一、前言
随着我国经济的高速发展, 乡村城镇化也在不断加快, 乡村景观发生了最为剧烈的变化, 而这种变化是以景观及生物多样性的衰退、异质性的减少为特征的[1]。由于缺乏对自身系统分析和对自然生态的结构和功能的考虑, 导致乡村风貌逐渐丧失、日趋城镇化, 乡村自然生态系统破坏等问题的凸显。
乡村景观的对象包括生产性景观、自然生态景观、乡村聚落景观, 涉及生产、生态、生活的“三生”层面[2]。乡村景观格局是以景观的空间单元和整体构型为基础, 从乡村景观整体、空间单元 (如斑块、廊道、过渡带、网络等) 类型及特定单元三个层次上描述和分析, 提供了乡村景观的组成和空间构型属性, 反映了乡村景观独特的生态和地理特征。洞庭湖平原地区位于长江中下游流域, 是长江中下游最敏感又最脆弱的生态区之一[3]。对该区域进行景观格局的定量与定性结合的分析和描述, 分析结果利于科学地进行规划。
二、研究方法
(一) 数据来源
大通湖管理区位于湘中偏北, 地处环洞庭湖经济圈核心位置, 交通便利, 区内湖泊、水塘、沟渠纵横交错。2000年农场体制改革建区以来, 经济以及人口快速发展, 城镇化进程加快, 大量零散的居民点和鱼塘坑塘规模也在不断加大, 生态和乡村景观在发展的过程中也遭到一定程度上的破坏。
研究选取2002年Landsat7 ETM+影像、2010年Landsat5 TM影像、2017年Landsat8 OLI影像, 遥感影像来源于地理空间数据云网站;遥感影像经过软件ENVI5.1, 参考地形图、土地利用图等辅助信息, 经过去辐射校正、几何纠正、影像拼接与裁剪、图像增强等影像处理, 并采用监督分类中的支持向量机进行土地利用分类。根据研究区域的土地利用状况, 考虑到遥感影像的可能解译能力以及本研究的目的, 将土地利用类型分为耕地、植被覆盖地、水域与建设用地 (包括居民用地和交通运输用地) 4类。
(二) 研究方法
1. 土地利用变化分析方法
由于受到不同自然和人为因素的干扰, 景观变化速率可以用单一土地利用动态度模型表示, 公式如下:单一土地利用类型动态度。
式中:Ua、Ub为某一时段初期和末期某一土地利用类型的数量, T为研究时段。当T的值设为年时, K为该研究区域某种土地利用类型的年变化率。
2. 景观格局分析方法
通过遥感解译出大通湖区的土地利用情况, ARCGIS制图, 再采用Fragstats软件进行景观指数的计算, 将得出结果结合现实和历史情况进行分析, 由此研究区域的景观格局的特征信息。
景观指数是指高度浓缩的景观格局信息, 反映其结构组成和空间配置在某些方面特征的简单定量指标[4]。景观指数用Fragstats软件计算, 分斑块水平、斑块类型水平和景观水平。在景观水平上选取斑块密度、聚合度指数、Shannon多样性指数、蔓延度指数、平均分维数和景观形状指数6个指数, 从密度、形状、分布状态、多样性等方面分析景观格局特征 (表1) 。
三、结果分析
(一) 土地利用变化分析
由表2可见, 大通湖区的水域面积所占比重整体呈上升趋势, 且2010～2017年期间变化幅度最大;植被覆盖地面积不断增加;耕地面积持续减少, 且在2010～2017年期间变化幅度最大;建设用地不断上升, 在2010～2017年期间急剧增加。
(二) 景观格局随时间异质性分析
斑块密度、聚合度指数主要反映景观的破碎化特征, Shannon多样性指数主要从景观组成以及分布方面反映景观异质性, 平均分维数反映景观的自然化程度。
由表3可见, 2002～2017年研究区域总体景观格局呈现出景观破碎化程度加大、景观异质性减小、景观形状趋于复杂且自然化程度降低的趋势。
(1) 景观破碎化程度增大。斑块密度 (PD) 由2002年的10.0335增长到2010年的13.0601再到2017年的14.0552;聚合度指数 (AI) 由2002年的93.6267减少到2010年的92.0835再到2017的90.4994。
(2) 斑块密度总体趋势呈现增加, 聚合度指数总体趋势减小, 说明了研究区域的景观类型不断被分割, 景观的破碎度增加。并且2010～2017年区间的变化速度比2002～2010年区间的变化速度更快, 说明景观破碎度的变化速度呈现加快的趋势。
(3) 景观异质性减小。Shannon多样性指数 (SHDI) 整体呈增加趋势;而蔓延度指数 (CONTAG) 则在减少, 说明研究区域各景观空间分布的异质性在减小。
(4) 自然化程度降低且景观形状趋于复杂趋势。平均分维数 (PAFRAC) 在此期间比较稳定, 略有减少;由2002年的1.4237小幅度增加到2010年的1.4285, 再减少到2017年的1.3882, 总体呈现降低的趋势。景观类型形状指数 (LSI) 表现为增加的趋势, 由2002年的29.0190增长到2010年的35.6979最后到2017年的42.5580;景观形状指数 (LSI) 的增加表明斑块越来越离散, 说明研究区域受人为干扰加大, 自然化程度降低。
