%、98%和100%。

表2 海岸景觀類型分類描述與影像特征

2.2 研究方法

2.2.1評(píng)價(jià)單元構(gòu)建

將營(yíng)口南部海岸的五期(1990年、2000年、2005年、2010年和2015年)矢量數(shù)據(jù)添加到Arcmap10.2中,以研究區(qū)域作為底圖,利用ArcGIS10.2數(shù)據(jù)管理模塊下的創(chuàng)建漁網(wǎng)工具,構(gòu)建以研究區(qū)為范圍的800m×800m網(wǎng)格,每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)評(píng)價(jià)單元。

2.2.2人為干擾度計(jì)算

采用干擾度7分制的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。該標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)前人大量的實(shí)證和改進(jìn)[13- 15],對(duì)比其它相關(guān)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)以遙感數(shù)據(jù)和土地分類系統(tǒng)為基礎(chǔ),更具有可操作性和可對(duì)比性。

表3 干擾強(qiáng)度等級(jí)及說(shuō)明[13- 15]

參考前人研究成果,給出干擾指數(shù)的計(jì)算方法,如公式3

(1)

式中，M為干擾指數(shù),n為干擾度等級(jí)(n=7),h為干擾度,fn為干擾度等級(jí)為h的用地類型面積比值。計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)單元的干擾指數(shù),并將計(jì)算結(jié)果作為網(wǎng)格中心點(diǎn)值,在ArcGIS空間分析模塊中,進(jìn)行柵格差值,生成營(yíng)口南部海南人類活動(dòng)干擾度時(shí)空分布圖。

2.2.3分形維數(shù)計(jì)算

利用網(wǎng)格法計(jì)算岸線分形維數(shù),計(jì)算公式如(2)所示：

N(r)=r-D

(2)

當(dāng)網(wǎng)格長(zhǎng)度r取不同值時(shí),N(r)也對(duì)應(yīng)不同的值。然后在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸中以r為橫軸,lnN(r)為縱軸作散點(diǎn)圖,然后對(duì)點(diǎn)做回歸分析可以得到公式(3)：

lnN(r)=-Dlnr+lnC

(3)

式中C為待定常數(shù),D即為被測(cè)海岸線的分形維數(shù)。采用不同的r值和對(duì)應(yīng)的N(r)值,通過(guò)擬合分析即可得到分形維數(shù)D(r的取值分別為50、100、200、400、8000、1600、3200m)。

得到岸線分形維數(shù)后,引進(jìn)公式(4),計(jì)算分形維數(shù)的變化強(qiáng)度。

(4)

式中：FCIij為第i年至第j年岸線分形維數(shù)的變化強(qiáng)度；Fi為第i年海岸線的分形維數(shù)；Fj為第j年海岸線分形維數(shù)。

2.2.4岸線長(zhǎng)度變化強(qiáng)度

為了客觀對(duì)比各個(gè)時(shí)段海岸線長(zhǎng)度變化速度的時(shí)空差異,采用某一段時(shí)段內(nèi)海岸線長(zhǎng)度的平均變化百分比來(lái)表示海岸線的變化強(qiáng)度[16]。

(5)

式中：LCIij為第i年至第j年海岸線長(zhǎng)度變化強(qiáng)度(Length Change Intensity)；Li為第i年海岸線的長(zhǎng)度；Lj為第j年海岸線長(zhǎng)度。

圖2 不同時(shí)期的岸線變化Fig.2 The shoreline changes in different periods

2.2.5景觀格局指數(shù)計(jì)算

景觀格局指數(shù)在景觀生態(tài)學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用[17- 18]。本文根據(jù)研究區(qū)域景觀分布特征、研究目的、研究?jī)?nèi)容以及景觀格局指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義,在類型、斑塊及景觀水平尺度上選取7個(gè)景觀格局指數(shù),分別為景觀面積(TA)、Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)、斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、平均分維數(shù)(FRAC_MN)、總邊緣長(zhǎng)度(TE)。在fragstats軟件中進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

