基于地貌差異的景觀格局轉型研究
--以三峽庫區奉節縣為例

汪 榮,李陽兵,2,*,鄭駱珊,陳 艷,曾晨岑,夏春華,邵景安,2

1 重慶師范大學地理與旅游學院,重慶 401331 2 三峽庫區地表過程與環境遙感重慶市重點實驗室,重慶 401331

景觀格局指不同土地利用構成的鑲嵌體的空間分布,包括景觀組分類型、數目以及空間分布與配置[1]。隨著經濟發展、工業化以及人口城鎮化的推進,全球傳統景觀以越來越快的速度發生演變[2-4]。地貌分異是景觀格局形成的物理基礎,景觀格局在不同地形地貌下具有明顯的梯度效應[5]。中國是山地大國,山地占陸域國土總面積的68.2%[6]。山區包含山地、丘陵、河谷平壩等眾多地貌類型,山區景觀格局演變具有復雜性與獨特性[7]。在景觀快速演變全球化的背景下,探討山區地形分異對景觀格局的影響,分析不同地貌景觀格局的時空演變特征,對山區景觀格局空間優化具有現實意義。

國內外學者從不同方面探討了山區地形分異下景觀格局的演變特征。從研究內容來看,已有學者從某一類景觀格局[8-10]或全局景觀格局[11-12]的角度研究了與地形的相關性;從研究尺度來看,已有學者基于區域尺度[13-18]、流域尺度[19-20]以及帶域尺度[21-23]等不同尺度進一步對山區景觀格局的地形梯度效應及其驅動機制進行了研究;從研究方法來看,傳統方法中常采用景觀指數法與地形位指數相結合[24-25]的研究方法,現代方法中運用地學信息圖譜[26]、景觀格局轉型理論[27]以及景觀模型構建[28]等綜合性方法。但已有研究大多局限于高程、坡度或者地形起伏度等獨立地形因子探討景觀格局的變化,或從單一尺度下進行研究,而綜合選擇多個地形因子劃分地貌類型,探討全域與典型地貌區雙尺度下景觀格局的演變特征及差異的研究較少。

三峽庫區是地貌復雜、生態環境脆弱的典型山區[29]。庫區山高坡陡、地形起伏大的地形特征造成景觀格局的基本分異。在農業社會轉型的背景下,受三峽庫區生態移民、退耕還林還草生態工程以及產業扶持等人類活動的干預,不同地貌下景觀格局發生潛移默化的轉變。已有研究發現位于低地形位的景觀格局趨于規?；c集約化,而位于較高地形位的景觀格局趨于生態性,在空間上形成高度異質的景觀垂直格局[30]。但對三峽庫區的研究大多數基于小流域尺度,而對典型地貌區下景觀格局變化的研究較少。因此仍需深入探究三峽庫區不同地貌類型下景觀格局的演變特征?；诖?本文選擇位于三峽庫區腹地的奉節縣作為研究對象,根據高程、地形起伏度與坡度劃分研究區地貌類型,利用二元Logistic回歸模型分析影響因子與景觀格局的直接關系,揭示研究區近30年景觀格局的演變規律及其轉型過程,厘清景觀格局的驅動機制。研究結果旨在揭示三峽庫區不同地貌景觀格局轉型模式,以期為山區景觀格局優化以及土地多功能耦合協調發展提供理論與實踐指導。

1 研究區概況

奉節縣地處三峽庫區腹地核心地區(圖1),位于重慶市東北部(30°29′ 19″N-31°22′33″N,109°1′17″E-109°45′58″E),面積約為4098km2。境內地勢南北高中部低,山地面積占總面積的88.3%。奉節縣轄29個鄉鎮、3個街道辦事處,2020年城鎮化率達49.53%。奉節縣屬于亞熱帶濕潤季風氣候,河流眾多,長江橫穿境內中部,水利資源豐富。

圖1 研究區概況Fig.1 Study area

三峽工程于1994年啟動修建,2009年完成全面移民[31]。三峽移民項目的運行使得人類活動范圍發生轉移,研究區內土地利用方式與景觀格局發生轉變。由于地形因子與人類活動等社會因子的共同作用,研究區呈現“聚落耕地組合→耕地果園組合→林地”的景觀垂直格局[32]。綜上,奉節縣的地理位置、地形特征、土地利用方式等自然與社會背景使其具有代表性。本文以奉節縣為研究對象,有助于揭示三峽庫區景觀格局的演變規律及其驅動機理。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

