張軍民, 李昱橋, 榮 城

(廣西師范大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 廣西 桂林 541000)

作為連接自然地域分異和人類(lèi)空間活動(dòng)的基本單元，景觀具有重要的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)、美學(xué)及文化等價(jià)值，是研究人地關(guān)系和生態(tài)安全的適宜尺度[1-3]。景觀研究主要研究土地利用/覆被變化(land use and land cover change, LUCC)過(guò)程、格局及其驅(qū)動(dòng)、響應(yīng)、適應(yīng)等[4-7]，合理有效的景觀結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的生態(tài)過(guò)程、多樣的生態(tài)服務(wù)是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，關(guān)注景觀格局與生態(tài)過(guò)程的交互作用[8]，強(qiáng)調(diào)景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是景觀格局與生態(tài)過(guò)程反饋?zhàn)饔玫南到y(tǒng)表達(dá)，通過(guò)景觀指數(shù)評(píng)價(jià)景觀類(lèi)型及結(jié)構(gòu)的空間格局、變化趨勢(shì)，分析景觀變化的環(huán)境效應(yīng)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等；分析單元包括等間距采樣的格網(wǎng)分析法，或基于流域、行政區(qū)或干擾源來(lái)劃分風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)單元[9-11]，從斑塊、類(lèi)型與景觀3個(gè)尺度計(jì)算斑塊數(shù)量、形狀指數(shù)、分維數(shù)和多樣性、鄰接性指數(shù)等，基于“3S”平臺(tái)進(jìn)行空間屬性融合、疊加以達(dá)到綜合評(píng)價(jià)，再用空間差值或計(jì)量模型進(jìn)行集聚或離散分析以實(shí)現(xiàn)可視化表達(dá)[12-13]。由于各指數(shù)的生態(tài)含義存在信息冗余和不對(duì)稱(chēng)性，實(shí)證研究中常用土地利用評(píng)價(jià)方法進(jìn)行修正，如動(dòng)態(tài)度(變化速度)、延展強(qiáng)度(變化強(qiáng)度)、空間差值、冷熱點(diǎn)識(shí)別(空間聚散效應(yīng))等，最終實(shí)現(xiàn)景觀格局分析與生態(tài)過(guò)程耦合、生態(tài)服務(wù)適應(yīng)。如薛嵩嵩等[14]從斑塊和景觀水平，用GIS和景觀指數(shù)方法研究了烏倫古河流域景觀格局變化特征；唐常春等[15]基于GIS平臺(tái)的地學(xué)信息圖譜方法，研究了城市群LUCC數(shù)量結(jié)構(gòu)與時(shí)空格局一體化耦合機(jī)理；張秋夢(mèng)等[16]用GAEZ模型、景觀格局指數(shù)及GIS空間分析方法探討了中國(guó)糧食生產(chǎn)空間重構(gòu)問(wèn)題。眾多學(xué)者用景觀指數(shù)和空間分析方法研究了景觀格局時(shí)空分異規(guī)律。如王菊等[17]研究了昆明市國(guó)土“三生空間”結(jié)構(gòu)特征及演變規(guī)律；焦庚英等[18]研究了縣域“三生空間”功能轉(zhuǎn)換的分異特征；田甜等[19]分析了重慶主城區(qū)土地利用類(lèi)型和結(jié)構(gòu)變化對(duì)地表徑流的影響機(jī)制；張鏡鋰等[20]研究了青藏高原典型區(qū)域及類(lèi)型的景觀變化過(guò)程；張彪等[21]分析了北京綠色空間格局動(dòng)態(tài)變化特征；謝高地等[22]研究了北京城市擴(kuò)張的資源環(huán)境效應(yīng)；鄭博福等[23]研究了贛南地區(qū)景觀格局變化過(guò)程及趨勢(shì)及其生態(tài)效應(yīng)。目前，針對(duì)漓江流域景觀格局分異的研究較為薄弱，大多基于景觀指數(shù)方法從單一尺度分析土地利用或景觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，少有多尺度融合的時(shí)空分析格局研究。如林增學(xué)等[24]認(rèn)為1985—2014年漓江流域土地利用類(lèi)型變化不大；向蕓蕓等[25]分析了旅游開(kāi)發(fā)對(duì)漓江景觀格局的時(shí)空擾動(dòng)特征；何毅等[26]研究了漓江流域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化模式；陸丹丹等[27]研究了漓江流域土地利用結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)。綜上所述，景觀格局研究主要依賴(lài)遙感數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，但在尺度依賴(lài)性和可解釋性方面存在不足，多數(shù)景觀格局指數(shù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)和幾何表達(dá)缺少生態(tài)學(xué)意義，需要更多集成多維景觀指數(shù)的綜合性實(shí)證研究。因此，本項(xiàng)目基于3S空間分析平臺(tái)，借助擴(kuò)張強(qiáng)度、轉(zhuǎn)移矩陣、統(tǒng)計(jì)分析等動(dòng)態(tài)指標(biāo)，研究漓江流域景觀類(lèi)型時(shí)空分異格局，用空間差值、空間自組織分析等探索時(shí)空分異的異質(zhì)性，從標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)、地形分異、行政區(qū)劃3個(gè)分析單元，揭示了漓江景觀結(jié)構(gòu)時(shí)空變化和分異規(guī)律，旨在為認(rèn)識(shí)流域景觀生態(tài)價(jià)值及生態(tài)城市建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

