全 文 ：第 ３６ 卷第 １２ 期
２０１６年 ６月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１２
Ｊｕｎ．，２０１６
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：国家自然科学基金面上项目（４１３７６０６８）；浙江省哲学社会科学规划课题（１２ＹＤ１６ＹＢＭ）
收稿日期：２０１５⁃０６⁃３０； 　 　 修订日期：２０１５⁃１２⁃１６
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｈｚｓｈｅｎｇａｎｇ＠ １６３．ｃｏｍ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１５０６３０１３４７
沈刚，夏小明，贾建军，严力蛟．海岛景观格局变化及其对降水截存能力的影响———以浙江象山县檀头山岛为例．生态学报，２０１６，３６（１２）：３６８７⁃３６９３．
Ｓｈｅｎ Ｇ， Ｘｉａ Ｘ Ｍ， Ｊｉａ Ｊ Ｊ， Ｙａｎ Ｌ Ｊ．Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｓｅａ ｉｓｌａｎｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎ
Ｉｓｌａｎｄ ｉｎ Ｘｉａｎｇｓｈａｎ Ｃｏｕｎｔｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１６，３６（１２）：３６８７⁃３６９３．
海岛景观格局变化及其对降水截存能力的影响
———以浙江象山县檀头山岛为例
沈　 刚１，∗，夏小明１，贾建军１，严力蛟２
１ 国家海洋局第二海洋研究所，杭州　 ３１００１２
２ 浙江大学，杭州　 ３１００５８
摘要：在自然和人类活动的共同作用下，海岛这一特殊的景观生态系统正经历着剧烈的变化。 淡水是海岛景观生态系统赖以存
在的基础和关键组成部分，人类活动对海岛淡水的影响是其对海岛景观生态系统影响研究的重要课题之一。 基于全岛整体性
的视角，以浙江省象山县檀头山岛为例，就海岛景观格局与其降水截存能力之间的数量关系进行了探索，并提出了一个能够从
整体角度快速评估海岛景观格局变化对降水损失影响的综合指数———总降雨损失率（ＴＲＬＲ）。 结果显示，自 １９６６—２０１２年，檀
头山岛的 ＴＲＬＲ呈不断升高趋势，这种趋势指示了檀头山岛淡水补给能力正逐年下降，长期下去势必会破坏海岛淡水棱镜体，
并最终威胁到整个海岛景观生态系统。 这一变化必须引起足够的重视，相应的景观格局优化措施应该被采取以增强檀头山岛
降水截存能力，保障其景观生态系统的健康与可持续。
关键词：景观格局；总降雨损失率（ＴＲＬＲ）；降水截存能力；檀头山岛
Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｓｅａ ｉｓｌａｎｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ
ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎ Ｉｓｌａｎｄ ｉｎ Ｘｉａｎｇｓｈａｎ Ｃｏｕｎｔｙ，
Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ
ＳＨＥＮ Ｇａｎｇ１，∗， ＸＩＡ Ｘｉａｏｍｉｎｇ１， ＪＩＡ Ｊｉａｎｊｕｎ１， ＹＡＮ Ｌｉｊｉａｏ２
１ Ｓｅｃｏｎｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ， Ｓｔａｔｅ Ｏｃｅａｎｉｃ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１２， Ｃｈｉｎａ
２ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００５８， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ｓｅａ ｉｓｌａｎｄｓ ａｒｅ ｕｎｄｅｒｇｏｉｎｇ ｄｒａｓｔｉｃ ｃｈａｎｇｅｓ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ
ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ ａｎｔｈｒｏｐｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ． Ｆｒｅｓｈ ｗａｔｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅａ⁃ｉｓｌａｎｄ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｓｅａ⁃ｉｓｌａｎｄ
ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｎｔｈｒｏｐｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｎ ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｋｅｙ ｔｏｐｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅｍ ｏｎ ｌａｎｄｓｃａｐｅ
ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ｓｅａ ｉｓｌａｎｄ． Ａｓ ａｎ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ， ａｌｍｏｓｔ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ ｒｅｃｈａｒｇｅ ｏｆ ｓｅａ ｉｓｌａｎｄ ｃｏｍｅｓ ｆｒｏｍ
ｒａｉｎｆａｌｌ． Ｔｈｅ ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ ｆｒｅｓｈ ｗａｔｅｒ ｏｆ ｓｅａ ｉｓｌａｎｄ． Ａ
ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｓｔｕｄｉｅｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｃｏｖｅｒ ｔｙｐｅ， ｓｏｉｌ ｇｒｏｕｐ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ， ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ
ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｉｔ ｉｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｔｏ ｐｒｏｂｅ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｎ ｒａｉｎｆａｌｌ⁃
ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅａ ｉｓｌａｎｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ． Ｆｉｒｓｔｌｙ， ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ
Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎ Ｉｓｌａｎｄ ｉｎ Ｘｉａｎｇｓｈａｎ ｃｏｕｎｔｙ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｃｈｉｎａ， ｆｏｒ １９６６， ２００４， ａｎｄ ２０１２ ｗｅｒｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ
ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ⁃ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ＫＨ⁃７ ｈｏｍｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ， ＱｕｉｃｋＢｉｒｄ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ，
ａｎｄ ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ⁃ ２ ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｅｒｉｅｓ， ａｎｄ ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｎｅｏｕｓ ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ ｄａｔａ． Ｓｈｒｕｂ ａｎｄ ｇｒａｓｓ ｗａｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｌｙ ｔｈｅ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ｄｏｍｉｎａｎｔ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｃｌａｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｐｅｒｉｏｄ． Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｌａｎｄｓｃａｐｅ
ａｒｅａ ｆｒｏｍ １９６６ ｔｏ ２０１２． Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｍａｊｏｒ ｌｏｓｓ ｏｆ ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ｆｒｏｍ １９６６ ｔｏ ２００４． Ｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓ ｆｏｒｅｓｔ ｄｉｓａｐｐｅａｒｅｄ ｅｎｔｉｒｅｌｙ ｆｒｏｍ
１９６６ ｔｏ ２００４， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｒｅｏｃｃｕｒｒｅｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ２００４ ａｎｄ ２０１２． Ｂｒｏａｄ⁃ｌｅａｖｅｄ ｆｏｒｅｓｔ ａｐｐｅａｒｅｄ ａｎｄ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ ｆｒｏｍ １９６６
ｔｏ ２００４， ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｆｒｏｍ ２００４ ｔｏ ２０１２． Ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｂａｒｅ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｌａｎｄ ｓｈｏｗｅｄ ａｎ ｏｂｖｉｏｕｓ ｉｎｃｒｅａｓｅ， ａｎｄ ｓｈｒｕｂ
ａｎｄ ｇｒａｓｓ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｄｅｃｌｉｎｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ４６ ｙｅａｒｓ． Ｄｒｉｖｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈｅｓｅ ｄｒａｓｔｉｃ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｅｒｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ
ａｆｆｏｒｅｓｔａｔｉｏｎ， ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｈｕｍａｎ⁃ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｉｒｅ ａｎｄ ｄｉｓｅａｓｅｓ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｎａｔｕｒａｌ ｓｕｃｃｅｓｓｉｏｎ． Ｔｈｅｎ，
ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｈｏｌｉｓｔｉｃ ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ， ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｓｅａ ｉｓｌａｎｄ ａｎｄ
ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｂｙ ｔｈｅ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎ Ｉｓｌａｎｄ， ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｉｎｄｅｘ———Ｔｏｔａｌ
Ｒａｉｎｆａｌｌ Ｌｏｓｓ Ｒａｔｅ （ ＴＲＬＲ） ｕｓｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｎ ｒａｉｎｆａｌｌ ｌｏｓｓ ｑｕｉｃｋｌｙ． ＴＲＬＲ ｉｓ ａ ｓｉｍｐｌｅ
ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｓｕｍ ｏｆ ＣＮ ｖａｌｕｅｓ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｕｎｏｆｆ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ＴＲ⁃ ５５ ｒｕｎｏｆｆ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ
ｍｏｄｅｌ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ａ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｓｅ ｉｎ ＴＲＬＲ ｏｆ Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎ Ｉｓｌａｎｄ ｆｒｏｍ １９６６ ｔｏ ２０１２，ｗｈｉｃｈ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ａ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
ｄｅｃｌｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ． Ｆｒｏｍ １９６６ ｔｏ ２００４， ２０１２， ａｒｅａ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｈｒｕｂ ａｎｄ ｇｒａｓｓ ｔｏ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ
ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ８０．１８％ ｔｏ ６６．４３％，６０．１５％， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｃａｕｓｅ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｃｌｉｎｅ ｏｆ
ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎ Ｉｓｌａｎｄ． Ｔｈｉｓ ｔｒｅｎｄ ｉｓ ｂｏｕｎｄ ｔｏ ｄｏ ｈａｒｍ ｔｏ ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ ｐｒｉｓｍ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｒｅａｔｅｎｓ
ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｅａ ｉｓｌａｎｄ． Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ＴＲＬＲ ｍｕｓｔ ｒｅｃｅｉｖｅ ｅｎｏｕｇｈ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ
ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｋｅｅｐ ａｎｄ ｅｖｅｎ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ
ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎ Ｉｓｌａｎｄ． Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅ， ｓｈｒｕｂ ａｎｄ ｇｒａｓｓ
ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ａ ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｒａｔｈｅｒ ｔｈａｎ ｂｒｏａｄｌｅａｖｅｄ ｆｏｒｅｓｔ ａｎｄ ｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓ ｆｏｒｅｓｔ ｉｎ ｉｓｌａｎｄ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎ； ｔｏｔａｌ ｒａｉｎｆａｌｌ ｌｏｓｓ ｒａｔｅ（ＴＲＬＲ）； ｒａｉｎｆａｌｌ⁃ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ； Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎ Ｉｓｌａｎｄ
海岛是四周为海水包围且高于高潮位的自然形成的陆地。 在自然和人类活动共同的作用下，海岛景观生
态系统正经历着剧烈的变化。 极端气候以及地震、海啸等自然灾害直接导致了海岛上动植物群落的波动和生
态系统的退化［１］。 相较而言，人类活动的干扰在海岛景观生态系统变化中扮演了更加重要的角色。 在东印
度洋科科斯岛和圣诞岛，各种人类活动引起了地形地貌、水文水系、动植物群落的变化［２］。 太平洋上许多岛
屿的旅游业导致了一系列的环境问题，如环境污染、栖息地退化、生态系统破坏、海岸海洋资源损失等［３］。
淡水是海岛景观生态系统存在的基础和关键组成部分，人类活动对海岛淡水的影响是其对海岛景观生态
系统影响研究的重要课题之一。 人类对海岛淡水的影响包括直接和间接影响两个方面，海岛上人类生产生活
的地下水开采及水污染属于直接影响，气候变化引起的降水变异和海岛土地利用方式改变导致的景观变化对
海岛淡水的影响则是间接的。 目前这方面的研究主要集中在海岛上人类生产生活对地表水的影响［４⁃５］、水污