2.1.1地形數據

1∶1000的數字高程模型(DEM)來源于地理空間數據云,分辨率為30m。借助ArcGIS 10.4平臺提取研究區的高程、地形起伏度與坡度,分別為92-2123m、0-893m、0-87°。

2.1.2景觀類型

1990年、2000年、2010年與2020年4期景觀類型數據來源于Google Earth的遙感影像,分辨率為0.51m。在ArcGIS10.4平臺下進行人機交互式解譯,將景觀類型劃分為耕地、撂荒地、果園、有林地、灌木林地、草地、水域、聚落、建設用地(公共服務用地、工礦用地等)以及未利用地10類。因1990年與2000年撂荒地斑塊較少,后文只對2010年與2020年的撂荒地進行統計與分析。

2.2 研究框架與方法

2.2.1基于地貌差異的景觀格局轉型研究框架

景觀格局轉型是指在土地利用轉型[33]、森林轉型[34]與傳統農業生態系統轉型[35]的背景下,土地利用由于長期累積變化或突變引起景觀組分及其空間分布發生轉變,從而導致景觀形態和功能發生轉型。已有學者提出山區農業景觀格局轉型理論[27],認為山區在地形梯度上呈現“綜合型與耕-果轉換型→部分撂荒型→撂荒型”的景觀格局。本文在此理論基礎之上,認為地貌分異促使山區內部景觀格局轉型有所差異,即山區山地與河谷丘陵等不同地貌下景觀格局轉型存在差異響應。因此,本文初步構建基于地貌差異的景觀格局轉型框架(圖2),通過探究不同地貌景觀格局轉型的內部機理,揭示山地與河谷丘陵景觀格局轉型的分異規律。

2.2.2地貌類型的劃分

目前對于山地類型劃分方法較多,并未給出統一的標準。聯合國環境規劃署將高海拔地區界定為山地,中低海拔地根據坡度與地形起伏度等地形因子劃分為不同的山地類型[36]?！吨袊孛矃^劃》根據海拔高度把中國山地劃分為丘陵、低山、中山、高山與極高山等5個類型[37]。本文基于沈玉昌等[38-39]的劃分標準,根據高程將研究區劃分為河谷丘陵、低山和中山3種地貌類型,并結合地形起伏度[40]與坡度[41]劃分方法把不同地貌的地形特征細化為小起伏、中起伏、大起伏、緩坡、斜坡與陡坡(表1,表2)?；卩l鎮行政區劃單元,提取河谷丘陵區、低山區與中山區典型地貌區(圖3)。

表2 地貌類型的坡度特征Table 2 Slope characteristics of geomorphic types

圖3 典型地貌區的提取Fig.3 Extraction of typical geomorphic regions

2.2.3景觀指數法

景觀指數能反映高度濃縮的景觀格局信息,是分析景觀結構組成與空間配置的定量指標。本文選取景觀水平上的香濃多樣性指數(SHDI)反映景觀的多樣性,選取蔓延度(CONTAG)與聚集度(AI)反映景觀的破碎度。以上指數的計算公式及生態學意義詳見文獻[42]。借助ArcGIS 10.4與Fragstats 4.2計算相應景觀指數。

2.2.4二元Logistic回歸模型

二元Logistic回歸模型是針對二值響應變量建立的回歸模型,在景觀格局的驅動機理研究中應用廣泛[43]。本文采用二元Logistic回歸模型探討不同地貌區景觀格局與驅動因子的關系,利用Hosmer_Lemeshow檢驗對實驗結果進行通過性檢驗,從而解釋景觀格局演變的影響機制。

p=exp(α+∑βixi)/[1+exp(α+∑βixi)]

(1)

ln[p/(1-p)]=α+∑βixi

(2)

式中,p表示分布概率,p值介于0-1之間,且p值越大表示該事件發生的可能性越大。x為解釋變量,α表示參數,β表示解釋變量系數,exp(β)衡量解釋變量對因變量的影響程度。本文中,p為某一景觀類型的分布概率,x為影響該景觀的驅動因子。

