葉晶萍,劉士余,*,盛 菲,劉 政,楊 敏,李 俊

1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院, 南昌 330045

2 江西省鄱陽(yáng)湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南昌 330045

土地利用/覆被變化是當(dāng)前土地變化科學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)和前沿問(wèn)題,也是導(dǎo)致景觀格局演變和生態(tài)系統(tǒng)變化的重要因素。經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展和人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的日益頻繁深刻地影響著下墊面的變化,使得景觀格局發(fā)生改變,同時(shí)也影響著生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)過(guò)程,最終導(dǎo)致水土流失、生態(tài)惡化和環(huán)境污染等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[1]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量土地利用變化、景觀格局演變和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究。呂樂(lè)婷等[2]分析了東江流域1990—2016年土地利用和景觀格局時(shí)空演變特征。結(jié)果表明,流域土地利用類(lèi)型的變化引起了景觀格局的改變,景觀破碎化和多樣性程度隨之增加。奚世軍等[3]的研究揭示,頻繁的人類(lèi)活動(dòng)會(huì)引起景觀結(jié)構(gòu)組分、功能及景觀類(lèi)型的演變,最終導(dǎo)致流域景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增高。涂小松等[4]探究了鄱陽(yáng)湖地區(qū)2000—2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值空間格局及其動(dòng)態(tài)演化特征。結(jié)果顯示,相對(duì)粗放的土地開(kāi)發(fā)利用會(huì)威脅到區(qū)域的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展。Watanabe[5]的研究顯示,土地利用變化過(guò)程會(huì)影響水文和碳相關(guān)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的產(chǎn)生。溫仲明等[6]對(duì)黃土丘陵區(qū)紙坊溝流域近60年來(lái)土地利用景觀變化的環(huán)境效應(yīng)研究發(fā)現(xiàn),流域環(huán)境與土地利用景觀變化密切相關(guān)。隨著林草植被占優(yōu)的景觀格局演變?yōu)槠赂卣純?yōu)的景觀格局,流域環(huán)境狀況逐步惡化。隨著后期流域治理工作的開(kāi)展,林草植被在景觀中優(yōu)勢(shì)度逐漸增加,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量也隨之得到恢復(fù)。Gao[7]在黃土丘陵區(qū)長(zhǎng)川流域的研究表明,優(yōu)化后的土地利用空間格局能夠有效起到減少土壤侵蝕、提高水資源利用效率和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用。

目前,相關(guān)研究多集中在土地利用和景觀格局的時(shí)空格局變化及驅(qū)動(dòng)力分析、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)對(duì)土地利用變化/景觀格局演變的響應(yīng)以及土地利用系統(tǒng)和生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系等方面,而土地利用變化引起的景觀格局演變和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究相對(duì)較少,值得進(jìn)一步深入探討。尋烏水流域?yàn)闁|江發(fā)源地和重要水源補(bǔ)給區(qū),生態(tài)地位十分重要。近幾十年來(lái),該流域景觀格局和生態(tài)環(huán)境變化十分顯著,但相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此,及時(shí)開(kāi)展其景觀格局演變和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)研究十分必要,研究成果可為流域的土地利用規(guī)劃、良好的生態(tài)格局建立和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供重要科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

尋烏水為珠江流域東江水系源頭,是東江水兩大主要水系之一,發(fā)源于尋烏縣三標(biāo)鄉(xiāng)椏髻缽山,自北向南流經(jīng)尋烏縣三標(biāo)、水源、澄江、吉潭、南橋、留車(chē)、文峰7鄉(xiāng)鎮(zhèn),出斗晏水庫(kù)下行120 m入廣東省境,主河道長(zhǎng)115.4 km,江西省境內(nèi)流域面積1841km2。尋烏水流域地勢(shì)呈東北、西北與東南高,向西南傾斜,地形似掇箕狀,中山、低山、丘陵、崗地呈階梯狀分布。土壤類(lèi)型主要有水稻土、潮土、紫色土、紅壤、山地黃壤和山地草甸土等6種,其中紅壤面積最大。植被類(lèi)型以馬尾松和杉木為主。流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候類(lèi)型,多年平均降水量約1600mm,多年平均氣溫18.9℃,年水面蒸發(fā)量1090 mm,年徑流量15.1億m3,懸移質(zhì)年輸沙量43.4萬(wàn)t。尋烏縣經(jīng)濟(jì)總量明顯擴(kuò)張,2015年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值558144萬(wàn)元。2015年末,尋烏縣常住人口為32.82萬(wàn)人。

