邸曉慧，蘇英慧，明 弘，周寶同,*

(1.西南大學 地理科學學院，重慶 400715；2.重慶市盛地土地經(jīng)濟研究院，重慶 400000)

景觀格局是指空間上大小、形狀各異的景觀斑塊的分布，是生態(tài)系統(tǒng)受到不同程度作用而產(chǎn)生的結(jié)果[1-2]。景觀的穩(wěn)定對維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用，是保持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務功能穩(wěn)定和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[3]。近年來，人類活動對土地利用的干擾日益深刻，目前已有許多生態(tài)學家認識到，適度的干擾不僅對生態(tài)系統(tǒng)無害，而且可以促進生態(tài)系統(tǒng)的演化和更新，有利于生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，但過度干擾會破壞原來景觀系統(tǒng)的特征和生態(tài)功能[4]。因此研究景觀干擾度對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要的現(xiàn)實意義。

目前對景觀干擾的研究主要通過景觀指數(shù)的計算進行定量研究和定性分析。人為干擾與景觀格局變化響應機理分析已成為地理學和景觀生態(tài)學研究領(lǐng)域的國際熱點，被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境和城市等諸多領(lǐng)域的生態(tài)評價研究[5]。汪晶等[6]對福建將樂林場栲類次生林干擾進行評價，發(fā)現(xiàn)將樂林場栲類次生林主要處于輕度干擾和幾無干擾狀態(tài)，與干擾度相關(guān)性較大的指標是人為干擾指標和系統(tǒng)活力指標。郭少壯等[7]研究了在時間序列上，地區(qū)景觀格局變化與人為干擾的關(guān)系，結(jié)果表明人為干擾是引起地區(qū)景觀格局變化的關(guān)鍵因素，這種影響還在逐漸增加。此外，伍斌等[8]從緩沖區(qū)的角度研究了安順市景觀格局在空間梯度上的變化，表明安順市建成區(qū)外部緩沖帶景觀多樣性逐漸豐富，受人為干擾強度弱化。蘇琪嬌等[9]研究了喀斯特山區(qū)不同巖性分區(qū)下的景觀生態(tài)質(zhì)量差異，發(fā)現(xiàn)利用景觀穩(wěn)定程度和干擾程度能較好地反映不同巖性分區(qū)的人為活動對景觀生態(tài)質(zhì)量變化的影響模式。

重慶市江津區(qū)屬于丘陵城市，具有土地利用條件復雜、生態(tài)環(huán)境脆弱、自然災害頻發(fā)、人地關(guān)系緊張的特點[10]。近幾十年來，在西部大開發(fā)、退耕還林草、水土流失治理等一系列復雜的人類活動干擾下，江津區(qū)土地利用景觀受到重大影響。盡管已有學者關(guān)注了土地利用景觀格局及景觀風險[11-13]，地形因子對景觀的影響也有涉及[14-16]，但強烈的人類干擾下土地利用景觀干擾度在不同土地功能區(qū)的分布規(guī)律還有待進一步探討。本研究以江津區(qū)3個土地利用分區(qū)為單元，研究各個分區(qū)景觀干擾度時空分異特征及不同坡度下景觀干擾度的分布，進一步識別干擾度與坡度間的關(guān)聯(lián)性，以期為江津區(qū)土地綜合整治提供有價值的信息。

1 研究區(qū)概況

江津區(qū)地處重慶市西南部(圖1)，地理坐標28°28′-29°28′N，105°49′-106°38′E，面積321 800 hm2。研究區(qū)地勢南北高、中間低，長江自西南向東北橫貫中北部，其兩側(cè)地勢均向江面傾斜；全區(qū)最高點為四面山，海拔1 709.4 m，最低點在珞璜鎮(zhèn)石家溝的長江邊，海拔179.2 m，地勢高差為1 530.2 m[13]。境內(nèi)山地占土地總面積的31.8%，丘陵占65.1%，河谷平壩階地占3.1%，地貌以山地和丘陵為主[17]；研究區(qū)為亞熱帶季風氣候，夏熱冬暖，年均溫18.4℃，年均降水量1 001.2 mm。江津區(qū)下轄4個街道25個鎮(zhèn)，常住人口138.7萬人；2018年地區(qū)生產(chǎn)總值達902.3億元，全區(qū)規(guī)模以上工業(yè)生產(chǎn)總值1 313億元，雙福、德感工業(yè)園成為全市產(chǎn)業(yè)示范園。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of the study area