3 結果分析

3.1 全域景觀格局演變特征

研究區以林地(有林地、灌木林地)分布最廣(圖4)。除了河谷區,其他區域均有分布;其次為耕地、果園以及撂荒地。耕地分布較為破碎,一般分布在中、小起伏地帶。果園成片分布于海拔較低的河谷區。撂荒地在西北部低山區呈聚集分布;聚落、草地以及水域等景觀分布較少。聚落在主要分布于河谷平壩區與丘陵區。

圖4 1990-2020年全域景觀類型演變Fig.4 Evolution of landscape types in Fengjie County from 1990 to 2020

1990-2020年,各景觀演變具有差異性(表3)。其中,林地、草地、耕地、撂荒地與果園景觀變化較為顯著,呈現耕地與草地明顯縮減,林地、果園與撂荒地迅速增長的特征。30年間研究區香濃多樣性指數SHDI總體保持不變,蔓延度CONTAG與聚集度AI總體減小,表明景觀斑塊的連通性逐漸減弱,景觀聚集性逐漸減弱,斑塊趨于破碎化,這與耕地和草地縮減、林地和果園等景觀擴張有關。

表3 1990-2020年全域景觀指數演變Table 3 Evolution of landscape indices in Fengjie County from 1990 to 2020

3.2 不同地貌景觀格局時間演變特征

1990-2020年,河谷丘陵區、低山區與中山區之間的景觀格局演變具有明顯的異質性(圖5)。

圖5 1990-2020年不同地貌景觀格局時間演變Fig.5 Temporal evolution of landscape patterns in different geomorphic regions from 1990 to 2020

根據景觀的演變幅度,將其概括為“遞增型”、“遞減型”、“速增型”與“速減型”。近30年間,在河谷丘陵區,果園占據優勢。庫區蓄水導致河谷水域面積迅速增長,未被淹沒的河谷與丘陵緩坡地帶果園大幅擴張,水域與果園演變表現為“速增型”。耕地大幅縮減,表現為“速減型”。聚落、建設用地與林地勻速增長,表現為“遞增型”;在低山區,以林地為主。耕地大幅縮減,表現為“速減型”。撂荒地迅速擴張,表現為“速增型”,耕地撂荒現象明顯。林地勻速增長,為“遞增型”,生態質量得以改善;在中山區,林地占據主導。在退耕還林還草政策的響應下,中山區耕地勻速縮減,表現為“遞減型”。林地大幅擴張,表現為“速增型”。中山區存在耕地撂荒,生態環境有所好轉。

根據景觀指數的演變可知,河谷丘陵區與低山區香濃多樣性指數SHDI總體增加,中山區SHDI逐年減小,且河谷丘陵區的SHDI明顯高于低山區與中山區SHDI,表明河谷丘陵區的景觀較為豐富,景觀異質性較高。其中,河谷丘陵區1990-2010年SHDI勻速增加,2010-2020年出現緩慢減小的變化。表明在2010年前后,河谷丘陵區景觀格局由多元化向同質化轉變,這與果園規?；N植、耕地和林地優勢度被削弱有關;低山區SHDI隨時間推進呈現總體增加的波動變化,景觀多樣性呈現“緩慢降低-快速上升-緩慢降低”的變化特征;中山區SHDI在1990-2020年呈減少趨勢,表明景觀多樣性逐年降低,景觀趨于同質化。河谷丘陵區和低山區的景觀蔓延度CONTAG變化趨勢大體一致,呈總體減小的波動變化。而中山區CONTAG逐年增加。1990-2000年,河谷丘陵區CONTAG略微增加,低山區變化不明顯;2000-2010年,河谷丘陵區與低山區CONTAG減小,景觀破碎度增加;2010-2020年,河谷丘陵區與低山區斑塊破碎化程度得以改善。而中山區CONTAG逐年增加,斑塊連通性逐漸增強。各個地貌區的聚集度AI變化趨勢一致,呈現總體減小的波動變化。1990-2000年,各地貌區景觀聚集性略微增加,2000-2010年,AI急劇下降,斑塊趨于破碎化;2010-2020年,各個地貌區景觀聚集性增強。

