福建省土地利用格局的地形梯度效应分析

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-1115

摘要/Abstract

摘要：

为揭示福建省土地利用格局沿地形梯度时空演变特征及规律,以2000、2010、2018年3期土地利用数据和数字高程模型(DEM)数据为数据源,通过土地利用变化图谱、地形位指数、分布指数和景观格局指数等方法,分析研究区景观图谱的地形梯度变化特征,探讨土地利用格局的地形梯度效应及其成因。结果表明：2000—2018年,福建省的主要景观类型为林地、耕地和草地,其中林地和草地主要分布于高等级地形位,耕地主要集中于低等级地形位;研究期间,耕地面积以年均89 km²不断缩减,主要转向建设用地,建设用地面积以年均145 km²不断增加;景观变化图谱以稳定型为主,占比约94%,对应的分布指数随着地形位梯度的增加而增加,而其他图谱类型与其相反;景观多样性和景观异质性等景观属性在时间尺度上逐年上升,在空间尺度上随地形梯度增加呈下降趋势。该研究为城市化过程中的景观格局空间优化布局和土地资源的合理开发利用提供科学依据。

关键词: 土地利用, 景观格局, 分布指数, 地形梯度, 地学信息图谱, 福建省

Abstract:

To reveal the temporal and spatial evolution characteristics and laws of terrain gradient of land use pattern in Fujian Province, the land use data in 2000, 2010 and 2018 and digital elevation model (DEM) data were collected as the data source. Land use change atlas, terrain niche index, distribution index and landscape pattern index were used to analyze the terrain gradient change characteristics of landscape atlas, and the terrain gradient effect of land use pattern and its cause were discussed. The results showed that forestland, farmland and grassland were the main landscape types in Fujian Province from 2000 to 2018. Forestland and grassland were mainly distributed in high-level terrain gradient, and farmland was mainly concentrated in low-level terrain gradient. During the study period, the farmland area decreased continuously with an average annual area of 89 km², and it was mainly turned into construction land. The construction land increased continuously with an average annual area of 145 km². The stable type was the main landscape change atlas, which accounted for about 94%, and the corresponding distribution index increased with the terrain gradient, while the other atlas types were the opposite. Landscape attributes such as landscape diversity and landscape heterogeneity increased year by year on the temporal scale, but they decreased with the increase of terrain gradient on the spatial scale. This study can provide a scientific basis for the spatial optimization of landscape pattern and the rational development and utilization of land resources in the process of urbanization.

Key words: land use, landscape pattern, distribution index, terrain gradient, geo-information atlas, Fujian Province

中图分类号:

S157
F301.24

张莹, 叶宝鉴, 朱志鹏, 姚雄. 福建省土地利用格局的地形梯度效应分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(11): 96-105.

ZHANG Ying, YE Baojian, ZHU Zhipeng, YAO Xiong. Terrain Gradient Effects of Land Use Pattern in Fujian Province[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2022, 38(11): 96-105.