水背水文站(115°40′39.6″E, 24°47′57.2″N)位于尋烏縣南橋鎮(zhèn),為尋烏水流域的主要控制站點(diǎn),本研究選取該水文站的控制范圍作為研究區(qū),其控制流域范圍約為987 km2,河長(zhǎng)86 km。

圖1 研究區(qū)地理位置及高程示意圖

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取及處理

本研究所需氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng),水文數(shù)據(jù)來(lái)源于江西省水文局,人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)從尋烏統(tǒng)計(jì)年鑒中獲取。遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)網(wǎng)站,選取3景Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)源,軌道號(hào)為121/43,影像獲取時(shí)間分別為1995-01-05(TM)、2005-01- 16(TM)和2015-02- 13(OLI/TIRS),如圖2所示。3期影像數(shù)據(jù)云量低,季相一致,質(zhì)量較好。

圖2 1995—2015年研究區(qū)遙感影像

遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程如下：①采用Envi 5.5.1遙感處理軟件對(duì)三景影像使用二次多項(xiàng)式和最鄰近像元法進(jìn)行幾何校正,使其均方根誤差小于0.5個(gè)像元以滿(mǎn)足精度要求；②對(duì)影像進(jìn)行輻射定標(biāo)操作,將DN 值轉(zhuǎn)換為傳感器處的反射率；③對(duì)輻射定標(biāo)后的影像進(jìn)行大氣校正,消除大氣和光照等因素對(duì)地物反射的影響；④利用流域邊界矢量數(shù)據(jù)裁剪提取出研究區(qū)內(nèi)多波段遙感圖像。⑤在綜合考慮遙感影像數(shù)據(jù)光譜信息和紋理特征的基礎(chǔ)上,運(yùn)用隨機(jī)森林算法將研究區(qū)土地利用類(lèi)型分為耕地、林地、園地、建設(shè)用地、水域和未利用地等6類(lèi)。分類(lèi)后的影像進(jìn)行分類(lèi)精度評(píng)估,Kappa系數(shù)均大于85%,滿(mǎn)足精度要求。

2.2 研究方法

2.2.1土地利用轉(zhuǎn)移分析

本文借助轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行土地利用類(lèi)型內(nèi)部轉(zhuǎn)移分析,轉(zhuǎn)移矩陣通用形式為[8]：

2.2.2景觀格局分析法

景觀格局分析對(duì)于研究景觀的生態(tài)過(guò)程和功能變化具有重要意義[9]。諸多景觀格局分析法中,景觀指數(shù)的應(yīng)用最為廣泛,景觀指數(shù)可以體現(xiàn)其結(jié)構(gòu)組成和空間配置等特征,能高度濃縮景觀格局信息。利用ArcGIS10.2的空間分析模塊將土地利用類(lèi)型圖轉(zhuǎn)換為Grid格式, 然后采用景觀格局分析軟件Fragstats4.2進(jìn)行各景觀組分的相關(guān)景觀指數(shù)計(jì)算。本文選取景觀面積比(PLAND)、斑塊密度(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、周長(zhǎng)面積分維數(shù)(PAFRAC)、斑塊凝聚度(COHESION)、香農(nóng)多樣性(SHDI)、景觀聚集度指數(shù)(CONTAG)以及修正Simpson均勻度指數(shù)(MSIEI),以上指標(biāo)可以反映各景觀類(lèi)型面積占比、形狀復(fù)雜度、破碎度和異質(zhì)性等,各景觀格局指數(shù)計(jì)算公式和意義可參閱相關(guān)文獻(xiàn)[10- 11]。

2.2.3遙感生態(tài)指數(shù)(RESI)

隨著3S技術(shù)的不斷發(fā)展,諸多學(xué)者在生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中引入基于遙感反演的生態(tài)環(huán)境指標(biāo),不斷地改進(jìn)和發(fā)展著生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的指標(biāo)和方法[12- 13]。2013年徐涵秋首次提出的新型遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)[14-16]可完全依靠遙感技術(shù),具有資料獲取方便、適用性強(qiáng)、受人為影響較小及研究結(jié)果更具客觀性和科學(xué)性的優(yōu)點(diǎn)。許多學(xué)者應(yīng)用該方法在流域[17]、濕地[18]、城市[19- 22]、自然保護(hù)區(qū)[23]和農(nóng)牧交錯(cuò)帶[24]開(kāi)展過(guò)研究。

遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)通過(guò)主成分分析技術(shù)耦合了濕度(WET)、綠度(NDVI)、溫度(LST)和干度(NDSI)等4個(gè)生態(tài)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。濕度指標(biāo)選取經(jīng)過(guò)纓帽變換的濕度分量來(lái)表示；綠度指標(biāo)選取應(yīng)用最廣泛的歸一化植被指數(shù)代表；干度指標(biāo)采用建筑指數(shù)(IBI)和土壤指數(shù)(SI)兩者相結(jié)合生成的“建筑-裸土指數(shù)”來(lái)表示；熱度指標(biāo)采用地表溫度表示,先從Landsat用戶(hù)手冊(cè)的模型計(jì)算亮度溫度,再通過(guò)比輻射率校正計(jì)算而得。由于4個(gè)指標(biāo)的量綱不一致,先對(duì)4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行歸一化,使其結(jié)果映射到[0,1]區(qū)間。對(duì)歸一化處理的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,通過(guò)主成分變換的結(jié)果構(gòu)建原始的生態(tài)指數(shù)RSEI0,公式為RSEI0=PC [f(WET, NDVI, NDSI, LST)]。為便于指標(biāo)的度量與比較,對(duì)RSEI0進(jìn)行歸一化處理,最終得到遙感生態(tài)指數(shù)RSEI,其值介于[0,1]之間,RSEI值越大,代表生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好,反之則生態(tài)差。為進(jìn)一步對(duì)RSEI進(jìn)行定量化和可視化分析,將各年份的RSEI指數(shù)以0.2為間隔,劃分為優(yōu)、良、中等、較差、差5個(gè)等級(jí)。遙感生態(tài)指數(shù)RSEI計(jì)算流程詳見(jiàn)圖3。

圖3 RSEI指數(shù)計(jì)算流程圖

3 結(jié)果分析

3.1 土地利用變化特征

從流域的總體土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)變化過(guò)程可知,園地用地比例快速增加,由2.34%增加至42.48%,自2005年之后,上升趨勢(shì)趨緩；林地用地比例持續(xù)大幅下降,自2005年之后,下降趨勢(shì)漸緩,林地是園地?cái)U(kuò)張的主要來(lái)源；建設(shè)用地增速相對(duì)較快,建設(shè)用地總量漲幅近2%,且2005年之后的增速較前一段更快；耕地、未利用地比例出現(xiàn)小幅下降,且自2005年之后有加劇趨勢(shì),水域面積小幅下降后又波動(dòng)上升,總體相對(duì)穩(wěn)定?？偠灾?1995—2015年尋烏水流域土地利用變化極其顯著,整體處于不平衡態(tài),以林地、耕地轉(zhuǎn)出與園地轉(zhuǎn)入為主要變化形式,前十年土地利用變化趨勢(shì)比后十年的更劇烈。

表1 1995 —2015年尋烏水流域土地利用類(lèi)型總體構(gòu)成及變化

經(jīng)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算(表2),尋烏水流域1995—2015年期間各類(lèi)土地利用類(lèi)型都有轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出,且類(lèi)型間相對(duì)轉(zhuǎn)移量比較大。按絕對(duì)量計(jì)算,土地利用轉(zhuǎn)出面積最多的是林地34697.74hm2,其次是耕地8650.96 hm2,最少的是建設(shè)用地57.98 hm2,轉(zhuǎn)出面積大小排序?yàn)椋毫值?耕地>未利用地>水域>園地>建設(shè)用地。轉(zhuǎn)入面積最大的為園地39651.52hm2,其次是建設(shè)用地1785.38 hm2,最少的水域310.77 hm2,轉(zhuǎn)入面積大小排序?yàn)椋簣@地>建設(shè)用地>林地>耕地>未利用地>水域。