綜上,近30年間河谷丘陵區景觀演變最為劇烈,景觀趨于多元化,斑塊連通性與景觀聚集性總體減弱;低山區景觀演變較為劇烈,景觀多樣性整體增強,斑塊連通性與景觀聚集性總體減弱;低山區景觀演變最為平緩,景觀趨于同質化,斑塊連通性逐漸增強,景觀多樣化總體減弱。

3.3 不同地貌景觀格局空間演變特征

1990-2020年奉節縣以有林地、灌木林地、耕地與草地轉出為主,以有林地、灌木林地與果園轉入為主。其中,有林地、灌木林地、耕地與草地轉為其他景觀類型的面積分別為743.63 km2、726.60 km2、632.87 km2、383.70 km2。其他景觀類型轉為有林地、灌木林地與果園的面積分別為1094.85 km2、492.18 km2、147.19 km2。30年間不同地貌景觀格局的空間演變存在差異性(圖6)。

圖6 1990-2020年不同地貌景觀格局空間演變Fig.6 Spatial evolution of landscape patterns in different geomorphic regions from 1990 to 2020

河谷丘陵區在1990-2000年以耕地轉出為主,2000-2010年與2010-2020年以有林地轉入與果園轉入為主,景觀轉換情況具有空間聚集性特點。1990-2000年39.02km2的耕地轉為其他景觀類型。其中,21.53 km2的耕地轉為果園,占55.18%。12.69 km2的耕地轉為有林地,占32.51%。這一時期景觀轉移現象在空間上廣泛分布;2000-2000年86.53 km2的其他景觀類型轉為有林地。轉為有林地的耕地、灌木林地面積分別為30.23 km2、24.28 km2,占比分別為34.94%、28.06%。31.01 km2的其他景觀類型轉為果園。其中,轉為果園的有林地、耕地面積分別為15.72 km2、7.43 km2,占比分別為50.69%、23.97%。這一時期景觀轉移呈現東北部聚集分布的特點;2010-2020年91.17 km2的其他景觀類型轉為有林地,其中,灌木林地轉為有林地的面積為58.17 km2,占為63.81%。81.72 km2的其他景觀類型轉為果園。轉為果園的有林地、灌木林地與耕地面積分別為25.62 km2、25.15 km2、19.63 km2,占比分別為31.35%、30.77%、24.02%。這一時期在空間上呈現西南部聚集分布的特點。

低山區與中山區在1990-2000年未見明顯的景觀轉換,存在少量的林地轉入。2000-2010年與2010-2020年以有林地轉入和灌木林地轉入為主,有林地呈恢復性增長態勢,在空間上具有聚集性分布的特點。1990-2000年,低山區與中山區分別有15.93 km2、5.33 km2的其他景觀類型轉為有林地。其中,低山區耕地、果園轉為有林地的面積分別為9.91 km2、5.78 km2,占比分別為62.24%、36.29%。中山區耕地轉為有林地的面積為5.33 km2,占60.50%;2000-2010年,低山區其他景觀類型分別轉為有林地與灌木林地的面積為119.89 km2、126 km2。其中,轉為有林地的耕地、灌木林地面積分別為82.80 km2、23.04 km2,轉為灌木林地的耕地、有林地面積分別為63.45 km2、54.04 km2。在空間上呈現西北部聚集性分布的特征;中山區分別有334.84 km2、113.51 km2的其他景觀類型轉為有林地與灌木林地,其中轉為有林地的灌木林地、耕地面積分別為170.64 km2、73.21 km2,轉為灌木林地的草地、林地、耕地面積分別為45.24 km2、38.07 km2、29.91 km2。景觀轉移呈現東北部聚集分布的特點;2010-2020年,低山區以林地轉入為主。其中,轉為有林地的其他景觀類型的面積為129.62 km2,主要來源于灌木林地轉入68.87 km2、耕地轉入34.12 km2。轉為灌木林地的其他景觀類型面積為23.94 km2,主要來源于林地轉入13.26 km2、耕地轉入5.67 km2。在空間上呈現南部聚集性分布的特征。中山區在這一時期景觀轉移情況同低山區一致,轉為有林地的其他景觀類型為289.33 km2。其中,灌木林地轉入為170.76 km2,耕地轉入為80.66 km2。轉為灌木林地的其他景觀類型為69.54 km2,其中有林地轉入為49.72 km2,耕地轉入為14.77 km2。景觀轉移的空間聚集性由東北部向南部轉移的分布特點。