漓江流域位于廣西壯族自治區(qū)(廣西)東北部的桂林市境內(nèi)(地理坐標(biāo)為110°07′39″—110°42′57″E，24°38′10″—25°53′59″N)，屬珠江流域西江水系桂江上游主要支流，發(fā)源于南嶺西北部越城嶺主峰貓兒山濕地，從北往南流經(jīng)桂林市的興安縣、靈川縣、桂林市、陽(yáng)朔縣，在平樂(lè)縣平樂(lè)鎮(zhèn)與荔浦河、恭城河匯合成桂江，有桃花江、小東江、南溪江、相思江等大小19條支流，全長(zhǎng)約295.27 km，多年平均徑流量408.9 m3/s，流域面積約6 353.62 km2。漓江流域?qū)儆诘湫偷膸r溶區(qū)和亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，終年高溫多雨，年均溫19 ℃，年降水量1 838～1 941 mm；流域峰叢林立、山峰陡峭，山高谷深、溝谷狹長(zhǎng)、地形破碎。山地主要分布在北部及東西兩側(cè)，其中北部上游山勢(shì)較高、中部山地低緩；中間為狹窄的巖溶侵蝕谷地，山地、丘陵面積占50%以上。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究使用的2000，2010和2020年3期土地利用/覆被(LUCC)數(shù)據(jù)來(lái)源于中華人民共和國(guó)自然資源部提供的30 m全球地表覆蓋數(shù)據(jù)Globeland 30數(shù)據(jù)源(www.globallandcover.com)，數(shù)據(jù)合成經(jīng)過(guò)了輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正等處理，數(shù)據(jù)的總體精度為85.72%，kappa系數(shù)0.82?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心(http:∥ngcc.sbsm.gov.cn)和地理空間數(shù)據(jù)云(www.gscloud.cn)，部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自桂林市經(jīng)濟(jì)社會(huì)統(tǒng)計(jì)年鑒，從中提取研究區(qū)流域界限、高程坡度、行政界限及人口經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)。根據(jù)中國(guó)土地利用/覆被遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類(lèi)系統(tǒng)和《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)(GB/T21010-2007)》，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，將土地利用/景觀類(lèi)型分為耕地、林地、草地、濕地、水域、建設(shè)用地、裸地等7類(lèi)，編碼分別設(shè)置為1—7，并以此建立LUCC變化景觀類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)展流域系統(tǒng)LUCC時(shí)空變化分析，各類(lèi)景觀要素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表1。

