基于地貌差異的景觀格局轉(zhuǎn)型研究
--以三峽庫區(qū)奉節(jié)縣為例

汪 榮,李陽兵,2,*,鄭駱珊,陳 艷,曾晨岑,夏春華,邵景安,2

1 重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,重慶 401331 2 三峽庫區(qū)地表過程與環(huán)境遙感重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 401331

景觀格局指不同土地利用構(gòu)成的鑲嵌體的空間分布,包括景觀組分類型、數(shù)目以及空間分布與配置[1]。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)化以及人口城鎮(zhèn)化的推進(jìn),全球傳統(tǒng)景觀以越來越快的速度發(fā)生演變[2-4]。地貌分異是景觀格局形成的物理基礎(chǔ),景觀格局在不同地形地貌下具有明顯的梯度效應(yīng)[5]。中國是山地大國,山地占陸域國土總面積的68.2%[6]。山區(qū)包含山地、丘陵、河谷平壩等眾多地貌類型,山區(qū)景觀格局演變具有復(fù)雜性與獨(dú)特性[7]。在景觀快速演變?nèi)蚧谋尘跋?探討山區(qū)地形分異對景觀格局的影響,分析不同地貌景觀格局的時(shí)空演變特征,對山區(qū)景觀格局空間優(yōu)化具有現(xiàn)實(shí)意義。

國內(nèi)外學(xué)者從不同方面探討了山區(qū)地形分異下景觀格局的演變特征。從研究內(nèi)容來看,已有學(xué)者從某一類景觀格局[8-10]或全局景觀格局[11-12]的角度研究了與地形的相關(guān)性;從研究尺度來看,已有學(xué)者基于區(qū)域尺度[13-18]、流域尺度[19-20]以及帶域尺度[21-23]等不同尺度進(jìn)一步對山區(qū)景觀格局的地形梯度效應(yīng)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了研究;從研究方法來看,傳統(tǒng)方法中常采用景觀指數(shù)法與地形位指數(shù)相結(jié)合[24-25]的研究方法,現(xiàn)代方法中運(yùn)用地學(xué)信息圖譜[26]、景觀格局轉(zhuǎn)型理論[27]以及景觀模型構(gòu)建[28]等綜合性方法。但已有研究大多局限于高程、坡度或者地形起伏度等獨(dú)立地形因子探討景觀格局的變化,或從單一尺度下進(jìn)行研究,而綜合選擇多個(gè)地形因子劃分地貌類型,探討全域與典型地貌區(qū)雙尺度下景觀格局的演變特征及差異的研究較少。

三峽庫區(qū)是地貌復(fù)雜、生態(tài)環(huán)境脆弱的典型山區(qū)[29]。庫區(qū)山高坡陡、地形起伏大的地形特征造成景觀格局的基本分異。在農(nóng)業(yè)社會(huì)轉(zhuǎn)型的背景下,受三峽庫區(qū)生態(tài)移民、退耕還林還草生態(tài)工程以及產(chǎn)業(yè)扶持等人類活動(dòng)的干預(yù),不同地貌下景觀格局發(fā)生潛移默化的轉(zhuǎn)變。已有研究發(fā)現(xiàn)位于低地形位的景觀格局趨于規(guī)?；c集約化,而位于較高地形位的景觀格局趨于生態(tài)性,在空間上形成高度異質(zhì)的景觀垂直格局[30]。但對三峽庫區(qū)的研究大多數(shù)基于小流域尺度,而對典型地貌區(qū)下景觀格局變化的研究較少。因此仍需深入探究三峽庫區(qū)不同地貌類型下景觀格局的演變特征?；诖?本文選擇位于三峽庫區(qū)腹地的奉節(jié)縣作為研究對象,根據(jù)高程、地形起伏度與坡度劃分研究區(qū)地貌類型,利用二元Logistic回歸模型分析影響因子與景觀格局的直接關(guān)系,揭示研究區(qū)近30年景觀格局的演變規(guī)律及其轉(zhuǎn)型過程,厘清景觀格局的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。研究結(jié)果旨在揭示三峽庫區(qū)不同地貌景觀格局轉(zhuǎn)型模式,以期為山區(qū)景觀格局優(yōu)化以及土地多功能耦合協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論與實(shí)踐指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

奉節(jié)縣地處三峽庫區(qū)腹地核心地區(qū)(圖1),位于重慶市東北部(30°29′ 19″N-31°22′33″N,109°1′17″E-109°45′58″E),面積約為4098km2。境內(nèi)地勢南北高中部低,山地面積占總面積的88.3%。奉節(jié)縣轄29個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3個(gè)街道辦事處,2020年城鎮(zhèn)化率達(dá)49.53%。奉節(jié)縣屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,河流眾多,長江橫穿境內(nèi)中部,水利資源豐富。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Study area

三峽工程于1994年啟動(dòng)修建,2009年完成全面移民[31]。三峽移民項(xiàng)目的運(yùn)行使得人類活動(dòng)范圍發(fā)生轉(zhuǎn)移,研究區(qū)內(nèi)土地利用方式與景觀格局發(fā)生轉(zhuǎn)變。由于地形因子與人類活動(dòng)等社會(huì)因子的共同作用,研究區(qū)呈現(xiàn)“聚落耕地組合→耕地果園組合→林地”的景觀垂直格局[32]。綜上,奉節(jié)縣的地理位置、地形特征、土地利用方式等自然與社會(huì)背景使其具有代表性。本文以奉節(jié)縣為研究對象,有助于揭示三峽庫區(qū)景觀格局的演變規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)理。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.1.1地形數(shù)據(jù)