由不同地貌景觀指數的空間演變可知(圖6),河谷丘陵區香濃多樣性指數SHDI在長江兩岸大幅增加,蔓延度CONTAG在區內全域范圍內有所增加,聚集度AI在區內南北部明顯減小。表明江岸區域人類活動頻繁,景觀多樣性明顯增強。全域景觀聚集性逐漸增強。南北部景觀斑塊趨于破碎化;低山區SHDI低值位于邊緣,并向中部逐漸擴張,CONTAG在區內呈現全域增長,AI在區域中部明顯減小。表明區內景觀多樣性逐漸減弱,斑塊連通性逐漸增強,斑塊趨于破碎化;中山區全域范圍內SHDI逐漸減小,CONTAG逐漸增加,AI在逐漸減小。表明區內趨于同質化,斑塊連通性逐漸增強,斑塊破碎化程度增大。

3.4 景觀格局驅動機理

通過對2020年全域與典型地貌區的景觀格局進行二元Logistic回歸分析,探究景觀空間分布格局與驅動因子的定量關系,從而揭示不同地貌下景觀分布格局的內部機理。經過模擬顯示選取的因子通過Hosmer_Lemeshow檢驗。表明所選因子對景觀格局具有較好的解釋作用,模擬結果具有一定的可靠性與合理性。

通過對奉節縣全域景觀格局進行驅動模擬,顯示景觀格局受地形因子、人為因子以及水熱因子三者的共同作用(圖7)。其中,距離因素是影響耕地、撂荒地、有林地以及聚落空間分布的主導因素,耕地、撂荒地、聚落與距聚落距離呈負相關,有林地與之呈正相關。高程是決定果園與水域分布的主導因素,隨著高程的增加,果園與水域面積明顯減少。降水量對灌木林地與草地分布具有顯著影響。此外,景觀格局受人為因子、地形因子以及水熱因子的共同作用。影響耕地分布的因子為距聚落距離>地形起伏度>高程>月均降水量>人口密度>月均溫。其中,耕地與地形起伏度、月均降水量呈負相關,與高程、月均溫、人口密度呈正相關;影響撂荒地分布的因子為距聚落距離>高程>月均降水量>人口密度>月均溫,撂荒地與高程、人口密度、月均溫呈正相關,與月均降水量呈負相關;影響有林地空間分布的因子為距聚落距離>高程>地形起伏度>坡度>月均溫,有林地與其呈正相關;聚落受人為因子與地形因子的共同作用,依次為距聚落距離>地形起伏度>坡度;地形與水熱因子對果園分布具有較大影響,人為因子影響較弱,依次為高程>月均降水量>月均溫>距聚落距離>地形起伏度>人口密度。其中,果園分布與高程、月均溫、距聚落距離以及地形起伏度呈負相關,與月均降水量、人口密度呈正相關;灌木林地與草地受地形、水熱以及人為因子的共同影響。

圖7 景觀格局的二元Logistic回歸分析Fig.7 Binary logistic regression analysis of landscape patternsWald:瓦爾德系數;X1:高程,X2:地形起伏度,X3:坡度,X4:7月平均氣溫,X5:7月平均降水量,X6:人口密度,X7:距聚落距離