染［３］对海岛淡水的影响，而就海岛土地利用方式改变导致的景观变化对海岛淡水系统的影响研究相对缺乏。
作为一个隔离的景观生态系统，降水是海岛淡水补给最为重要的来源。 海岛岛陆通过存储、节流和延缓地表
径流的方式来提升海岛淡水补给能力。 不同的景观格局具有不同的降水截存能力，基于全岛整体性的视角，
海岛景观格局与降水截存能力之间数量关系的探索能够为海岛景观生态系统的保护和优化提供客观的依据。
文章以浙江省象山县檀头山岛为例，对 １９６６—２０１２年的景观格局变化及其驱动进行了研究，对海岛景观格局
与总体降水损失的数量关系进行了探索，并提出了一个能够从整体角度快速评估海岛景观格局变化对降水损
失情况影响的综合指数———总降雨损失率（ＴＲＬＲ）。
１　 研究对象与方法
１．１　 研究对象
　 　 研究对象为整个檀头山岛，地处中国东海之滨的象山县城东南 ３８ ｋｍ，中心纬度 ２９°１１′ Ｎ，中心经度 １２２°
２′ Ｅ（图 １）。 檀头山岛属于近岸基岩岛，以岛上 ２２５ ｍ的最高山———檀头山命名，总面积 １０．６２ ｋｍ２。 海岛形
８８６３ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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图 １　 研究对象位置图
Ｆｉｇ．１　 Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｓｉｔｅ
成于喜马拉雅运动引起的地表抬升和板块沉降，山陡平
地少，整个岛的两个部分通过一条自然形成的沙堤连
接。 研究对象位于亚热带和海洋季风气候区，年均温度
１６．４℃，年均降雨量 １３７５．４ ｍｍ。
据史料记载，人类在大约 ９００年前开始在檀头山岛
定居，对海岛的利用方式主要为伐木、农业生产和居住
生活。 为了获得生活能源，树林和灌木被广泛的砍伐，
取而代之的是速生的耐贫瘠的黑松林。 这一人类活动
一直持续到 ２００２ 年檀头山岛县级自然保护区的设立，
绝大部分的岛民移民到附近的石浦镇。 风电场和旅游
的导入促成了现状的景观格局，景观类型主要有居住用
地、耕地、道路、针叶林、阔叶林、灌草丛、风电场、裸岩裸
地、水库山塘等。 针叶林景观为林分比较单一的黑松
林，而阔叶林景观主要为香樟、朴树、枫香、女贞、乌桕、
榆树等乔木组成的混交林。 灌木林群落主要由野桐、红
花檵木、柃木、杜鹃、胡秃子、算盘子、天仙果、野葛等种
类组成，草丛景观为比较纯的芒草群落。
１．２　 数据获取
研究所用的数据包括 ３个时期的遥感影像，即 ＫＨ⁃
７ Ｇａｍｂｉｔ （ ＫＨ⁃ ７） 影像、 ＱｕｉｃｋＢｉｒｄ （ ＱＢ ） 影像和
ＷｏｒｌｄＶｉｅｗ⁃２ （ＷＶ⁃２） 影像（表 １）。 ＫＨ⁃ ７影像免费下
载自美国地质调查局 （Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ
（ＵＳＧＳ） Ｅａｒｔｈ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ＆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ
（ＥＲＯＳ）），ＱＢ影像和 ＷＶ⁃２影像购买自 ＤｉｇｉｔａｌＧｌｏｂｅ公司。 与 ＫＨ⁃７同期的森林资源调查图由象山县农林局
提供，象山县国土资源局石浦分局提供的 ２００４ 年檀头山岛土地利用现状图作为 ＱＢ 影像同期的辅助数据。
２０１２年的地面数据通过为期两周的实地调查获取，海岛上不可达区域景观的识别借助于陆基或船基的高倍
望远镜 ＣｅｌｅｓｔｒｏｎＮｅｘＳｔａｒ􀳏 ８ＳＥ实现。 手持的便携式 ＧＰＳ Ｔｒｉｍｂｌｅ ＧｅｏＸＴ用于不同景观类型位置信息的收集。
表 １　 研究所用数据列表
Ｔａｂｌｅ １　 Ａ ｓｕｍｍａｒｙ ｏｆ ｄａｔａ ｓｅｔ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ
影像 Ｉｍａｇｅｒｙ ＫＨ⁃７影像ＫＨ⁃７ Ｉｍａｇｅｒｙ
ＱＢ影像
ＱＢ Ｉｍａｇｅｒｙ
ＷＶ⁃２影像
ＷＶ⁃２ Ｉｍａｇｅｒｙ
类型 Ｔｙｐｅ 全色 多光谱（４波段） 多光谱（８波段）
空间分辨率 Ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ２—４ｆｅｅｔ ２．４ｍ ２．０ｍ
获取时间 Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｔｉｍｅ １９６６年 １２月 １２日 ２００４年 ８月 １６日 ２０１２年 ７月 １１日
验证数据 Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｄａｔａ 森林资源调查数据 土地利用图 实地调查数据
１．３　 研究方法
１．３．１　 景观识别与分类