3 結(jié)果分析

3.1 岸線長(zhǎng)度及分形維數(shù)變化

自1990—2015年,營(yíng)口南部海岸岸線長(zhǎng)度逐年遞增,從1990年的41.7km,增長(zhǎng)到2000年的43.86km,2005年的46.17km,2010年的69.15km,最后2015年達(dá)到了75.8km(圖2、圖3)。其中1990—2000年間,岸線年增長(zhǎng)速率為0.52%,2000—2005年間岸線年增長(zhǎng)速率為0.53%,2005—2010年間,岸線年增長(zhǎng)速率突然增大到4.98%,2010—2015年間,岸線年增長(zhǎng)速率降低為0.96%。岸線長(zhǎng)度的變化導(dǎo)致了岸線分形維數(shù)的變化,根據(jù)公式2,3計(jì)算岸線分形維數(shù)值,從圖3中看出,分形維數(shù)的變化趨勢(shì)與岸線變化趨勢(shì)保持一致,即隨岸線的增長(zhǎng)而增大。岸線長(zhǎng)度與分形維數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.93,而岸線變化強(qiáng)度與分形維數(shù)變化強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)為0.99。

圖3 岸線長(zhǎng)度與分形維數(shù)關(guān)系 Fig.3 The relationship between Coastline Length and fractal dimension

3.2 海岸帶景觀格局指數(shù)變化

在fragstats軟件中計(jì)算出整個(gè)研究區(qū)域1990年、2000年、2005年、2010年以及2015年7個(gè)類型及景觀水平尺度上的景觀格局指數(shù),分別為景觀面積(TA)、Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)、斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、平均分維數(shù)(FRAC_MN)、總邊緣長(zhǎng)度(TE),計(jì)算結(jié)果如表4所示：

由表4分析可知,景觀面積(TA)自1990年至2015年逐漸增大,而2005年至2015年此階段增加速度最快,此種變化主要與營(yíng)口南部海岸圍墾面積增大有關(guān)。研究期間營(yíng)口市南部海岸地區(qū)在研究期間斑塊密度和邊緣密度大體呈現(xiàn)出“低—高—低”的動(dòng)態(tài)過(guò)程,表明從1990年到2005年期間,研究區(qū)域生態(tài)過(guò)程越來(lái)越活躍,而2005年至2015年期間,研究區(qū)生態(tài)過(guò)程逐漸趨于穩(wěn)定。而景觀形狀指數(shù)(LSI)與平均分形維數(shù)(FRAC_MN)也呈現(xiàn)出同樣的變化趨勢(shì),說(shuō)明從1990年至2005年期間,整體的景觀邊界形狀復(fù)雜程度與破碎程度都有所增加,2005年后變化相反,表明景觀形狀趨于規(guī)則化發(fā)展。Shannon多樣性指數(shù)(SHDI),SHDI反映在研究期間,從2005年至2010年SHDI呈現(xiàn)出明顯增大趨勢(shì),表明在此段時(shí)期內(nèi),土地利用類型在自然狀態(tài)下增加且趨于均衡化分布。

3.3 海岸帶人為干擾指數(shù)變化

為進(jìn)一步探索營(yíng)口南部海岸帶人為干擾度時(shí)空動(dòng)態(tài)變化,在ArcGIS10.2中的漁網(wǎng)工具創(chuàng)建800m×800m的網(wǎng)格,每個(gè)網(wǎng)格作為一個(gè)評(píng)價(jià)單元,利用公式(1)計(jì)算出每個(gè)評(píng)價(jià)單元的干擾強(qiáng)度。并將計(jì)算結(jié)果作為網(wǎng)格中心點(diǎn)值,然后利用ArcGIS空間分析功能進(jìn)行柵格插值,生成營(yíng)口南部海南人類活動(dòng)干擾度時(shí)空分布圖如圖4所示。

