海南热带雨林国家公园景观格局演变

[26]。表SEQ表格\*ARABIC1景观格局指数含义景观指数尺度水平意义香农多样性指数（SHDI）景观水平用以分析景观的异质性、丰富度、复杂程度香农均匀度指数（SHEI）景观水平用以反映景观类型分布的均匀程度、多样性蔓延度（COMTAG）景观水平用以分析不同景观类型斑块的邻接程度或延展性边缘密度（ED）类型/景观水平用以反映景观的异质性、复杂程度景观形状指数（LSI）类型/景观水平用以度量景观类型的形状在空间格局上的复杂性以及规则程度聚集度指数（AI）类型/景观水平反映不同类型斑块的聚集程度，数值与聚集程度呈正相关最大斑块指数（LPI）类型/景观水平反映景观破碎化的程度，值越大则斑块连片的面积就越大，可以判定主要景观类型斑块密度（PD）类型/景观水平用以表示景观破碎化程度、完整性斑块类型百分比（PLAND）类型水平用以反映区域内的生物多样性和优势种斑块数量（NP）类型/景观水平表示景观类型的斑块总数量，值的大小与景观破碎度相关性较高斑块结合度指（COHESION）类型/景观水平能够反映该类型斑块的物理连通性。4结果分析4.1景观转移矩阵特征分析为反映研究区的景观类型转移情况，基于软件ArcGIS10.2和Excel，得到1990—1999年、1999—2011年、2011—2021年、1990—2021年四个时期的景观转移矩阵，见表2-5。由表2可知，1990—1999年间,草地主要转为林地，转出面积为196.06km2，转出率为51.16%；耕地主要转为草地和林地，转出面积依次为27.74km2和27km2，转移率为29.34%和28.56%；水域的主要贡献者为耕地，转入面积为20.77km2，转移率为42.64%，这是由于水库蓄水量增加，部分耕地转为水域；建设用地、林地和未利用地的转移情况不明显。表SEQ表格\*ARABIC21990-1999年景观类型转移矩阵（单位：km2）年份1999年1990年用地类型水域草地林地耕地建设用地未利用地总计水域11.370.200.411.850.870.0014.71草地5.34164.32196.0617.220.320.01383.27林地10.73117.493790.2328.491.900.033948.87耕地20.7727.7427.0018.011.010.0094.53建设用地0.381.762.281.220.060.005.70未利用地0.090.120.070.770.000.001.05总计48.69311.634016.0467.554.180.054448.14由表3可知，1999—2011年间，研究区的主要景观类型是林地，面积为4066.42km2，占比为91.41%；草地主要转为林地，转出面积为217.45km2，转移率达到69.78%；耕地主要转为林地和草地，转出面积分别为23.84km2和18.61km2；建设用地主要输出为水域，转出面积为2.37km2，转移率达到56.62%，这一变化的产生与毛拉洞水库的建成有关，研究区内其他水库蓄水量的增加也是原因之一；林地、未利用地类型变化不明显。表SEQ表格\*ARABIC31999-2011年景观类型转移矩阵（单位：km2）年份2011年1999年用地类型水域草地林地耕地建设用地未利用地总计水域47.430.180.170.760.150.0048.69草地9.8066.75217.4517.010.600.02311.63林地8.89159.783824.6522.020.690.014016.04耕地5.9018.6123.8418.310.890.0067.55建设用地2.370.490.300.700.320.004.18未利用地0.000.030.010.010.000.000.05总计74.39245.844066.4258.802.650.034448.14由表4可知，2011—2021年期间，草地向其他景观类型转移趋势明显，主要表现为向林地转移，转出面积为216.79km2，转移率达到88.18%；耕地主要转移为林地和建设用地，转出面积分别为27.35km2和13.28km2，转移率分别为46.51%和22.59%；建设用地的主要贡献者为草地和耕地，转入面积分别11.24km2和13.28km2，建设用地总面积达到32.70km2，面积增长约12.5倍，这与研究区内城镇的扩张、高速公路等基础设施的建设有关；未利用地主要来源于草地、林地和耕地，转移面积分别为0.25km2、0.27km2和0.44km2；林地和水域向其他景观类型转移不明显。