1∶1000的數(shù)字高程模型(DEM)來源于地理空間數(shù)據(jù)云,分辨率為30m。借助ArcGIS 10.4平臺(tái)提取研究區(qū)的高程、地形起伏度與坡度,分別為92-2123m、0-893m、0-87°。

2.1.2景觀類型

1990年、2000年、2010年與2020年4期景觀類型數(shù)據(jù)來源于Google Earth的遙感影像,分辨率為0.51m。在ArcGIS10.4平臺(tái)下進(jìn)行人機(jī)交互式解譯,將景觀類型劃分為耕地、撂荒地、果園、有林地、灌木林地、草地、水域、聚落、建設(shè)用地(公共服務(wù)用地、工礦用地等)以及未利用地10類。因1990年與2000年撂荒地斑塊較少,后文只對2010年與2020年的撂荒地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2.2 研究框架與方法

2.2.1基于地貌差異的景觀格局轉(zhuǎn)型研究框架

景觀格局轉(zhuǎn)型是指在土地利用轉(zhuǎn)型[33]、森林轉(zhuǎn)型[34]與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型[35]的背景下,土地利用由于長期累積變化或突變引起景觀組分及其空間分布發(fā)生轉(zhuǎn)變,從而導(dǎo)致景觀形態(tài)和功能發(fā)生轉(zhuǎn)型。已有學(xué)者提出山區(qū)農(nóng)業(yè)景觀格局轉(zhuǎn)型理論[27],認(rèn)為山區(qū)在地形梯度上呈現(xiàn)“綜合型與耕-果轉(zhuǎn)換型→部分撂荒型→撂荒型”的景觀格局。本文在此理論基礎(chǔ)之上,認(rèn)為地貌分異促使山區(qū)內(nèi)部景觀格局轉(zhuǎn)型有所差異,即山區(qū)山地與河谷丘陵等不同地貌下景觀格局轉(zhuǎn)型存在差異響應(yīng)。因此,本文初步構(gòu)建基于地貌差異的景觀格局轉(zhuǎn)型框架(圖2),通過探究不同地貌景觀格局轉(zhuǎn)型的內(nèi)部機(jī)理,揭示山地與河谷丘陵景觀格局轉(zhuǎn)型的分異規(guī)律。

2.2.2地貌類型的劃分

目前對于山地類型劃分方法較多,并未給出統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署將高海拔地區(qū)界定為山地,中低海拔地根據(jù)坡度與地形起伏度等地形因子劃分為不同的山地類型[36]?！吨袊孛矃^(qū)劃》根據(jù)海拔高度把中國山地劃分為丘陵、低山、中山、高山與極高山等5個(gè)類型[37]。本文基于沈玉昌等[38-39]的劃分標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)高程將研究區(qū)劃分為河谷丘陵、低山和中山3種地貌類型,并結(jié)合地形起伏度[40]與坡度[41]劃分方法把不同地貌的地形特征細(xì)化為小起伏、中起伏、大起伏、緩坡、斜坡與陡坡(表1,表2)?；卩l(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃單元,提取河谷丘陵區(qū)、低山區(qū)與中山區(qū)典型地貌區(qū)(圖3)。

表2 地貌類型的坡度特征Table 2 Slope characteristics of geomorphic types

圖3 典型地貌區(qū)的提取Fig.3 Extraction of typical geomorphic regions

2.2.3景觀指數(shù)法

景觀指數(shù)能反映高度濃縮的景觀格局信息,是分析景觀結(jié)構(gòu)組成與空間配置的定量指標(biāo)。本文選取景觀水平上的香濃多樣性指數(shù)(SHDI)反映景觀的多樣性,選取蔓延度(CONTAG)與聚集度(AI)反映景觀的破碎度。以上指數(shù)的計(jì)算公式及生態(tài)學(xué)意義詳見文獻(xiàn)[42]。借助ArcGIS 10.4與Fragstats 4.2計(jì)算相應(yīng)景觀指數(shù)。

2.2.4二元Logistic回歸模型

二元Logistic回歸模型是針對二值響應(yīng)變量建立的回歸模型,在景觀格局的驅(qū)動(dòng)機(jī)理研究中應(yīng)用廣泛[43]。本文采用二元Logistic回歸模型探討不同地貌區(qū)景觀格局與驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)系,利用Hosmer_Lemeshow檢驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行通過性檢驗(yàn),從而解釋景觀格局演變的影響機(jī)制。

p=exp(α+∑βixi)/[1+exp(α+∑βixi)]

(1)

ln[p/(1-p)]=α+∑βixi

(2)

式中,p表示分布概率,p值介于0-1之間,且p值越大表示該事件發(fā)生的可能性越大。x為解釋變量,α表示參數(shù),β表示解釋變量系數(shù),exp(β)衡量解釋變量對因變量的影響程度。本文中,p為某一景觀類型的分布概率,x為影響該景觀的驅(qū)動(dòng)因子。