表1 各類(lèi)景觀要素分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 研究方法

2.2.1 景觀指數(shù)計(jì)算 根據(jù)漓江流域景觀結(jié)構(gòu)特征，從景觀類(lèi)型、景觀格局兩個(gè)維度選擇具有典型生態(tài)指向的景觀指數(shù)。類(lèi)型尺度選擇NP，PD，LPI指數(shù)，景觀尺度選擇CONTIG，CONTAG，CONNECT，SHEI，SHDI指數(shù)[22]；用Fragstats 4.2在標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)置下計(jì)算各類(lèi)景觀指數(shù)，用移動(dòng)窗口法獲得空間信息。

2.2.2 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化 用ArcGIS計(jì)算各類(lèi)景觀2000—2020年變化的轉(zhuǎn)移矩陣，用轉(zhuǎn)移率計(jì)算各類(lèi)景觀變化的數(shù)量、方向及趨勢(shì)特征。

(1)

式中：Cij為類(lèi)型轉(zhuǎn)移率；Tij為初期第i種景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)移到末期第j種類(lèi)型的面積；n為景觀類(lèi)型。

用變化強(qiáng)度模型計(jì)算景觀數(shù)量、類(lèi)型及面積變化速度，以表征各類(lèi)景觀轉(zhuǎn)移或變化的活躍程度：

V=(Pb-Pa)/T

(2)

式中：V為某類(lèi)景觀變化的擴(kuò)張度；Pb，Pa分別表示該地類(lèi)末期、初期的面積；T為研究時(shí)段，以表示某地類(lèi)年變化率，反映各地類(lèi)的變化強(qiáng)度及方向差異。

2.2.3 時(shí)空分異格局 用ArcGIS將景觀指數(shù)、動(dòng)態(tài)變化等數(shù)據(jù)添加到空間單元中并經(jīng)融合、疊加、統(tǒng)計(jì)計(jì)算后，用GeoDa空間自組織分析、IDW反距離權(quán)重差值方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)景觀結(jié)構(gòu)時(shí)空分異格局的特征分析和分異探測(cè)。

(1) 反距離權(quán)重差值分析。反距離權(quán)重差值是根據(jù)空間單元的距離來(lái)估算空間點(diǎn)群平滑值的一種方法，待差值點(diǎn)的取值可用周?chē)舾删嚯x內(nèi)樣點(diǎn)值的加權(quán)和來(lái)估算，其權(quán)重與兩點(diǎn)間距離成反比?？臻g任一點(diǎn)p的屬性估計(jì)值為[28]。

(3)

(2) 空間自相關(guān)分析?？臻g自相關(guān)性是由地理區(qū)位或鄰接關(guān)系產(chǎn)生的空間依賴(lài)性和空間異質(zhì)性表達(dá)，是對(duì)地域體系內(nèi)各要素空間分布結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)學(xué)測(cè)度[28]。

全局莫蘭指數(shù)(GISA)：

(4)

式中：Wij為i要素相當(dāng)于j的權(quán)重；S2為所有素權(quán)重的集合；xi，xj是要素i，j值I全局莫蘭指數(shù)，是具有空間依賴(lài)的一組地理要素在研究區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)出的整體空間集聚、分散模式。I的取值為0表示空間結(jié)構(gòu)呈隨機(jī)分布形態(tài)，各單元不存在空間相互作用；I取值為1則表示空間結(jié)構(gòu)完全依賴(lài)距離變化，具有顯著的地域分異特性。

3 結(jié)果和分析

3.1 景觀類(lèi)型及結(jié)構(gòu)特征

對(duì)2000，2010，2020年3期土地利用分類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到漓江流域景觀結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及變化數(shù)據(jù)(表2)。

