全 文 ：第 32 卷 第 3 期 生 态 科 学 32(3): 265-270
2013 年 5 月 Ecological Science May. 2013
收稿日期：2012-10-12 收稿，2013-01-05 接受
基金项目：国家海洋局第三海洋研究所基本科研业务费项目（编号：2200208）
通讯作者：陈鹏（1973—），男，新疆伊犁人，高级工程师，博士，主要从事海岛资源环境综合评价，Email: chpengxj@sohu.com
 
陈鹏，吴剑，傅世锋. 平潭海坛岛景观格局动态变化及其生态效应分析[J]. 生态科学, 2013, 32(3): 265-270.
CHEN Peng, WU Jian, FU Shi-feng. Study on the dynamic change of landscape pattern and its landscape ecological effects in Haitan
Island of Pingtan County[J]. Ecological Science, 2013, 32(3): 265-270.

平潭海坛岛景观格局动态变化及其生态效应分析
陈鹏 1,2，吴剑 1,2，傅世锋 1,2

1. 国家海洋局第三海洋研究所，厦门 361005；
2. 国家海岛规划与保护研究中心，厦门 361005
 
【摘要】 以平潭海坛岛为研究区，基于 1990 年 landsat TM 和 2010 年 ALOS 遥感影像，在 ArcGIS 和 Fragstats 等软件平台支持
下，运用马尔科夫转移矩阵和动态度模型，以及景观格局指数，对 20 年来研究区景观格局时空动态变化及其生态效应进行了定
量分析。研究结果表明：近 20 年来景观格局动态变化显著。建设用地和居民地增长幅度最大，农用地和沙滩则降幅最显著。研
究区景观格局主要景观类型为农用地和林地，景观类型转移主要表现为农用地与林地的相互转化，以及二者向城镇用地（居民
地、建设用地和道路交通）转化。从类型水平上看，各类型斑块均趋于破碎化；在景观水平上，研究区景观格局向着多样化方
向发展，景观的异质性增强，景观呈破碎化程度加深；从景观生态效应空间变化看，人为活动的影响沿着交通干线、城镇区在
整个研究区蔓延扩展。
关键词：海坛岛；景观格局；动态变化；生态效应 
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2013.03.001 中图分类号：P901 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2013)03-265-06
Study on the dynamic change of landscape pattern and its landscape ecological
effects in Haitan Island of Pingtan County
CHEN Peng1,2, WU Jian1,2, FU Shi-feng1,2
1. Third Institute of Oceanography State Oceanic Administration, Xiamen 361005, China;
2. National Island Research Center of Planning and Protection, Xiamen 361005, China
Abstract: Haitan Island of Pingtan County was chosen as the study area. Based on Landsat TM image (in 1990) and ALOS images (in
2010), with the support of ArcGIS and Fragstats software platform, the spatial-temporal characteristics of landscape dynamic change and
their ecological effects were quantitatively analyzed during the past 20 years (from 1990 to 2010), by using the models of land use
dynamic degree and transition matrix of land use types, as well as index method of landscape pattern. The results showed that the
landscape pattern of study area had a significant dynamic change in the past 20 years. The land for built-up and settlement place
increased continuously in large scale, while farmland decreased obviously. Farmland and forest land were the main landscape types in
Haitan Island. The transition between the landscape types was mainly the changes between farmland and forest land, along with farmland
and forest land changing to urban (including built-up, settlement place and road). Based on the analysis of class level indices, the patches
of various types tended to fragment. At landscape scale, landscape pattern tended to diversification; meanwhile landscape heterogeneity
was increased, and the fragmentation degree was deepened. From the spatial changes of landscape ecological effect, the influences of
human activities expanded along the roads and urban regions.
Key words: Haitan Island; landscape pattern; dynamic changes; ecological effect
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1 引言（Introduction）

