珠江三角洲典型區(qū)景觀生態(tài)聚類分析

　　摘要：珠海是珠江三角洲地區(qū)一個海陸交互作用與人類干擾活動頻繁的典型區(qū)域。文章以2000年TM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，編制珠海地區(qū)景觀類型圖，并以鎮(zhèn)（區(qū)）為基本空間單元將珠海劃分為20個景觀生態(tài)子區(qū)，在GIS與景觀斑塊分析軟件Patch Analyst 2.0支持下計算各子區(qū)的景觀特征指數(shù)。通過各子區(qū)的景觀指數(shù)對比分析，探討研究區(qū)范圍內(nèi)景觀格局的空間差異，揭示人類活動、自然干擾等各種景觀生態(tài)機制對區(qū)域景觀生態(tài)的影響。根據(jù)各指數(shù)反映的景觀特征信息，選擇平均斑塊大?。∕PS）、斑塊大小變異系數(shù)（PSCOV）、邊緣密度（ED）、面積加權(quán)分維數(shù)（AWMPFD）、破碎度指數(shù)（F）、多樣性指數(shù)（SDI）及人為干擾指數(shù)（DT）進行珠海景觀生態(tài)聚類分析，根據(jù)聚類分析結(jié)果可多層次客觀地對珠海地區(qū)進行景觀生態(tài)類型區(qū)劃分。

　　關(guān)鍵詞：景觀指數(shù)；景觀生態(tài)分區(qū)；聚類分析；珠海

　　景觀生態(tài)學研究強調(diào)格局-過程相互關(guān)系[1~3]，區(qū)域景觀格局特征是各種尺度景觀生態(tài)過程（包括人為干擾、改造與重建）的綜合反映[4, 5]，同時對未來景觀生態(tài)過程與生態(tài)功能產(chǎn)生不同程度的影響。無論是從地質(zhì)尺度還是從人類尺度看，現(xiàn)代珠江三角洲都是一個景觀格局與過程變化復雜的區(qū)域，特別是近20多年來，高速的經(jīng)濟增長與快速的城市化過程給該區(qū)域帶來深刻的影響[6,7]，區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護與建設(shè)已經(jīng)成為一個迫切需要解決的問題。目前珠江三角洲許多城市都在進行生態(tài)城市建設(shè)，其中一項具有指導意義的重要工作就是進行生態(tài)分區(qū)或區(qū)劃，通常的做法是采用統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行類型劃分，本文嘗試用基于景觀指數(shù)的聚類分析方法進行景觀生態(tài)類型劃分，以其為區(qū)域生態(tài)類型區(qū)劃分提供一種新的思路。

　　1  研究區(qū)域與方法

　　1.1  研究區(qū)概況

　　珠海位于廣東省南部，珠江口西岸，珠江三角洲腹地，介于北緯21°4331"~22°2914"，東經(jīng)l13°0320"~114°2425"之間，土地1687.8 km2，人口78.61萬人，國內(nèi)生產(chǎn)總值406.27億元（2002年）。珠海屬南亞熱帶海洋性季風氣候，雨量充沛，熱量資源豐富。多年平均氣溫22.0~23.0 ℃左右，年均降水量1997 mm。珠江干流西江的出?？谀サ堕T、雞啼門、泥灣門、虎跳門、崖門均在其境內(nèi)入海。珠海目前城市的重心和經(jīng)濟總量主要還是集中在磨刀門以東的老市區(qū)，西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展還處于起步階段，大部分地區(qū)還屬于農(nóng)業(yè)景觀類型，許多地區(qū)處于城市化推進的轉(zhuǎn)型階段，具有多種自然、文化特色的景觀同時并存、交錯分布，為景觀生態(tài)研究提供了一個有意義的研究對象。