由于河谷丘陵區的主導景觀類型為耕地與果園,低山區與中山區的主導景觀類型為有林地與耕地,而撂荒地在各地貌區均有分布,本文將對上述景觀進行回歸分析。結果表明不同地貌下驅動因子對景觀格局的解釋作用具有分異性(圖7)。在河谷丘陵區,景觀分布受地形因子、水熱因子與人為因子共同影響,高程是影響景觀分布的主導因素。其中,耕地受高程、月均降水量以及人口密度的共同作用,耕地與高程呈負相關,與月均降水量、人口密度呈正相關。撂荒受高程、地形起伏度以及距聚落距離的影響,并與該影響因子呈正相關。果園受高程、月均降水量以及地形起伏度的共同影響,并與該因子呈負相關;在低山區,高程不再成為影響景觀分布的因素,距離逐漸轉變為主導因素,地形起伏度與坡度成為影響因子。其中,耕地受距聚落距離與地形起伏度的影響,與其呈負相關。撂荒地受地形起伏度、月均降水量與坡度的影響,與其呈負相關;有林地受距聚落距離、地形起伏度與人口密度的共同作用,與距聚落距離、地形起伏度呈正相關,與人口密度呈負相關;在中山區,距離與地形起伏度成為景觀分布的主導因素。耕地受距聚落距離、地形起伏度、坡度以及月均降水量的影響,耕地與其呈負相關;撂荒地與距聚落距離、地形起伏度、高程以及月均溫具有相關性,與距聚落距離、地形起伏度以及月均溫呈負相關,與高程呈負相關;林地受距聚落距離、地形起伏度以及坡度的影響,與其呈正相關。

綜上,不同地貌下影響因子對景觀格局的解釋作用有所差別。在河谷丘陵區,耕地與果園分布于利于種植的低海拔河谷區,撂荒地分布于高海拔丘陵區,高程是解釋景觀分布的主導因素;在低山與中山山地區域,山高坡陡的地形條件增加了農戶的耕作半徑,距離與地形因子成為限制耕地與撂荒地分布的主導因素。而距離的增長、地形起伏度的增大共同作用使得人為干擾減弱,促進了有林地的增長,使得生態環境得以恢復。

4 討論

4.1 基于地貌差異的景觀格局轉型過程及其模式

4.1.1奉節縣不同地貌下景觀格局轉型過程

從三峽工程建設以來,在地形條件、社會經濟與政策等眾多因素的驅動作用下,研究區經歷了從傳統農業社會向現代農業社會轉型的過程,土地利用發生了轉型,景觀格局也隨之轉型。

1990-2000年三峽工程建設初期,研究區處于傳統農業發展階段。這一時期,各個地貌區以林地、耕地、草地傳統景觀為主,景觀結構穩定,未見明顯轉換。農戶主要通過擴大耕地面積提高糧食產量,以維持生計。這一時期可見河谷丘陵區與低山區耕地明顯擴張,中山區耕地小幅增長;2000-2010年三峽工程建設中期,研究區處于傳統農業向現代農業過渡階段,農戶逐漸轉變其傳統生計模式,河谷丘陵區出現成片果園,“耕-果轉換”活躍,低山區與中山區退耕還林,“耕-林轉換”活躍。由此呈現出“耕地收縮、果園擴張、林地恢復性增長”的過渡型景觀格局;2010-2020年,三峽工程全面運營,研究區處于現代農業轉型階段,農戶生計重心從耕地向果園轉型,河谷丘陵區耕地大幅縮減,果園快速擴張。低山區林地緩慢增長,耕地退耕形成撂荒地。中山區林地恢復性增長,恢復其主導地位。這一時期呈現“果園擴張、耕地撂荒”的轉型格局。由于不同地貌類型受人類活動的干擾程度有所不同,不同地貌景觀格局轉型呈現分異性特征(表4)。

表4 景觀格局類型的歸納依據Table 4 The inductive basis of landscape patterns types

河谷丘陵區近30年間的景觀格局表現為“傳統農業型”轉變為“生態經濟型”。1990-2000年,河谷丘陵區以傳統景觀為主。景觀結構穩定,表現為“傳統農業型”景觀格局;2000-2010年,景觀轉化較為活躍。耕地與草地大面積轉化為果園與灌木林地,果園呈現擴張態勢,聚落與建設用地增加,這一時期表現為“生態+農業組合型”的景觀格局;2010-2020年,耕地與草地持續縮減,果園與林地大幅擴張,景觀格局向以果園為優勢的“生態經濟型”景觀格局轉變。