海岛是指四面环海水并在高潮时高于水面的自
然形成的陆地区域[1]，其作为全球变化和陆海各种动
力作用最迅速最敏感的界面之一，敏感性大，稳定性
小，属于典型的生态脆弱带（EcoTone）[2]。自 20 世
纪后期以来，人类活动及其所导致的全球环境变化成
为了全球生态系统格局、结构和过程变化的主要驱动
力，人类活动的强烈干预推动着地球系统演化进入了
“人类世”（ Anthropocene Era）的新纪元[3,4]。在人
类活动频繁和城市化扩张的海岸带地区，社会经
济发展和资源环境保护之间的冲突尤为突出 [5]，
而作为海洋资源开发桥头堡的海岛更成为关注的
焦点所在 [6]。在此背景下，海岛生态系统对于区域
内的自然过程和人类活动将如何响应，是有待于进一
步深入探讨的科学问题。随着海峡西岸经济区发展战
略的实施以及建设平潭综合实验区的深入进行，海坛
岛已经成为了海峡西岸经济区中最引人注目和最具
有活力的地区，正在经历快速的城市化过程，人类活
动这一外部营力在此区域展示其不断增强的态势。因
此，选择海坛岛为研究对象，以景观生态学为理论基
础[7]，利用遥感信息源和 GIS 空间分析等技术方法，
从时间和空间序列上定量分析了海岛景观格局演变
的趋势，并揭示海岛景观生态效应，以期为海岛土地
资源合理利用、格局优化和生态建设提供参考依据。
 
2 研究方法（Methodology）

2.1 研究区概况
平潭古称海坛，别称“东岚”，是福建省东部海域的
一个岛县，位于北纬25°15′-25°45′、东经119°32′-120°10′
之间。东濒台湾海峡，西隔海坛海峡，南邻南日岛，
北望白犬列岛，全区由 126 个岛屿组成，素有“千礁
百屿”之称，土地总面积 392.9 km2。平潭属南亚热带
海洋性季风气候，年均温 19.5 ℃，年降水量 1 196.2
mm，年 7 级以上大风 125 天，7-9 月常受台风影响[8]。
2009 年 5 月国务院在《关于支持福建省加快海峡西
岸经济区的若干意见》中明确提出了“探索进行两岸
区域合作试点”，福建省委省政府在 2009 年 7 月也作
出了设立平潭综合实验区的决定。2010 年末，全区
辖 7 镇 8 乡，总人口 40.1 万人。生产总值 89.7 亿元，
工业总产值 26.3 亿元，农林牧渔业总产值 46.9 亿元，
三次产业结构为 29.4:20.4:50.2，财政总收入 19.2 亿
元，农民人均纯收入 6 585 元，城镇居民人均可支配
收入 1.9 万元。本研究选取平潭县主岛海坛岛为研究
区。海坛岛是福建省第一大岛，中国第五大岛，以其
形似坛，兀峙海中得名，陆地面积 324 km2。

2.2 研究方法
2.2.1 数据基础与处理
采用 1990 年 Landsat TM（分辨率 30 m×30 m）
与 2010 年 ALOS（分辨率 2.5 m×2.5 m）遥感影像数
据，辅助资料为平潭县行政区划图、平潭县土地利用
图、海坛岛海图等。数据处理平台为 ERDAS（version
9.0）遥感图像处理系统和 ArcGIS（version 9.3）地理
信息系统。参考国家土地资源遥感调查采用的土地利
用分类系统，结合研究区域土地利用特征，将研究区
域内的景观类型分为 7 类：L1 林地、L2 农用地、
L3 居民地、L4 养殖区、L5 水库坑塘、L6 沙滩、L7
建设用地、L8 道路交通。对 2 个时相的遥感影像进
行几何校正、空间配准、假彩色合成与融合、影像图
像增强与影像裁剪等预处理；利用其他数据（70 年
代 1:2.5 万地形图以及 80 年代海岛调查数据），辅助
解译低分辨率的遥感影像，使得解译精度提高并适用
于高分辨率的影像的分类系统；运用监督分类法与人
机交互结合方法解译，提取出 2 个时期的景观类型矢
量数据，建立研究区不同时期的景观类型数据库并绘
制其空间分布图（图 1）。数据转换到统一的坐标系
（ WGS_1984_UTM_Zone_50N ） 和 投 影 系 统
（Transverse_Mercator），投影带中央经线 117 °。遥
感影像采用. img 格式，栅格数据采用 .grid 格式（30
m×30 m），矢量数据采用 .shape 格式。
3 期                                                  陈鹏，等.  平潭海坛岛景观格局动态变化及其生态效应分析  267
 