表SEQ表格\*ARABIC42011-2021年景观类型转移矩阵（单位：km2）年份2021年2011年用地类型水域草地林地耕地建设用地未利用地总计水域66.330.007.940.000.110.0074.39草地1.445.02216.7911.0911.240.25245.84林地2.116.244037.8812.487.430.274066.42耕地9.200.5727.357.9613.280.4458.80建设用地1.380.000.570.030.630.022.65未利用地0.000.030.000.000.000.03总计80.4711.844290.5631.5632.701.004448.14由表5可知，1990—2021年期间，草地和耕地变化明显，均以向林地转移为主。其中，草地向林地转出面积为353.04km2，转移率为92.11%；耕地向林地转出面积为47.45km2，转移率为50.19%；水域总面积达到80.47km2，水域面积增长近5倍，主要来源于耕地和林地，转出面积分别为30.46km2和28.55km2，这是由于研究区内水库的建设、水库蓄水量的增加，水域面积大幅度增长；建设用地面积增长5.6倍，主要来源于林地、耕地和草地，这与打造海南国际旅游岛的政策实施，城镇自建房增多、高速公路等基础设施建设有关；林地为研究区主要用地类型，面积为4290.56km2，占比为96.46%，由1990年的3948.87km2增至2021年的4290.56km2，这是由于政府在此时期内，实施的造林绿化、退耕还林等举措带来的正向效果；未利用地类型变化不明显。表SEQ表格\*ARABIC51990-2021年景观类型转移矩阵（单位：km2）年份2021年1990年用地类型水域草地林地耕地建设用地未利用地总计水域12.420.021.060.220.890.1114.71草地8.248.13353.048.175.490.19383.26林地28.552.963884.9215.4916.450.503948.87耕地30.460.7347.457.278.500.1494.53建设用地0.560.013.800.231.090.025.70未利用地0.230.010.300.190.280.051.05总计80.4711.854290.5631.5632.701.004448.144.2景观格局指数分析 4.2.1基于类型水平的景观格局指数变化分析在景观类型水平上，选择NP、LPI、PLAND、PD、LSI、COHESION、AI共7个指数，分别对研究区在1990、1999、2011、2021年4个年份进行景观格局指数计算，得到研究区的景观类型在不同时期的演变特征见图7。（a）聚集度指数AI（b）斑块结合度指数COHESION（c）最大斑块指数LPI（d）景观形状指数LSI（e）斑块数量NP（f）斑块密度PD（g）斑块类型百分比PLAND图SEQ图表\*ARABIC7类型水平景观格局指数变化聚集指数（AI）能够反映景观类型的聚集程度。由图7（a）可知，林地和水域的AI一直高于80%，且持续增长，聚集度逐渐增加。其中，林地由97.615%增至99.345%，水域由83.593%增至96.221%，水域变化幅度较大，这与研究区内水库的建设，水域类型向其他景观类型扩张，使得水域面积持续大幅度增长有关。草地类型AI表现为先增加后下降，总体表现为下降，说明草地的聚集度降低，趋于离散，这与研究区重视绿化，草地向林地类型转化，使得草地面积的大幅下降有关；建设用地的AI在研究期内持续增加，由44.323%增至68.413%，逐渐趋于聚集，离散型减弱，这与研究区在这一阶段，农村和城镇扩建、村村通公路等措施有关；耕地和未利用地的AI在波动中下降，说明离散型增强，聚集性下降，与面积变化有关。斑块结合度指数（COHESION）能够反映景观类型的连通度。由图7（b）可知，建设用地的COHESION表现为先增后减，总体表现为增加，反映建设用地斑块类型的连通度增强；草地、耕地、未利用地的COHESION表现为下降，说明这三类斑块类型的连通度在下降，这是因为三类板块类型面积下降，而其他板块类型面积扩张，连通度下降；林地和水域的COHESION在研究期内基本保持不变，基本维持在99%以上，说明林地和水域一直处于高连通状态。最大斑块指数（LPI）和斑块类型百分比（PLAND）用来反映景观优势类型。由图7（c）和图7（g）可知，1990—2021年期间，林地类型的LPI和PLAND都为最大，大幅度领先其他斑块类型，并逐年增大，表明林地是研究区主要景观类型，且其优势度持续增加，体现出近年来对于研究区的生态保护和造林绿化的效果明显；草地的PLAND持续减小变化幅度较大，且LPI在波动中减小，说明草地类型优势度随着面积的减少而逐渐下降；耕地的PLAND和LPI均呈现逐渐减小的趋势，说明耕地类型随着时间变化而逐渐向其他类型转移，景观优势度持续下降；建设用地和未利用地在研究期内，LPI和PLAND处于较低水平，变化较小，景观优势度低。