表2 1995—2015年尋烏水流域土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣

3.2 景觀格局變化特征

3.2.1類(lèi)型水平上景觀格局變化特征

由圖4可知,在類(lèi)型水平上,各土地利用類(lèi)型的景觀指數(shù)呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。從1995—2015年的景觀百分比數(shù)據(jù)來(lái)看,林地景觀組分對(duì)流域的控制作用減弱,由1995年的79.04%減少到2015年的45.13%,后期園地也成為了流域的優(yōu)勢(shì)景觀組分。流域中耕地的斑塊密度相對(duì)較高,未利用地則呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì),園地和建設(shè)用地在2005年前后呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì),而林地和水域則呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì),表明流域內(nèi)景觀生態(tài)過(guò)程較活躍。從景觀形狀指數(shù)變化趨勢(shì)可知,耕地、園地的景觀形狀指數(shù)較大且總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),林地和建設(shè)用地呈現(xiàn)增加趨勢(shì)且增速較快,未利用地和水域的景觀形狀指數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)。周長(zhǎng)-面積分維數(shù)理論值范圍為[1,2],值越大代表景觀形態(tài)越復(fù)雜,值越接近1.5代表景觀類(lèi)型處于越不穩(wěn)定的狀態(tài)。從1995—2015年的周長(zhǎng)-面積分維數(shù)變化趨勢(shì)可知,各景觀類(lèi)型的周長(zhǎng)-面積分維數(shù)值較接近,均介于[1.2—1.5]區(qū)間內(nèi),耕地、林地、未利用地周長(zhǎng)-面積分維數(shù)值呈現(xiàn)下降趨勢(shì),表明其景觀形態(tài)呈現(xiàn)簡(jiǎn)單化趨勢(shì),且越來(lái)越趨于穩(wěn)定,建設(shè)用地、園地和水域景觀形態(tài)越來(lái)越復(fù)雜,且處于不穩(wěn)定狀態(tài)。從1995—2015年的斑塊凝聚度變化趨勢(shì)可知,各景觀類(lèi)型的空間凝聚度指數(shù)都較大,表明流域內(nèi)各景觀類(lèi)型的團(tuán)聚程度較高。其中耕地、林地、園地最高,建設(shè)用地、未利用地次之,水域空間連通性最小。

圖4 尋烏水流域類(lèi)型水平、景觀水平上景觀格局指數(shù)變化特征

3.2.2景觀水平上景觀格局變化特征

由圖4可知,1995—2015年期間,流域的景觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。尋烏水流域的香農(nóng)多樣性指數(shù)總體上呈現(xiàn)增加趨勢(shì),表明流域景觀類(lèi)型所占比例差異呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。流域的修正Simpon均勻度指數(shù)不高,但呈上升趨勢(shì),表明流域不同景觀斑塊分布均勻程度不高,各景觀斑塊之間差異較大。1995年以來(lái)流域聚集度指數(shù)呈減少趨勢(shì),說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)多元景觀聚集程度一般,但景觀異質(zhì)性有所增強(qiáng),破碎化程度有所升高。流域的景觀結(jié)構(gòu)變化在1995—2005年期間變化幅度更顯著,2005—2015年期間變化幅度更小,更加趨于穩(wěn)定。

3.3 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.3.1遙感生態(tài)指數(shù)(RSEI)構(gòu)建

本研究通過(guò)主成分分析技術(shù)集成綠度、濕度、干度和溫度4個(gè)指標(biāo),以單一變量耦合多個(gè)指標(biāo),根據(jù)各指標(biāo)對(duì)主成分的貢獻(xiàn)率來(lái)客觀地確定權(quán)重。先將各期標(biāo)準(zhǔn)化后的各指標(biāo)進(jìn)行波段合成,然后對(duì)合成后的圖像進(jìn)行主成分變換,得到各指標(biāo)主成分分析結(jié)果。

由表3可知：①1995—2015年,3個(gè)時(shí)期各指標(biāo)的第一主成分貢獻(xiàn)率分別達(dá)到65.08%、80.56%和81.55%,說(shuō)明第一主成分已集中了4個(gè)指標(biāo)的大部分特征,且3個(gè)時(shí)期濕度的系數(shù)均為最大,說(shuō)明濕度對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響最大；②第一主成分中,濕度(WET)和綠度(NDVI)呈正值,說(shuō)明它們對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量起到正面作用；反之,代表熱度的LST和代表干度的NDSI對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響是負(fù)面的。③除第一主成分之外,其他主成分的符號(hào)和大小不穩(wěn)定,難以解釋生態(tài)現(xiàn)象。因此使用第一主成分構(gòu)建RSEI。

3.3.2尋烏水流域生態(tài)環(huán)境時(shí)空變化分析

從3期遙感生態(tài)指數(shù)圖(圖5)相比較來(lái)看,相較于1995年,2005年紅色區(qū)域(生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差)明顯增加,再到2015年,研究區(qū)中部生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯得到改善,大部分紅色區(qū)域已經(jīng)被橙黃色和黃色所替代。同時(shí),研究區(qū)深綠色區(qū)域(生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu))也有所增加。