图 1 1990-2010 年海坛岛景观类型分布
Fig. 1 Landscape types in Haitan Island from 1990 to 2010

2.2.2 研究方法
2.2.2.1 景观格局变化表征模型
马尔科夫转移矩阵模型对于分析景观类型之间
的流向具有重要作用，其不仅可以定量说明景观类型
之间的相互转化状况，而且可以揭示不同景观类型间
的转移速率[9,10]；土地利用动态度模型定量描述土地
利用类型变化的剧烈程度[9,11]。本研究采用这两种模
型方法分析了 1990-2010 年研究区景观类型变化的时
空特征以及类型相互转化情况。基于 ArcGIS 平台的
Overlay 模块的 Intersect 功能，对两期景观类型栅格图
进行空间叠加运算，获取研究期景观类型的转移矩阵。
2.2.2.2 景观生态效应评价模型
景观格局及其变化既是各种干扰因素相互作用
的结果，又影响着该区域的生态过程和边缘效应；景
观格局分析是揭示区域生态状况及空间变异特征的
有效手段[7,9,12]。本文拟在类型和景观两个尺度，以
及景观格局空间变化上进行研究区生态效应评价。其
中，在类型水平上选择了斑块密度（PD）、散布与并
列指数（IJI）、斑块形状指数（LSI）、平均斑块面积
（AREA-MN）、最大斑块指数（LPI）与边界密度指
数（ED）；在景观水平上选择了多样性指数（SHDI）、
均匀度指数（SHEI）、斑块密度指数（PD）、最大斑
块指数（LPI）、形状指数（LSI）、蔓延度指数
（CONTAG）、散布与并列指数（IJI）、分离度指数
（DIVISION）。景观格局指数的计算均依托景观格局
分析软件 Fragstats（ ver4.1, http: //www. umass.
edu/landeco/index.html）实现，其生态学意义参考相
关文献[7, 9]与 Fragstats 帮助说明；采用 Fragstats 软件
的移动窗口法（窗口边长 500 m），得到景观格局指
数空间分布；对两期景观格局指数栅格数据进行差值
运算，得到其空间变化分布。

3 结果(Results)

3.1 景观格局动态变化分析
3.1.1 景观格局基本情况
海坛岛 2010 年景观类型总面积为 71 776.12
hm2，其中农用地（2 073 015 hm2）面积最大，占总
面积的 38.4％；其次为林地（9 338.54 hm2），占 32.6%；
再次为居民地（3 029.95 hm2），占 10.58％；建设用
地（1 843.66 hm2）占 6.44%，水产养殖（1 524.26 hm2）
占 5.32％，沙滩（1 039.63 hm2）占 3.63%，交通道
路（495.58 hm2）占 1.73%，水库坑塘（372.79 hm2）
占 1.3％。
海坛岛景观类型动态变化程度显著（表 1）。从
1990 年-2010 年，研究区景观类型总面积在波动中呈
上升趋势，20 年间共增加 341.934 hm2，主要为围填
海造地扩大了本岛面积。其中，建设用地和居民地增
长幅度最大（分别为 1 565.31 hm2 与 788.94 hm2），
沙滩和农用地则大幅下降（分别为-1162.11 hm2 与
-781.73 hm2）。从变化程度来看，则以建设用地的变
化最快，年均变化率达到 562.37％；其次为交通道路
（176.89％），再次为沙滩（-52.78％）。农用地和林
地由于基本总量较大，因此其变化率在研究时段内表
现较小。
3.1.2 景观类型转移矩阵分析
通过对研究区两个时期的海岸带景观类型矢量
数据进行叠加计算，得到了转移矩阵（表 1）。林地
主要转化为农用地（1 717.57 hm2），其次转向居民地、
建设和道路分别为 337.1 hm2、291.28 hm2 和 108.23
hm2；农用地主要转化为林地（1 868.27 hm2），其次
转向居民地（610.4 hm2）、道路（177.76 hm2）与裸
地（138.26 hm2）；居民地主要转向道路（98.27 hm2）、
农用地（72.98 hm2）与林地（53.17 hm2）；养殖区
转向裸地的面积为 409.47 hm2。坑塘主要转向裸地
（63.64 hm2）与农用地（53.72 hm2）。沙滩主要转
向林地（129.56 hm2）和农用地（110.47 hm2）。交
通道路：转入部分主要来自于农用地与林地，其次为
生 态 科 学 Ecological Science 32 卷 268
居民地。建设用地：转入部分主要来自于养殖区，其
次为林地与农用地。