3 結(jié)果分析

3.1 全域景觀格局演變特征

研究區(qū)以林地(有林地、灌木林地)分布最廣(圖4)。除了河谷區(qū),其他區(qū)域均有分布;其次為耕地、果園以及撂荒地。耕地分布較為破碎,一般分布在中、小起伏地帶。果園成片分布于海拔較低的河谷區(qū)。撂荒地在西北部低山區(qū)呈聚集分布;聚落、草地以及水域等景觀分布較少。聚落在主要分布于河谷平壩區(qū)與丘陵區(qū)。

圖4 1990-2020年全域景觀類型演變Fig.4 Evolution of landscape types in Fengjie County from 1990 to 2020

1990-2020年,各景觀演變具有差異性(表3)。其中,林地、草地、耕地、撂荒地與果園景觀變化較為顯著,呈現(xiàn)耕地與草地明顯縮減,林地、果園與撂荒地迅速增長的特征。30年間研究區(qū)香濃多樣性指數(shù)SHDI總體保持不變,蔓延度CONTAG與聚集度AI總體減小,表明景觀斑塊的連通性逐漸減弱,景觀聚集性逐漸減弱,斑塊趨于破碎化,這與耕地和草地縮減、林地和果園等景觀擴(kuò)張有關(guān)。

表3 1990-2020年全域景觀指數(shù)演變Table 3 Evolution of landscape indices in Fengjie County from 1990 to 2020

3.2 不同地貌景觀格局時(shí)間演變特征

1990-2020年,河谷丘陵區(qū)、低山區(qū)與中山區(qū)之間的景觀格局演變具有明顯的異質(zhì)性(圖5)。

圖5 1990-2020年不同地貌景觀格局時(shí)間演變Fig.5 Temporal evolution of landscape patterns in different geomorphic regions from 1990 to 2020

根據(jù)景觀的演變幅度,將其概括為“遞增型”、“遞減型”、“速增型”與“速減型”。近30年間,在河谷丘陵區(qū),果園占據(jù)優(yōu)勢。庫區(qū)蓄水導(dǎo)致河谷水域面積迅速增長,未被淹沒的河谷與丘陵緩坡地帶果園大幅擴(kuò)張,水域與果園演變表現(xiàn)為“速增型”。耕地大幅縮減,表現(xiàn)為“速減型”。聚落、建設(shè)用地與林地勻速增長,表現(xiàn)為“遞增型”;在低山區(qū),以林地為主。耕地大幅縮減,表現(xiàn)為“速減型”。撂荒地迅速擴(kuò)張,表現(xiàn)為“速增型”,耕地撂荒現(xiàn)象明顯。林地勻速增長,為“遞增型”,生態(tài)質(zhì)量得以改善;在中山區(qū),林地占據(jù)主導(dǎo)。在退耕還林還草政策的響應(yīng)下,中山區(qū)耕地勻速縮減,表現(xiàn)為“遞減型”。林地大幅擴(kuò)張,表現(xiàn)為“速增型”。中山區(qū)存在耕地撂荒,生態(tài)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)。

根據(jù)景觀指數(shù)的演變可知,河谷丘陵區(qū)與低山區(qū)香濃多樣性指數(shù)SHDI總體增加,中山區(qū)SHDI逐年減小,且河谷丘陵區(qū)的SHDI明顯高于低山區(qū)與中山區(qū)SHDI,表明河谷丘陵區(qū)的景觀較為豐富,景觀異質(zhì)性較高。其中,河谷丘陵區(qū)1990-2010年SHDI勻速增加,2010-2020年出現(xiàn)緩慢減小的變化。表明在2010年前后,河谷丘陵區(qū)景觀格局由多元化向同質(zhì)化轉(zhuǎn)變,這與果園規(guī)?；N植、耕地和林地優(yōu)勢度被削弱有關(guān);低山區(qū)SHDI隨時(shí)間推進(jìn)呈現(xiàn)總體增加的波動(dòng)變化,景觀多樣性呈現(xiàn)“緩慢降低-快速上升-緩慢降低”的變化特征;中山區(qū)SHDI在1990-2020年呈減少趨勢,表明景觀多樣性逐年降低,景觀趨于同質(zhì)化。河谷丘陵區(qū)和低山區(qū)的景觀蔓延度CONTAG變化趨勢大體一致,呈總體減小的波動(dòng)變化。而中山區(qū)CONTAG逐年增加。1990-2000年,河谷丘陵區(qū)CONTAG略微增加,低山區(qū)變化不明顯;2000-2010年,河谷丘陵區(qū)與低山區(qū)CONTAG減小,景觀破碎度增加;2010-2020年,河谷丘陵區(qū)與低山區(qū)斑塊破碎化程度得以改善。而中山區(qū)CONTAG逐年增加,斑塊連通性逐漸增強(qiáng)。各個(gè)地貌區(qū)的聚集度AI變化趨勢一致,呈現(xiàn)總體減小的波動(dòng)變化。1990-2000年,各地貌區(qū)景觀聚集性略微增加,2000-2010年,AI急劇下降,斑塊趨于破碎化;2010-2020年,各個(gè)地貌區(qū)景觀聚集性增強(qiáng)。

綜上,近30年間河谷丘陵區(qū)景觀演變最為劇烈,景觀趨于多元化,斑塊連通性與景觀聚集性總體減弱;低山區(qū)景觀演變較為劇烈,景觀多樣性整體增強(qiáng),斑塊連通性與景觀聚集性總體減弱;低山區(qū)景觀演變最為平緩,景觀趨于同質(zhì)化,斑塊連通性逐漸增強(qiáng),景觀多樣化總體減弱。