圖5 尋烏水流域遙感生態(tài)指數(shù)圖

由表4可知,RSEI均值由1995年的0.550下降到2005年的0.544,下降了1.09%；再由2005年的0.544增加到2015年的0.554,增加了1.84%。尋烏水流域的遙感生態(tài)指數(shù)呈現(xiàn)出先下降再上升的特征,說(shuō)明其生態(tài)環(huán)境變差后又有所改善。

表4 各年份4個(gè)指標(biāo)和遙感生態(tài)指數(shù)RSEI的均值變化

經(jīng)統(tǒng)計(jì)(表5),尋烏水流域生態(tài)狀況為優(yōu)、良面積占比由1995年的47.40%降至2005年的47.33%再降至2015年的45.13%,20年間共下降2.27%,下降幅度不大；與此同時(shí),研究區(qū)生態(tài)狀況為較差、差的區(qū)域占比由1995年的28.83%上升到2005年35.15%再到2015年的35.09%,20年間共上升6.26%,這都說(shuō)明了流域20年間的生態(tài)狀況總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。同時(shí),尋烏水流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)的面積占比明顯增多,由1995年的19.80%到2005年的25.65%再到2015年的28.06%。

表5 研究區(qū)1995—2015年期間各RSEI等級(jí)面積統(tǒng)計(jì)

3.3.3生態(tài)環(huán)境變化歸因分析

生態(tài)環(huán)境是在自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的綜合作用下變化的。以濕度、綠度、干度和熱度4個(gè)指標(biāo)耦合的生態(tài)指數(shù)可較好地反映尋烏水流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。

(1)自然因素對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響

研究時(shí)段內(nèi),與生態(tài)環(huán)境呈正相關(guān)的濕度與生態(tài)環(huán)境呈負(fù)相關(guān)的溫度對(duì)流域的遙感生態(tài)環(huán)境指數(shù)(RSEI)的貢獻(xiàn)率最大。從年降水量和年均氣溫變化特征可以看出,尋烏水流域1995—2015年期間年降水和年均氣溫均呈下降趨勢(shì)。從年徑流變化特征可以看出,徑流深呈上升趨勢(shì),一定程度上增加了研究區(qū)的水汽含量,提高了土壤濕度。這與表4中各年份濕度、熱度指標(biāo)的RSEI均值變化趨勢(shì)是一致的。

圖6 尋烏水流域年降水量、年均氣溫和年徑流深變化趨勢(shì)

(2)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境變化的影響

研究表明,經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平都有可能影響到生態(tài)環(huán)境的變化[26]。尋烏縣是名副其實(shí)的果業(yè)大縣和果業(yè)強(qiáng)縣,自20世紀(jì)90年代以來(lái),尋烏果業(yè)大開(kāi)發(fā),果園規(guī)模擴(kuò)張速度極快,率先在全省實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)人口人均果園0.13hm2。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示[27],1995年、2005年和2015年尋烏縣的果業(yè)總產(chǎn)值分別為0.50億元、4.56億元和16.62億元。果業(yè)總產(chǎn)值更是一度超過(guò)糧食總產(chǎn)值,成為縣城潛力最大、分量最重的第一支柱產(chǎn)業(yè)。諸多研究表明,單位面積林地在氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、保土固碳、生物多樣性保護(hù)等方面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于園地[28-30]。研究期間內(nèi)尋烏水流域的大量林地轉(zhuǎn)換為園地,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量都會(huì)大大降低。

