王劍龍，王 萍

(曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，山東 日照 276826)

在“人口-資源-環(huán)境”系統(tǒng)中，土地資源是最根本的。隨著人口的不斷增長，城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，土地利用方式不斷變化[1]。景觀生態(tài)學(xué)是一門跨學(xué)科交叉的新興科學(xué)，旨在研究不同生態(tài)系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)、相互作用、功能和動(dòng)態(tài)變化。景觀生態(tài)學(xué)以景觀為研究對(duì)象，強(qiáng)調(diào)空間異質(zhì)性的維持與發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)的相互作用、資源環(huán)境的運(yùn)行與管理以及人類活動(dòng)對(duì)景觀及其構(gòu)成要素的影響[2]。近年來景觀生態(tài)學(xué)廣泛應(yīng)用于研究環(huán)境與保護(hù)、土地利用、旅游設(shè)計(jì)、區(qū)域規(guī)劃等方面[3]。太平國家濕地公園建設(shè)的成功與否與當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、地質(zhì)條件以及人為活動(dòng)都有著密切的聯(lián)系，是集濕地保護(hù)與修復(fù)、科研宣教、生態(tài)旅游、動(dòng)植物保護(hù)為一體的國家級(jí)濕地公園，對(duì)于鄒城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)、自然生態(tài)、園林景觀都有很大的綜合效益。本文以景觀生態(tài)學(xué)為理論指導(dǎo)，以地理信息系統(tǒng)、遙感為技術(shù)支撐，對(duì)太平國家濕地公園2009年，2013年，2016年這3年的土地利用景觀格局的演變進(jìn)行了分析，揭示太平國家濕地公園建設(shè)過程中土地利用變化情況，為同類型的濕地公園建設(shè)提供理論依據(jù)與參考。

1 研究區(qū)概況

太平國家濕地公園位于山東省鄒城市太平鎮(zhèn)西部(見圖1)，東經(jīng)116°47′24″～116°50′24″，北緯35°24′～35°26′24″。研究區(qū)總面積為1 060.0km2。研究區(qū)地下煤炭資源豐富，因煤炭大量開采導(dǎo)致多處塌陷，形成水域、沼澤，原有村莊大量搬遷[4]。為恢復(fù)重建，改善生態(tài)特建此濕地公園，如今園內(nèi)生物資源豐富，具有典型的北方濕地特征，現(xiàn)有植物39科113種，各種獸類、兩棲類、爬行類、魚類、鳥類17科102種。濕地公園由五大功能區(qū)構(gòu)成，分別是生態(tài)保育區(qū)、恢復(fù)重建區(qū)、合理利用區(qū)、科普宣教區(qū)和管理服務(wù)區(qū)。

圖1 項(xiàng)目區(qū)位置示意圖

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究利用Google Earth獲取2009年、2013年、2016年這3年的8月份高分辨率遙感影像(分辨率：0.97m)并進(jìn)行幾何校正、配準(zhǔn)，目視解譯判讀研究區(qū)土地利用類型，運(yùn)用ArcGIS10.2軟件矢量化土地利用現(xiàn)狀圖。由于研究區(qū)地貌單一，建設(shè)用地種類并不復(fù)雜，因此本研究依據(jù)國內(nèi)外土地利用分類與景觀生態(tài)分類原則[5-6]，將研究區(qū)土地利用類型分為：耕地、園林地、水域、荒草地、住宅用地和其他建設(shè)用地。其中住宅用地包括宅基地、商服用地和公共用地，其他建設(shè)用地包括工礦倉儲(chǔ)用地等，交通運(yùn)輸用地融合在各類用地之中，不再單獨(dú)進(jìn)行分析。

圖2 項(xiàng)目區(qū)土地利用分布圖

2.2 研究方法

景觀格局是指景觀要素斑塊和其他結(jié)構(gòu)要素的類型、數(shù)量、空間分布和配置方式的空間格局[7-8]。通過分析景觀格局特征，在看似無序的景觀斑塊中可以發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律性[9]。運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)家對(duì)景觀格局定量分析提出的指標(biāo)能夠更加準(zhǔn)確的對(duì)景觀格局進(jìn)行分析[10]。其中譚雪紅在城市濕地公園景觀格局研究中選取面積比、斑塊個(gè)數(shù)、斑塊密度、斑塊形狀指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、聚集度指數(shù)等景觀格局指數(shù)[11]；文獻(xiàn)[12]在研究中選取了平均斑塊大小、斑塊數(shù)量、形態(tài)指數(shù)、分維度指數(shù)、多樣性指數(shù)、破碎度指數(shù)等景觀格局指數(shù)。本研究基于學(xué)者研究成果主要選取了斑塊數(shù)量指數(shù)、斑塊周長、平均斑塊類型面積、分維數(shù)、景觀優(yōu)勢度指數(shù)、景觀破碎度指數(shù)等6種景觀特征指標(biāo)來對(duì)3年的太平國家濕地公園景觀格局進(jìn)行研究[13]。利用 ArcGIS10.2軟件分析可以得出各地類斑塊的數(shù)量、斑塊周長和平均斑塊類型面積，通過這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在Excel上來計(jì)算分析其他景觀指數(shù)。各指數(shù)計(jì)算方法及含義如下