3.3 不同地貌景觀格局空間演變特征

1990-2020年奉節(jié)縣以有林地、灌木林地、耕地與草地轉(zhuǎn)出為主,以有林地、灌木林地與果園轉(zhuǎn)入為主。其中,有林地、灌木林地、耕地與草地轉(zhuǎn)為其他景觀類型的面積分別為743.63 km2、726.60 km2、632.87 km2、383.70 km2。其他景觀類型轉(zhuǎn)為有林地、灌木林地與果園的面積分別為1094.85 km2、492.18 km2、147.19 km2。30年間不同地貌景觀格局的空間演變存在差異性(圖6)。

圖6 1990-2020年不同地貌景觀格局空間演變Fig.6 Spatial evolution of landscape patterns in different geomorphic regions from 1990 to 2020

河谷丘陵區(qū)在1990-2000年以耕地轉(zhuǎn)出為主,2000-2010年與2010-2020年以有林地轉(zhuǎn)入與果園轉(zhuǎn)入為主,景觀轉(zhuǎn)換情況具有空間聚集性特點(diǎn)。1990-2000年39.02km2的耕地轉(zhuǎn)為其他景觀類型。其中,21.53 km2的耕地轉(zhuǎn)為果園,占55.18%。12.69 km2的耕地轉(zhuǎn)為有林地,占32.51%。這一時(shí)期景觀轉(zhuǎn)移現(xiàn)象在空間上廣泛分布;2000-2000年86.53 km2的其他景觀類型轉(zhuǎn)為有林地。轉(zhuǎn)為有林地的耕地、灌木林地面積分別為30.23 km2、24.28 km2,占比分別為34.94%、28.06%。31.01 km2的其他景觀類型轉(zhuǎn)為果園。其中,轉(zhuǎn)為果園的有林地、耕地面積分別為15.72 km2、7.43 km2,占比分別為50.69%、23.97%。這一時(shí)期景觀轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)東北部聚集分布的特點(diǎn);2010-2020年91.17 km2的其他景觀類型轉(zhuǎn)為有林地,其中,灌木林地轉(zhuǎn)為有林地的面積為58.17 km2,占為63.81%。81.72 km2的其他景觀類型轉(zhuǎn)為果園。轉(zhuǎn)為果園的有林地、灌木林地與耕地面積分別為25.62 km2、25.15 km2、19.63 km2,占比分別為31.35%、30.77%、24.02%。這一時(shí)期在空間上呈現(xiàn)西南部聚集分布的特點(diǎn)。

低山區(qū)與中山區(qū)在1990-2000年未見明顯的景觀轉(zhuǎn)換,存在少量的林地轉(zhuǎn)入。2000-2010年與2010-2020年以有林地轉(zhuǎn)入和灌木林地轉(zhuǎn)入為主,有林地呈恢復(fù)性增長態(tài)勢,在空間上具有聚集性分布的特點(diǎn)。1990-2000年,低山區(qū)與中山區(qū)分別有15.93 km2、5.33 km2的其他景觀類型轉(zhuǎn)為有林地。其中,低山區(qū)耕地、果園轉(zhuǎn)為有林地的面積分別為9.91 km2、5.78 km2,占比分別為62.24%、36.29%。中山區(qū)耕地轉(zhuǎn)為有林地的面積為5.33 km2,占60.50%;2000-2010年,低山區(qū)其他景觀類型分別轉(zhuǎn)為有林地與灌木林地的面積為119.89 km2、126 km2。其中,轉(zhuǎn)為有林地的耕地、灌木林地面積分別為82.80 km2、23.04 km2,轉(zhuǎn)為灌木林地的耕地、有林地面積分別為63.45 km2、54.04 km2。在空間上呈現(xiàn)西北部聚集性分布的特征;中山區(qū)分別有334.84 km2、113.51 km2的其他景觀類型轉(zhuǎn)為有林地與灌木林地,其中轉(zhuǎn)為有林地的灌木林地、耕地面積分別為170.64 km2、73.21 km2,轉(zhuǎn)為灌木林地的草地、林地、耕地面積分別為45.24 km2、38.07 km2、29.91 km2。景觀轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)東北部聚集分布的特點(diǎn);2010-2020年,低山區(qū)以林地轉(zhuǎn)入為主。其中,轉(zhuǎn)為有林地的其他景觀類型的面積為129.62 km2,主要來源于灌木林地轉(zhuǎn)入68.87 km2、耕地轉(zhuǎn)入34.12 km2。轉(zhuǎn)為灌木林地的其他景觀類型面積為23.94 km2,主要來源于林地轉(zhuǎn)入13.26 km2、耕地轉(zhuǎn)入5.67 km2。在空間上呈現(xiàn)南部聚集性分布的特征。中山區(qū)在這一時(shí)期景觀轉(zhuǎn)移情況同低山區(qū)一致,轉(zhuǎn)為有林地的其他景觀類型為289.33 km2。其中,灌木林地轉(zhuǎn)入為170.76 km2,耕地轉(zhuǎn)入為80.66 km2。轉(zhuǎn)為灌木林地的其他景觀類型為69.54 km2,其中有林地轉(zhuǎn)入為49.72 km2,耕地轉(zhuǎn)入為14.77 km2。景觀轉(zhuǎn)移的空間聚集性由東北部向南部轉(zhuǎn)移的分布特點(diǎn)。