表2 漓江流域2000—2020年景觀類(lèi)型面積及變化

(1) 景觀結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀特征。分析表2得出，漓江流域土地總面積6 353.62 km2，土地利用/覆被類(lèi)型包括耕地、林地、草地、濕地、水域、建設(shè)用地、裸地等7個(gè)1級(jí)類(lèi)型，其中林地面積最大，占流域總面積超過(guò)65%，其次是耕地，占25%以上，二者合計(jì)占流域總面積的90%以上，是景觀結(jié)構(gòu)的主體和景觀生態(tài)的核心；其他類(lèi)型面積都較小，建設(shè)用地僅占4.39%，草地僅占2.16%，水域占1.58%，濕地、裸地占比小于0.05%。

(2) 景觀結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)。計(jì)算LUCC面積及變化強(qiáng)度，可掌握各類(lèi)景觀的變化方向、強(qiáng)度及趨勢(shì)。分析2000—2020年各類(lèi)景觀面積變化可以看出(表2，圖1)，林地、耕地變率小于0.37%，主體地位十分穩(wěn)定外，其他景觀類(lèi)型變化較大，景觀結(jié)構(gòu)變化不顯著；其中建設(shè)用地、水域分別增長(zhǎng)了163.41%，39.13%，而裸地、濕地分別減少了98.71%，59.46%。這反映了漓江流域以林地、耕地為主體，景觀結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，景觀生態(tài)質(zhì)量較好。分析面積擴(kuò)張強(qiáng)度(圖1)可以看出，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張最劇烈，且呈持續(xù)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，2010—2000年和2020—2010年分別年均擴(kuò)張1.22%，13.48%，裸地面積減少最明顯，但減勢(shì)減弱。這表明建設(shè)用地快速增長(zhǎng)是景觀結(jié)構(gòu)變化的主要方向，城鎮(zhèn)化是其變化的主要脅迫。

圖1 漓江流域各地類(lèi)面積變化及變化強(qiáng)度

分析各地區(qū)景觀結(jié)構(gòu)及變化趨勢(shì)(圖2)可以看出，漓江流域各市縣均以林地、耕地為主，其中位于流域上游的興安縣、靈川縣林地占比分別為79.33%，73.68%，旅游中心陽(yáng)朔縣也高達(dá)68.05%；城鎮(zhèn)化中心桂林市及臨桂區(qū)林地僅占42.92%，35.34%，但桂林市、臨桂區(qū)、陽(yáng)朔縣耕地占比卻分別高達(dá)36.32%，46.31%，29.92%，耕地后備充足。分析擴(kuò)張度(圖2)可以看出，建設(shè)用地變化總強(qiáng)度(正負(fù)變化總和)達(dá)到年均72.98%，其中桂林新區(qū)臨桂區(qū)年均增長(zhǎng)達(dá)37.79%，興安縣的水體年均增長(zhǎng)31.81%，陽(yáng)朔的草地年均增長(zhǎng)30.45%。其次是水體、草地分別為45.44%，42.75%，而主體景觀耕地、林地變化總強(qiáng)度僅為年均3.59%，1.36%，變化穩(wěn)定。這表明流域上游森林覆蓋明顯高于中心城鎮(zhèn)桂林市，但耕地占比較低；旅游中心陽(yáng)朔縣林地、耕地占比均較高，桂林市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張明顯。

圖2 漓江流域各縣域景觀結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及變化趨勢(shì)