分别将 ＱＢ和 ＷＶ⁃２影像的红、绿、蓝 ３个波段简单合成，生成 ２００４ 和 ２０１２ 真彩色图像。 基于 ＫＨ⁃ ７全
色影像、２００４ 和 ２０１２ 真彩色图像，人工可视化选择控制点对 ３ 个时期的影像进行配准。 ３ 个时期的居住用
地、耕地、道路、山塘水库以及 ２０１２年的风电场景观通过人工交互式可视化解译。 基于 ＫＨ⁃ ７全色影像不同
的灰度值，利用决策树分类法对 １９６６ 年针叶林、裸岩裸地、灌草丛景观进行识别和分类。 利用支持向量机
９８６３　 １２期 　 　 　 沈刚　 等：海岛景观格局变化及其对降水截存能力的影响———以浙江象山县檀头山岛为例 　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ， ＳＶＭ））分类法对 ＱＢ 影像进行分类，获得 ２００４ 年阔叶林、裸岩裸地、灌草丛景观类
型［６］。 考虑到波段数量，光谱角（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ａｎｇｌｅ Ｍａｐｐｅｒ，ＳＡＭ）分类法被用于 ２０１２ 年景观识别和分类，主要包
括针叶林、阔叶林、裸岩裸地、灌草丛景观［７］。 １９６６ 年的森林资源调查数据、２００４ 年的土地利用现状图和
２０１２年的实地调查数据作为对应 ３个时期辅助数据参与相应时期的景观的识别与分类。
１．３．２　 总降雨损失率计算方法
由于完全的隔离，海岛天然的淡水补给基本上来自于降水，那么降水的吸收存储能力对海岛景观生态系
统而言尤其的重要。 为了对这一能力做出快速的定量评估，文章提出了一个新的综合指数———总降雨损失
率，即海岛垂直投影面积内的径流量与同期降雨量的比率，其计算公式如下：
ＴＲＬＲ ＝∑
Ｃ
ｃ ＝ １
Ｑｃ
Ｐ
·
Ａｃ
Ａ
æ
è
ç
ö
ø
÷ （１）
式中，ＴＲＬＰ 为海岛的总径流损失率；Ｃ为海岛景观类型数；ｃ为第 ｃ类景观；Ｐ为降雨量；Ｑｃ为第 ｃ类景观的径
流量；Ａｃ为第 ｃ类景观的面积；Ａ为海岛总面积。
Ｑ通过 ＳＣＳ径流方程计算获得［８］：
Ｑ ＝
Ｐ － Ｉａ( ) ２
Ｐ － Ｉａ( ) ＋ Ｓ
（２）
式中，Ｑ为净流量；Ｐ为降雨量；Ｉａ为初始吸收量；Ｓ为径流发生后可能的最大拦截量。
根据大量的实证研究，Ｉａ可近似通过下列经验公式计算［９］：
Ｉａ ＝ ０．２Ｓ （３）
Ｓ与景观的类型相关，其数量关系如下：
Ｓｃ ＝
１０００
ＣＮｃ
－ １０ （４）
式中，Ｓｃ为径流发生后，ｃ类景观可能的最大拦截率；ＣＮｃ为 ｃ 类景观的 ＣＮ 值。 ＣＮ 值是平均生成径流条件的
量化，范围为 ０—１００。
将（２）、（３）、（４）代入（１）得到 ＴＲＬＰ 最终的表达式为：
ＴＲＬＲ ＝∑
Ｃ
ｃ ＝ １
Ｐ ＋ ２( ) ＣＮｃ － ２００[ ] ２
Ｐ２ － ８Ｐ( ) ＣＮ２ｃ ＋ ８００Ｐ·ＣＮｃ[ ]
·
Ａｃ
Ａ{ } （５）
为了进一步简化计算程序，降雨量 Ｐ取 １９６６—２０１２年之间的年均降雨量 １３７５．４ ｍｍ，檀头山岛总面积 Ａ
为 １０６２ ｈｍ２。 根据檀头山岛的土壤类型，ＣＮ值采用了《Ｕｒｂａｎ ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ ｗａｔｅｒｓｈｅｄｓ》中所列 Ｄ组土壤
类型的数值［９］（表 ２）。 由于海岛的山塘水库景观面积小，并没有将其纳入最终的计算结果。
表 ２　 檀头山岛总降雨损失率计算用景观 ＣＮ值和 ３个时期各类景观面积
Ｔａｂｌｅ ２　 ＣＮ ｖａｌｕｅｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ＴＲＬＲ ｏｆ Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎｉｓｌａｎｄ ａｎｄ ａｒｅａ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｃｌａｓｓ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｐｅｒｉｏｄｓ
景观类型 Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｙｐｅｓ ＣＮ 值 Ｖａｌｕｅ
各类景观面积 Ｖａｒｉｏｕｓ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ａｒｅａ Ａｃ ／ ｈｍ２
１９６６年 ２００４年 ２０１２年
居住用地 Ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｌａｎｄ ９８ ６．２６５２ ７．３１５２ ８．４１６８
耕地 Ａｒａｂｌｅ ｌａｎｄ ８４ ８９．２８７６ ５．５９ １．９４５６
道路 Ｒｏａｄ ９４ ３．９７４４ ４．４１２４ １０．５６６
针叶林 Ｃｏｎｉｆｅｒｏｕｓ ｆｏｒｅｓｔ ７９ ９４．００８４ ０ ６５．０５４
阔叶林 Ｂｒｏａｄ⁃ｌｅａｖｅｄ ｆｏｒｅｓｔ ７７ ０ ２９０．４９４ ２５８．７１１２