由不同地貌景觀指數(shù)的空間演變可知(圖6),河谷丘陵區(qū)香濃多樣性指數(shù)SHDI在長江兩岸大幅增加,蔓延度CONTAG在區(qū)內(nèi)全域范圍內(nèi)有所增加,聚集度AI在區(qū)內(nèi)南北部明顯減小。表明江岸區(qū)域人類活動(dòng)頻繁,景觀多樣性明顯增強(qiáng)。全域景觀聚集性逐漸增強(qiáng)。南北部景觀斑塊趨于破碎化;低山區(qū)SHDI低值位于邊緣,并向中部逐漸擴(kuò)張,CONTAG在區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)全域增長,AI在區(qū)域中部明顯減小。表明區(qū)內(nèi)景觀多樣性逐漸減弱,斑塊連通性逐漸增強(qiáng),斑塊趨于破碎化;中山區(qū)全域范圍內(nèi)SHDI逐漸減小,CONTAG逐漸增加,AI在逐漸減小。表明區(qū)內(nèi)趨于同質(zhì)化,斑塊連通性逐漸增強(qiáng),斑塊破碎化程度增大。

3.4 景觀格局驅(qū)動(dòng)機(jī)理

通過對2020年全域與典型地貌區(qū)的景觀格局進(jìn)行二元Logistic回歸分析,探究景觀空間分布格局與驅(qū)動(dòng)因子的定量關(guān)系,從而揭示不同地貌下景觀分布格局的內(nèi)部機(jī)理。經(jīng)過模擬顯示選取的因子通過Hosmer_Lemeshow檢驗(yàn)。表明所選因子對景觀格局具有較好的解釋作用,模擬結(jié)果具有一定的可靠性與合理性。

通過對奉節(jié)縣全域景觀格局進(jìn)行驅(qū)動(dòng)模擬,顯示景觀格局受地形因子、人為因子以及水熱因子三者的共同作用(圖7)。其中,距離因素是影響耕地、撂荒地、有林地以及聚落空間分布的主導(dǎo)因素,耕地、撂荒地、聚落與距聚落距離呈負(fù)相關(guān),有林地與之呈正相關(guān)。高程是決定果園與水域分布的主導(dǎo)因素,隨著高程的增加,果園與水域面積明顯減少。降水量對灌木林地與草地分布具有顯著影響。此外,景觀格局受人為因子、地形因子以及水熱因子的共同作用。影響耕地分布的因子為距聚落距離>地形起伏度>高程>月均降水量>人口密度>月均溫。其中,耕地與地形起伏度、月均降水量呈負(fù)相關(guān),與高程、月均溫、人口密度呈正相關(guān);影響撂荒地分布的因子為距聚落距離>高程>月均降水量>人口密度>月均溫,撂荒地與高程、人口密度、月均溫呈正相關(guān),與月均降水量呈負(fù)相關(guān);影響有林地空間分布的因子為距聚落距離>高程>地形起伏度>坡度>月均溫,有林地與其呈正相關(guān);聚落受人為因子與地形因子的共同作用,依次為距聚落距離>地形起伏度>坡度;地形與水熱因子對果園分布具有較大影響,人為因子影響較弱,依次為高程>月均降水量>月均溫>距聚落距離>地形起伏度>人口密度。其中,果園分布與高程、月均溫、距聚落距離以及地形起伏度呈負(fù)相關(guān),與月均降水量、人口密度呈正相關(guān);灌木林地與草地受地形、水熱以及人為因子的共同影響。

圖7 景觀格局的二元Logistic回歸分析Fig.7 Binary logistic regression analysis of landscape patternsWald:瓦爾德系數(shù);X1:高程,X2:地形起伏度,X3:坡度,X4:7月平均氣溫,X5:7月平均降水量,X6:人口密度,X7:距聚落距離

由于河谷丘陵區(qū)的主導(dǎo)景觀類型為耕地與果園,低山區(qū)與中山區(qū)的主導(dǎo)景觀類型為有林地與耕地,而撂荒地在各地貌區(qū)均有分布,本文將對上述景觀進(jìn)行回歸分析。結(jié)果表明不同地貌下驅(qū)動(dòng)因子對景觀格局的解釋作用具有分異性(圖7)。在河谷丘陵區(qū),景觀分布受地形因子、水熱因子與人為因子共同影響,高程是影響景觀分布的主導(dǎo)因素。其中,耕地受高程、月均降水量以及人口密度的共同作用,耕地與高程呈負(fù)相關(guān),與月均降水量、人口密度呈正相關(guān)。撂荒受高程、地形起伏度以及距聚落距離的影響,并與該影響因子呈正相關(guān)。果園受高程、月均降水量以及地形起伏度的共同影響,并與該因子呈負(fù)相關(guān);在低山區(qū),高程不再成為影響景觀分布的因素,距離逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲗?dǎo)因素,地形起伏度與坡度成為影響因子。其中,耕地受距聚落距離與地形起伏度的影響,與其呈負(fù)相關(guān)。撂荒地受地形起伏度、月均降水量與坡度的影響,與其呈負(fù)相關(guān);有林地受距聚落距離、地形起伏度與人口密度的共同作用,與距聚落距離、地形起伏度呈正相關(guān),與人口密度呈負(fù)相關(guān);在中山區(qū),距離與地形起伏度成為景觀分布的主導(dǎo)因素。耕地受距聚落距離、地形起伏度、坡度以及月均降水量的影響,耕地與其呈負(fù)相關(guān);撂荒地與距聚落距離、地形起伏度、高程以及月均溫具有相關(guān)性,與距聚落距離、地形起伏度以及月均溫呈負(fù)相關(guān),與高程呈負(fù)相關(guān);林地受距聚落距離、地形起伏度以及坡度的影響,與其呈正相關(guān)。