图/表 8

参考文献 31

[1]	王权, 李阳兵, 刘亚香, 等. 基于地形梯度的岩溶槽谷区土地利用空间格局分析[J]. 生态学报, 2019, 39(21):7866-7880.
[2]	臧玉珠, 刘彦随, 杨园园. 山区县域土地利用格局变化及其地形梯度效应--以井冈山市为例[J]. 自然资源学报, 2019, 34(7):1391-1404.
[3]	EHNES R B. Land-use change affects size spectra, energy flux and ecosystem functions in litter and soil invertebrates[J]. Journal of Animal Ecology, 2019, 88:1828-1831. doi: 10.1111/1365-2656.13144 URL
[4]	GOMES L C, BIANCHI F J J A, CARDOSO I M, et al. Land use change drives the spatio-temporal variation of ecosystem services and their interactions along an altitudinal gradient in Brazil[J]. Landscape Ecology, 2020, 35:1571-1586. doi: 10.1007/s10980-020-01037-1 URL
[5]	张佰发, 苗长虹. 黄河流域土地利用时空格局演变及驱动力[J]. 资源科学, 2020, 42(3):460-473.
[6]	李孝永, 匡文慧. 京津冀1980-2015年城市土地利用变化时空轨迹及未来情景模拟[J]. 经济地理, 2019, 39(3):187-194,200.
[7]	陆清平, 赵翠薇, 王杰. 基于地形梯度的纯喀斯特和非喀斯特及亚喀斯特区土地利用格局分析[J]. 水土保持研究, 2021, 28(5):333-339.
[8]	龚文峰, 袁力, 范文义. 基于地形梯度的哈尔滨市土地利用格局变化分析[J]. 农业工程学报, 2013, 29(2):250-259,303.
[9]	赵丽红, 杨泽栋, 潘鹏, 等. 南昌市景观信息图谱的地形梯度效应分析[J]. 江西农业大学学报, 2016, 38(4):767-775.
[10]	孙丕苓, 许月卿, 王数. 环京津贫困带土地利用变化的地形梯度效应分析[J]. 农业工程学报, 2014, 30(14):277-288.
[11]	邱扬, 傅伯杰, 王军, 等. 黄土丘陵小流域土地利用的时空分布及其与地形因子的关系[J]. 自然资源学报, 2003, 18(1):20-29.
[12]	郭泺, 夏北成, 刘蔚秋. 地形因子对森林景观格局多尺度效应分析[J]. 生态学杂志, 2006, 25(8):900-904.
[13]	LU L, GUO L, ZHAO S T. Land use and land cover change on slope in Qiandongnan prefecture of southwest China[J]. Journal of Mountain Science, 2014, 11(3):762-773. doi: 10.1007/s11629-012-2570-8 URL
[14]	李硕, 沈占锋, 刘克俭, 等. 大清河流域土地利用变化的地形梯度效应分析[J]. 农业工程学报, 2021, 37(5):275-284.
[15]	简萍, 李阳兵, 王权. 基于地形梯度的典型峰丛洼地区土地利用空间分布格局分析[J]. 长江流域资源与环境, 2020, 29(5):1128-1139.
[16]	陈述彭, 岳天祥, 励惠国. 地学信息图谱研究及其应用[J]. 地理研究, 2000, 19(4):337-343. doi: 10.11821/yj2000040002
[17]	陈铸, 黄雅冰, 朱志鹏, 等. 基于地形梯度特征的福州市景观格局演变[J]. 应用生态学报, 2018, 29(12):4135-4144.
[18]	林伊琳, 赵俊三, 张萌, 等. 滇中城市群国土空间格局识别与时空演化特征分析[J]. 农业机械学报, 2019, 50(8):176-191.
[19]	刘欣, 朱苏加, 赵艳霞, 等. 河北浅山区土地利用时空演变图谱特征及地形效应[J]. 地理与地理信息科学, 2020, 36(4):94-101.
[20]	CHENW, ZHAO H, LIJ, et al. Land use transitions and the associated impacts on ecosystem services in the Middle Reaches of the Yangtze River Economic Belt in China based on the geo-informatic Tupu method[J]. The Science of the Total Environment, 2020, 701,134690. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.134690 URL
[21]	宋戈, 王盼盼. 松嫩高平原县域土地利用空间格局地形梯度特征分析--以巴彦县为例[J]. 地理科学, 2017, 37(8):1218-1225. doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2017.08.012
[22]	国家林业和草原局. 中国森林资源报告(2014-2018)[M]. 北京: 中国林业出版社, 2019:185-185.
[23]	龚熊波, 杨波, 刘雨先, 等. 湘西州山区土地利用类型的地形梯度效应与景观格局分析[J]. 生态科学, 2020, 39(4):137-144.
[24]	梁保平, 雷艳, 覃业努, 等. 快速城市化背景下广西典型城市景观空间格局动态比较研究[J]. 生态学报, 2018, 38(12):4526-4536.
[25]	MCGARIGAL K, CUSHMAN S A, ENE E. FRAGSTATS v4: Spatial pattern analysis program for categorical and continuous maps[J]. 2012. http://www.umass.edu/landeco/research/fragstats/fragstats.html
[26]	RAMACHANDRA T V, BHARATH S, BHARATHA. Spatio-temporal dynamics along the terrain gradient of diverse landscape[J]. Journal of Environmental Engineering & Landscape Management, 2014, 22(1):50-63.
[27]	张平, 陆龙妹, 王世航, 等. 基于地形梯度的皖南地区土地利用分布特征[J]. 土壤, 2018, 50(5):1041-1045.
[28]	刘智方, 唐立娜, 邱全毅, 等. 基于土地利用变化的福建省生境质量时空变化研究[J]. 生态学报, 2017, 37(13):4538-4548.
[29]	GUO F, WANG G, SU Z, et al. What drives forest fire in Fujian, China? Evidence from logistic regression and Random Forests[J]. International Journal of Wildland Fire, 2016, 25(5):505-519. doi: 10.1071/WF15121 URL
[30]	熊俊楠, 曹依帆, 程维明, 等. 福建省山洪灾害危险性评价[J]. 山地学报, 2019, 37(4):538-550.
[31]	应凌霄, 王军, 周妍. 闽江流域生态安全格局及其生态保护修复措施[J]. 生态学报, 2019, 39(23):8857-8866.

