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珠江三角洲典型区景观生态聚类分析

珠江三角洲典型区景观生态聚类分析

2013年9月20日 1:22:01
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摘要:珠海是珠江三角洲地区一个海陆交互作用与人类干扰活动频繁的典型区域。文章以2000年TM数据为基础数据源,编制珠海地区景观类型图,并以镇(区)为基本空间单元将珠海划分为20个景观生态子区,在GIS与景观斑块分析软件Patch Analyst 2.0支持下计算各子区的景观特征指数。通过各子区的景观指数对比分析,探讨研究区范围内景观格局的空间差异,揭示人类活动、自然干扰等各种景观生态机制对区域景观生态的影响。根据各指数反映的景观特征信息,选择平均斑块大小(MPS)、斑块大小变异系数(PSCOV)、边缘密度(ED)、面积加权分维数(AWMPFD)、破碎度指数(F)、多样性指数(SDI)及人为干扰指数(DT)进行珠海景观生态聚类分析,根据聚类分析结果可多层次客观地对珠海地区进行景观生态类型区划分。

  关键词:景观指数;景观生态分区;聚类分析;珠海

  景观生态学研究强调格局-过程相互关系[1~3],区域景观格局特征是各种尺度景观生态过程(包括人为干扰、改造与重建)的综合反映[4, 5],同时对未来景观生态过程与生态功能产生不同程度的影响。无论是从地质尺度还是从人类尺度看,现代珠江三角洲都是一个景观格局与过程变化复杂的区域,特别是近20多年来,高速的经济增长与快速的城市化过程给该区域带来深刻的影响[6,7],区域生态环境保护与建设已经成为一个迫切需要解决的问题。目前珠江三角洲许多城市都在进行生态城市建设,其中一项具有指导意义的重要工作就是进行生态分区或区划,通常的做法是采用统计数据进行类型划分,本文尝试用基于景观指数的聚类分析方法进行景观生态类型划分,以其为区域生态类型区划分提供一种新的思路。

  1 研究区域与方法

  1.1 研究区概况

  珠海位于广东省南部,珠江口西岸,珠江三角洲腹地,介于北纬21°4331"~22°2914",东经l13°0320"~114°2425"之间,土地1687.8 km2,人口78.61万人,国内生产总值406.27亿元(2002年)。珠海属南亚热带海洋性季风气候,雨量充沛,热量资源丰富。多年平均气温22.0~23.0 ℃左右,年均降水量1997 mm。珠江干流西江的出海口磨刀门、鸡啼门、泥湾门、虎跳门、崖门均在其境内入海。珠海目前城市的重心和经济总量主要还是集中在磨刀门以东的老市区,西部地区经济发展还处于起步阶段,大部分地区还属于农业景观类型,许多地区处于城市化推进的转型阶段,具有多种自然、文化特色的景观同时并存、交错分布,为景观生态研究提供了一个有意义的研究对象。

  1.2 研究方法

  通过野外调查与基础资料分析,探讨珠海现代景观生态总体格局及其形成机制,建立区域景观斑块分类系统;以2000年TM数据为基础数据源,在ENVI3.4与ARCGIS8.1支持下进行图像处理与景观类型图编制;将研究区按照行政边界划分为20个景观生态子区,调用GIS叠加分析clip方式生成各子区景观类型图(图1)并转成shape文件格式,在ArcView3.2环境下调用空间分析模块Spatial Analyst与景观指数扩展模块Patch Analyst 2.0计算各子区景观指数,对计算的各景观指数进行生态学意义及其在研究区范围内景观格局表征效果对比,选择其中的7个景观指数作为个子区景观生态类型区划分的分类指标根据各指数反映的景观特征信息,剔除一些信息量重复的指数后,选择平均斑块大小(MPS)、斑块大小变异系数(PSCOV)、边缘密度(ED)、面积加权分维(AWMPFD)、破碎度(F)、多样性指数(SDI)、人为干扰指数(DT)等指数进行聚类分析,各指数的计算公式与生态学意义见相关参考文献[8~10]。将景观指数计算的原始数据进行归一化处理后在Statistica5.0中进行聚类分析。