低山區近30年間的景觀格局表現為“農業主導型”轉變為“生態主導型Ⅱ”。1990-2000年,低山區以林地與耕地為主,為“農業主導型”格局;2000-2010年,耕地大幅轉化為有林地與灌木林地,生態環境有所改善,表現為“生態恢復型Ⅰ”格局;2010-2020年,耕地持續縮減,林地擴張,耕地撂荒明顯,轉變為“生態主導型Ⅱ”景觀格局。

中山區近30年以林地為主。1990-2000年,中山區以林地、耕地以及草地組成,景觀格局為“生態主導型Ⅰ”;2000-2010年,灌木林地與耕地轉化為有林地,林地迅速恢復,景觀格局為“生態恢復型Ⅱ”;2010-2020年,耕地和灌木林地持續縮減,有林地大幅擴張,耕地輕度撂荒,景觀格局向“生態型”轉變。

4.1.2基于地貌差異的景觀格局轉型模式

基于“全域-典型區”的視角分析研究區近30年的景觀格局演變規律,探究不同地貌下景觀格局轉型特征,總結其轉型模式。研究表明地貌分異是景觀格局轉型的物理基礎,不同地貌景觀格局轉型具有分異性特點(圖8),可歸納為以下三種模式:①“河谷丘陵-生態經濟型”。河谷丘陵區受生態移民、產業扶持等人類活動的影響,景觀格局變化劇烈。30年間,耕地大幅縮減,果園大幅擴張,景觀多樣性增強,斑塊破碎度減弱,景觀連通性增強。該區域優勢景觀由耕地向果園轉變,形成“生態經濟型”的景觀格局;②“低山-生態主導型Ⅱ”。低山區在退耕還林還草生態工程的影響下,林地恢復性增長,部分坡耕地退還形成撂荒地。景觀多樣性降低,形成林地恢復、退耕撂荒為主要特征的“生態主導型Ⅱ”格局;③“中山-生態型”。中山區由于地形條件的限制,受人類活動的干擾程度較弱,景觀結構單一,形成以林地為主的“生態型”景觀格局。這與三峽庫區腹地山區農業景觀格局轉型中的“綜合型”、“耕-果轉換型”、“部分撂荒型”、“撂荒型”4種模式基本一致[27]。

圖8 基于地貌差異的景觀格局轉型過程及其模式Fig.8 Landscape pattern transformation process and its model based on differences in topography

相比于華北平原“楊上糧下”景觀演變模式[44]、黃土丘陵區“川地耕地-溝谷荒草-陡坡林地”的景觀梯度演變模式[45]以及青藏高原“耕地過渡為林草地”的景觀梯度演變模式[46],山區景觀格局演變具有相似性以及自身的獨特性。由于社會經濟發展與城鎮化進程的加快,在平原、丘陵、山地以及高原地區出現自然景觀退化、人為景觀演替的格局,導致景觀異質性增強、破碎度增加;但山區地形結構復雜,景觀格局具有梯度分異性,呈現“河谷丘陵-生態經濟型”、“低山-生態主導型Ⅱ”以及“中山-生態型”的梯度空間格局。在垂直方向上,隨著地形梯度的增加,山區景觀多樣性降低,景觀同質性增強,破碎度增加,景觀經濟導向性減弱,生態導向性增強[47];在水平方向上,隨著農業現代化的發展,土地利用方式由粗放型向集約型轉變,景觀格局呈現逐漸集約化的過程[48]。上述轉型模式進一步證實了山區不同地貌景觀格局演變差異性的科學性。該轉型模式對山區景觀格局轉型理論進行了補充,揭示了不同地貌下景觀格局轉型空間分異的特點。

4.2 啟示

基于地貌差異的景觀格局轉型揭示了山區內部不同地貌景觀格局演變的獨特規律,為促進山區土地資源合理利用以及協調不同地貌區的人地關系提供范式。由圖9可知,位于不同地貌區的鄉鎮社會經濟發展水平與農業發展水平具有明顯的差異性。

圖9 不同地貌區社會經濟與農業發展水平Fig.9 Socioeconomic and agricultural development levels of different geomorphic regions in Fengjie County