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

土地利用數(shù)據(jù)來源于江津區(qū)2007、2010、2015、2018年遙感影像(30 m×30 m)，高程數(shù)據(jù)來源于地理空間云平臺GDEMDEM，分辨率為30 m。通過對土地利用數(shù)據(jù)的分析、校對與歸并，將江津區(qū)土地利用類型分為6類：耕地、建設(shè)用地、林地、水域、草地和未利用地，整理得到江津區(qū)2007、2010、2015、2018年土地利用景觀類型圖(圖2)。

圖2 江津區(qū)2007、2010、2015、2018年景觀類型空間分布Fig.2 The spatial distribution of the landscape types of Jiangjin district in 2007,2010,2015 and 2018

2.2 研究方法

2.2.1 景觀干擾度計算 景觀干擾度用來反映不同景觀所代表的生態(tài)系統(tǒng)受到干擾(主要是人類活動)的程度[18]。借鑒高賓等[18]、王娟等[19]研究成果，采用與景觀干擾密切相關(guān)的景觀類型破碎度指數(shù)、分維度倒數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)3種指數(shù)作為基礎(chǔ)指標，結(jié)合權(quán)重，構(gòu)建景觀干擾度指數(shù)公式[20]:

Ui=xFNi+yFDi+zFIi

(1)

式中，Ui為景觀i的景觀干擾度，F(xiàn)Ni為景觀i的破碎度指數(shù)，F(xiàn)Di為景觀i的分維度倒數(shù)，F(xiàn)Ii為景觀i的優(yōu)勢度指數(shù)。x、y、z為權(quán)重，此處的權(quán)重反映了各指數(shù)對景觀所代表的生態(tài)環(huán)境的影響程度，本研究參考王娟等[21]、傅微等[22]、趙越等[23]的研究成果，結(jié)合研究區(qū)實際情況，綜合分析各景觀指數(shù)對生態(tài)環(huán)境貢獻的大小，認為破碎度指數(shù)最重要，其次為分維度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)，最終將破碎度指數(shù)、分維度倒數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)的權(quán)重分別設(shè)定為0.5、0.3和0.2。

破碎度在一定程度上反映了人類對景觀的干擾程度，它是景觀由單一、均質(zhì)和連續(xù)的整體趨向于復雜、異質(zhì)和不連續(xù)的斑塊鑲嵌體的過程[24]，公式如下：

FNi=Ni/Ai

(2)

式中,Ni代表景觀i的斑塊數(shù)量，Ai為景觀i的斑塊面積。

景觀分維度用來描述斑塊形狀的復雜程度，取值范圍1～2，值越小，表明斑塊形狀越單一，受人為干預的程度越大[24]，公式如下：

(3)

(4)

式中，F(xiàn)RAC_MN為平均斑塊分維度，pij為景觀斑塊ij的周長，aij為斑塊ij的面積，N為全部景觀的斑塊總數(shù)。

景觀優(yōu)勢度反映一種或幾種景觀要素支配景觀格局的程度[18]，公式如下：

FIi=0.25×(ni/N+mi/M)+0.5×Ai/A

(5)

式中,ni為景觀i的斑塊數(shù)量,mi為景觀i出現(xiàn)的格網(wǎng)數(shù)，M為格網(wǎng)總數(shù)，A為全部景觀總面積，

由景觀指數(shù)計算軟件Fragstats 4.2對研究區(qū)域提取3個斑塊類型尺度的指標:斑塊類型面積(CA)、斑塊數(shù)(NP)及分維度(FRAC_MN)，3個景觀尺度的指標:景觀總面積(TA)、斑塊總數(shù)(NP)、優(yōu)勢度指數(shù)(SIDI)，利用上述公式進行景觀干擾度計算。

2.2.2 空間分析方法 根據(jù)研究區(qū)面積和網(wǎng)格劃分的工作量，將研究區(qū)各年景觀類型分布矢量圖均劃分出178個5 km×5 km的正方形網(wǎng)格，計算每一網(wǎng)格的景觀干擾度，在ArcGIS中利用反距離權(quán)重法進行插值處理，得到江津區(qū)各年景觀干擾度的空間分布圖。對每個網(wǎng)格2007年和2018年景觀格局干擾度做差，求得每個網(wǎng)格2007-2018年景觀格干擾度變化，利用同樣的插值方法得到江津區(qū)景觀干擾度變化的空間分布圖。