(3) 土地利用類(lèi)型轉(zhuǎn)移趨向。用式1計(jì)算土地利用轉(zhuǎn)移矩陣得到表3。采用公式(2)計(jì)算各類(lèi)型變化強(qiáng)度得到表4。分析表3可以看出，2020—2000年漓江流域耕地、林地轉(zhuǎn)出總量較大。耕地共轉(zhuǎn)出200.97 km2，其中61.67%轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，23.18%轉(zhuǎn)為林地、12.33%轉(zhuǎn)為水域；林地轉(zhuǎn)出192.88 km2，分別轉(zhuǎn)為耕地、建設(shè)用地、草地的比例為52.26%，22.33%，17.80%。轉(zhuǎn)入數(shù)量最大的是林地，共轉(zhuǎn)入207.52 km2，其中分別由裸地、耕地、草地轉(zhuǎn)入的比例為59.87%，22.44%，13.97%；其次是耕地共轉(zhuǎn)入194.99 km2，主要由林地(占51.69%)、裸地(占29.89%)轉(zhuǎn)入；建設(shè)用地共轉(zhuǎn)入182.11 km2，主要由耕地(占68.06%)、林地(23.65%)轉(zhuǎn)入。從轉(zhuǎn)移強(qiáng)度分析(表4)，林地、耕地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)換強(qiáng)度最大，景觀類(lèi)型變化面積大，頻次高，而水域、濕地變化最不活躍，流域水系生態(tài)系統(tǒng)保持較好；從轉(zhuǎn)移方向看，建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)出，裸地轉(zhuǎn)出遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)入，其他景觀變化基本平穩(wěn)。這表明城鎮(zhèn)化建設(shè)活躍，對(duì)景觀結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化影響并不大。

表3 漓江流域2000—2020土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2

表4 漓江流域2000—2020土地利用轉(zhuǎn)移方向 %

3.2 景觀指數(shù)結(jié)構(gòu)及其變化特征

在Fragstate 4.2上選擇景觀類(lèi)型及格局層次分別計(jì)算NP，PD，LPI和CONTIG，CONTAG，CONNECT，SHEI，SHDI指數(shù)，在Excel中計(jì)算各類(lèi)指數(shù)結(jié)構(gòu)。比較和分析3期數(shù)據(jù)變化特征得到圖3和表4。

3.2.1 斑塊類(lèi)型層次

(1) CA，LPI指數(shù)。斑塊面積CA是各種土地利用類(lèi)型面積占總面積的比例，優(yōu)勢(shì)度LPI是最大斑塊面積占比，二者都是度量景觀結(jié)構(gòu)及其生態(tài)意義的基礎(chǔ)，是反映景觀組分在斑塊結(jié)構(gòu)中的作用的重要指標(biāo)，其值越大表示該景觀類(lèi)型越穩(wěn)定，在景觀結(jié)構(gòu)中的地位越重要。分析圖3可以看出，林地、耕地斑塊面積和優(yōu)勢(shì)度最大，具有重要的生態(tài)穩(wěn)定價(jià)值，而其他地類(lèi)CA，LPI值都極小，且2000—2020年變化非常平穩(wěn)，表明漓江流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好、變化穩(wěn)定，景觀結(jié)構(gòu)及質(zhì)量受人類(lèi)活動(dòng)干擾不顯著。

(2) NP，PD指數(shù)。斑塊數(shù)NP和斑塊密度PD指數(shù)集中反映了景觀結(jié)構(gòu)的破碎化程度，其值越大表明景觀分布越離散，其生境的異質(zhì)性越大、穩(wěn)定性越差。分析圖3可以看出，草地的NP，PD值始終最大，其次是林地，其余類(lèi)型均較小，2000—2020年變化極小，表明草地、林地分布破碎，建設(shè)用地、耕地較完整，城鎮(zhèn)化對(duì)景觀結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小，水域特別是濕地生態(tài)保持良好。

圖3 漓江流域斑塊類(lèi)型指數(shù)及其變化

3.2.2 景觀格局尺度

(1) SHDI，SHEI指數(shù)。香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI、香農(nóng)均勻度SHEI，都是反映景觀生態(tài)系統(tǒng)多樣性和異質(zhì)性的正向指標(biāo)，其值越大表明景觀類(lèi)型越豐富、分布越均衡，景觀生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力越強(qiáng)。

分析圖4可以得出，漓江流域SHDI值明顯大于SHEI值，2000—2020年分別年均減少0.17%和0.42%，其中2000—2010年降幅較大，2010—2020年略有上升，表明流域景觀類(lèi)型多樣性豐富，景觀分布不均衡；2000—2020年來(lái)指數(shù)變化極小。