永安街道、魚復街道與夔門街道位于長江北岸河谷丘陵區,永樂鎮與安坪鎮位于南岸河谷丘陵區,地勢平坦、地形起伏度小的地形優勢使其成為人口密集、交通便利的城區中心及鄰近鄉鎮。位于河谷丘陵區的鄉鎮社會經濟與城鎮化率處于高值水平,糧食總產量處于中等水平。表明該區域經果林的種植帶來了經濟效益,而果園的擴張使得耕地空間受到擠壓,區域內糧食供給短缺,極易構成糧食威脅。

公平鎮、青蓮鎮、紅土鄉與石崗鄉位于縣內西北部低山區,地處大巴山南脈末端,地勢西北高東南低。該區域經濟發展水平低于河谷丘陵區,鎮與鄉之間經濟發展水平有所差距。糧食總產量處于較高水平,表明該區域以糧食供給為主,城鎮化對其影響不明顯,人地關系較協調。

興隆鎮、太和土家族鄉、長安土家族鄉、龍橋土家族鄉與云霧土家族鄉處于縣內東南部中山區,該區域位于七曜山脈余脈,地勢高、地形起伏大。該區域由于中山地形的制約,人口稀疏,經濟發展緩慢,且耕地分布破碎,不利于耕作區存在輕度撂荒,糧食產量較少。該區域以林草地等自然景觀為主,生態性導向較強。

綜上所述,位于河谷丘陵區與低山區的鄉鎮應當優化景觀布局。河谷丘陵區所在鄉鎮因發展經果林導致耕地面積縮減。在保護耕地的前提下,可提倡耕果兼種的種植方法,保障糧食供給,從而促進農業生產、經濟發展與生態保護協調發展;低山區鄉鎮與鄉村之間人均可支配收入上存在較大差距,可通過打造鄉村旅游生態型景觀提高農戶經濟收入,以縮小二者之間的收入差距;中山區所在鄉鎮受地形因子的制約,經濟發展緩慢。農戶可通過栽培適應高海拔山地氣候的經濟作物,以提高其經濟收入。耕地撂荒使得土地休養生息,林地恢復可改善區域的水土流失。

5 結論

通過構建基于地貌差異的景觀格局轉型研究框架,從“全域-典型地貌區”的科學視角分析了研究區近30年的景觀格局演變及其轉型模式。利用二元Logistic回歸模型揭示影響因子與景觀格局的定量關系,探討了景觀格局驅動機理。結論如下:

(1)不同地貌景觀格局演變具有顯著差異。隨著三峽工程的修建,受生態移民、退耕還林以及農戶生計模式轉型等影響,海拔較低的河谷丘陵區演變最為劇烈,景觀轉換活躍,“耕-果轉換”為其顯著特征;海拔較高的低山區林地恢復性增長,伴隨著耕地撂荒的現象;海拔最高的中山區景觀結構較為穩定,林地恢復性增長,生態趨于好轉。

(2)隨著農業社會的發展,研究區景觀結構與形態隨之轉變,景觀格局發生轉型,景觀格轉型具有地貌分異性特點。其中,在空間上,景觀格局隨著地貌升高呈現“異質性”向“同質性”、“經濟型”向“生態型”轉型的過程。在時間上,景觀呈現“穩定型”結構向“活躍型”結構、“粗放型”利用向“集約型”利用轉型的過程。河谷丘陵區形成“生態經濟型”格局,低山區形成“生態主導型Ⅱ”格局,中山區形成“生態型”格局。

(3)影響因子對不同景觀格局的解釋作用有所不同。從全域來看,人為干擾對解釋農業型景觀格局與生態型景觀格局具有主導作用,地形對于生態經濟型景觀格局的解釋占據主導地位,水熱條件對解釋自然景觀格局具有主導作用;從不同地貌區來看,地形是影響河谷丘陵區農業型景觀格局與生態經濟型景觀格局的主導因素,隨著地貌梯度的增加,低山區與中山區地形的解釋作用減弱,人為干擾的解釋作用占據主導,山地農業型景觀格局與生態型景觀格局受到人為干擾與地形的共同影響。

本文選取三峽庫區奉節縣典型地貌區進行探討,缺乏山區大尺度的研究,但研究區囊括河谷丘陵、低山、中山等眾多地貌,符合山區地貌結構,因此研究結果仍能反映以奉節縣為代表的山區不同地貌景觀格局的演變規律以及轉型模式。