(1)斑塊數(shù)量指數(shù)

計(jì)算公式NP=N

式中：NP在類型級(jí)別上等于景觀中某一斑塊類型的斑塊總個(gè)數(shù)；在景觀級(jí)別上等于景觀中所有的斑塊總數(shù)。NP反映景觀的空間格局，經(jīng)常被用來描述整個(gè)景觀的異質(zhì)性，其值的大小與景觀的破碎度也有很好的正相關(guān)性，一般規(guī)律是NP大，破碎度高；NP小，破碎度低。

(2)平均斑塊類型面積

式中：A為景觀中所有斑塊的總面積，N為總個(gè)數(shù)。MPS代表一種平均狀況，在景觀結(jié)構(gòu)分析中反映兩方面的意義：景觀中MPS值的分布區(qū)間對(duì)圖像或地圖的范圍以及對(duì)景觀中最小斑塊的選取有制約作用；另一方面MPS可以指征景觀的破碎程度，一個(gè)具有較小MPS值的景觀比一個(gè)具有較大MPS值的景觀更破碎。

(3)分維數(shù)

式中：p為某類斑塊的平均周長；A為某類斑塊的平均面積；FDI的理論值范圍在1.0至2.0之間，F(xiàn)DI值越大，斑塊形狀越復(fù)雜，值越小，斑塊形狀越簡單。

(4)景觀優(yōu)勢度指數(shù)

式中：L為某斑塊的數(shù)目/斑塊總數(shù)目；R為某斑塊的面積/斑塊總面積；LDI為斑塊在景觀中的重要程度，LDI值越大斑塊越重要。

(5)景觀破碎度指數(shù)

式中：∑Nk為某一斑塊的總個(gè)數(shù)；∑Ak為該類型斑塊的總面積。F反映了破碎化程度，F(xiàn)值越大斑塊破碎化程度越大。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用轉(zhuǎn)移變化

利用ArcGIS10.2對(duì)2009年、2013年和2016年土地利用分類圖進(jìn)行疊加分析，統(tǒng)計(jì)得到2009～2013年和2013～2016年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，結(jié)果如表1、表2所示。

結(jié)果表明： 2009～2013年，荒草地面積轉(zhuǎn)出最多，達(dá)938 316.96m2；園林地面積轉(zhuǎn)入最多，為1 275 446.14m2，轉(zhuǎn)出荒草地的74%變?yōu)閳@林地。2013～2016年，耕地面積轉(zhuǎn)出最多，面積為1 879 296.92m2；園林地和水域面積轉(zhuǎn)入最多，分別為1 671 883.88m2和841 758.78m2。由此可見，太平國家濕地公園的土地利用類型主要變化是耕地、 園林地和水域， 耕地面積從4 190 014.00m2到4 625 756.52m2再到 3 150 722.15m2，先增加后減少，總體呈減少趨勢；園林地面積從1 001 151.43m2到1 832 242.16m2再到2 925 448.58m2，處于不斷增加的趨勢；水域面積從2 792 211.97m2到2 962 408.24m2再到3 344 957.41m2，也在不斷增加。

由分析可知，耕地的置換面積較大，主要分布在中部平坦地區(qū)；園林地大規(guī)模增加主要分布在中部和南部地區(qū)；荒草地以減少為主，分布在西部和南部地區(qū)；水域面積增加，分布比較分散；其他建設(shè)用地略微增加，分布在中東部地區(qū)；住宅用地的減少明顯，分布在東部地區(qū)。

表1 2009～2013年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 m2

表2 2013～2016年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 m2

3.2 景觀格局變化過程

景觀格局的變化可以通過斑塊的變化來顯示出來[14]，對(duì)斑塊數(shù)量指數(shù)、斑塊周長、斑塊平均面積的統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析(見表3)，結(jié)合各景觀面積的變化可以看出：

