本文摘要：摘要流域是人口與城市集中分布的區域，與人類的生存及可持續發展息息相關。基于昆明盤龍江流域2000年、2007年、2013年和2020年4期遙感影像，定量分析流域近20年的土地利用和景觀格局演變特征，結果表明：(1)林地一直是盤龍江流域的主要用地類型，研究期內建設用地一直
摘要流域是人口與城市集中分布的區域，與人類的生存及可持續發展息息相關。基于昆明盤龍江流域2000年、2007年、2013年和2020年4期遙感影像，定量分析流域近20年的土地利用和景觀格局演變特征，結果表明：(1)林地一直是盤龍江流域的主要用地類型，研究期內建設用地一直處于增長狀態，林地面積前期持續減少，2013年之后由于相關保護政策的實施，面積有所增加;(2)各用地類型之間的轉換較為頻繁，林地轉出面積最多，在2013年后轉出量明顯減少;(3)各類景觀的破碎化程度均有所增加，建設用地的形狀日趨復雜，2000—2007年其最大斑塊指數快速增加，呈連片分布的趨勢;(4)林地和耕地是研究區的景觀基質，整體景觀異質性較好，20年間流域整體連通性有所降低，但2013年以來這種趨勢得到遏制，生態環境呈好轉態勢。
關鍵詞土地利用;景觀格局;景觀演變;盤龍江流域
流域是以水為紐帶，綜合自然要素與人口、社會、經濟等人文要素，使其相互關聯，相互作用而構成的自然—社會—經濟復合系統[1]。自古人類擇水而居，縱觀人類發展的歷史進程，流域不僅是人類文明的發源地，也是當今人口與城市集中分布的區域，與人類的生存和可持續發展息息相關[2-3]。在快速城市化背景下，流域內的土地利用/土地覆被不斷發生改變，直接影響流域內的自然過程和生態安全[4-5]。景觀格局研究能夠從看似無序的景觀鑲嵌單元中發現潛在的規律，對流域的土地利用和景觀格局演變特征進行分析，可以有效保護和管理流域的生態環境[6-7]。
盤龍江是昆明的母親河，流經整個昆明市主城區。盤龍江流域位于城市和山林的過渡地帶，容易受到城市擴張的沖擊，生態環境較為脆弱和敏感[8]。近年來，隨著城市化進程的加快，流域內土地利用和景觀格局發生了劇烈變化。而以往對盤龍江流域的研究多集中在河段水質與水量耦合關系[9]、徑流模擬等方面[10]，從流域整體視角開展土地利用及景觀格局演變的研究極少。因此，及時開展流域景觀格局演變及生態環境影響評價的研究十分必要，研究成果可以為流域制定合理的土地利用規劃、建立良好的生態安全格局提供重要科學依據。
1研究區概況
盤龍江流域位于昆明市中部(25°3′—25°27′N，102°40′—103°57′E)，南北長約42km，東西寬約25km，屬于金沙江水系。流域位于低緯度高原山地，年均氣溫14.5℃。年均降水量974.3mm，主要集中在6～9月。海拔在1825～2808m之間，呈北高南低的分布特征。從地理位置上看，盤龍江流域主要分布在昆明市盤龍區和嵩明縣，少部分位于五華區、官渡區和尋甸回族彝族自治縣，跨越不同行政邊界。流域內主河盤龍江是入滇河道中徑流量最大、最長的河流，全長105km。
2研究數據與方法
2.1數據來源與處理
選取2000年、2007年、2013年和2020年4個時期的遙感影像作為基礎數據，其中，2013年數據來源于地理空間數據云，其余三期數據來源于美國地質調查局(USGS)網站，4期影像數據云量低，季相一致，質量較好，影像的空間分辨率均為30m×30m。通過ENVI5.3對數據進行輻射定標、大氣校正、鑲嵌等預處理后，利用水文分析法提取流域邊界并進行裁剪，通過監督分類和目視解譯，提取研究區土地利用數據。