风电场 Ｗｉｎｄ ｆａｒｍ ８９ ０ ０ ３．７８８
裸岩裸地 Ｂａｒｅ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｌａｎｄ ９１ １６．７２４４ ４０．６１７２ ７４．１５４４
灌草丛 Ｓｈｒｕｂ ａｎｄ ｇｒａｓｓ ７３ ８５１．５４８４ ７０５．４７７２ ６３８．８０２４
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２　 结果分析
图 ２　 檀头山岛 １９６６、２００４、２０１２年 ３个时期的景观类型及其面积
　 Ｆｉｇ．２　 Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｃｌａｓｓｅｓ ａｎｄ ａｒｅａ ｏｆ Ｔａｎｔｏｕｓｈａｎｉｓｌａｎｄ ｉｎ １９６６，
２００４ ａｎｄ ２０１２
２．１　 檀头山岛 １９６６—２０１２景观变化分析
檀头山岛 ３ 个时期的景观类型与面积见图 ２。 长
期以来，灌草丛一直是檀头山岛的优势景观类型。 自
１９６６年开始 ４６年来，居住用地和山塘水库景观有略微
的增加。
如图 ２所示，１９６６—２００４ 年间，耕地、针叶林、灌草
丛景观经历了大面积的减少。 耕地的减少是由于转化
成了阔叶林和灌草丛。 阔叶林和灌草丛大面积的取代
针叶林，解释了针叶林景观的最终消失。 有相当面积的
灌草丛景观转换成了阔叶林，也有很多废弃的耕地自然
转变成了裸地。 阔叶林景观的出现和大面积扩展都发
生在耕地、针叶林和灌草丛景观区域（图 ３）。 从 ２００４—
２０１２年，耕地和灌草丛持续的减少，与此同时道路和裸地面积急剧增加。 ６２％的耕地废弃，而且大部分都变
成了灌草丛。 同期，分别有 ６．１５３６ ｈｍ２和 ３３．５３７２ ｈｍ２的灌草丛转化成了道路和裸地，是这两类景观面积增加
的原因。 阔叶林出现了明显的减少现象，主要是由于转换成了针叶林，导致了针叶林的再现和大面积扩展。
此外，风电场的引入进一步侵占了灌草丛景观（图 ４）。
图 ３　 檀头山岛 １９６６—２００４年景观格局及其转换
Ｆｉｇ．３　 Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ａｎｄ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ １９６６ ｔｏ ２００４
２．２　 檀头山岛 １９６６—２０１２年总降雨损失率（ＴＲＬＲ）变化分析
根据公式 ５的计算结果，近半个世纪以来研究区域的总降雨损失率呈明显的上升趋势。 檀头山岛在
１９６６年有相对低的 ＴＲＬＲ，即 ０．９２８８。 随后，ＴＲＬＲ逐渐上升到 ２００４ 年 ０．９２９５。 在以后的 ８ 年中，ＴＲＬＲ 迅速
上升到现在的 ０．９３１９。 根据公式 ５，海岛的 ＴＲＬＲ值取决于两个变量，即降雨量和景观格局。 这里的降雨量为
能够产生径流的有效降雨量，而且对于一个给定的景观生态系统，只要降雨能够产生径流，ＴＲＬＲ 就只与该景
观生态系统的格局有关，即不同类型的景观占整个系统的比例。 檀头山岛的各类景观中，灌草丛的 ＣＮ 值最
低，表示其降雨截存能力最大。 从 １９６６年到 ２００４年、２０１２年，灌草丛景观占系统的比例分别由 ８０．１８％减少
为 ６６．４３％、６０．１５％是导致檀头山岛降雨截存能力下降即 ＴＲＬＲ 上升的主要原因。 这种状态长期持续将导致
海岛淡水得不到充分的补给，进而破坏海岛的淡水棱镜体，最终会威胁海岛整个景观生态系统。
１９６３　 １２期 　 　 　 沈刚　 等：海岛景观格局变化及其对降水截存能力的影响———以浙江象山县檀头山岛为例 　
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图 ４　 檀头山岛 ２００４—２０１２年景观格局及其转换
Ｆｉｇ．４　 Ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ａｎｄ ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ２００４ ｔｏ ２０１２
３　 讨论
３．１　 利用方式改变海岛景观格局
檀头山岛自 １９６６—２０１２年景观变化是人类活动的影响和自然演化共同作用的结果，但主要是由海岛利
用方式的变化引起的。 人类对檀头山岛的利用可以分为 ３ 个阶段，即农业阶段、保护阶段和开发阶段。 面积
上占有优势的灌草丛景观代表了檀头山岛最原始的景观类型。 从远古到 ２００２ 年，檀头山岛都属于农业生产
利用阶段。 该阶段早期，岛民以农业生产为主，生活能源完全依赖快速生长的黑松树种，所以 １９６６ 年海岛上
分布有大面积的耕地和针叶林景观。 该阶段的后期，岛民的生产生活方式发生了很大的变化，以渔业为主，粮
食基本上依靠近在咫尺的大陆供给。 随之大量的耕地荒弃，取而代之的是人工种植的阔叶林和自然演化成灌