表4 景觀格局指數(shù)計(jì)算結(jié)果

圖4 研究區(qū)干擾強(qiáng)度變化Fig.4 Heremoby variation

從整體變化看,研究區(qū)域北部地區(qū),人為干擾度從1990年到2015年顯著增強(qiáng),并逐漸向南擴(kuò)張,主要是因?yàn)槌鞘谢陌l(fā)展,人類活動(dòng)聚集地向南蔓延,大量原有的鹽田和低洼坑塘轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄖ玫睾凸I(yè)區(qū)。在研究區(qū)西部離海域較近的地區(qū),自1990年到2015年人為干擾強(qiáng)度逐漸變?nèi)?并且有從靠海較近向較遠(yuǎn)的內(nèi)陸地區(qū)蔓延的趨勢(shì),原因在于圍墾養(yǎng)殖加劇,出現(xiàn)大量養(yǎng)殖池塘,使得干擾強(qiáng)度數(shù)值降低。東部地區(qū)人為干擾強(qiáng)度在1990年到2005年期間變化并不明顯,在2005年到2015年期間,朝著人為干擾強(qiáng)度較弱的方向發(fā)展,主要是由于大量的鹽田變?yōu)榱藵竦睾筒莸亍?/p>

分別計(jì)算出研究區(qū)域1990年、2000年、2005年、2010年以及2015年各干擾等級(jí)的面積變化,并結(jié)合實(shí)際將海岸帶人為干擾強(qiáng)度劃分為五個(gè)等級(jí)(低干擾強(qiáng)度：干擾等級(jí)≤3、中低干擾強(qiáng)度：3<干擾等級(jí)≤4、中干擾強(qiáng)度：4<干擾等級(jí)≤5、中高干擾強(qiáng)度：5<干擾等級(jí)≤6、高干擾強(qiáng)度：6<干擾等級(jí)≤7)；通過(guò)分析(表5)可以看出1990年到2005年間干擾等級(jí)為2(濕地)的面積逐步減少,主要因?yàn)槿祟惢顒?dòng)使得天然濕地的面積逐步縮小,2005年到2010年間迅速增加,主要原因是人工濕地面積的大幅度增加,尤其是2008年?duì)I口市實(shí)施的五大工程之一的西炮臺(tái)濕地公園的建立,也是東北地區(qū)最大的城市濕地公園,人工湖區(qū)和湖心島及進(jìn)入園區(qū)的林地面積達(dá)到30萬(wàn)平方米,蘆葦蕩面積10萬(wàn)平方米。而2010年至2015年間面積呈現(xiàn)下降趨勢(shì)主要是因?yàn)檠芯繀^(qū)東部大面積的濕地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?。干擾等級(jí)為3的區(qū)域面積在1990到2000年間完全消失,而在2005年到2010年迅速增加主要是研究區(qū)西北部大面積的鹽田轉(zhuǎn)變?yōu)榛牟莸?2010年到2015年間增加主要是研究區(qū)東部大面積濕地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?。干擾等級(jí)為4的區(qū)域面積在研究期間均呈上升趨勢(shì)而干擾等級(jí)為5的面積呈下降趨勢(shì),主要原因是研究區(qū)域大量低效鹽田轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖池塘、建設(shè)用地、低洼坑塘等[19]。干擾等級(jí)為6的區(qū)域面積持續(xù)增加主要是因?yàn)槌鞘谢臄U(kuò)張,使得建設(shè)用地面積增加。干擾等級(jí)為7的區(qū)域面積在研究期間變化較小,主要為道路與堤壩。從整體變化來(lái)看,隨著時(shí)間變化,干擾強(qiáng)度相對(duì)較弱區(qū)域的面積和相對(duì)較強(qiáng)區(qū)域的面積都有所增加,干擾強(qiáng)度較弱區(qū)域的面積增長(zhǎng)更多,且2005年之前變化相對(duì)較小,而2005年之后變化較為強(qiáng)烈。

圖5 不同干擾等級(jí)的面積變化Fig.5 Area variation of different disturbance levels

3.4 海岸帶景觀格局指數(shù)對(duì)人為干擾強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

海岸帶人為活動(dòng)的不斷加強(qiáng),導(dǎo)致其景觀空間結(jié)構(gòu)、景觀多樣性和景觀破碎度對(duì)人類活動(dòng)做出不同程度的響應(yīng)。從景觀格局指數(shù)計(jì)算結(jié)果和干擾強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果分析,可以看出景觀格局指數(shù)反映出來(lái)的信息和干擾強(qiáng)度變化反映出的信息具有一定的同步性。為進(jìn)一步研究景觀格局指數(shù)對(duì)不同干擾強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)響應(yīng),計(jì)算出1900年、2000年、2005年、2010年以及2015年整個(gè)研究區(qū)域的平均干擾強(qiáng)度分別為4.94、4.96、5.51、4.59和4.46。

