珠江三角洲典型區景觀生態聚類分析

　　摘要：珠海是珠江三角洲地區一個海陸交互作用與人類干擾活動頻繁的典型區域。文章以2000年TM數據為基礎數據源，編制珠海地區景觀類型圖，并以鎮（區）為基本空間單元將珠海劃分為20個景觀生態子區，在GIS與景觀斑塊分析軟件Patch Analyst 2.0支持下計算各子區的景觀特征指數。通過各子區的景觀指數對比分析，探討研究區范圍內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機制對區域景觀生態的影響。根據各指數反映的景觀特征信息，選擇平均斑塊大小（MPS）、斑塊大小變異系數（PSCOV）、邊緣密度（ED）、面積加權分維數（AWMPFD）、破碎度指數（F）、多樣性指數（SDI）及人為干擾指數（DT）進行珠海景觀生態聚類分析，根據聚類分析結果可多層次客觀地對珠海地區進行景觀生態類型區劃分。

　　關鍵詞：景觀指數；景觀生態分區；聚類分析；珠海

　　景觀生態學研究強調格局-過程相互關系[1~3]，區域景觀格局特征是各種尺度景觀生態過程（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過程與生態功能產生不同程度的影響。無論是從地質尺度還是從人類尺度看，現代珠江三角洲都是一個景觀格局與過程變化復雜的區域，特別是近20多年來，高速的經濟增長與快速的城市化過程給該區域帶來深刻的影響[6,7]，區域生態環境保護與建設已經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城市建設，其中一項具有指導意義的重要工作就是進行生態分區或區劃，通常的做法是采用統計數據進行類型劃分，本文嘗試用基于景觀指數的聚類分析方法進行景觀生態類型劃分，以其為區域生態類型區劃分提供一種新的思路。

　　1  研究區域與方法

　　1.1  研究區概況

　　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l13°0320"~114°2425"之間，土地1687.8 km2，人口78.61萬人，國內生產總值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。珠江干流西江的出海口磨刀門、雞啼門、泥灣門、虎跳門、崖門均在其境內入海。珠海目前城市的重心和經濟總量主要還是集中在磨刀門以東的老市區，西部地區經濟發展還處于起步階段，大部分地區還屬于農業景觀類型，許多地區處于城市化推進的轉型階段，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

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

　　2  珠海現代景觀生態總體格局及其形成機制

　　2.1  區域景觀生態總體格局

　　研究區總體上是一個具有高度異質性特征的三角洲復雜景觀生態系統。由沖積、海積平原及灘涂構成區域景觀基質；島丘景觀受到地質構造控制呈東北－西南向鏈狀分布，城鎮景觀成片相對集中，鄉村居民地沿道路零散分布，河網與道路構成的廊道系統縱橫其間。這種結構體現了珠江三角洲區域尺度的景觀生態結構特征，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，大小不等的島丘存在是河流水系分汊的主要原因之一，因此區域景觀的基本構成元素是沖積平原、島丘和河網，在此基礎上產生各類人為景觀：城鎮居民地、交通道路、人工養殖水面、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。就珠海這一研究區范圍而言，考察其現代景觀格局的形成可以從兩個不同的尺度出發：一是全局尺度，即整個研究區現代景觀格局的總體架構，對應的成因機制主要是地質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性、多樣性的地表過程與人為干擾。

　　地質構造背景和現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。珠江三角洲原為淺海環境，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代的沖缺型復合三角洲[11]。珠海就是在中山沖缺三角洲基礎上，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。現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、灘涂養殖造成海岸線自然形態的消失與功能的改變，地帶性植被景觀已成為殘余斑塊。區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、異質性三類10多項指數。通過對研究區景觀生態格局總體特征及其形成機制分析，選擇其中的7個景觀指數作為個子區景觀生態類型區劃分的分類指標（表1）。以珠海20個景觀生態子區為分類單元，所選擇的景觀指數為分類指標，將各指標原始數據歸一化處理后采用Q型聚類歐氏距離完全連接法進行聚類。圖2為聚類分析結果，以距離水平4為標準線進行景觀類型區劃分，可以將研究區內各子區劃分為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，景觀優勢度較高，區域內大的斑塊控制程度高，以城鄉建筑景觀、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、井岸、乾務、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；第三類為橫琴、珠海港區、南屏、三灶、唐家，主要為島丘比較集中的區域，特別是前面4個單元，為沿海一列連續的島區，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，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，是重要的甘蔗產區，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，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，是重要的甘蔗產區，景觀類型單一，復雜性和多樣性均很低。

　　4  討論與結語

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

　　區域景觀格局是過去景觀生態過程的綜合表現，同時對未來的景觀生態過程與功能產生不同程度的影響，格局與過程是景觀生態系統中的一對矛盾統一；景觀指數是景觀格局的定量表征，好的景觀指數通過揭示景觀結構某些特征，在某種程度上反映景觀生態過程，景觀指數運用生命力在于結合實際來解釋所描述對象的景觀生態學意義；景觀指數具有很大的局限性和尺度依賴性，同時一些指數所包含的信息具有重復性，單純計算景觀指數進行簡單的統計分析是沒有意義的。

　　景觀生態學是一門應用性很強的科學，在進行景觀格局分析的基礎上，選擇有代表性的景觀指數進行景觀生態聚類分析是一種有益的嘗試，它不同于建立在統計數據基礎上的生態分區，通過景觀生態類型區劃分可以為區域的景觀生態規劃設計奠定基礎。


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