1)2009年和2013年耕地為整個(gè)景觀格局中的基質(zhì)，2016年時(shí)水域變?yōu)榱嘶|(zhì)。2009年和2016年斑塊數(shù)表現(xiàn)為耕地>園林地>水域>荒草地>其他建設(shè)用地>住宅用地，而在2013年斑塊數(shù)表現(xiàn)為耕地>園林地>水域>荒草地>住宅用地>其他建設(shè)用地。2009年、2013年和2016年中，耕地斑塊數(shù)量比重在分別為50.8%、51.8%和45.3%，園林地分別占16.8%、24.4%和29.7%，水域分別占11%、12.2%和12.5%，荒草地分別占10.5%、5.5%和5.5%，住宅用地分別占5.2%、3.7%和1.6%，其他建設(shè)用地分別占5.6%、2.4%和5.5%。

2)將景觀格局指數(shù)分析結(jié)合2009～2013年和2013～2016年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以看出，2009年到2016年耕地的斑塊數(shù)量指數(shù)、斑塊周長有明顯的減少，景觀面積整體上呈下降趨勢，耕地正逐漸轉(zhuǎn)移變?yōu)槠渌仡?。園林地除了斑塊數(shù)量指數(shù)大致呈增長趨勢外，斑塊周長、斑塊平均面積和景觀面積皆有較大幅度的增長，從轉(zhuǎn)移矩陣中也可以看出園林地是太平國家濕地公園建設(shè)過程中發(fā)展最快的地類。水域的斑塊數(shù)量指數(shù)、斑塊周長大致呈下降趨勢，而平均斑塊面積、景觀面積是上升的，其中大量耕地、園林地變?yōu)樗颍顾虻拿娣e逐漸擴(kuò)大，并有逐漸合并的趨勢?；牟莸匕邏K數(shù)量指數(shù)、斑塊周長有明顯的下降，斑塊平均面積和景觀面積大致呈下降趨勢，轉(zhuǎn)移矩陣也展示出濕地公園里的荒草地正在逐步的變?yōu)橐詧@林地為主的其他地類。住宅用地的斑塊數(shù)量指數(shù)、斑塊周長、斑塊平均面積和景觀面積都迅速減少，轉(zhuǎn)移矩陣中也展示出住宅用地大量轉(zhuǎn)移為其他地類，可以看出住宅用地在太平國家濕地公園建設(shè)過程中大量減少，由于采煤塌陷地的逐漸擴(kuò)大，原濕地公園內(nèi)的住宅都在逐漸的搬遷，轉(zhuǎn)移安置。其他建設(shè)用地斑塊數(shù)量指數(shù)、斑塊周長大致呈下降趨勢，而斑塊平均面積和景觀面積有略微的增長，表明原有的其他建設(shè)用地正逐漸被太平國家濕地公園的建設(shè)項(xiàng)目所取代。

表3 2009年、2013年和2016年景觀格局指數(shù)

3.3空間異質(zhì)變化過程

景觀異質(zhì)性的研究也是景觀格局分析的重要過程[15-16]?？臻g異質(zhì)性是通過斑塊的空間分布形式的不均勻性、形狀差異和復(fù)雜程度上反映出來[17]。本研究通過分維數(shù)、景觀優(yōu)勢度指數(shù)、景觀破碎度指數(shù)來反映空間異質(zhì)性變化的特征。通過分析(見表4)可以看出：

1)分維數(shù)可以展示出斑塊形狀，它的取值范圍為1～2，當(dāng)取值為1時(shí)，斑塊邊界的曲折性最大；當(dāng)取值為2時(shí)，斑塊邊界為圓，邊界的曲折性最小。由分析可以看出3年中各景觀斑塊分維數(shù)都很接近，在1.008～1.150之間。說明太平濕地公園內(nèi)各景觀都具有較小的邊界曲折性，斑塊的形狀都比較單一。其中耕地、園林地、住宅用地、水域的分維數(shù)增大，說明這幾類用地的斑塊形狀逐漸變得復(fù)雜化，而荒草地的分維數(shù)減小，表明其斑塊形狀逐漸變得均勻，其他建設(shè)用地的分維數(shù)沒有明顯變化。

2)2009年的景觀優(yōu)勢度指數(shù)表現(xiàn)為耕地>水域>園林地>荒草地>住宅用地>其他建設(shè)用地，2013年景觀優(yōu)勢度指數(shù)表現(xiàn)為耕地>園林地>水域>荒草地>住宅用地>其他建設(shè)用地，2016年景觀優(yōu)勢度指數(shù)表現(xiàn)與2013年相同，由此可見耕地的面積雖然減少，但在研究區(qū)仍占有主導(dǎo)地位；園林地與水域的優(yōu)勢度都有增長，但園林地在2013年超過水域的優(yōu)勢度指數(shù)，成為繼耕地之后的主導(dǎo)地類；荒草地、住宅用地和其他建設(shè)用地的地類優(yōu)勢度指數(shù)均減少。