时期	土地利用类型	耕地	林地	草地	水体	建设用地	未利用地
2000—2010	耕地	—	0.88	0.17	0.6	4.99	0
	林地	0.27	—	0.63	0.1	0.86	0.02
	草地	0.37	3.67	—	0.11	1.38	0.01
	水体	0.37	2.39	0.27	—	3.97	0.15
	建设用地	0.66	0.31	0.15	4.28	—	0
	未利用地	0.25	4.47	3.01	0.46	1.25	—
2010—2018	耕地	—	2.98	0.84	0.15	2.41	0
	林地	0.88	—	0.79	0.04	0.28	0
	草地	0.68	3.39	—	0.04	0.4	0
	水体	2.46	1.49	0.99	—	4.7	0.3
	建设用地	2.41	1.88	0.62	1.51	—	0
	未利用地	0.8	4.83	1.74	12.13	14.72	—
2000—2018	耕地	—	2.84	0.78	0.65	6.98	0
	林地	0.88	—	1.16	0.14	1.07	0.03
	草地	0.79	5.95	—	0.13	1.67	0.02
	水体	2.37	3.41	1.16	—	8.58	0.38
	建设用地	2.53	1.1	0.5	6.55	—	0
	未利用地	0.94	10.8	3.33	0.65	2.93	—

时期	土地利用类型	耕地	林地	草地	水体	建设用地	未利用地
2000—2010	耕地	—	0.88	0.17	0.6	4.99	0
	林地	0.27	—	0.63	0.1	0.86	0.02
	草地	0.37	3.67	—	0.11	1.38	0.01
	水体	0.37	2.39	0.27	—	3.97	0.15
	建设用地	0.66	0.31	0.15	4.28	—	0
	未利用地	0.25	4.47	3.01	0.46	1.25	—
2010—2018	耕地	—	2.98	0.84	0.15	2.41	0
	林地	0.88	—	0.79	0.04	0.28	0
	草地	0.68	3.39	—	0.04	0.4	0
	水体	2.46	1.49	0.99	—	4.7	0.3
	建设用地	2.41	1.88	0.62	1.51	—	0
	未利用地	0.8	4.83	1.74	12.13	14.72	—
2000—2018	耕地	—	2.84	0.78	0.65	6.98	0
	林地	0.88	—	1.16	0.14	1.07	0.03
	草地	0.79	5.95	—	0.13	1.67	0.02
	水体	2.37	3.41	1.16	—	8.58	0.38
	建设用地	2.53	1.1	0.5	6.55	—	0
	未利用地	0.94	10.8	3.33	0.65	2.93	—

景观图谱	面积比例/%	主要图谱类型	面积比例/%
稳定型	93.66	林地-林地-林地	64.62
稳定型	93.66	耕地-耕地-耕地	17.23
前期变化型	2.93	耕地-建设用地-建设用地	29.46
前期变化型	2.93	林地-建设用地-建设用地	17.04
后期变化型	2.87	林地-林地-耕地	16.10
后期变化型	2.87	耕地-耕地-林地	15.01
反复变化型	0.44	林地-草地-林地	20.28
反复变化型	0.44	林地-耕地-林地	18.97
持续变化型	0.10	耕地-建设用地-林地	10.49
持续变化型	0.10	草地-建设用地-林地	6.13

景观图谱	面积比例/%	主要图谱类型	面积比例/%
稳定型	93.66	林地-林地-林地	64.62
稳定型	93.66	耕地-耕地-耕地	17.23
前期变化型	2.93	耕地-建设用地-建设用地	29.46
前期变化型	2.93	林地-建设用地-建设用地	17.04
后期变化型	2.87	林地-林地-耕地	16.10
后期变化型	2.87	耕地-耕地-林地	15.01
反复变化型	0.44	林地-草地-林地	20.28
反复变化型	0.44	林地-耕地-林地	18.97
持续变化型	0.10	耕地-建设用地-林地	10.49
持续变化型	0.10	草地-建设用地-林地	6.13