草丛或裸地。 几乎所有的针叶林被砍伐作为生活能源，最终导致了针叶林的消失。 ２００４ 年，大面积的阔叶林
景观源于一个长期的致力于林项优化的植树造林项目。
保护阶段始于 ２００２年檀头山岛县级自然保护区的设立到 ２０１１年。 为了更好的生活，绝大多数的岛民迁
入附近大陆的石浦镇，更多的耕地遭到荒弃。 持续的林项改造运动，引入了耐贫瘠的速生树种———黑松，解释
了 ２０１２年黑松林景观的再现和迅速扩展。 ２０１２年，旅游开发和风电场项目的发展标志着檀头山岛进入到开
发阶段。 为了旅游发展和建设风电场，海岛上大量修筑道路，伴随着产生了许多裸地和新的风电场景观类型。
３．２　 景观格局变化影响海岛降水截存能力
海岛淡水资源非常的有限和珍贵，它是海岛陆地一切生命的基础。 作为一个隔离的景观生态系统，几乎
整个海岛的淡水补给都要依靠降水。 根据修订的海岛陆地表面水平衡方程，海岛垂直投影范围内的降水去向
可表达为下式：
Ｐ ＝ Ｑ ＋ Ｉａ ＋ Ｓ （６）
式中，Ｐ为降水量；Ｑ为净流量；Ｉａ为初始吸收量；Ｓ为径流发生后可能的最大拦截量。 公式假设降水过程中蒸
发量为零。 式中的 Ｉａ和 Ｓ与海岛景观格局密切相关，因为不同类型的景观有不同的降水截存能力。 檀头山岛
的各个景观类型中，灌草丛景观的降水截存能力最强，主要由于高植被密度和覆盖度增加了地面粗糙度，阻止
或延迟了径流的生成，为降水的吸收留下了更长时间。 其次是阔叶林和针叶林，因植被高度减缓了降水对地
面的冲击力以及林下层也部分地阻止或延迟了径流的生成。 然后是耕地，具有粗糙且疏松的表面，不仅有利
于降水的下渗，还能减缓径流生成。 降水截存能力最弱的是居住用地、道路和风电场等类型景观，不透水且光
滑的地面非常有利于地表径流的形成，不利于降水的截存。 在檀头山岛景观格局中，灌草丛、阔叶林、针叶林
２９６３ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３６卷　
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景观面积占的比例越大，降水吸收量和拦截量就越多，净流量就越少，其海岛整体的降水截存能力就越强。
１９６６、２００４和 ２０１２年 ３个时期不同的景观格局导致了海岛降水截存能力的差异，对应于不同的 ＴＲＬＲ。
３．３　 ＴＲＬＲ应用于海岛景观格局优化
对于隔离的海岛景观生态系统，景观格局与海岛的降水截存能力具有一定的对应关系。 文章提出的
ＴＲＬＲ就是一个反映海岛整体降水截存能力的简化、快速指数。 该指数不仅能够成为海岛生态健康、生态安
全、生态压力评价的有益补充，而且还为海岛景观格局的优化如增强景观生态系统降水截存能力提供了一个
定量评价指数。 ＴＲＬＲ在海岛景观格局优化上的应用主要体现在，一方面通过多时间序列的 ＴＲＬＲ 比较了解
海岛景观生态系统变化的健康状况，再者某种程度上也可作为海岛保护和管理方案科学性评估的一个参考指
标，另一方面，在给定降水量的情况下，ＴＲＬＲ决定于海岛的景观格局，即景观类型和面积组合，使得通过景观
措施增强海岛降水截存能力成为可能。 在海岛景观配置和生态修复时，灌草混合景观是优先选择，其次是阔
叶林和针叶林，并且不论是阔叶林还是针叶林景观，林下层都以配置灌草混合为宜。 开发利用强度大的海岛，
ＴＲＬＲ也存在一个临界值的问题，即当 ＴＲＬＲ大于某一特定值时，海岛降水的补给量是要小于淡水开采利用量
的。 这种状态的长期持续将破坏海岛地下水的淡水棱镜体，最终会威胁海岛生态系统。
４　 结论
在过去的 ４６年里，由于社会经济压力的影响，檀头山岛的景观格局经历了剧烈的变化。 所有的耕地都被
荒弃，而道路和裸岩裸地的面积却大面积增加。 以黑松为主的针叶林在研究早期全部被砍伐作为生活能源，
而长期的林相优化工程使针叶林再次出现并迅速扩展，也增加了大量的阔叶林景观。 针叶林和阔叶林景观的
增加，逐渐压缩了海岛原始的灌草丛景观。 为了就海岛景观格局变化对海岛生命最重要的淡水系统造成的影
响做出快速的评估，文章提出了一个新的综合指数———总降雨损失率（ＴＲＬＲ），用于简单、快速反映海岛整体
降水截存能力。 该指数不仅能够成为海岛生态健康、生态安全、生态压力评价的有益补充，而且还为海岛景观
格局的优化如增强景观生态系统降水截存能力提供了一个定量评价指数。 以檀头山岛为例进行的实证应用
研究表明，在过去的 ４６年间，檀头山岛景观格局的变化导致了海岛总降雨损失率明显增加，特别是最近的８ａ。
这一变化应该引起足够的重视，相应的景观格局优化措施应该被采取以增强海岛的降雨截存能力，保障檀头
山岛景观生态系统的健康与可持续。
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Ｄｉｖｉｓｉｏｎ， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｌｅａｓｅ ５５， １９８６．
３９６３　 １２期 　 　 　 沈刚　 等：海岛景观格局变化及其对降水截存能力的影响———以浙江象山县檀头山岛为例