景观形状指数（LSI）用于反映斑块类型的复杂性和规则程度。由图7（d）可知，1990—2021年期间，草地的LSI变化幅度最大，由1990年的137.276%下降至2021年的41.460%，说明草地类型斑块的形状逐渐规则，复杂程度降低；林地的LSI持续降低，由50.207%下降至15.078%，斑块形状变得规则；建设用地的LSI表现为先降低后升高，其中，2011—2021年期间表现为升高，主要与研究区内建设用地面积增加有关，例如城镇的扩张、高速公路的建设，LSI最终表现为增加，斑块形状在空间上趋于复杂和不规则；研究期内，水域的LSI表现为先降低后升高，最终表现为降低，由研究初期的21.413%降至末期大的12.11%，斑块形状趋于规则；耕地和未利用地的LSI在波动变化，但最终变化不明显。斑块个数（NP)和斑块密度（PD）能够反映斑块类型的破碎化程度，NP和PD的值越大，破碎度越高。由图7（e）和图7（f）可知，在1990—2021年期间，草地类型的NP和PD表现为持续下降的趋势，NP由12151个逐渐下降至1484个，PD由2.7316个/100ha降至0.3335/100ha，表明草地破碎度减弱，这与草地向其他类型转化有关；在研究期内，耕地类型的NP和PD均表现为下降，表明耕地破碎度减弱，趋于完整。建设用地、林地、水域和未利用地的NP和PD变化趋势相似，均表现为先降后增。其中，林地和水域在研究期内最终表现为下降，林地和水域的破碎程度较1990年表现为减弱；建设用地的NP和PD最终表现为增加，NP由1568个增至2384个，PD由0.1895/100ha增至0.5358/100ha，破碎化程度增强，建设用地的变化可能与景区的基础设施建设有关；未利用地NP和PD总体几乎没有变化。 4.2.2基于景观水平的景观格局指数变化分析在整体景观水平上，选择ED、LSI、SHDI、SHEI、CONTAG、AI共6个指数，分别对研究区在1990、1999、2011、2021年4个年份进行景观格局指数计算，得到研究区整体景观不同时期的演变特征见图8。（a）边缘密度ED（b）景观形状指数LSI（c）香农多样性指SHDI（d）香农均匀度指SHEI（e）蔓延度CONTAG（f）聚集度指数AI图SEQ图表\*ARABIC8景观水平景观格局指数变化边缘密度（ED）和景观形状指数（LSI）能够反映景观复杂程度和规则程度。由图8（a）和图8（b），在研究时期内，研究区ED和LSI变化趋势相似，数值均表现为逐渐下降。1990—2021年期间，ED由28.2762m/ha下降至7.1108m/ha，LSI由52.3027%下降至17.0025%.这表明景观类型边缘效应不断减弱，景观斑块变化趋向不规则，景观形状趋于复杂化，这可能与人类活动等外因对研究区的影响有关。蔓延度指数（CONTAG）能够反映景观类型斑块的邻接程度和延展趋势。由图8（e）可知，在研究期内，CONTAG逐渐增长，由1990年的83.176%到2021年的93.0143%，涨幅约9.84%。其中2011—2021年期间增长最多，约为6%。说明研究区的景观类型延展性较高，空间连接性增强，破碎度逐渐减弱。香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（SHEI）能够反映景观的异质性和类型分布的均匀程度。SHDI值越高，表明景观类型越丰富、破碎度越高。SHEI用于反映景观多样性，与优势度呈负相关。由图8（c）和图8（d）可知，两种指数在1990—2021年期间呈逐渐减小的趋势，表明景观破碎度降低，景观异质性减弱，以林地为主的景观类型占据优势地位。SHDI与SHEI变化趋势相似，这也反映了研究区随着时间的变化，景观斑块趋于均匀分布。聚集度指数（AI）能够反映斑块类型的聚集程度。由图8（f）可知，AI整体呈增长趋势，在1990—2021年间，由95.5218%增至98.7403%。表明研究区的各景观类型斑块的联系程度逐渐加强，趋向聚集，离散性减弱，连通度增加，景观斑块类型趋于密切分布。综上，在1990—2021年间，ED、LSI、SHEI和SHDI均表现为逐渐减小，CONTAG和AI表现为逐渐增大且数值较高。反映研究区景观破碎度逐步降低，景观类型趋于聚集，连通性和延展性增强，景观多样性降低，斑块异质性和复杂程度减弱，景观中林地类型逐渐趋于健康发展。这与海南省政府多年来的生态修复和保护，系列措施以及相关政策的调控有关，海南热带雨林国家公园得到良好保护以及绿化效果的提升，景观破碎化持续得到改善。5结论与讨论5.1主要结论本研究基于RS和GIS技术，对海南热带雨林国家公园1990、1999、2011、2021年四期Landsat影像数据进行土地利用信息提取。基于不同时期的土地利用信息，分析景观类型不同阶段的转移情况，得出研究区景观类型时空变化特征。