綜上,不同地貌下影響因子對景觀格局的解釋作用有所差別。在河谷丘陵區(qū),耕地與果園分布于利于種植的低海拔河谷區(qū),撂荒地分布于高海拔丘陵區(qū),高程是解釋景觀分布的主導(dǎo)因素;在低山與中山山地區(qū)域,山高坡陡的地形條件增加了農(nóng)戶的耕作半徑,距離與地形因子成為限制耕地與撂荒地分布的主導(dǎo)因素。而距離的增長、地形起伏度的增大共同作用使得人為干擾減弱,促進(jìn)了有林地的增長,使得生態(tài)環(huán)境得以恢復(fù)。

4 討論

4.1 基于地貌差異的景觀格局轉(zhuǎn)型過程及其模式

4.1.1奉節(jié)縣不同地貌下景觀格局轉(zhuǎn)型過程

從三峽工程建設(shè)以來,在地形條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與政策等眾多因素的驅(qū)動(dòng)作用下,研究區(qū)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)社會(huì)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)社會(huì)轉(zhuǎn)型的過程,土地利用發(fā)生了轉(zhuǎn)型,景觀格局也隨之轉(zhuǎn)型。

1990-2000年三峽工程建設(shè)初期,研究區(qū)處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展階段。這一時(shí)期,各個(gè)地貌區(qū)以林地、耕地、草地傳統(tǒng)景觀為主,景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,未見明顯轉(zhuǎn)換。農(nóng)戶主要通過擴(kuò)大耕地面積提高糧食產(chǎn)量,以維持生計(jì)。這一時(shí)期可見河谷丘陵區(qū)與低山區(qū)耕地明顯擴(kuò)張,中山區(qū)耕地小幅增長;2000-2010年三峽工程建設(shè)中期,研究區(qū)處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)過渡階段,農(nóng)戶逐漸轉(zhuǎn)變其傳統(tǒng)生計(jì)模式,河谷丘陵區(qū)出現(xiàn)成片果園,“耕-果轉(zhuǎn)換”活躍,低山區(qū)與中山區(qū)退耕還林,“耕-林轉(zhuǎn)換”活躍。由此呈現(xiàn)出“耕地收縮、果園擴(kuò)張、林地恢復(fù)性增長”的過渡型景觀格局;2010-2020年,三峽工程全面運(yùn)營,研究區(qū)處于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型階段,農(nóng)戶生計(jì)重心從耕地向果園轉(zhuǎn)型,河谷丘陵區(qū)耕地大幅縮減,果園快速擴(kuò)張。低山區(qū)林地緩慢增長,耕地退耕形成撂荒地。中山區(qū)林地恢復(fù)性增長,恢復(fù)其主導(dǎo)地位。這一時(shí)期呈現(xiàn)“果園擴(kuò)張、耕地撂荒”的轉(zhuǎn)型格局。由于不同地貌類型受人類活動(dòng)的干擾程度有所不同,不同地貌景觀格局轉(zhuǎn)型呈現(xiàn)分異性特征(表4)。

表4 景觀格局類型的歸納依據(jù)Table 4 The inductive basis of landscape patterns types

河谷丘陵區(qū)近30年間的景觀格局表現(xiàn)為“傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧鷳B(tài)經(jīng)濟(jì)型”。1990-2000年,河谷丘陵區(qū)以傳統(tǒng)景觀為主。景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,表現(xiàn)為“傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)型”景觀格局;2000-2010年,景觀轉(zhuǎn)化較為活躍。耕地與草地大面積轉(zhuǎn)化為果園與灌木林地,果園呈現(xiàn)擴(kuò)張態(tài)勢,聚落與建設(shè)用地增加,這一時(shí)期表現(xiàn)為“生態(tài)+農(nóng)業(yè)組合型”的景觀格局;2010-2020年,耕地與草地持續(xù)縮減,果園與林地大幅擴(kuò)張,景觀格局向以果園為優(yōu)勢的“生態(tài)經(jīng)濟(jì)型”景觀格局轉(zhuǎn)變。

低山區(qū)近30年間的景觀格局表現(xiàn)為“農(nóng)業(yè)主導(dǎo)型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧鷳B(tài)主導(dǎo)型Ⅱ”。1990-2000年,低山區(qū)以林地與耕地為主,為“農(nóng)業(yè)主導(dǎo)型”格局;2000-2010年,耕地大幅轉(zhuǎn)化為有林地與灌木林地,生態(tài)環(huán)境有所改善,表現(xiàn)為“生態(tài)恢復(fù)型Ⅰ”格局;2010-2020年,耕地持續(xù)縮減,林地?cái)U(kuò)張,耕地撂荒明顯,轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧鷳B(tài)主導(dǎo)型Ⅱ”景觀格局。

中山區(qū)近30年以林地為主。1990-2000年,中山區(qū)以林地、耕地以及草地組成,景觀格局為“生態(tài)主導(dǎo)型Ⅰ”;2000-2010年,灌木林地與耕地轉(zhuǎn)化為有林地,林地迅速恢復(fù),景觀格局為“生態(tài)恢復(fù)型Ⅱ”;2010-2020年,耕地和灌木林地持續(xù)縮減,有林地大幅擴(kuò)張,耕地輕度撂荒,景觀格局向“生態(tài)型”轉(zhuǎn)變。

