全 文 ：第26卷第5期 生态科学 26(5)：401-407
2007年lO月 EcologicalScience Oct．2007
三江平原桦南县景观格局时序变化与驱动因素研究
王宗明，宋开山‘，刘殿伟，张 柏，张树清，李 方，刘焕军
中国科学院东北地理与农业生态研究所，长春130012
【摘要】 基于RS和GIS技术，集成地形图与遥感影像(MSS、TM)数据，对1954"---2005年三江平原桦南县景观格
局动态变化特征与驱动力进行分析。结果表明，过去50年间，桦南县景观格局发生了剧烈变化，耕地和林地是研究区面
积最大的2种景观类型，1986年以后，耕地成为研究区面积最大的景观类型。1954～1976年期间耕地面积增加速率较大，
主要是草地、湿地大面积被开垦为耕地；1976～1986年期间，有大面积湿地、林地转化为耕地；1986年以后，各景观类
型面积变化趋势变缓。景观指数在过去几十年期间都发生了重大变化，农业的大规模开发与以上景观指数的变化规律存
在密切关系。气候变暖和人类活动的增强共同作用于区域景观格局。
关键词：遥感；GIS：耕地；景观指数；驱动因素；桦南县
中图分类号：F301．24 文献标识码：A 文章编号：1008—8873(2007)05-401-07
Changesinlandscapep tternsandrivingforcesinHuananCounty,Sanjiang
Plain，overthpast50years
WANGZong-ming，SONGKai-shah，LIUDian-wei，ZHANGBai，ZHANGShu·qing，LIFang，LIUHuan-jun
NonheastlnstituteofGeographyandAgriculturalEcology,ChineseAcademyofSciences,Changchun130012,China
Abstract：BasedOilRSandGIStechnology,incorporatingt pographicnlapsandLandsatMSSandTMdata,thedynamic
characteristicsofland capepatternswereanalyzedinHuananCounty,SanjiangPlainfrom1954to2005．Inaddition,drivingforces
affectinghesechangesw realsoexplored．Resultsshowedthat,duringthepast50years，landscapepatternshaveundergone
significantchanges．Croplandandwoodlandalethetwobiggestlandscapety es．After1986，croplandhavebecomethbiggest
landscapety ofthestudyarea．Duringtheperiod1954～1976，croplandincreasedfast,mainlyco vertedfromgrasslandand
swampland．From1976to1986．10tsofswamplandandwoodlandⅥ啪transformedintocroplan ．Changingtre doflandscapearea
waslessened．Landscapeindiceshangddremarkablyinthepastdecades．Large—scaleagri u turaldevelopmentWasresponsiblefor
changesoflandscapeindic s．Climatewanningandincreaseofhumanactivitiesaffectedregionallandscapepatterns．
Keywords：Remotesensing；geographicinformationsystems；landscapein i es；drivingforces；HuananCounty
收稿日期：2007-09-20，2007-10-20
基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX3-Sw-356)。