圖6 平均干擾強(qiáng)度與景觀格局指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.6 The dynamic tendency of landscape pattern index and average Heremoby

由圖6可以明顯看出,在研究期間景觀格局指數(shù)斑塊密度(PD)、總邊緣長(zhǎng)度(TE)、邊緣密度(ED)、景觀形狀指數(shù)(LSI)和平均分維值(FRAC_MN)均與平均干擾強(qiáng)度指數(shù)擁有同步變化趨勢(shì),當(dāng)人類活動(dòng)在海岸帶地區(qū)加強(qiáng)時(shí),斑塊密度(PD)、總邊緣長(zhǎng)度(TE)、邊緣密度(ED)、景觀形狀指數(shù)(LSI)和平均分維值(FRAC_MN)也隨之增大,而人類活動(dòng)減弱時(shí),這幾個(gè)景觀格局指數(shù)趨于減小。此結(jié)果與孫永光[20]對(duì)大洋河口景觀格局對(duì)人為干擾動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究結(jié)果基本一致,海岸帶景觀格局指數(shù)表明人類活動(dòng)是影響區(qū)域景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)力之一。表明人類活動(dòng)從1990年至2005年間人類活動(dòng)不斷增強(qiáng),生態(tài)過(guò)程較為活躍,景觀邊界形狀復(fù)雜程度與破碎程度都有所增加,2005年后變化相反,表明景觀形狀趨于規(guī)則化發(fā)展。2005年為此段時(shí)期內(nèi)人類活動(dòng)最為強(qiáng)烈、生態(tài)最為活躍的一個(gè)年份。

選取景觀格局指數(shù)中的Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)來(lái)進(jìn)一步探討景觀格局指數(shù)與人為干擾度之間的關(guān)系,在研究區(qū)域選取了30個(gè)評(píng)價(jià)單元,選取原則為以岸線附近人類活動(dòng)較強(qiáng)的區(qū)域?yàn)橹?同時(shí)兼顧離海岸較遠(yuǎn)區(qū)域。通過(guò)計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)單元的人為干擾強(qiáng)度和Shannon多樣性指數(shù),所得結(jié)果如圖7所示,在選取的30個(gè)評(píng)價(jià)單元中Shannon多樣性指標(biāo)與人為干擾度指數(shù)大致呈現(xiàn)出反相關(guān)的特征,人為干擾強(qiáng)度越高,Shannon多樣性指數(shù)數(shù)值越小,圖中矩形區(qū)域內(nèi)的評(píng)價(jià)單元的Shannon多樣性指數(shù)和人為干擾度指數(shù)都能夠很好的一一對(duì)應(yīng)。說(shuō)明Shannon多樣性指數(shù)可以較好的表征人類活動(dòng)的方向與強(qiáng)弱。因此,同樣可以說(shuō)明人為干擾強(qiáng)度變化也是影響景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)因素之一。