結合GoogleEarth及實地調研，參考《土地利用現狀分類》(GB/T21010-2017)，將研究區土地利用類型劃分為6類：林地、耕地、草地、水域、建設用地和未利用地。對分類后的影像進行精度驗證，Kappa系數均達到0.88以上，滿足研究的精度要求。
2.2研究方法
2.2.1土地利用變化研究
(1)單一土地利用動態度。單一土地利用動態度能夠反映研究區某一時段內土地利用類型的數量與面積變化情況[11]。
(2)土地利用轉移矩陣。借助土地利用轉移矩陣，可以定量分析研究區特定時段內土地利用類型的轉移情況[12]。
2.2.2景觀格局演變研究
景觀格局指數能高度濃縮景觀格局特征，是反映景觀內部結構組成和空間配置特征的定量指標[13]。本研究在參考前人研究的基礎上[14-15]，結合研究區實際情況，從類型水平和景觀水平選取相關指數，采用Fragstats4.2軟件對研究區景觀格局演變特征進行分析。
3結果與分析
3.1土地利用變化分析
3.1.1土地利用結構變化特征
近20年，耕地和林地一直是盤龍江流域的主要用地類型，二者之和占整個流域面積的80%以上。從土地利用動態度計算結果來看，研究區的土地利用/土地覆被一直處于動態變化中。研究期內建設用地面積持續增加，其中2000-2007年增加速度較快，動態度達到6.05%，后期增長速度有所減緩，動態度分別為1.03%和2.20%。2000-2013年，耕地面積有不同程度地增加，2013年之后面積又趨于減少。草地的變化趨 勢和耕地一致，但變幅更大。
林地的變化趨勢則與之相反，在2000-2007年、2007-2013年快速減少，減幅分別為1.58%和0.66%，自2013年開始以每年1%的動態度增加，這是退耕還林政策實施后產生的效果，也體現出人們對生態環境保護的意識提高。水域的變化趨勢與林地一致，側面反應了林地涵養水源的生態功能。
3.1.2土地利用轉移特征
20年間林地轉出面積最多，三個時段分別轉出64.36km2、45.53km2和27.11km2，主要轉化為草地和耕地，以2000-2007年最明顯，轉入草地和耕地面積分別為22.82km2和39.16km2，產生這一變化的原因主要在于人口增長帶來糧食壓力，導致林地被侵占。2013年以來，隨著《云南省滇池保護條例》的出臺，研究區內的林地轉出面積明顯減少，林地總面積也逐年增加。
20年間，耕地的轉出面積持續增加，其中轉化為建設用地的面積最多，為12.93km2，表明城市發展建設侵占了耕地，是快速城市化的作用結果。其次是林地和草地，轉出面積分別為9.62km2和5.80km2。20年間，草地轉出總量持續增加，三個時段內分別為18.49km2、21.57km2和33.03km2，主要去向為耕地和林地，而草地的轉入在2013年前主要是來自林地，即林地被砍伐后土地的退化，2013年后主要來源為耕地，這一變化和退耕還林/草政策的實施相關。
3.2景觀格局演變分析
3.2.1類型水平上的景觀格局分析
(1)景觀破碎度分析。20年間，耕地和建設用地的斑塊數量(NP)和斑塊密度(PD)呈先減少后增加的趨勢，且均在2020年達到最大值，表明耕地和建設用地的破碎化程度不斷加劇，究其原因主要是經濟快速發展的同時，耕地被侵占導致地塊割裂，產生大量碎小斑塊;與此同時，在城市建設過程中，廢棄地的增加也導致未利用地的NP值和PD值增大，破碎化程度逐年加劇。林地的NP值和PD值呈先增加后減少的趨勢，轉折點出現在2013年，表明在經歷了開墾林地、退耕還林等行為之后，林地景觀逐漸趨于完善。草地和水體的NP值和PD值呈現持續減少趨勢，表明這類景觀的破碎度有所降低，斑塊形狀日趨規整。