作者简介：王宗明(1976～)，男。内蒙占赤峰人，博士，副研究员，从事生态遥感信息与全球变化的区域响应研究。e-maih
zongmingwang@neigae．ae．cna
幸通讯作者：宋开山，博士，副研究员，从事定量遥感研究。e-mail：songkaishan@126．com·
万方数据
1引言(Introduction)
景观格局的空间特征研究是景观生态学研究的
核心内容⋯，景观格局是景观异质性的具体体现，又
是各种生态过程在不同尺度上长期作用的产物。景观
格局变化是自然、生物和社会要素相互作用的结果。
由于人类经济开发活动主要是在景观层次上进行，景
观尺度是维持生态系统服务时确定关键生态过程的
合适尺度，因而成为研究人类活动对环境影响的适宜
切入点。人类需要发现、认识并运用景观变化的一般
规律，从而有效地保护自然环境，维持生态平衡，促
进区域可持续发展【2{】。土地利用／覆盖变化成为当前
全球全球环境变化的热点和前沿问题【6】。土地利用是
人与自然交叉最为密切的环节，土地利用以及由此导
致的土地覆盖以及景观格局的变化必然影响生态系
统的结构和功能，对区域气候、水文、生物地球化学
循环及生物多样性等产生重大影响【721。研究区域景
观格局的时空过程，分析驱动这一过程的关键因素及
其作用方式，可以为区域土地管理决策和持续利用提
供有价值的科学依据【8401。
三江平原是我国重要的粮食生产基地和沼泽湿
地集中分布区，对于保障国家粮食安全和区域生态安
全具有举足轻重的地位。过去几十年中，由于人类活
动的干扰，该区域景观格局发生了剧烈变化【9j。经过
50多年来的数次大规模农业开发，三江平原现己成
为我国重要的粮、豆、畜产品生产基地。国内外学者
针对三江平原湿地景观变化、土地覆被变化的环境效
应、土地利用变化对生态系统服务功能的影响等方
面开展了大量研究工作【8d引，但是由于时间序列较
短，未能深入揭示该区域土地利用变化的过程与规
律。本研究选取三江平原典型县一桦南县，基于RS
和GIS技术，集成地形图与遥感影像(MSS、TM)
数据，从50年时间尺度上分析景观格局的变化及驱
动机制，为区域土地资源保护与生态环境管理提供
决策支持。
2研究区概况与研究方法(Studyareaandmethods)
2．1研究区概况
研究区桦南县位于黑龙江省东部，地处完达山西
麓余脉，佳木斯市、双鸭山市、七台河市相邻，总土
地面积4415k岔。全县境内有大小河流1l条，主要
河流有倭肯河、七虎力河、八虎力河和松木河。年平
均气温为2．84C，年平均降水量为549mln，年平均日
照时数为2343h，无霜期为120～135d。由于该县受
周边大城市辐射以及交通条件影响，开发历史较早。
2．2空间数据获取方法
本文所用的空间数据源包括1954年1：10000
地形图、1976年空间分辨率为80m的7、5、4波段
假彩色合成的LandsatMSS遥感影像、1986、1995
和2000年的空间分辨率为30m的4、3、2波段假彩
色合成的LandsatTM遥感影像、2005年的空间分辨
率为20m的4、3、2波段假彩色合成的中巴地球资
源卫星CBERS．1数据。为尽可能丰富地反映地表信
息的原则，主要选择6月上旬至9月中旬的图像。
空间信息的获取过程为：1954年的景观格局信息
从地形图中提取，有明显界线的景观类型按界线提
取，没有地类界的沿着最低等高线进行勾绘【9。11。利
用2000年TM数据与1：10万地形图配准，根据研究区
的景观类型影像特征，建立解译标志，获得2000年景
观类型矢量数据。以2000年的数据为基础，对1976
年MSS影像、1986年和1995年TM影像、2005年
CBERS影像进行纠正并勾绘出景观类型发生变化的
图斑，生成五个时段的景观类型动态变化数据。综合
《中国土地利用现状调查技术规程》和研究区土地的
用途、经营特点、利用方式和覆盖特征等因素将其分
为耕地、林地、草地、水域、居民工矿用地(居工地)、
未利用土地、沼泽湿地共7种类型。
遥感解译结果野外考察验证于2006年7月进行。
野外考察的重点是对室内判读有疑问的样地进行野
外GPS定位实地考察验证，具体验证地点依据不同分
幅地形图内沿交通线路进行随机抽取。验证结果表明
景观类型的解译正确率达87％以上。
2．3景观格局分析方法
基于以上不同时期的研究区空间数据，应用景观
参数计算软件Fragstas3．2，对景观结构基本描述参数