圖4 漓江流域景觀類(lèi)型指數(shù)及其變化

(2) LPI，CONTAG指數(shù)。景觀優(yōu)勢(shì)度LPI反映了景觀類(lèi)型的團(tuán)聚或集聚程度，而連通性指數(shù)CONTAG表達(dá)了各景觀類(lèi)型的延展或貫通程度，其值高表明景觀結(jié)構(gòu)集聚而連續(xù)，生態(tài)環(huán)境良好，抗干擾能力較強(qiáng)；反之則分散而碎碎，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差。分析圖4可以看出，漓江流域的景觀連通性指數(shù)明顯大于景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，2000—2020年連通度略年均增加了0.13%，而優(yōu)勢(shì)度年均減少了0.29%。表明流域各景觀格局連通性或延展性較好，而空間分布較分散或離散，人類(lèi)擾動(dòng)使其差異趨大。

3.3 景觀指數(shù)格局時(shí)空分異

3.3.1 景觀格局分異過(guò)程 采用滑動(dòng)窗口法對(duì)景觀類(lèi)型和格局尺度指數(shù)進(jìn)行空間分析，經(jīng)反復(fù)測(cè)試后選擇 3 km×3 km格網(wǎng)計(jì)算均值，再將景觀指數(shù)空間數(shù)據(jù)添加到Fishnet格網(wǎng)中，用ArcGIS的反距離權(quán)重法(公式3)對(duì)其進(jìn)行空間差值計(jì)算，經(jīng)多次驗(yàn)證后，設(shè)置輸出像元大小為30 m，搜索最大相鄰要素?cái)?shù)為12，冪值取2，再用動(dòng)態(tài)度模型計(jì)算各類(lèi)指數(shù)的變化強(qiáng)度。分析圖5和表5可以看出： ①連通性指數(shù)CONTAG、優(yōu)勢(shì)度LPI指數(shù)都在桂林、陽(yáng)朔形成低值中心，而在上游山地區(qū)為高值連片、中游山地區(qū)高值離散分布，形成城鎮(zhèn)及旅游活躍區(qū)低值集聚，山地區(qū)高值連片分布格局。2000—2020年變化較小，僅分別累計(jì)增長(zhǎng)了0.71%，0.35%，景觀格局穩(wěn)定。2000—2020年CONTAG、LPI低值中心面積分別擴(kuò)大了232.61和209.13 km2，年均擴(kuò)張度分別為1.52%，0.98%；而CONTAG，LPI高值中心面積分別減少了91.06和49.35 km2，年均收縮0.49%和0.25%，收減最大的中值區(qū)面積分別減少了190.69和205.14 km2，分別年均減少0.50%和0.58%。表明城鎮(zhèn)地區(qū)景觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性顯著弱于周邊山地區(qū)；2000—2020年城鎮(zhèn)景觀結(jié)構(gòu)趨向緊湊，而周邊景觀趨于破碎，景觀結(jié)構(gòu)適應(yīng)性減弱，這種變化在城市周邊(中值區(qū))表現(xiàn)最明顯。 ②香農(nóng)多樣性指數(shù)SHDI、香農(nóng)均勻性指數(shù)SHEI都在桂林市、陽(yáng)朔縣形成高值中心，而興安、靈川縣為低值中心，城鎮(zhèn)周邊區(qū)低值散布，形成城鎮(zhèn)及旅游活躍區(qū)高值集聚，山地區(qū)低值連片分布格局。2000—2020年變化較小，SHDI，SHEI值累計(jì)分別增長(zhǎng)了3.53%和0.20%，景觀格局穩(wěn)定；SHDI，SHEI高值中心面積分別擴(kuò)大了450.58和31.85 km2，年均擴(kuò)張度分別為4.67%，0.19%；而SHDI，SHEI低值中心面積分別減少了93.46和47.66 km2，年均收縮0.34%和0.18%，收減最大的中值區(qū)面積分別減少了478.42和227.60 km2，分別年均減少1.30%和0.71%。表明城鎮(zhèn)景觀多樣性、均勻度顯著高于周邊山地區(qū)，景觀結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，向周邊特別是上游山地區(qū)逐漸減小，景觀穩(wěn)定性減弱；2000—2020年景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性趨于增強(qiáng)，這種變化在城市周邊(中值區(qū))表現(xiàn)最明顯。