3.2 景观生态效应分析
3.2.1 土地利用类型水平上生态效应
农用地与林地的最大斑块指数与平均斑块面积
均大于其他类型，说明二者为研究区的优势景观类
型；其指标值不断下降则表明了斑块被蚕食分割的状
态。农用地与道路交通的平均斑块面积下降幅度最
大，说明其斑块面积变幅远大于其他类型。居民地、
建设用地与交通用地的最大斑块指数不断增加，则表
明这三者斑块在研究区迅速扩展。各景观类型的斑块
密度总体呈增加趋势，表明各类型斑块均趋于破碎
化。各景观类型的斑块形状指数、散布与并列指数不
断增加，而边界密度则在下降，也说明不同类型的斑
块形状复杂化，且斑块之间相邻关系趋于紧密；其中
道路交通与建设用地的 LSI 与 IJI 值变化幅度最大，
表明二者斑块动态变化最为剧烈。 

表 1 1990 年-2010 年研究区景观类型转移矩阵
Table 1 Conversion matrix of landscape types in research region from 1990 to 2010
L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8
L1 7161.99 1717.57 337.1 176.73 34.46 39.16 291.28 108.23
L2 1868.27 8852.31 610.4 35.05 22.69 35.89 138.26 177.76
L3 53.17 72.98 2000.5 0.0 0.0 0.0 15.2 98.27
L4 7.71 11.1 1.3 808.78 0.0 0.0 409.47 2.54
L5 21.52 53.72 5.95 46.87 317.45 0.0 63.64 3.3
L6 129.56 110.47 21.93 75.06 0.0 845.2 51.8 2.76
L7 69.96 90.68 1.76 76.1 1.08 3.41 36.43 0.0
L8 12.81 27.06 40.59 0.54 0.0 0.24 6.37 91.48
动态度 -5.34 -6.64 35.2 22.66 -27.25 -52.78 562.37 176.89
注：转移矩阵数据单位为 hm2；行表示 1990 年数据，列表示 2010 年数据；黑色数字为未发生转变的面积；动态度表示 1990-2010
年间各类景观类型的变化程度。 
 
 
图 2 1990-2010 年海坛岛斑块类型水平的景观格局指数变化
Fig. 2 Landscape Indices of class level in Haitan Island from 1990 to 2010