  2 珠海现代景观生态总体格局及其形成机制

  2.1 区域景观生态总体格局

  研究区总体上是一个具有高度异质性特征的三角洲复杂景观生态系统。由冲积、海积平原及滩涂构成区域景观基质;岛丘景观受到地质构造控制呈东北-西南向链状分布,城镇景观成片相对集中,乡村居民地沿道路零散分布,河网与道路构成的廊道系统纵横其间。这种结构体现了珠江三角洲区域尺度的景观生态结构特征,由于珠江下游没有形成一个独流入海的干流,而形成以八大口门为主的纵横交错的河口区,大小不等的岛丘存在是河流水系分汊的主要原因之一,因此区域景观的基本构成元素是冲积平原、岛丘和河网,在此基础上产生各类人为景观:城镇居民地、交通道路、人工养殖水面、各类耕地等。


  2.2 形成机制分析

  景观格局形成的原因和机制在不同尺度上往往是不一样的。就珠海这一研究区范围而言,考察其现代景观格局的形成可以从两个不同的尺度出发:一是全局尺度,即整个研究区现代景观格局的总体架构,对应的成因机制主要是地质地貌过程与生物气候过程;二是局部尺度,即局地景观格局的镶嵌性和空间组合特征,对应的成因机制主要是异质性、多样性的地表过程与人为干扰。

  地质构造背景和现代珠江三角洲形成的地貌过程为珠海景观格局的形成奠定了基础。珠江三角洲原为浅海环境,中生代燕山运动隆起一系列东北-西南走向的零星孤丘和群岛,中生代后经不断的河流冲积与滨岸海积等沉积动力地貌过程逐渐形成现代的冲缺型复合三角洲[11]。珠海就是在中山冲缺三角洲基础上,由西江干道切过睦洲丘陵地和叠石丘陵地后形成了斗门冲缺三角洲,珠江上游大量泥沙与滨海沉积物在此沉积,不断扩宽淤高,海岸线不断向海推进,由此形成了珠海今天丘陵、三角洲平原、滨海沉积平原相连接的大景观格局。高温多雨的南亚热带海洋性季风气候,则形成了亚热带常绿季雨林和常绿阔叶林地带性植被景观。现代人类活动的干扰与重建作用随处可见:三角洲平原开垦为耕地,围垦造地、滩涂养殖造成海岸线自然形态的消失与功能的改变,地带性植被景观已成为残余斑块。区域景观格局往往是由地形地貌、气候条件、干扰体系及生物过程相互作用的结果[12],有时景观的成因机制是跨尺度的[13],并不能将它们绝对分开。

  3 景观生态聚类分析

  Patch Analyst软件包可以直接计算景观面积-边缘、斑块形状、异质性三类10多项指数。通过对研究区景观生态格局总体特征及其形成机制分析,选择其中的7个景观指数作为个子区景观生态类型区划分的分类指标(表1)。以珠海20个景观生态子区为分类单元,所选择的景观指数为分类指标,将各指标原始数据归一化处理后采用Q型聚类欧氏距离完全连接法进行聚类。图2为聚类分析结果,以距离水平4为标准线进行景观类型区划分,可以将研究区内各子区划分为5类:第一类包括白蕉、红旗、平沙、香洲,这一类景观单元的主要特点是人类活动干扰强烈,景观优势度较高,区域内大的斑块控制程度高,以城乡建筑景观、平原耕地景观为主,景观斑块类型较少;第二类包括斗门、五山、金鼎、六乡、井岸、乾务、前山,这类景观单元景观多样性和破碎度较高,多为交通比较便捷的城郊过渡区;第三类为横琴、珠海港区、南屏、三灶、唐家,主要为岛丘比较集中的区域,特别是前面4个单元,为沿海一列连续的岛区,这一类型原来以自然溪、上横更为相似,二者在空间上连为一体,主要是水稻田景观集中分布的地区,湾仔与其相似可能是将军山以南有较大面积围垦后改造而成的水田景观,同时河流水系都比较丰富;第5类小林在整个研究区比较特殊,其面积较小,容易受到大斑块单一景观控制,处于鸡啼门水道与红旗之间,是重要的甘蔗产区,景观类型单一,复杂性和多样性均很低。景观占比较大的比重,但逐步受到人类改造活动影响,景观趋向复杂和破碎化;第四类包括莲溪、上横、湾仔,其中莲溪、上横更为相似,二者在空间上连为一体,主要是水稻田景观集中分布的地区,湾仔与其相似可能是将军山以南有较大面积围垦后改造而成的水田景观,同时河流水系都比较丰富;第5类小林在整个研究区比较特殊,其面积较小,容易受到大斑块单一景观控制,处于鸡啼门水道与红旗之间,是重要的甘蔗产区,景观类型单一,复杂性和多样性均很低。