與此同時(shí),尋烏水流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)的面積占比越來(lái)越多,由1995年的19.80%提高至2015年的28.06%,從圖5中可以看出,深綠色區(qū)域(生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu))面積明顯增加,這些區(qū)域多為林地,這與尋烏縣政府所做的一系列生態(tài)環(huán)保舉措有著密不可分的聯(lián)系。尋烏縣先后出臺(tái)實(shí)施了關(guān)于生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的“十五”、“十一五”和“十二五”規(guī)劃和《尋烏縣生態(tài)縣建設(shè)規(guī)劃(2011—2020)》,并取得了一定的成效。經(jīng)統(tǒng)計(jì),全縣近年來(lái)共完成造林面積10323.9hm2,建設(shè)珠江防護(hù)林2160 hm2,退耕還林1666.7 hm2,退果還林400.9hm2,礦山治理及生態(tài)修復(fù)面積達(dá)14km2。這些環(huán)保舉措都為尋烏水流域的生態(tài)修復(fù)做出了巨大貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本文通過(guò)獲取1995、2005和2015年三期影像,首先通過(guò)遙感解譯得到相應(yīng)的土地利用數(shù)據(jù),再通過(guò)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣模型分析出土地利用動(dòng)態(tài)變化特征,同時(shí)利用景觀格局分析法計(jì)算類(lèi)型水平和景觀水平上景觀格局指數(shù),得到流域景觀格局演變特征,最后利用RSEI對(duì)尋烏水流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。主要結(jié)論如下：

(1)1995—2015年期間,園地(增加40.14%)和林地(減少33.91%)面積占比變化幅度最大,耕地(減少7.38%)其次,水域(減少0.1%)變化幅度最小。研究時(shí)段內(nèi)園地“漲勢(shì)”和林地“落勢(shì)”十分明顯,建設(shè)用地增速相對(duì)較快,耕地和未利用地呈小幅下降趨勢(shì)。豐富的山地資源和獨(dú)特的氣候?yàn)閷豕麡I(yè)的發(fā)展提供了優(yōu)越的自然條件。自90年代以來(lái),尋烏果園規(guī)模迅速擴(kuò)張,這也是尋烏水流域土地利用變化顯著且處于單向轉(zhuǎn)換的不平衡狀態(tài)的原因。

(2)景觀水平上,流域的香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、修正Simpon均勻度指數(shù)(MSIEI)分別由1995年的0.7083、0.2423上升至2015年的1.114、0.5247,說(shuō)明斑塊類(lèi)型趨于多樣化,景觀豐富度在增加,各景觀類(lèi)型占比趨于均衡化,作為優(yōu)勢(shì)景觀的林地對(duì)流域的控制作用減小,景觀異質(zhì)性增強(qiáng)。景觀聚集度指數(shù)(CONTAG)由1995年的72.93下降到2015年的58.13,說(shuō)明其景觀連通性變差,景觀破碎化程度提高。可知,近20年來(lái)尋烏水流域土地利用變化深刻地影響著景觀格局。

(3)尋烏水流域1995、2005和2015年RSEI均值分別為0.554、0.544和0.550,呈先下降后上升趨勢(shì),說(shuō)明生態(tài)環(huán)境狀況惡化后得到改善。尋烏果業(yè)發(fā)展引起的園地快速擴(kuò)張對(duì)林地的占用是生態(tài)環(huán)境惡化的主因,后期退果(耕)還林、保護(hù)生態(tài)林及植樹(shù)造林等是生態(tài)環(huán)境改善的主因。

4.2 討論

土地利用變化蘊(yùn)含著大量人類(lèi)活動(dòng)的信息,通過(guò)改變景觀格局和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及生態(tài)過(guò)程直接影響生態(tài)環(huán)境狀況,是景觀格局演變和生態(tài)環(huán)境變化的重要驅(qū)動(dòng)力[31- 32]。井云清等[33]在艾比湖濕地的研究表明,當(dāng)土地利用/覆被變化對(duì)生態(tài)環(huán)境改善的貢獻(xiàn)率高于對(duì)生態(tài)環(huán)境惡化的貢獻(xiàn)率時(shí),生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有一定的提高,反之降低。即流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況是惡化和改善兩種趨勢(shì)相互抵消后的結(jié)果。這與本文尋烏水流域生態(tài)環(huán)境惡化后得到改善、但其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體上呈下降趨勢(shì)的研究結(jié)果相吻合。

陳萬(wàn)旭等[34- 35]的研究顯示,土地利用程度對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)影響力顯著高于其他因子,土地利用變化是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能變化的直接原因。毀林開(kāi)荒及建設(shè)用地占用林地和耕地是導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能惡化的重要原因,退耕還林是生態(tài)系統(tǒng)功能改善的主要原因。歐維新等[36]的研究表明,土地利用變化是生態(tài)系統(tǒng)健康時(shí)空演變的主導(dǎo)因子,且林地和水域?qū)S持生態(tài)系統(tǒng)健康起著決定性作用。這與尋烏水流域土地利用變化深刻地影響著景觀格局和生態(tài)環(huán)境狀況的研究結(jié)果相一致。