3 期                                                  陈鹏，等.  平潭海坛岛景观格局动态变化及其生态效应分析  269
3.2.2 景观水平上生态效应
近 20 年来海坛岛景观格局指数变化趋势一致。景
观多样性指数与均匀度指数的不断增大，表明景观构
成要素多样，景观格局在人为干扰下，向着多样化方
向发展。斑块密度指数由 1.77 增至 2.67，表明研究区
内整个景观的破碎化程度正日益加深。最大斑块指数
由 27.52下降至 24.33，表明优势景观类型控制力下降，
各景观类型的比例逐渐趋向均匀分布，必然导致景观
稳定性下降，因而降低了景观抗干扰的能力。蔓延度
指数由 59.85 下降至 53.20，表明研究区内不同斑块类
型的聚集程度下降，空间分布趋向分散，景观的异质
性增强。景观形状指数由 21.16 增至 27.88，说明海岸
带人类活动的加剧，导致区域内景观形状的复杂程度
增加。散布与并列指数数值从 62.31 增至 71.87，表明
斑块类型之间的邻接性增强，景观各类型之间的分布
关系变得复杂，也间接说明了区域景观格局的破碎化
趋势。最大斑块指数从 27.52 降至 24.33，表明整个
景观的破碎化程度正在加深，优势景观控制下降，尽
管类型向着多样化和均衡化方向发展。分离度从 0.90
增至 0.93，说明区域景观类型分布趋向分散。
   

图 3 1990-2010 年海坛岛景观水平的景观格局指数
Fig. 3 Landscape indices of landscape level in Haitan Island
from 1990 to 2010
3.2.3 景观生态效应空间响应
利用景观格局指数软件的移动窗口原理，得出景观格
局指数空间变化分布图（图 4）。综合考虑景观格局
指数的相关性及其空间构型的相似性，选择多样性指
数、蔓延度指数来说明海坛岛 20 年间景观格局变化
的空间响应过程。景观多样性指标能反映景观异质
性，在一个景观系统中其值高低与破碎化程度高低正
相关。研究区景观多样性指数变化的空间格局具有较
明显的圈层分布特征（图 4a），从内向外在整个研究
区扩展，这反映了人类在景观格局演变中的影响作
用。多样性指数高值区域的中心地带在谭城镇，其次
为外围的芦洋乡与敖东镇，该区域由于人类活动逐渐
增强，导致破碎度增加，景观多样性增加；多样性中
值区域处于高值区域与低值区域的过渡地带，主要分
布在中楼乡、北厝镇和流水镇，该区域景观类型主要
4a   
4b

图 4 1990-2000 年平潭岛景观生态效应空间变化
Fig. 4 Spatial changes of landscape ecological effect in Haitan
Island from 1990 to 2010
生 态 科 学 Ecological Science 32 卷 270
以农林地与居民地混杂为主；多样性指数低值区域集
中分布在海坛岛北部的白青乡与芦洋乡、中部的岚城
乡，该区域景观类型主要为林地、农用地和居民地集
中分布区，景观类型相对单一。蔓延度指标描述了景
观中不同斑块类型的团聚程度或者延展趋势，其动态
变化高值区域代表人类活动影响的高强度区域。蔓延
度指数高值区域（图 4b）基本沿着主要交通干线、
乡镇和建设用地分布，而低值区域主要分布在林地、
农用地、养殖区和水库坑塘的斑块的集中区，中值区
则分布在二者的过渡地带。

4  结论 (Conclusions) 
 
（1）近 20 年来景观类型动态变化程度显著，由
于围填海，陆地面积逐渐增加。其中，建设用地和居
民地增长幅度最大，农用地和沙滩则降幅最显著；从
变化程度来看，则以建设用地的变化最快，其次为交
通道路与沙滩。 
（2）转移矩阵分析表明，研究区景观类型转化
主要表现为农用地与林地的相互转化，以及二者向城
镇用地（居民地、建设用地与道路交通）转化。其中，
农用地向城镇用地净转出 926.42 hm2，林地向城镇用
地净转出 736.61 hm2。 
（3）在类型水平上，各类型斑块均趋于破碎化；
建设用地与道路为动态变化最剧烈的类型；农用地和
林地在研究区占优势地位，但是仍然被蚕食分割。在
景观水平上，研究区景观格局在人为干扰下，向着多
样化方向发展，景观的异质性增强，景观形状的复杂
程度增加，呈破碎化趋势。在景观格局空间变化上，
景观格局具有明显的区域分异特征，人为活动的影响
沿着交通干线、城镇区在整个研究区蔓延扩展。 

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