2.2.3 土地利用功能分區(qū) 江津區(qū)北部多淺丘，地勢相對平緩，區(qū)域內(nèi)以城鎮(zhèn)發(fā)展為主，建設(shè)用地分布較為廣泛；江津區(qū)中部以中高丘平地為主，主要發(fā)展農(nóng)業(yè)，分布有大片農(nóng)田；江津區(qū)南部以山地為主，主要發(fā)展生態(tài)旅游業(yè)。禹洋春等[25]采用聚類分析的方法，根據(jù)聚類結(jié)果兼顧區(qū)域連續(xù)性及江津區(qū)今后社會經(jīng)濟發(fā)展，將該區(qū)分為3個綜合分區(qū)。本研究參考前人研究，結(jié)合江津區(qū)土地利用規(guī)劃，將江津區(qū)土地利用分為3大分區(qū)(圖3)，即北部城鎮(zhèn)高度發(fā)展區(qū)、中部傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)和南部農(nóng)林生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，基于這3個分區(qū)對江津區(qū)景觀干擾度進行分析。

圖3 江津區(qū)土地利用功能分區(qū)Fig.3 The land use function zoning of Jiangjin district

2.2.4 基于坡度的景觀干擾度分區(qū)研究 利用ArcGIS 10.2的空間分析工具提取江津區(qū)坡度信息，參考《第二次全國土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，將江津區(qū)坡度劃分為5級：S≤2°、2°25°，最終得到江津區(qū)坡度分級圖(圖4)。將坡度分級圖與各年份景觀干擾度空間分布圖疊加，取各年份景觀干擾度均值代表該區(qū)的景觀干擾度，最終得到3個分區(qū)不同坡度景觀干擾度的分布情況。

圖4 江津區(qū)坡度分級Fig.4 Picture of gradient classification of Jiangjin district

3 結(jié)果與分析

3.1 江津區(qū)土地利用景觀變化

從江津區(qū)景觀類型水平指數(shù)變化可知(表1)，耕地、林地是江津區(qū)主要景觀類型。2007-2010年耕地、林地CA減小，其余地類CA呈增加趨勢，其中建設(shè)用地增加幅度最大；建設(shè)用地、耕地、水域、未利用地NP均增加，而林地、草地NP減少。2010-2015年，耕地、建設(shè)用地和未利用地CA增加，而其余地類均減少，林地和草地NP增加，耕地、建設(shè)用地、水域和未利用地呈減少趨勢。2015-2018年間，林地、建設(shè)用地CA增加，水域、耕地、草地和未利用地CA減小，耕地、林地和草地NP有所增加，建設(shè)用地、水域、未利用地NP減少。

表1 江津區(qū)景觀類型水平景觀指數(shù)變化Table 1 Changes of landscape index in type level of Jiangjin district

3.2 江津區(qū)土地利用景觀干擾度構(gòu)成指標變化

江津區(qū)各地類景觀干擾度構(gòu)成指標變化情況見表2，耕地2007-2010年破碎度指數(shù)增加，2010-2018年減小，分維度倒數(shù)持續(xù)減小，優(yōu)勢度指數(shù)先減小后增大；建設(shè)用地破碎度先增加后減小，分維度倒數(shù)維持在0.97，變化不大，優(yōu)勢度持續(xù)增加；林地破碎度2007-2010年減小，2010-0018年增加，分維度倒數(shù)2007-2015年減小，2015-2018緩慢增加，優(yōu)勢度持續(xù)降低；水域破碎度和優(yōu)勢度在2007-2010年增加，2010年后開始降低，分維度倒數(shù)持續(xù)減小；草地2007-2018年破碎度與優(yōu)勢度均持續(xù)降低；未利用地破碎度、分維度倒數(shù)和優(yōu)勢度在2007-2010年增加，2010年之后降低。相較于其他地類景觀，建設(shè)用地和耕地景觀的3個指標指數(shù)變化幅度較大。

表2 江津區(qū)景觀干擾度構(gòu)成指標變化Table 2 Changes of component indicators of landscape disturbance degree in Jiangjin district

3.3 江津區(qū)土地利用景觀干擾度時空變化

3.3.1 景觀干擾度時間變化 江津區(qū)2007、2010、2015、2018年各景觀類型干擾度見表3，由表3可知，建設(shè)用地、水域和未利用地景觀干擾度偏高且變化較突出，耕地、林地和草地的景觀干擾度偏低且變化幅度較小。2007-2010年，耕地、水域、林地和未利用地干擾度增加，建設(shè)用地、草地干擾度降低；2010-2015年，建設(shè)用地干擾度顯著增加，耕地和草地干擾度略有增加，水域和未利用地干擾度轉(zhuǎn)而降低；2015-2018年，各景觀類型干擾度變化相對前2個階段較小，建設(shè)用地、耕地和未利用地干擾度降低，林地、水域、草地干擾度基本不變。

表3 江津區(qū)景觀干擾度變化Table 3 Changes of landscape disturbance degree of Jiangjin district