圖5 漓江流域2020年各類(lèi)景觀指數(shù)空間IDW差值

表5 漓江流域2000—2020年各景觀指數(shù)面積及擴(kuò)張度變化

3.3.2 景觀格局分異特征 為精確識(shí)別景觀結(jié)構(gòu)分異特征，進(jìn)一步采用空間探索性分析方法求解全局莫蘭指數(shù)得到景觀連通性、優(yōu)勢(shì)度及多樣性、均勻性指數(shù)全局Moran’I指數(shù)分別為0.466，0.466，0.665和0.651，Z值分別為16.80，16.80，26.27和26.68，p值均小于置信度0.05，計(jì)算結(jié)果都通過(guò)了Z值檢驗(yàn)，說(shuō)明漓江流域景觀格局指數(shù)存在較顯著的空間依賴(lài)性，表現(xiàn)為正向相關(guān)性，即高值區(qū)與高值區(qū)相鄰、低值區(qū)與低值區(qū)相隨，多樣性、均勻性指數(shù)表現(xiàn)更為顯著。表明漓江流域景觀指數(shù)結(jié)構(gòu)受相似的發(fā)生環(huán)境和分異因素影響而具有空間集聚性分布特征，景觀尺度較類(lèi)型尺度的表現(xiàn)更為明顯。采用公式(4)測(cè)度局部莫蘭指數(shù)得到圖6。

分析圖6可以看出，連接性指數(shù)CONNECT和延展性指數(shù)CONTAG都在山區(qū)形成高—高相鄰的熱點(diǎn)，而在桂林市和陽(yáng)朔縣形成低—低相伴的冷點(diǎn)；而多樣性、均勻性指數(shù)卻在中心城市桂林及陽(yáng)朔風(fēng)景區(qū)形成高—高相伴的熱點(diǎn)，而在上游及周邊山區(qū)低—低相隨的冷點(diǎn)，表明城鎮(zhèn)擴(kuò)張及旅游活動(dòng)是漓江流域景觀格局分異的主要驅(qū)動(dòng)。

圖6 漓江流域2020年各類(lèi)景觀局部Moran’I指數(shù)分布

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

景觀類(lèi)型、結(jié)構(gòu)及格局時(shí)空分異是景觀生態(tài)學(xué)研究的基礎(chǔ)，是提高景觀變化預(yù)測(cè)及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)精度的關(guān)鍵。本研究從標(biāo)準(zhǔn)格網(wǎng)和自然、行政區(qū)域三維空間一體化視角，計(jì)算了漓江流域LUCC景觀類(lèi)型總量結(jié)構(gòu)及其變化特征，度量景觀指數(shù)結(jié)構(gòu)、分異格局及其變化趨勢(shì)，結(jié)合城鎮(zhèn)化及區(qū)域發(fā)展地域特征，探索了漓江流域LUCC變化過(guò)程、格局，用多尺度景觀指數(shù)及空間結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析方法診斷了漓江流域LUCC時(shí)空分異規(guī)律，探究了其地域分異規(guī)律和主要影響因子，得出了漓江流域景觀類(lèi)型豐富、景觀生態(tài)良好、結(jié)構(gòu)變化穩(wěn)定，城鎮(zhèn)化與非城鎮(zhèn)化地區(qū)景觀格局分異顯著，人類(lèi)活動(dòng)擾動(dòng)不明顯，生態(tài)文明建設(shè)潛力較大等結(jié)果，豐富和拓展了漓江流域相關(guān)研究領(lǐng)域[24-26]。但同時(shí)還存在數(shù)據(jù)豐度和精度不夠、影響因素及機(jī)理不準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)關(guān)系及效應(yīng)不明等問(wèn)題；需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適用高效的時(shí)空分析平臺(tái)和智能計(jì)算模型，提高LUCC分類(lèi)識(shí)別、空間賦值、過(guò)程反演及格局量化的針對(duì)性和有效性使LUCC研究成果更好地服務(wù)于漓江流域生態(tài)城市及生態(tài)旅游建設(shè)規(guī)劃。