进行计算，以确定5个时期景观格局变化特征与规
律。本文中采用的景观参数包括：斑块密度
PD：_N，景观形状指数三髓：—0．27=5_E，最大斑块
么 √么
指数Lw=—m丁ax(aU)，斑块聚集度指数
万方数据
5期 王宗明，等：三江平原桦南县景观格局时序变化与驱动因素研究403
cONTAG=畦喜等]，sh⋯多样性撇
SHDI：一兰(只ln只)。以上各式中，Ⅳ为斑块数量，彳
为研究区的总面积，口i『为斑块的面积， E为景观中
所有斑块边界的总长度， 只为某～种景观类型所占
的面积比例，m为景观类型的数量。
特定组分转入贡献率，指其他景观组分向某一特
定景观组分转入的面积占景观总转移发生量的比例。
该参数可用于比较不同组分在景观动态变化的转入
过程中面积增量分配的差异。计算公式为：
—乙
乃=∑以／4，以为第J种组分向第f种组分转
移的面积，4为景观组分发生转移的总面积，刀景
观组分的类型数量。特定组分转出贡献率，指某一特
定景观组分向其他景观组分转移的面积占景观总转
移发生量的比例。该参数可用于比较不同组分在景观
动态变化的转出过程中面积减量分配的差异，计算公
式为：Toi=∑AijlAt，么扩为第f种组分向第／种
』=l
组分转移的面积。
3结果与分析(Resultsandanalyses)
3．1桦南县不同景观类型面积变化特征分析
研究区不同时期各景观类型面积变化趋势见图1，
1964 1976 1986 1995 2000 2∞5
年份Year
图1不同时期景观类型面积变化趋势
Fig．1Changingtrendofareaoflandscapety indifferent
periods
各时期景观格局空间分布见图2。
由图1和图2可知，耕地和林地是研究区面积最
大的2种景观类型，桦南县在建国初耕地资源就比较
丰富，并且基本分布在倭肯河、七虎力河河谷地带。
1986年后，耕地成为研究区面积最大的景观类型，
占50％以上(1986年51．52％。22．74x10。hill2；1995
年50．87％，22．45x109hm2；2000年53．52％，23．62x
104hm2；2005年57．07％，25．19x104hm2)。在
1954～1976年期间耕地面积增加速率较大，主要是草
地、湿地大面积被开垦为耕地，导致该期间草地和湿
地面积迅速减少。1976～1986年期间，有大面积湿地、
林地转化为耕地。由于大面积林地转化为耕地，致使
林地面积大大减少。1986年以后，各景观类型面积
变化趋势逐渐变缓，但在1995-2000年期间，耕地和
林地分别表现出持续增加和持续减少的趋势。对于草
地而言，只有1954年期间桦南县草地面积仍较大，
占总土地面积的10．52％。随着土地开发历史的推进，
绝大部分草地由于开垦条件优越而变为农田。总体而
言，桦南县湿地面积比重较小，在1954--1986年期间
湿地显著退缩，基本被开为耕地。水域和未利用土地
面积较小，面积变化对研究区景观格局影响不大。
3．2景观格局变化分析
从表l可以看出，桦南县土地景观的斑块密度
(PD)在1954年最高，因为当时自然景观保存较好，
许多原生植被构成细小斑块。随着人类活动强度的增
大，许多细小的由自然植被构成的斑块被农田所替
代，因此在1976年斑块密度显著下降。但是随着农
田化过程的加剧以及人类活动对土地覆被原始状态
的改变，一些景观基底在不断的被改变，尤其是桦南
县的森林、草地、湿地转化为农田，景观有开始向着
破碎化发展，因此斑块密度在不断增加。
从LSI(景观形状指数)的变化趋势看，桦南县
各种景观的斑块形状指数在不断增高，说明由于人类
活动影响的加重，各种基底性景观不断破碎化，斑块
的形状变得更加不规则。桦南县最大斑块指数LPI
先减小后增大，在1954年为0．40，到了1976年降为
0．36，随后最大斑块指数在持续上升。
由图2可以发现，在1954年桦南县的优势景观
为森林，而在1976年，耕地虽然已经转变为优势景
观，但是由于湿地、河流的分割作用使得耕地斑块没
有连接在一起，森林景观虽然处于萎缩期，但是其景
万方数据
图2桦南县不同时期景观格局
Fig．2Landscapepatt rnsinHuananCountyindifferentp riods
观连接水平高，仍为桦南县最大斑块景观；但是相对
于1954年而言，其最大斑块指数已明显下降。自1986