4.1.2基于地貌差異的景觀格局轉(zhuǎn)型模式

基于“全域-典型區(qū)”的視角分析研究區(qū)近30年的景觀格局演變規(guī)律,探究不同地貌下景觀格局轉(zhuǎn)型特征,總結(jié)其轉(zhuǎn)型模式。研究表明地貌分異是景觀格局轉(zhuǎn)型的物理基礎(chǔ),不同地貌景觀格局轉(zhuǎn)型具有分異性特點(diǎn)(圖8),可歸納為以下三種模式:①“河谷丘陵-生態(tài)經(jīng)濟(jì)型”。河谷丘陵區(qū)受生態(tài)移民、產(chǎn)業(yè)扶持等人類活動(dòng)的影響,景觀格局變化劇烈。30年間,耕地大幅縮減,果園大幅擴(kuò)張,景觀多樣性增強(qiáng),斑塊破碎度減弱,景觀連通性增強(qiáng)。該區(qū)域優(yōu)勢景觀由耕地向果園轉(zhuǎn)變,形成“生態(tài)經(jīng)濟(jì)型”的景觀格局;②“低山-生態(tài)主導(dǎo)型Ⅱ”。低山區(qū)在退耕還林還草生態(tài)工程的影響下,林地恢復(fù)性增長,部分坡耕地退還形成撂荒地。景觀多樣性降低,形成林地恢復(fù)、退耕撂荒為主要特征的“生態(tài)主導(dǎo)型Ⅱ”格局;③“中山-生態(tài)型”。中山區(qū)由于地形條件的限制,受人類活動(dòng)的干擾程度較弱,景觀結(jié)構(gòu)單一,形成以林地為主的“生態(tài)型”景觀格局。這與三峽庫區(qū)腹地山區(qū)農(nóng)業(yè)景觀格局轉(zhuǎn)型中的“綜合型”、“耕-果轉(zhuǎn)換型”、“部分撂荒型”、“撂荒型”4種模式基本一致[27]。

圖8 基于地貌差異的景觀格局轉(zhuǎn)型過程及其模式Fig.8 Landscape pattern transformation process and its model based on differences in topography

相比于華北平原“楊上糧下”景觀演變模式[44]、黃土丘陵區(qū)“川地耕地-溝谷荒草-陡坡林地”的景觀梯度演變模式[45]以及青藏高原“耕地過渡為林草地”的景觀梯度演變模式[46],山區(qū)景觀格局演變具有相似性以及自身的獨(dú)特性。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,在平原、丘陵、山地以及高原地區(qū)出現(xiàn)自然景觀退化、人為景觀演替的格局,導(dǎo)致景觀異質(zhì)性增強(qiáng)、破碎度增加;但山區(qū)地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜,景觀格局具有梯度分異性,呈現(xiàn)“河谷丘陵-生態(tài)經(jīng)濟(jì)型”、“低山-生態(tài)主導(dǎo)型Ⅱ”以及“中山-生態(tài)型”的梯度空間格局。在垂直方向上,隨著地形梯度的增加,山區(qū)景觀多樣性降低,景觀同質(zhì)性增強(qiáng),破碎度增加,景觀經(jīng)濟(jì)導(dǎo)向性減弱,生態(tài)導(dǎo)向性增強(qiáng)[47];在水平方向上,隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展,土地利用方式由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變,景觀格局呈現(xiàn)逐漸集約化的過程[48]。上述轉(zhuǎn)型模式進(jìn)一步證實(shí)了山區(qū)不同地貌景觀格局演變差異性的科學(xué)性。該轉(zhuǎn)型模式對山區(qū)景觀格局轉(zhuǎn)型理論進(jìn)行了補(bǔ)充,揭示了不同地貌下景觀格局轉(zhuǎn)型空間分異的特點(diǎn)。

4.2 啟示

基于地貌差異的景觀格局轉(zhuǎn)型揭示了山區(qū)內(nèi)部不同地貌景觀格局演變的獨(dú)特規(guī)律,為促進(jìn)山區(qū)土地資源合理利用以及協(xié)調(diào)不同地貌區(qū)的人地關(guān)系提供范式。由圖9可知,位于不同地貌區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與農(nóng)業(yè)發(fā)展水平具有明顯的差異性。

圖9 不同地貌區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)發(fā)展水平Fig.9 Socioeconomic and agricultural development levels of different geomorphic regions in Fengjie County

永安街道、魚復(fù)街道與夔門街道位于長江北岸河谷丘陵區(qū),永樂鎮(zhèn)與安坪鎮(zhèn)位于南岸河谷丘陵區(qū),地勢平坦、地形起伏度小的地形優(yōu)勢使其成為人口密集、交通便利的城區(qū)中心及鄰近鄉(xiāng)鎮(zhèn)。位于河谷丘陵區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與城鎮(zhèn)化率處于高值水平,糧食總產(chǎn)量處于中等水平。表明該區(qū)域經(jīng)果林的種植帶來了經(jīng)濟(jì)效益,而果園的擴(kuò)張使得耕地空間受到擠壓,區(qū)域內(nèi)糧食供給短缺,極易構(gòu)成糧食威脅。