(3)對(duì)于景觀破碎度來說，景觀破碎化是由社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響超過自然活動(dòng)的影響導(dǎo)致的[18-19]。通過分析發(fā)現(xiàn)耕地、水域、園林地、荒草地和其他建設(shè)用地的景觀破碎度均減小，說明這幾類斑塊呈逐漸聚集狀態(tài)，而住宅用地由于搬遷與規(guī)劃在研究區(qū)范圍內(nèi)破碎度略有增加。

表4 2009年、2013年、2016年景觀指數(shù)

4 討論

研究區(qū)作為采煤塌陷地而生的新生濕地，一方面受人為過度開采煤礦導(dǎo)致的采煤塌陷地的影響，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，地表變形，耕地造成嚴(yán)重破壞，土壤環(huán)境改變，土壤養(yǎng)分流失嚴(yán)重，肥力下降[20]，礦區(qū)塌陷后形成大面積長期積水，濕地公園中的水域面積呈擴(kuò)大趨勢，同時(shí)由于不同地區(qū)塌陷程度不同，造成耕地、水域和園林地等斑塊形狀難以均勻規(guī)劃。另一方面因塌陷而形成新生濕地資源為合理整治采煤塌陷區(qū)和礦坑積水區(qū)、營造濕地自然生態(tài)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，為建設(shè)濕地公園提供了條件[21]。濕地公園的開發(fā)與建設(shè)要結(jié)合塌陷區(qū)現(xiàn)狀與演變趨勢進(jìn)行，通過計(jì)劃性的修復(fù)、補(bǔ)充耕地，發(fā)展?jié)竦亟?jīng)濟(jì)，遵循生態(tài)規(guī)劃完善公園建設(shè)，使耕地、水域和園林地面積增加，斑塊集聚程度增大，充分開發(fā)未利用地并安置搬遷村莊，合理配置住宅用地和生態(tài)用地比例，提高土地利用率，提高規(guī)劃布局的科學(xué)性。太平國家濕地公園將采煤塌陷的利與弊相結(jié)合，利用煤矸石填充部分塌陷區(qū)，營造景觀，變廢為寶[22]，并結(jié)合采煤塌陷地動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)[23]，合理開發(fā)利用新生濕地資源，加強(qiáng)與土地、園林、環(huán)保等相關(guān)部門的聯(lián)系[24]，實(shí)現(xiàn)其生態(tài)價(jià)值，為該地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)治理提供典范。

5 結(jié)論

(1)2009年、2013年與2016年這三年間，太平國家濕地公園中耕地在2009年和2013年為景觀格局的基質(zhì)，水域在2016年總面積超過耕地成為景觀格局的基質(zhì)。耕地、水域和園林地為研究區(qū)的主要地類，三種地類在2009年占研究區(qū)總面積的75.3%，2013年占88.9%，2016年占89.0%。景觀斑塊整體數(shù)量緩慢下降，其中荒草地，住宅用地下降明顯，轉(zhuǎn)移矩陣顯示耕地、住宅用地、荒草地正逐漸轉(zhuǎn)移為園林地和水域。

(2)斑塊數(shù)量、優(yōu)勢度、破碎度三個(gè)指標(biāo)在生態(tài)公園建設(shè)中變化明顯。其中荒草地、住宅用地斑塊數(shù)量下降明顯；耕地、園林地、住宅用地和水域的斑塊形狀逐漸變得復(fù)雜，荒草地的斑塊形狀逐漸變得均勻，其他建設(shè)用地沒有明顯變化；耕地面積逐漸雖然減少但一直處于主導(dǎo)地位，園林地和水域的面積逐漸增加，并且園林地在2016年超過水域成為次主導(dǎo)景觀，其他用地優(yōu)勢度均減少；耕地、水域、園林地、荒草地和其他建設(shè)用地的景觀破碎度均減小，斑塊逐漸聚集，而住宅用地破碎度指數(shù)略有增加。

研究區(qū)由于采煤塌陷地的逐漸擴(kuò)大，耕地傾斜，村莊搬遷，而水域的面積不斷增加，太平國家濕地公園的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)?shù)氐幕謴?fù)重建與景觀的合理利用，又為當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)建設(shè)做出了貢獻(xiàn)，同時(shí)警示人們開發(fā)與保護(hù)并舉的重要性，為因地制宜發(fā)揮景觀最大效益提供經(jīng)驗(yàn)做法。