4 讨论与结语

  珠海是珠江三角洲一个景观生态类型与结构复杂多样的典型区域,陆地表层过程与海陆交互作用活跃,人类干扰活动频繁,异质性和多样性的景观格局与生态过程是为开展景观生态学研究提供了十分有意义的研究对象。

  区域景观格局是过去景观生态过程的综合表现,同时对未来的景观生态过程与功能产生不同程度的影响,格局与过程是景观生态系统中的一对矛盾统一;景观指数是景观格局的定量表征,好的景观指数通过揭示景观结构某些特征,在某种程度上反映景观生态过程,景观指数运用生命力在于结合实际来解释所描述对象的景观生态学意义;景观指数具有很大的局限性和尺度依赖性,同时一些指数所包含的信息具有重复性,单纯计算景观指数进行简单的统计分析是没有意义的。

  景观生态学是一门应用性很强的科学,在进行景观格局分析的基础上,选择有代表性的景观指数进行景观生态聚类分析是一种有益的尝试,它不同于建立在统计数据基础上的生态分区,通过景观生态类型区划分可以为区域的景观生态规划设计奠定基础。


参考文献:
[1] 邬建国. 景观生态学: 格局、过程、尺度与等级[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.
WU J G. Landscape Ecology: Pattern, Process, Scale and Hierarchy[M]. Beijing: Higher Education Press, 2000.
[2] LEVIN S A. The problem of pattern and scale in ecology[J]. Ecology, 1992, 73: 1943-1967.
[3] FORMAN R T T. Land mosaics: the ecology of landscapes and re-gions[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 1995.
[4] 吕一河, 傅伯杰. 生态学中尺度及尺度转换方法[J]. 生态学报, 2001, 21(12): 2096-2105.
LÜ Y H, FU B J. Ecological scale and scaling[J]. Acta Ecologia Sinica, 2001, 21(12): 2096-2105.
[5] KRUMMEL J R, GARDNER R H. Landscape patterns in a disturbed environment[J]. Oikos, 1987, 48: 321-324.
[6] 喻红, 曾辉, 江子瀛. 快速城市化地区景观组分在地形梯度上的分布特征研究[J]. 地理科学, 2001, 21(1): 64-69.
YU H, ZENG H, JIANG Z Y. Study on distribution characteristics of landscape elements along the terrain gradient[J]. Scientia Geographica Sinica, 2001, 21(1): 64-69.
[7] 胡伟平, 吴志峰, 何建邦. RS与GIS支持下珠江三角洲城镇近期发展对土壤资源利用的影响分析[J]. 自然资源学报, 2002, 17(5): 549-555.
HU W P, WU Z F, HE J B. Analysis of the impacts of recent urban development in the Pearl River Delta on soil resources based on RS and GIS[J]. Journal of Natural Resources, 2002, 17(5): 549-555.
[8] PHILIP C E, ROBERT S R, ANGUS P C. Patch Analyst User’s Manual[Z]. NWST Technical Manual TM-002, 1999.
[9] MCGARIGAL K B, MARKS J. FRAGSTSTS: Spatial pattern analysis program for quantifying landscape structure. Reference manual[M]. Corvallis, OR: Oregon State University, 1998.
[10] 曾辉, 郭庆华, 喻红. 东莞市风岗镇景观人工改造活动的空间分析[J]. 生态学报, 1999, 19(3): 298-303.
ZENG H, GUO Q H, YU H. Spatial analysis of artificial landscape transform in Fenggang town, Dongguan city[J]. Acta Ecologica Sinica, 1999, 19(3): 298-303.
[11] 曾昭璇, 黄少敏. 珠江三角洲历史地貌学研究[J]. 广州: 广东高等教育出版社, 1987.
ZENG Z X, HUANG S M. Historical and Geomorphological Study on the Pearl River Delta[M]. Guangzhou: Guangdong Higher Education Press, 1987.
[12] HOBBS R. Future landscape and the future of landscape ecology[J]. Landscape and Urban Planning, 1997, 37: 19.
[13] TURNER M G, O’NEILL R V, GARDNER R H, et al. Effects of changes scale on the analysis of landscape pattern[J]. Landscape Ecology, 1989, 3: 153-162.