　　1.2  研究方法

　　通過野外調(diào)查與基礎(chǔ)資料分析，探討珠海現(xiàn)代景觀生態(tài)總體格局及其形成機制，建立區(qū)域景觀斑塊分類系統(tǒng)；以2000年TM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，在ENVI3.4與ARCGIS8.1支持下進行圖像處理與景觀類型圖編制；將研究區(qū)按照行政邊界劃分為20個景觀生態(tài)子區(qū)，調(diào)用GIS疊加分析clip方式生成各子區(qū)景觀類型圖（圖1）并轉(zhuǎn)成shape文件格式，在ArcView3.2環(huán)境下調(diào)用空間分析模塊Spatial Analyst與景觀指數(shù)擴展模塊Patch Analyst 2.0計算各子區(qū)景觀指數(shù)，對計算的各景觀指數(shù)進行生態(tài)學意義及其在研究區(qū)范圍內(nèi)景觀格局表征效果對比，選擇其中的7個景觀指數(shù)作為個子區(qū)景觀生態(tài)類型區(qū)劃分的分類指標根據(jù)各指數(shù)反映的景觀特征信息，剔除一些信息量重復的指數(shù)后，選擇平均斑塊大?。∕PS）、斑塊大小變異系數(shù)（PSCOV）、邊緣密度（ED）、面積加權(quán)分維（AWMPFD）、破碎度（F）、多樣性指數(shù)（SDI）、人為干擾指數(shù)（DT）等指數(shù)進行聚類分析，各指數(shù)的計算公式與生態(tài)學意義見相關(guān)參考文獻[8~10]。將景觀指數(shù)計算的原始數(shù)據(jù)進行歸一化處理后在Statistica5.0中進行聚類分析。

　　2  珠?，F(xiàn)代景觀生態(tài)總體格局及其形成機制

　　2.1  區(qū)域景觀生態(tài)總體格局

　　研究區(qū)總體上是一個具有高度異質(zhì)性特征的三角洲復雜景觀生態(tài)系統(tǒng)。由沖積、海積平原及灘涂構(gòu)成區(qū)域景觀基質(zhì)；島丘景觀受到地質(zhì)構(gòu)造控制呈東北－西南向鏈狀分布，城鎮(zhèn)景觀成片相對集中，鄉(xiāng)村居民地沿道路零散分布，河網(wǎng)與道路構(gòu)成的廊道系統(tǒng)縱橫其間。這種結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了珠江三角洲區(qū)域尺度的景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)特征，由于珠江下游沒有形成一個獨流入海的干流，而形成以八大口門為主的縱橫交錯的河口區(qū)，大小不等的島丘存在是河流水系分汊的主要原因之一，因此區(qū)域景觀的基本構(gòu)成元素是沖積平原、島丘和河網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生各類人為景觀：城鎮(zhèn)居民地、交通道路、人工養(yǎng)殖水面、各類耕地等。

　　2.2  形成機制分析

　　景觀格局形成的原因和機制在不同尺度上往往是不一樣的。就珠海這一研究區(qū)范圍而言，考察其現(xiàn)代景觀格局的形成可以從兩個不同的尺度出發(fā)：一是全局尺度，即整個研究區(qū)現(xiàn)代景觀格局的總體架構(gòu)，對應的成因機制主要是地質(zhì)地貌過程與生物氣候過程；二是局部尺度，即局地景觀格局的鑲嵌性和空間組合特征，對應的成因機制主要是異質(zhì)性、多樣性的地表過程與人為干擾。

　　地質(zhì)構(gòu)造背景和現(xiàn)代珠江三角洲形成的地貌過程為珠海景觀格局的形成奠定了基礎(chǔ)。珠江三角洲原為淺海環(huán)境，中生代燕山運動隆起一系列東北-西南走向的零星孤丘和群島，中生代后經(jīng)不斷的河流沖積與濱岸海積等沉積動力地貌過程逐漸形成現(xiàn)代的沖缺型復合三角洲[11]。珠海就是在中山?jīng)_缺三角洲基礎(chǔ)上，由西江干道切過睦洲丘陵地和疊石丘陵地后形成了斗門沖缺三角洲，珠江上游大量泥沙與濱海沉積物在此沉積，不斷擴寬淤高，海岸線不斷向海推進，由此形成了珠海今天丘陵、三角洲平原、濱海沉積平原相連接的大景觀格局。高溫多雨的南亞熱帶海洋性季風氣候，則形成了亞熱帶常綠季雨林和常綠闊葉林地帶性植被景觀?，F(xiàn)代人類活動的干擾與重建作用隨處可見：三角洲平原開墾為耕地，圍墾造地、灘涂養(yǎng)殖造成海岸線自然形態(tài)的消失與功能的改變，地帶性植被景觀已成為殘余斑塊。區(qū)域景觀格局往往是由地形地貌、氣候條件、干擾體系及生物過程相互作用的結(jié)果[12]，有時景觀的成因機制是跨尺度的[13]，并不能將它們絕對分開。