(2)景觀形狀分析。
耕地、林地和建設用地的面積加權分維數(FRAC_AM)較高，表明其用地形狀較為復雜，而未利用地、水域和草地的用地形狀相對簡單。從變化趨勢來看，耕地的面積加權平均形狀因子(SHAPE_AM)呈先增加后減少的變化趨勢，表明耕地的形狀經歷從逐漸復雜到趨于規整，體現人類行為對景觀的改造作用。林地的SHAPE_AM值與耕地相反，呈現“V”字形，轉折點出現在2013年，表明林地斑塊形 狀有復雜化的趨勢。建設用地的SHAPE_AM值在2007年之前快速上升，表明其用地形狀日趨復雜，2007年之后趨于穩定。
(3)景觀優勢度分析。
20年間，林地一直是盤龍江流域的主要景觀類型且處于優勢地位，從變化趨勢來看，其最大斑塊指數(LPI)在2000-2013年持續降低，之后又快速回升，這一點和景觀破碎度分析結果相一致。研究期內，建設用地的景觀類型百分比(PLAND)和LPI值總體增加，表明在城市擴張的過程中，建設用地持續增加且有呈連片分布的發展態勢，其景觀優勢度有所提高。與其他類型相比，水域的PLAND值和LPI值總體較小，且呈先減少后增加的變化趨勢，表明流域內的水域受自然環境和人為活動影響景觀優勢度有所降低，但在2013年之后有緩慢回升的趨勢。
3.2.2景觀水平上的景觀格局分析
20年間，盤龍江流域的斑塊數量(NP)先減少后增加，呈現“V”字形變化，而平均斑塊面積(AREA_MN)變化趨勢與NP值相反，表明在研究期內，盤龍江流域景觀經歷了由破碎到完整，2007年之后又趨于破碎化的過程，側面反映出城市化進程對流域內土地利用的影響，導致景觀整體破碎化程度加劇。邊緣密度(ED)和景觀形狀指數(LSI)可以表征盤龍江流域景觀邊緣效應演變特征。
總體看來，20年間研究區的ED值和LSI值一 直處于增長的趨勢，但2013年后增長速度有所減緩。究其原因，主要是人類對于流域高強度的開發活動，使各用地類型受到影響而不斷發生變化，增加了景觀形狀的復雜性。2013年后，隨著后期城市建設發展趨于穩定，居民點連片分布，對于林地的保護與耕地的穩定勞作均使得邊緣效應逐漸趨于規整。
從景觀異質性變化來看，20年間，研究區的香農多樣性指數(SHDI)和香農均勻度指數(SHEI)均呈先增加后減少的變化趨勢。表明在自然環境和人為活動的雙重作用下，盤龍江流域內的景觀多樣性經歷了先增加后減少的變化，但流域內景觀異質性程度總體在升高。連通性是區域可持續發展和生物保護研究的重要指標，本研究運用斑塊聚集度指數(AI)和蔓延度指數(CONGTAG)來表征研究區的景觀連通性。可以看出，20年間盤龍江流域的AI值和CONGTAG值均呈現緩慢減少的趨勢，表明斑塊的分布逐漸離散，相互鄰接程度有所減弱，側面反映出研究區的景觀連通性呈逐漸降低的趨勢，但2013年后，CONGTAG值有所回升，AI值減少趨勢也變緩，表明隨著人們生態環境保護意識的提高，整體景觀連通性有逐漸好轉的趨勢。
4結論
本研究基于盤龍江流域2000年、2007年、2013年和2020年4期影像，定量分析盤龍江流域2000-2020年土地利用變化和景觀格局時空演變特征，得到以下結論：
(1)20年間，林地一直是盤龍江流域的主要用地類型，其次是耕地。研究期內流域土地利用變化顯著。建設用地一直處于增長狀態，增長速度前期快后期逐漸變緩，林地在2013年之前持續減少，之后由于相關保護政策的出臺，面積有所增加。
(2)從土地利用轉移矩陣分析結果來看，各用地類型之間的轉換較為頻繁，20年間，林地轉出面積最多，2013年后轉出量明顯減少。