圖7 人為干擾度與Shannon多樣性指數(shù)Fig.7 Relationship between Heremoby and SHDI

3.5 人為干擾度對(duì)岸線變化的影響

營(yíng)口南部海岸岸線增長(zhǎng)的主要原因是沿海地區(qū)圍海養(yǎng)殖用地的快速發(fā)展,導(dǎo)致岸線向海擴(kuò)張。1990—2000年共新增土地面積252.9×104m2,其中圍海養(yǎng)殖用地占用地比例的74%,2000—2005年間,新增土地面積約180.6×104m2,圍海養(yǎng)殖用地占96%,2005—2010年間新增土地面積約1718×104m2,圍海養(yǎng)殖用地占85%,2010—2015年間新增土地面積約581×104m2,圍海養(yǎng)殖用地占99.98%(表5),圍墾面積變化與岸線長(zhǎng)度變化速率和岸線分形維數(shù)變化強(qiáng)度保持一致。從表5中可以看出,圍海養(yǎng)殖用地的快速發(fā)展導(dǎo)致岸線形態(tài)發(fā)生了劇烈改變, 2005—2010年為該地區(qū)岸線變化最為劇烈的時(shí)段,岸線年變化強(qiáng)度達(dá)到了4.98%,而這一時(shí)段的圍墾總面積占近25年來(lái)的63%。同時(shí)通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),營(yíng)口南部海岸圍墾類型屬于岸線增長(zhǎng)型圍墾,該類型圍墾以某個(gè)區(qū)域?yàn)楹诵?不斷向海凸,導(dǎo)致海岸線向外海延伸,岸線變長(zhǎng)。該類型的人類圍墾活動(dòng)使岸線形態(tài)由“簡(jiǎn)單”變?yōu)椤皬?fù)雜”。

表5 不同時(shí)間段新增土地面積及其利用類型/m2

圖8 岸線長(zhǎng)度和岸線分形與干擾強(qiáng)度關(guān)系Fig.8 Relationship between Heremoby and the length of coastline(The fractal dimension of the coastline)a為岸線長(zhǎng)度與干擾強(qiáng)度的關(guān)系；b為岸線分析與干擾強(qiáng)度的關(guān)系

營(yíng)口南部海岸岸線長(zhǎng)度增長(zhǎng),岸線長(zhǎng)度變化與人為干擾強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)(圖8a)。尤其是2005年后,營(yíng)口南部海岸大范圍圍墾養(yǎng)殖,岸線向海突出,使得人為干擾指數(shù)趨于下降,岸線長(zhǎng)度急劇增長(zhǎng)。而分形維數(shù)的變化趨勢(shì)與人為干擾強(qiáng)度指數(shù)的變化也大致呈負(fù)相關(guān)。其中岸線長(zhǎng)度與人為干擾強(qiáng)度的相關(guān)性達(dá)到了-0.97,岸線分形維數(shù)與人為干擾強(qiáng)度的相關(guān)性達(dá)到了-0.98。表明人類活動(dòng)越弱,岸線長(zhǎng)度變長(zhǎng),岸線的復(fù)雜程度越大。

4 結(jié)論

(1)自1990年到2015年期間,圍海養(yǎng)殖快速發(fā)展導(dǎo)致岸線形態(tài)發(fā)生了劇烈改變,岸線長(zhǎng)度逐年遞增,其中1990—2000年間岸線年增長(zhǎng)速率為0.52%,2000—2005年間岸線年增長(zhǎng)速率為0.53%,2005—2010年間岸線年增長(zhǎng)速率突然增大到4.98%,2010—2015年間岸線年增長(zhǎng)速率降低為0.96%。岸線長(zhǎng)度的變化導(dǎo)致了岸線分形維數(shù)的同步變化。

(2)景觀格局指數(shù)變化表明1990年至2005年期間整體的景觀邊界、形狀復(fù)雜程度與破碎程度都有所增加,而2005年至2015年期間,景觀邊界形狀的復(fù)雜度與破碎度趨于減小,表明景觀形狀趨于規(guī)則化、土地利用趨于均衡化。

(3)從整體變化來(lái)看,研究區(qū)北部干擾強(qiáng)度指數(shù)隨著城市化的推進(jìn)而不斷增強(qiáng)；西南部沿海地區(qū)由于圍墾養(yǎng)殖而出現(xiàn)大量養(yǎng)殖池塘,使得干擾強(qiáng)度指數(shù)變低；東部地區(qū)2005年之前干擾強(qiáng)度指數(shù)變化不大,2005年以后東部地區(qū)大部分低效鹽田轉(zhuǎn)變?yōu)闈竦亍⒉莸睾褪車鷫▏叱靥林率垢蓴_度指數(shù)降低。隨著時(shí)間變化,干擾強(qiáng)度相對(duì)較弱區(qū)域的面積和相對(duì)較強(qiáng)區(qū)域的面積都有所增加,且2005年之后增速較快。