(三) 景观格局空间异质性分析
景观空间异质性主要从空间梯度分析上进行, 而空间梯度分析有两种方法, 一种是缓冲区法, 另一种是移动窗口法, 根据本研究的需要, 采用缓冲区法进行空间梯度研究。
参照大通湖区中心城区总体规划 (2000-2020年) 划定的河坝镇主城区界限范围, 在ARCGIS9.2下利用BUFFER工具以河坝镇主城区边界向外围依次设立4km长的缓冲区, 共设立6个缓冲区进行分析。以主城区向外依次为第1区、第2区、…、第6区 (图1) 。
由表4可见, 从斑块密度上看, 大通湖区景观格局沿着缓冲区梯度带表现为先下降后上升的趋势, 到第4区时降到最低峰值, 而聚合度指数则呈相反的趋势, 到第4区时达到最高峰值。河坝镇、北洲子镇、金盆子镇和千山红镇四个镇区周围聚集了大量人口和建设用地, 斑块数量较多, 且破碎化, 中间区域为大面积农田斑块和水域, 因此斑块密度呈两边高中间低、聚合度两边低、中间高的分布区趋势。
通过Shannon多样性指数先增加再减少, 最后恢复到原来的水平, 其中第2区到达最大值, 该区内的斑块破碎交错分布导致景观多样性很高。水体景观斑块的优势分布造成景观多样性在第4区达到最低峰值。其他区域因各景观类型的自然化分布, 表现出较高且稳定的景观多样性。
从蔓延度指数上看, 在第2区达到最低峰值, 然后逐渐升高, 表明河坝镇周围各斑块间交错分布, 连通度很低;第4区因该区域存在连片的鱼塘坑塘, 且大而规整, 导致斑块间团聚程度很高, 蔓延度指数达到最高。
对于平均分维度指数, 第1区和第4区的水平是比较低的, 是因为这两个区域建设用地分布较多, 受人为干扰较大, 斑块形状较有规律。第2区、第3区、第4区的指数较高, 说明这些区域斑块形状比较复杂, 受人为干扰程度较低。第6区的值最大, 是因为区域面积划分与其他地区差别较大, 包含的斑块数量也较少, 所以第6区的值不具备参考价值。
总的来说, 通过缓冲区梯度的分析可以看出大通湖区的景观破碎度、受人工干扰的程度呈现东西两极的分布特征, 而中间地区自然程度较高。这一定程度上受农场体制改革的影响, 河坝镇 (原大通湖农场) 和千山红镇 (原千山红农场) 为最早的垦殖农场, 河坝镇为管理区成立后行政中心集镇, 千山红镇相对弱化, 建设规模与河坝镇拉大。
四、结语
整体上, 2002～2017年间大通湖区城镇化有不断加快的趋势。耕地由占总面积的53.58%下降到39.18%, 而水域则由33.38%增长到37.78%, 说明了耕地转换成建设用地和水域的现象, 这与产业的发展和转变有一定的关系, 第一和第三产业的发展需求, 加上渔业养殖对坑塘水塘的开挖导致了这种大面积农田转化为建设用地和水域的现象。
通过2002年、2010年、2017年景观格局的对比分析得到大通湖区景观格局呈现景观破碎化程度加大、景观异质性减小、自然化程度降低且景观形状趋于复杂的趋势。而利用缓冲区法研究2017年的景观空间异质性得到大通湖区的整体格局呈现以河坝镇和千山红镇为东西两极, 受人工干扰程度较大, 大通湖区中间部分则自然程度较高, 受干扰较弱。
景观破碎化的加剧, 会导致景观连接度降低、物质和能量的自然流通过程受阻;城镇化还会导致大气、水、土壤等环境的恶化, 这些问题会加重环境的承载能力, 给环境治理带来沉重压力。
由于本文只有两个时相的数据, 且存在一定的误差, 数据只能作为参考, 研究结果只能体现出城市化导致的乡村景观格局的变化。规划设计人员不仅要对场地的景观特征进行研究, 还应在研究的基础上提出合理的规划, 更需要深入调查分析, 和验证总结, 才能为解决乡村景观绿色发展问题提供适宜和具体的方案。
摘要：利用2002年、2010年和2017年的遥感影响数据, 基于土地资源利用分析和景观格局分析的方法研究城镇化进程中乡村景观空间扩展特征及影响因素。以大通湖管理区为例, 依据乡村景观格局特征, 引导可持续发展的绿色乡村规划策略, 有助洞庭湖平原区域的生态修复问题及乡村振兴建设。
关键词：土地资源,景观格局,数据特征,绿色发展,乡村规划
参考文献
[1] 鲍梓婷, 周剑云.当代乡村景观衰退的现象、动因及应对策略[J].城市规划, 2014, 38 (10) :75-83.
[2] 刘滨谊, 陈威.关于中国目前乡村景观规划与建设的思考[J].小城镇建设, 2005 (09) :45-47.
[3] 熊建新, 陈端吕, 彭保发, 等.2001-2010年洞庭湖区经济、社会和环境变化及其生态承载力响应[J].地理科学发展, 2014, 33 (03) :356-363.
[4] 邬建国.景观生态学[M].北京:高等教育出版社, 2007 (04) :106-107.