3.3.2 景觀干擾度空間變化 根據(jù)各年份干擾度指數(shù)的范圍并參考前人研究[11]，對江津區(qū)景觀干擾度進行分級：U≤0.5為極低干擾度，0.52為高干擾度。

由圖5可知，總體上景觀干擾度Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)，2007年的景觀干擾度總體由北向南減小，景觀干擾度高值區(qū)主要分布在Ⅰ區(qū)的幾江街道、鼎山街道和支坪鎮(zhèn)，低值區(qū)主要分布在Ⅲ區(qū)；2010年景觀干擾度高值區(qū)轉(zhuǎn)移到Ⅱ區(qū)，低值區(qū)主要分布在Ⅲ區(qū)，高干擾度主要位于西南部的石蟆鎮(zhèn)、白沙鎮(zhèn)、石門鎮(zhèn)，面積增大。2015年江津區(qū)景觀干擾度由中心向南北方向輻射遞減，景觀干擾度高值區(qū)主要位于Ⅱ區(qū)中部，低值區(qū)依舊分布在Ⅲ區(qū)，中、高干擾度范圍明顯擴大，極低、低干擾度范圍顯著縮減。2018年干擾度分布格局與2015年相似，景觀干擾度高值區(qū)位于Ⅱ區(qū)，低值區(qū)主要位于Ⅲ區(qū)，但高干擾度面積較2015年有所減小?？梢钥闯觯?015年是景觀干擾度變化的轉(zhuǎn)折點，2007-2010年江津區(qū)大部分地區(qū)屬于低干擾度和極低干擾度，景觀干擾度水平較低。2015-2018年大部分地區(qū)屬于中、高干擾度，景觀干擾度水平較高，但2018年較2015年中、高景觀干擾度范圍減小，景觀干擾度水平有下降趨勢。

圖5 江津區(qū)景觀干擾度空間格局Fig.5 Spatial pattern of landscape disturbance degree in Jiangjin district

江津區(qū)干擾度變化空間分布情況見圖6，2007-2018年，景觀干擾度變化:Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)。北部城鎮(zhèn)高度發(fā)展區(qū)的大部分區(qū)域景觀干擾度變化較大，特別在德感街道、幾江街道、支坪鎮(zhèn)、珞璜鎮(zhèn)，景觀干擾度變化最大；中部傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)大部分地方干擾度變化較北部小，越往南部，變化越??；南部農(nóng)林生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)主要以自然景觀為主，景觀干擾度變化最小，四面山景區(qū)景觀干擾度變化<0.4。

圖6 江津區(qū)景觀干擾度變化空間格局Fig.6 Spatial pattern of changes on landscape disturbance degree in Jiangjin district

3.4 不同坡度條件下景觀干擾度變化

一般坡度小的地區(qū)適合人類開展生產(chǎn)活動，人類對景觀的干擾較強，坡度大的地區(qū)開發(fā)利用難度相對較大，人為干擾程度較低[26]。江津區(qū)屬于典型丘陵區(qū)，土地利用效率高，地形因子是影響丘陵區(qū)景觀類型分布的關(guān)鍵因素[12]，而坡度是表征地形的重要指標，因此加入坡度因素，分析不同坡度等級下景觀干擾度分布情況，從多角度對江津區(qū)景觀干擾度進行研究。

江津區(qū)各分區(qū)不同坡度下的干擾度見表4，Ⅰ區(qū)即北部城鎮(zhèn)高度發(fā)展區(qū)，在S≤15°范圍內(nèi)，低干擾度和中干擾度均占優(yōu)勢地位，占該區(qū)面積的總比例達55.21%，15°25°范圍內(nèi)，各等級干擾度所占面積均較小，中干擾度面積相對較大。Ⅱ區(qū)即中部傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)，S≤15°的坡度范圍內(nèi)，低干擾度占絕對優(yōu)勢，總比例高達50.83%，中干擾度面積占比次之，S>15°范圍內(nèi)，各等級干擾度所占面積均顯著減小，但仍以低干擾度為主。Ⅲ區(qū)即南部農(nóng)林生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，S≤2°的面積明顯較前2個分區(qū)小，2°

表4 江津區(qū)不同坡度下景觀干擾度等級Table 4 Level of landscape disturbance degree under different slopes in Jiangjin district

綜上，低干擾度在各坡度范圍內(nèi)面積占比均較大，在Ⅱ區(qū)優(yōu)勢地位更突出；中干擾度在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的面積占比均接近30%，在S≤15°的范圍內(nèi)優(yōu)勢地位更明顯；高干擾度在Ⅰ區(qū)2°