年开始，耕地景观优势度进一步确立，最大斑块为农
田景观，随着农田面积的进一步扩展，其最大斑块指
数也不断增大。虽然斑块的破碎化在不断加重，但是
由于自然景观不断被人工景观所替代，尤其是林地、
草地、湿地等自然景观被耕地所替代，尤其是自然景
观在没有被破坏时，各种景观过渡带往往是景观多样
性最大的地带，目前由于被耕地所替代，导致桦南县
的景观多样性不断降低。农田化过程不仅使景观多样
性的降低，同时也使得同类景观更加聚集，通过对比
CONTAG指数的变化趋势，也证明了这一结论。
万方数据
5期 王宗明，等：三江平原桦南县景观格局时序变化与驱动因素研究
表1不同时期桦南县景观特征
Tab．1LandscapefeaturesofHuananCountyindifferent
periods
其景观连接水平高，仍为桦南县最大斑块景观；但是
相对于1954年而言，其最大斑块指数已明显下降。
自1986年开始，耕地景观优势度进一步确立，最大
斑块为农田景观，随着农田面积的进一步扩展，其最
大斑块指数也不断增大。虽然斑块的破碎化在不断加
重，但是由于自然景观不断被人工景观所替代，尤其
是林地、草地、湿地等自然景观被耕地所替代，尤其
是自然景观在没有被破坏时，各种景观过渡带往往是
景观多样性最大的地带，目前由于被耕地所替代，导致
桦南县的景观多样性不断降低。农田化过程不仅使景观
多样性的降低，同时也使得同类景观更加聚集，通过对
比CON，I：AG指数的变化趋势，也证明了这一结论。
由图2同样可以发现，在1954年桦南县的优势
景观为森林，而在1976年，耕地虽然已经转变为优3．3桦南县景观组分转入与转出特征分析
势景观，但是由于湿地、河流的分割作用使得耕地斑 比较各景观组分的转入和转出贡献率(表2)可以
块没有连接在一起，森林景观虽然处于萎缩期，但是 发现，耕地、草地、林地和湿地的转入和转出贡献比
～
表2不同时段内桦南县景观的转入和转出贡献率(％)
Tab．2Contributionra sofconversion-froma dconversion-intoforla dscapetypesindifferentp riods(％)
万方数据
率显著高于其他组分类型，这4种组分主要分布在平
原、台地、丘陵和山地地区，是景观动态变化最剧烈
的地区。其中耕地转入贡献率一直保持较高水平，平
均转入贡献率保持在58％左右。耕地景观组分不断增
长也体现了农业用地的不断增加是造成本地区景观
剧烈变化的主要动因这一显著特色。同时耕地也是研
究区内保持较高转入转出贡献率的组分类型，在大量
其他景观组分不断向农业用地转移的同时，农田景观
组分也不断向非农业用地转移，尤其是向居民地、湿
地转化。研究区林地的转出贡献率一直保持较高的水
平，同时其他组分的转入贡献率也保持较高水平。与
之相似的还有草地、湿地两种景观，但是林地转入贡
献率却明显高于湿地的转入贡献率。草地虽然也保持
较高的转入、转出贡献率，但是在1976～1986年和
2000～2005年期间的转入贡献率大于转出贡献率。水
域、建设用地在桦南县的景观组分中，总体而言转入
贡献率明显大于转出贡献率，前者主要是由于人工水
体不断出现，后者主要是建设用地扩展的必然结果。
3．4景观变化的驱动因素分析
自然条件是人类一切活动的前提，包括地质、地
貌、土壤、植被、气象、气候、水文等方面的因素。
不同的自然条件下适宜人类社会、经济活动的方式是
不同的；且不同的地域决定土地利用的主导性因子也
是不同的。自然条件基本上是人类无法控制和改变
的，尤其是大区域范围内的自然环境。气候条件对土
地利用的制约作用表现在其对农作物、牧草和林木种
类选择及其分布、组合、耕作制度和产量的影响上。
积温水平的升高使得光热资源符合农作物生长地区
的自然植被类型具备了开垦为农田的前提，桦南县过
去50年内年平均气温的变化趋势见图3，可以看出
气候变暖的趋势非常明显。
在土地利用／覆盖的可量化驱动力中，人口是一
个非常重要的因素。人口压力可以分两个方面来阐
述。人口增加必然增加对粮食与住房及公共设施的需
求，导致建设用地和耕地扩张，一方面，建设用地的
增加造成优质耕地减少；另一方面，耕地的扩张导致
林、草地被破坏，从而加速了生态环境恶化。
与全国其它地区土地利用变化驱动力相比，三江
平原属于以最优经济福利、粮食安全驱动为主多种驱
动力并存的地区【17’1引。如前所述，耕地变化是三江