(3)從類型水平的景觀格局分析結果可知，各類景觀的破碎化程度均有所增加，建設用地的形狀日趨復雜，2000-2007年最大斑塊指數快速增加，有連片分布的趨勢。
(4)從景觀水平的景觀格局分析結果來看，盤龍江流域的整體景觀異質性較好，研究期內流域整體連通性降低，但2013年以來這種趨勢得到緩解，生態環境呈好轉的趨勢。
5討論
5.1盤龍江流域景觀格局演變的驅動因素分析
在過去的20年間，盤龍江流域的土地利用和景觀格局發生了較大變化。究其原因，一方面是人口增長導致對糧食和建設用地的需求增加，另一方面相關保護政策的實施也是主要驅動因素。據統計，2000-2019年，研究區人口由67.5萬增長到120.3萬人，增加了78.2%，人口快速增長的同時，勢必需要更多的居住用地，于是大量的耕地轉變為建設用地，研究期內建設用地面積增加了20.01km2。
與此同時糧食的需求量也快速增加，為了滿足基本生活需求，林地被砍伐，草地被開墾為耕地，加速了流域內土地利用類型之間的轉換，改變了流域的景觀格局，導致研究區的景觀趨于破碎化。伴隨著林地面積的大量減少，一定程度上削弱了盤龍江流域水源涵養的服務功能，導致水土流失加劇，生態環境呈惡化趨勢。2013年以來，隨著《云南省滇池保護管理條例》的實施，以及退耕還林、封山育林等相關工作的開展，截至2020年，林地面積增加了23.97km2，其水源涵養功能開始發揮作用，水域面積也同步增長，盤龍江流域的生態環境惡化趨勢得到遏制，并初步呈現好轉的發展態勢，這也是近年來生態環境治理取得的初步成效。
5.2盤龍江流域景觀格局演變對生態環境的影響
中國云貴高原分布著眾多的高原湖泊，它們不僅能夠調節當地氣候，同時也為高原生態系統提供支撐服務。滇池是云貴高原上第一大淡水湖，素有“高原明珠”的美譽。滇池流域是昆明乃至云南省經濟社會最活躍的地區，是城鄉建設與發展的集中區域，為當地的經濟、旅游、生態提供重要保障。近年來，隨著城市化進程的加快，滇池流域的生態系統服務功能遭到破壞，出現了一系列生態問題，已有多位學者以滇池流域為研究對象，開展了相關工作：曹曉峰[16]探討了滇池流域景觀格局演變對水體水質的影響，趙世民[17]等對滇池流域的土地資源進行了適宜性的評價，李志英[18]通過對滇池流域1992-2010年城市擴張研究，發現城市建設用地增長主要表現為邊緣增長和道路影響增長兩種。
盤龍江流域是滇池流域的子流域，位于城市的上游，對滇池的水源具有重要的補給作用，在滇池流域的綜合治理與保護開發中，發揮著舉足輕重的作用。通過研究發現，由于城市化的影響，導致近20年盤龍江流域的整體景觀格局趨于破碎化，景觀連通性逐年降低，但隨著2013年相關保護政策的實施，這種趨勢已經得到遏制，生態環境逐步趨于好轉。這不僅是近年來云南省“爭當生態文明排頭兵”取得的初步成效，同時也是踐行“綠水青山就是金山銀山”生態理念的真實寫照。
今后，隨著城市化進程的不斷加快，人類活動還將繼續改變盤龍江流域的土地利用，對流域景觀格局產生影響。為保護盤龍江流域的生態安全，維持流域的可持續發展，應遵循“山水林田湖草”生命共同體理念，進一步加強對林地資源的保護，發揮其涵養水源方面的生態系統服務功能價值[19];維護流域景觀格局的完整性，避免破碎化程度加劇;同時隨著建設用地擴張，應規劃配置相應的綠地景觀斑塊，通過構建生態廊道，加強整體景觀的連通性。
參考文獻
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作者：魏雯林軍李瑞敏
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