4 結(jié)論與討論

耕地和林地是江津區(qū)主要景觀類型，2007-2018年建設(shè)用地、林地和水域總體上破碎化加劇，耕地、草地、未利用地破碎程度減小。

2007-2018年江津區(qū)景觀干擾度先增加后減小，2015年是景觀干擾度變化的轉(zhuǎn)折點，2007-2015年江津區(qū)迫于發(fā)展經(jīng)濟的壓力，人類活動強度大，景觀變得破碎，景觀干擾度呈增加趨勢。2015年以來，生態(tài)文明建設(shè)取得顯著成果，景觀破碎度降低，景觀干擾度呈下降趨勢。

研究期內(nèi)景觀干擾度總體上Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)，干擾度變化也表現(xiàn)為Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)。Ⅰ區(qū)為中心城區(qū)和工業(yè)園區(qū)所在地，發(fā)展較快，以低、中干擾度為主，面積總比例達67.65%，高干擾度占比較Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)大，Ⅱ區(qū)低干擾度占優(yōu)勢地位，面積占比達56.75%，Ⅲ區(qū)以林地景觀為主，是極低干擾度占比最大的區(qū)域。

景觀干擾度空間分布受坡度的影響，低干擾度在各坡度范圍內(nèi)面積占比均較大；中干擾度在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)S≤15°的范圍內(nèi)面積占比較大，高干擾度在Ⅰ區(qū)2°

景觀干擾度變化受人類活動的影響，而不同時期人類活動的強度存在差異。2007-2010年江津區(qū)處于發(fā)展階段，大部分地區(qū)經(jīng)濟建設(shè)尚處于起步階段，人類活動觸及的范圍有限。隨著社會的發(fā)展，特別是2002年重慶市人民政府批準審核通過江津工業(yè)園區(qū)以來，政府投入大量資金發(fā)展工業(yè)，園區(qū)基礎(chǔ)日益完善，工業(yè)園周圍大量耕地、草地和林地被占用，小斑塊數(shù)量增加，景觀變得破碎，干擾度高值區(qū)擴大，景觀干擾度趨于增加。而近年來，江津區(qū)注重統(tǒng)籌人與自然和諧發(fā)展，在天然林保護、封山育林、退耕還林、植樹造林等一系列生態(tài)文明建設(shè)政策的驅(qū)動下，部分耕地轉(zhuǎn)為林地、草地，加上對土地的各項整治措施，使耕地和建設(shè)用地破碎度降低，致使2015年以后景觀干擾度呈現(xiàn)降低的態(tài)勢。

研究期內(nèi)江津區(qū)景觀干擾度總體上Ⅰ區(qū)>Ⅱ區(qū)>Ⅲ區(qū)，這與各分區(qū)自然條件和社會經(jīng)濟條件息息相關(guān)。江津區(qū)地處云貴高原和四川盆地邊緣低山淺丘交界處，由于地勢地貌的特殊性，坡度在區(qū)域內(nèi)差異大，南部山區(qū)時常發(fā)生山體崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等自然災害[17]，因此Ⅲ區(qū)不適宜開展大規(guī)模城鎮(zhèn)化建設(shè)，該區(qū)景觀干擾度以極低和低為主。而Ⅰ區(qū)地形平坦開發(fā)歷史悠久，中心城區(qū)和德感、珞璜、雙福工業(yè)園區(qū)均位于該區(qū)，發(fā)展迅速，園區(qū)面積不斷擴大，周圍地類轉(zhuǎn)換頻繁，故而以低干擾度和中干擾度為主。

江津區(qū)低丘緩坡資源總面積占全區(qū)土地總面積的42.76%[16]，而低丘緩坡通常存在著植被較少、水土流失嚴重、土層較薄、基巖裸露和生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定等環(huán)境問題[27]，開發(fā)強度不宜過大，故低干擾度在全區(qū)各個坡度范圍內(nèi)面積占比均較大，中干擾度僅在Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)S≤15°的范圍內(nèi)面積占比較大。

景觀干擾度增加意味著生態(tài)環(huán)境受到人類活動嚴重影響，不利于城市可持續(xù)發(fā)展，未來Ⅰ區(qū)應集中布局產(chǎn)業(yè)，立足園區(qū)特色，利用土地級差、土地置換，改變小型工業(yè)企業(yè)用地性質(zhì)，進行工業(yè)景觀整合[28]，提高土地集約利用效率，見縫插針營造綠地，加強生態(tài)建設(shè)與保護。Ⅱ區(qū)應有計劃地進行土地整治，提高耕地質(zhì)量。Ⅲ區(qū)應加強保護優(yōu)質(zhì)耕地，重點實施退耕還林，保護該區(qū)生態(tài)環(huán)境。