平原桦南县土地利用变化的核心类型，因而也是分析
土地利用变化驱动力的突破口。 本文以耕地变化为
例，分析土地利用变化的人文驱动力。
1945195519651975198519952005
年份Year
图3桦南县过去50年气温变化趋势
Fig．3ChangingtrendofairtemperatureofH ananCounty
inthepast50years
口
。
号
j
A
o
盘
趸
o
-
口
<
珀
．崴触典潋式姆内渺
年份Year
14．0
12．O彳、
10．o至
8．0 2
6．0 =
4．0姜
2．0 聪
0．0喧
图4桦南县总人口和总耕地面积的变化趋势
Fig．4Changingtrendsoftotalpopulationandt talcropland
areainHuananCounty
鉴于当前空间数据的时间序列较短，不能满足对
土地利用动态变化机制进行诊断的要求，因此本文对
耕地动态变化的分析基于研究时段内桦南县社会统
计资料进行。桦南县1949～2005年总人口和耕地面积
统计数据变化趋势如图4所示。由图可知，研究区总
人口和耕地面积的增长趋势是一致的，对二者进行回
归分析，得到回归关系式为：Y=1．4289x+118．76
(R2=0．7349)。可以看出，过去50年间，桦南县总人
口与耕地面积存在显著的线性相关关系，表明，人口
增长以及人口增长所造成的粮食需求是导致该区林
地、草地、和湿地被大面积开垦为耕地的重要原因。
宏观政策对土地利用也具有重要的影响。半个世
纪以来，三江平原共经历了4次开发高潮。第一次是
1949～1960年，耕地面积由建国初期的78．7x104hm2
O
O
0
O
O
O
O
6
5
4
3
2
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O
—p一￡暑￡oA昌磐启《赠圹
万方数据
5期 王宗明，等：三江平原桦南县景观格局时序变化与驱动因素研究 407
增加到151．4x104hm2。第二次从20世纪60年代初
至1977年，54万知青来到“北大荒”垦荒，耕地面
积迅速增加至212x104hm2。第三次是从1978～1985
年，耕地猛增至297．3x104hm2。第四次是从20世纪
80年代中期开始到2000年，三江平原进行农业综合
开发，使全区耕地总面积达到473．3x104hm2【9’19,20J。
三江平原的开发，尤其是前三次开发，是基于“以粮
为纲”的目的，这种掠夺式的开发使三江平原的生态
环境遭受到巨大的破坏5
4结论和讨论(Conclusionsandiscussion)
过去50年中，．三江平原桦南县景观格局发生了
重大变化。1976～1986年期间，有大面积湿地、林地
转化为耕地；1986年以后，各景观类型面积变化趋
势逐渐变缓。随着土地开发历史的推进，绝大部分草
地由于开垦条件优越而变为农田。研究区景观的斑块
密度、景观形状指数、最大斑块指数、连接度指数和
多样性指数在过去几十年期间都发生了重大变化，农
田面积的扩大与以上景观指数的变化规律存在密切
关系。自然气候因素的变化为景观格局的改变提供了
前提，而人类活动的影响则是研究区景观格局演变的
决定性因素。人口增加是造成耕地增加及一系列土地
利用变化的根本原因；经济发展和宏观政策是土地利
用变化的重要人文驱动力。随着黑龙江省生态省建设
目标的确立，自然生态系统破坏的趋势已得到一定控
制。但是，从遥感解译的结果来看，2000～2005期间，
耕地仍然处于增长阶段，沼泽湿地的私自开垦在
2000～2005年期间仍在进行。三江平原天然沼泽湿地
以及其它自然生态系统的保护与恢复仍然面临着诸
多困难，任重而道远。
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作者： 王宗明， 宋开山， 刘殿伟， 张柏， 张树清， 李方， 刘焕军， WANG Zong-ming，
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作者单位： 中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春,130012
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