　　3  景觀生態(tài)聚類分析

　　Patch Analyst軟件包可以直接計算景觀面積-邊緣、斑塊形狀、異質(zhì)性三類10多項指數(shù)。通過對研究區(qū)景觀生態(tài)格局總體特征及其形成機制分析，選擇其中的7個景觀指數(shù)作為個子區(qū)景觀生態(tài)類型區(qū)劃分的分類指標（表1）。以珠海20個景觀生態(tài)子區(qū)為分類單元，所選擇的景觀指數(shù)為分類指標，將各指標原始數(shù)據(jù)歸一化處理后采用Q型聚類歐氏距離完全連接法進行聚類。圖2為聚類分析結(jié)果，以距離水平4為標準線進行景觀類型區(qū)劃分，可以將研究區(qū)內(nèi)各子區(qū)劃分為5類：第一類包括白蕉、紅旗、平沙、香洲，這一類景觀單元的主要特點是人類活動干擾強烈，景觀優(yōu)勢度較高，區(qū)域內(nèi)大的斑塊控制程度高，以城鄉(xiāng)建筑景觀、平原耕地景觀為主，景觀斑塊類型較少；第二類包括斗門、五山、金鼎、六鄉(xiāng)、井岸、乾務(wù)、前山，這類景觀單元景觀多樣性和破碎度較高，多為交通比較便捷的城郊過渡區(qū)；第三類為橫琴、珠海港區(qū)、南屏、三灶、唐家，主要為島丘比較集中的區(qū)域，特別是前面4個單元，為沿海一列連續(xù)的島區(qū)，這一類型原來以自然溪、上橫更為相似，二者在空間上連為一體，主要是水稻田景觀集中分布的地區(qū)，灣仔與其相似可能是將軍山以南有較大面積圍墾后改造而成的水田景觀，同時河流水系都比較豐富；第5類小林在整個研究區(qū)比較特殊，其面積較小，容易受到大斑塊單一景觀控制，處于雞啼門水道與紅旗之間，是重要的甘蔗產(chǎn)區(qū)，景觀類型單一，復雜性和多樣性均很低。景觀占比較大的比重，但逐步受到人類改造活動影響，景觀趨向復雜和破碎化；第四類包括蓮溪、上橫、灣仔，其中蓮溪、上橫更為相似，二者在空間上連為一體，主要是水稻田景觀集中分布的地區(qū)，灣仔與其相似可能是將軍山以南有較大面積圍墾后改造而成的水田景觀，同時河流水系都比較豐富；第5類小林在整個研究區(qū)比較特殊，其面積較小，容易受到大斑塊單一景觀控制，處于雞啼門水道與紅旗之間，是重要的甘蔗產(chǎn)區(qū)，景觀類型單一，復雜性和多樣性均很低。

　　4  討論與結(jié)語

　　珠海是珠江三角洲一個景觀生態(tài)類型與結(jié)構(gòu)復雜多樣的典型區(qū)域，陸地表層過程與海陸交互作用活躍，人類干擾活動頻繁，異質(zhì)性和多樣性的景觀格局與生態(tài)過程是為開展景觀生態(tài)學研究提供了十分有意義的研究對象。

　　區(qū)域景觀格局是過去景觀生態(tài)過程的綜合表現(xiàn)，同時對未來的景觀生態(tài)過程與功能產(chǎn)生不同程度的影響，格局與過程是景觀生態(tài)系統(tǒng)中的一對矛盾統(tǒng)一；景觀指數(shù)是景觀格局的定量表征，好的景觀指數(shù)通過揭示景觀結(jié)構(gòu)某些特征，在某種程度上反映景觀生態(tài)過程，景觀指數(shù)運用生命力在于結(jié)合實際來解釋所描述對象的景觀生態(tài)學意義；景觀指數(shù)具有很大的局限性和尺度依賴性，同時一些指數(shù)所包含的信息具有重復性，單純計算景觀指數(shù)進行簡單的統(tǒng)計分析是沒有意義的。

　　景觀生態(tài)學是一門應用性很強的科學，在進行景觀格局分析的基礎(chǔ)上，選擇有代表性的景觀指數(shù)進行景觀生態(tài)聚類分析是一種有益的嘗試，它不同于建立在統(tǒng)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的生態(tài)分區(qū)，通過景觀生態(tài)類型區(qū)劃分可以為區(qū)域的景觀生態(tài)規(guī)劃設(shè)計奠定基礎(chǔ)。


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