(4)人類活動(dòng)對(duì)營(yíng)口南部海岸的景觀格局變化產(chǎn)生了巨大的影響。主要表現(xiàn)在景觀形狀、景觀邊界復(fù)雜度、景觀破碎化程度和景觀多樣性的變化；研究表明：1990年到2005年間,人類活動(dòng)逐漸增強(qiáng),景觀邊界、形狀復(fù)雜程度與破碎程度都有所增加,而2005年以后人類活動(dòng)強(qiáng)度下降,景觀形狀、邊界復(fù)雜度和破碎化程度也隨之變小,景觀逐漸趨于規(guī)則化。景觀Shannon多樣性指數(shù)則與人為干擾強(qiáng)度變化呈反相關(guān),在所選取的評(píng)價(jià)單元可以看出當(dāng)人為干擾越大的區(qū)域、干擾活動(dòng)越強(qiáng),Shannon多樣性指數(shù)變小,因此說(shuō)明人為干擾強(qiáng)度變化也是影響景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)因素之一。

(5)研究期間,營(yíng)口南部海岸岸線長(zhǎng)度變化與人類干擾度呈反相關(guān),岸線分形變化與人為干擾強(qiáng)度變化也大致呈反相關(guān)。相關(guān)性分別為-0.97和-0.98。表明人類活動(dòng)越弱,岸線長(zhǎng)度變長(zhǎng),岸線的復(fù)雜程度越大。

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DynamicresponseofthecoastlineandcoastallandscapepatternstoHemeroby:AcasestudyalongthesouthcoastofYingkou

LIU Fuqiang1,WU Tao1,2,*,JIANG Guojun1, Xuelian Meng2,TONG Liying1,ZHANG Yong1,SUO Anning3,Zhu Lidong1

1CollegeofGeographyandEnvironmentalScience,ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004China2LouisianaStateUniversity,CollegeofHumanities&SocialSciences,BatonRouge,USA,708033NationalMarineEnvironmentalMonitoringCenter,Dalian116023,China

Multi-temporal remote sensing data were used to extract coastline change information and calculate fractal dimensions from 1990 to 2015 for the south coast of Yingkou. Fishnet tools in Arcgis10.2 were used to create the analysis units. This study explored the dynamic response of the coastline and coastal landscape patterns to Hemeroby along the south coast of Yingkou using landscape pattern and Hemeroby indexes. The results showed that (1) Reclamation increased the shoreline and coastline fractal dimensions. Shoreline annual growth rate were 0.52%(1990—2000), 0.53%(2000—2005), 4.98%(2005—2010), and 0.96%(2010—2015); (2) The landscape pattern index reflected the landscape boundary, complexity, and fragmentation of the landscape, which increased prior to 2005, but exhibited a decreasing trend thereafter. (3) During the study period, the areas of low and high Hemeroby increased, whereas the area of moderate intensity decreased. (4) Synchronous changes occurred in Patch Density,Edge Density,Total Edge,Landscape Shape Index,Mean Fractal Dimension and the Hemeroby Index. The Shannon diversity index was inversely related to human disturbance intensity. (5) The change in shoreline length and shoreline fractal dimensions was negatively correlated with the degree of human disturbance, with correlation coefficients of -0.97 and -0.98, respectively. This indicated that the weaker human activity was, the longer and more complex the shoreline became.

landscape pattern index; Hemeroby; fractal dimension; shoreline change

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41376120, KYZ04Y15098)

2016- 09- 21; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 07- 12

*通訊作者Corresponding author.E-mail: 121295149@qq.com

10.5846/stxb201609211902

劉富強(qiáng),吳濤,蔣國(guó)俊,Xuelian Meng,童麗穎,張勇,索安寧,朱麗東.海岸線與海岸景觀格局對(duì)人為干擾度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)——以營(yíng)口市南部海岸為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(22):7427- 7437.

Liu F Q,Wu T,Jiang G J, Xuelian Meng,Tong L Y,Zhang Y,Suo A N,Zhu L D.Dynamic response of the coastline and coastal landscape patterns to Hemeroby: A case study along the south coast of Yingkou.Acta Ecologica Sinica,2017,37(22):7427- 7437.