公平鎮(zhèn)、青蓮鎮(zhèn)、紅土鄉(xiāng)與石崗鄉(xiāng)位于縣內(nèi)西北部低山區(qū),地處大巴山南脈末端,地勢西北高東南低。該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低于河谷丘陵區(qū),鎮(zhèn)與鄉(xiāng)之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有所差距。糧食總產(chǎn)量處于較高水平,表明該區(qū)域以糧食供給為主,城鎮(zhèn)化對其影響不明顯,人地關(guān)系較協(xié)調(diào)。

興隆鎮(zhèn)、太和土家族鄉(xiāng)、長安土家族鄉(xiāng)、龍橋土家族鄉(xiāng)與云霧土家族鄉(xiāng)處于縣內(nèi)東南部中山區(qū),該區(qū)域位于七曜山脈余脈,地勢高、地形起伏大。該區(qū)域由于中山地形的制約,人口稀疏,經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢,且耕地分布破碎,不利于耕作區(qū)存在輕度撂荒,糧食產(chǎn)量較少。該區(qū)域以林草地等自然景觀為主,生態(tài)性導(dǎo)向較強(qiáng)。

綜上所述,位于河谷丘陵區(qū)與低山區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)應(yīng)當(dāng)優(yōu)化景觀布局。河谷丘陵區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)因發(fā)展經(jīng)果林導(dǎo)致耕地面積縮減。在保護(hù)耕地的前提下,可提倡耕果兼種的種植方法,保障糧食供給,從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展;低山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村之間人均可支配收入上存在較大差距,可通過打造鄉(xiāng)村旅游生態(tài)型景觀提高農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)收入,以縮小二者之間的收入差距;中山區(qū)所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)受地形因子的制約,經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢。農(nóng)戶可通過栽培適應(yīng)高海拔山地氣候的經(jīng)濟(jì)作物,以提高其經(jīng)濟(jì)收入。耕地撂荒使得土地休養(yǎng)生息,林地恢復(fù)可改善區(qū)域的水土流失。

5 結(jié)論

通過構(gòu)建基于地貌差異的景觀格局轉(zhuǎn)型研究框架,從“全域-典型地貌區(qū)”的科學(xué)視角分析了研究區(qū)近30年的景觀格局演變及其轉(zhuǎn)型模式。利用二元Logistic回歸模型揭示影響因子與景觀格局的定量關(guān)系,探討了景觀格局驅(qū)動(dòng)機(jī)理。結(jié)論如下:

(1)不同地貌景觀格局演變具有顯著差異。隨著三峽工程的修建,受生態(tài)移民、退耕還林以及農(nóng)戶生計(jì)模式轉(zhuǎn)型等影響,海拔較低的河谷丘陵區(qū)演變最為劇烈,景觀轉(zhuǎn)換活躍,“耕-果轉(zhuǎn)換”為其顯著特征;海拔較高的低山區(qū)林地恢復(fù)性增長,伴隨著耕地撂荒的現(xiàn)象;海拔最高的中山區(qū)景觀結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定,林地恢復(fù)性增長,生態(tài)趨于好轉(zhuǎn)。

(2)隨著農(nóng)業(yè)社會(huì)的發(fā)展,研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)與形態(tài)隨之轉(zhuǎn)變,景觀格局發(fā)生轉(zhuǎn)型,景觀格轉(zhuǎn)型具有地貌分異性特點(diǎn)。其中,在空間上,景觀格局隨著地貌升高呈現(xiàn)“異質(zhì)性”向“同質(zhì)性”、“經(jīng)濟(jì)型”向“生態(tài)型”轉(zhuǎn)型的過程。在時(shí)間上,景觀呈現(xiàn)“穩(wěn)定型”結(jié)構(gòu)向“活躍型”結(jié)構(gòu)、“粗放型”利用向“集約型”利用轉(zhuǎn)型的過程。河谷丘陵區(qū)形成“生態(tài)經(jīng)濟(jì)型”格局,低山區(qū)形成“生態(tài)主導(dǎo)型Ⅱ”格局,中山區(qū)形成“生態(tài)型”格局。

(3)影響因子對不同景觀格局的解釋作用有所不同。從全域來看,人為干擾對解釋農(nóng)業(yè)型景觀格局與生態(tài)型景觀格局具有主導(dǎo)作用,地形對于生態(tài)經(jīng)濟(jì)型景觀格局的解釋占據(jù)主導(dǎo)地位,水熱條件對解釋自然景觀格局具有主導(dǎo)作用;從不同地貌區(qū)來看,地形是影響河谷丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)型景觀格局與生態(tài)經(jīng)濟(jì)型景觀格局的主導(dǎo)因素,隨著地貌梯度的增加,低山區(qū)與中山區(qū)地形的解釋作用減弱,人為干擾的解釋作用占據(jù)主導(dǎo),山地農(nóng)業(yè)型景觀格局與生態(tài)型景觀格局受到人為干擾與地形的共同影響。

本文選取三峽庫區(qū)奉節(jié)縣典型地貌區(qū)進(jìn)行探討,缺乏山區(qū)大尺度的研究,但研究區(qū)囊括河谷丘陵、低山、中山等眾多地貌,符合山區(qū)地貌結(jié)構(gòu),因此研究結(jié)果仍能反映以奉節(jié)縣為代表的山區(qū)不同地貌景觀格局的演變規(guī)律以及轉(zhuǎn)型模式。