同时，对得到的土地利用数据进行景观格局指数计算，从景观和类型水平上，探究研究区的景观格局时空演变特征。得到具体结论如下：（1）1990—2021年期间，林地一直是研究区的主要用地类型，面积占比在1990年达到88.78%，在2021年达到96.46%，在研究期间内占比持续增大，主要由耕地和草地转移而来；水域的面积在研究期间内也持续增长，占比由0.33%上升至1.81%，面积增长约5倍。建设用地在研究期间也表现为逐渐增大，其中，在2011—2021年阶段表现为大幅度增长，面积由2.6km2增加至32.62km2；耕地和草地面积在研究期内表现为逐渐减少，主要转为林地和水域。其中，草地类型面积减少371.41km2，耕地类型面积减少62.97km2；未利用地变化不明显。（2）从景观类型水平来看，林地类型的斑块数量、斑块密度在研究期内下降，破碎度降低，聚集度指数处于80%以上且持续增长，连通度较高，是研究区的主要用地类型，斑块形状趋向规整；草地类型破碎度降低，聚集度和连通度都下降，形状趋于规整，复杂性降低；水域类型优势度增加，斑块形状趋于规则，趋于聚集分布，破碎化程度减弱；耕地类型面积下降，破碎化程度减弱，结合度指数和聚集度指数都下降，优势度降低；建设用地和未利用地的类型斑块分布面积较小，破碎度略有加重，斑块类型形状趋于复杂和不规则。（3）从整体景观水平来看，研究区斑块形状趋于不规则和复杂化，景观异质性和多样性减弱，趋向单一。蔓延度指数逐渐增大，各景观类型延展性和连接性增强。聚合度指数增大，聚集性增强，离散性减弱。香农多样性指数和香农均匀度指数持续下降，景观多样性减弱，景观类型分布趋于不均匀。5.2讨论综合本研究的结论，林地是研究区的主要景观类型，在研究期内，面积占比不断提高，景观破碎度下降，连通性增强，趋于聚集分布。经查证，自1994年以来，海南省全面禁止天然林的砍伐，逐步实施育林的措施，研究区内的草地和耕地向林地转化。在1998年，海南省实施“天保工程”，对研究区的天然林进一步保护，其他景观类型进一步向林地转化，林地类型面积进一步增加。此外，政府在2012年推动绿化宝岛工程，开展了大量的造林绿化工作，进一步增加研究区林地面积。系列措施如“退耕还林”等的开展，引导群众共同保护热带雨林，致力于热带雨林的生态修复和绿化，林地类型面积不断增加，景观破碎化程度大大减小，生态修复效果保护良好。研究区的水域类型在研究期内，面积不断增加，主要由耕地、草地转化而来。水域破碎化程度减弱，斑块形状趋于规则，趋于聚集。经查明，造成这些变化的原因有：1994年大广坝水库的建成，部分耕地和林地类型直接转化为水域，进一步扩大水域的面积；此外，2003年毛拉动水库的建成，进一部扩大水域的面积，水域连通性增强，破碎程度减弱。随着研究区的水库建成和蓄水量的增加，在1990—2021年间，水域面积大幅度增长。此外，研究区范围外的水库，也可能对研究区水域类型产生影响。研究区内的建设用地面积主要在2011—2021年这一阶段增长，在此期间，由于打造“海南国际旅游岛”政策提出，且随着经济的发展，研究区内的高速公路建成，城镇扩张，村民自建房增多，建设用地类型面积大幅度增长，耕地、草地和林地类型部分向建设用地转化。除此之外，省道、国道等基础设施的建设，也对研究区建设用地类型产生影响。研究区内建设用地的增加，道路的阻隔，对研究区内其他用地类型的连通度、破碎程度存在负面影响。因此，应在建设用地集中的地方，重视恢复周边植被环境，保护研究区生态安全。5.3不足与展望本研究基于Fragstats4.2、ArcGIS10.2、ENVI5.3等软件，以1990—2021年为研究期，对海南热带雨林国家公园进行景观格局演变特征分析，包括景观转移矩阵和景观格局指数的分析。但由于主观和客观因素的影响，本研究尚且存在不足，具体如下：（1）土地利用类型划分精度方面。由于海南热带雨林国家公园实地调查资料难以获取，可供选择的影像数据较少，且本研究选用的Landsat遥感影像数据分辨率为30米，对于分类结果存在一定的影响。在今后的研究中，可以选用更高分辨率的数据，得到更高精度的解译结果，对研究区景观格局进一步深入探讨。（2）景观格局指数的选取方面。在对景观指数选取的选取中，由于指数数量较多，指数之间存在关联性和重复性，选择的指数所反映的信息可能存在冗余。其次，存在景观格局指数的选择不够全面，存在不足。在今后的研究中，应该更加深入衡量指数的选取，科学结合研究目的和研究区特点选择指数。（3）景观格局演变驱动因素方面。本研究仅从搜集资料的角度，对驱动因素进行分析，缺少对其的定量分析。在今后的研究中，可以进一步深入探讨研究区的景观格局驱动因素分析，以为研究区提供更合理科学的建议。

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