4.2 結(jié) 論

(1) 漓江流域以林地、耕地為主體景觀，占景觀面積的比例超過(guò)90%，2000—2020年其面積變率小于0.37%，擴(kuò)張強(qiáng)度小于年均3.59%，表明流域景觀生態(tài)良好，景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。建設(shè)用地增長(zhǎng)最快、擴(kuò)張顯著，2000—2020年其面積增長(zhǎng)了163.41%，年均變化率72%，其中臨桂新區(qū)面積年均擴(kuò)張37.79%，城鎮(zhèn)化是流域景觀類(lèi)型及結(jié)構(gòu)變化的主要驅(qū)動(dòng)。2000—2020年漓江建設(shè)用地?cái)U(kuò)張劇烈，林地、耕地轉(zhuǎn)換頻次高但強(qiáng)度低，水系生態(tài)系統(tǒng)保持較好，表明城鎮(zhèn)化建設(shè)活躍，對(duì)景觀結(jié)構(gòu)及其質(zhì)量影響不顯著。

(2) 林地、耕地斑塊面積和優(yōu)勢(shì)度最大，具有重要的生態(tài)穩(wěn)定價(jià)值，而其他景觀類(lèi)型的CA，LPI值都極小，且2000—2020年變化非常平穩(wěn)，景觀結(jié)構(gòu)及質(zhì)量受人類(lèi)活動(dòng)干擾不顯著。草地的NP，PD值始終最大，其破碎化和離散性最顯著，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)草地景觀形態(tài)的擾動(dòng)最顯著，對(duì)耕地的干擾也較明顯，而對(duì)水域特別是濕地影響較小，水生態(tài)保持良好。景觀尺度上：流域景觀類(lèi)型多樣性豐富，景觀分布也較均衡，景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，2000—2020年雖略有下降，但降幅收窄。景觀格局連通性或延展性較好，空間分布較分散或離散，人類(lèi)擾動(dòng)使其差異趨大。

(3) 連通性和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)在山地區(qū)形成高值中心，在城鎮(zhèn)形成低值中心，城鎮(zhèn)化增加了景觀結(jié)構(gòu)的脆弱性；多樣性和均勻度指數(shù)在桂林、陽(yáng)朔形成高值中心，而在興安、靈州區(qū)形成低值中心，城鎮(zhèn)化地區(qū)景觀結(jié)構(gòu)趨向穩(wěn)定，但使山區(qū)景觀穩(wěn)定性減弱，這種變化在城市周邊(中值區(qū))表現(xiàn)最明顯。流域景觀格局指數(shù)存在較顯著的空間依賴(lài)性，表現(xiàn)為高值區(qū)與高值區(qū)相鄰、低值區(qū)與低值區(qū)相隨的正相關(guān)性，多樣性、均勻性指數(shù)表現(xiàn)更為顯著。其中延展性指數(shù)、連接性指數(shù)都在山區(qū)形成高高相鄰的熱點(diǎn)，而在桂林市和陽(yáng)朔縣形成低低相伴的冷點(diǎn)；而多樣性、均勻性指數(shù)卻相反，表明漓江流域景觀指數(shù)結(jié)構(gòu)受相似的發(fā)生環(huán)境和分異因素影響而具有空間集聚性分布特征，城鎮(zhèn)擴(kuò)張及旅游活動(dòng)是漓江流域景觀格局分異的主要驅(qū)動(dòng)，景觀尺度較類(lèi)型尺度的表現(xiàn)更為明顯。