（自然地理学专业论文）海南岛文昌市北部海岸带景观动态变化研究.pdf

摘要 海岸带是地球表面最为活跃的自然区域，亦是生态脆弱、对环境响应极其敏感的生 态交错带。由于人口增长和对资源的不合理开发，海岸带生境破碎、环境污染、植被逆 向演替等生态恶化问题愈发严重，其生态学研究正受到广泛关注。 景观生态分析的意义在于理解人类活动与景观格局变化之间的关系，以景观动态变 化为其核心。对海岸带景观动态及其生态效应的分析，将有助于正确评价海岸带生态状 况及其与自然和人类开发建设活动的关系，为海岸带资源的合理开发及其生态环境保护 提供技术支持和理论依据。 本文选取海南省文昌市北部海岸带为研究区，在r s 和g i s 技术支持下，从宏观和 微观两个尺度对区内的景观变化进行研究。宏观上，选择斑块数量、斑块密度、散布与 并列指数、蔓延度、聚集度、s h 咖o n 多样性、s h a l l i l o n 均匀度等1 6 个景观指数分析短 时段内( 1 1 年) 海岸带景观基质的变化；选用m a r k o v 转移矩阵模型分析1 1 年问景观 从自然景观向人工景观转变的过程：选择重心迁移模型分析各景观类型的空间迁移。微 观上，用时间序列的空间迁移法，选择土壤样品和水样，对其进行化验分析。结果表明， 十余年间研究区的景观变化速率较快，景观破碎化趋势严重，已发生了“挖塘毁林养殖、 毁林采矿一海防林断带一土地沙化一生境恶化”的逆向演替。在这一演替过程中，人类 活动是最活跃、最主要的驱动力。 关键词；海岸带；景观动态；逆向演替；生态效应 a b s t r a c t t h ec o a s t a lz o n ei so n eo ft 1 1 em o s ta c t i v e 瑚【t u r a ls u r f 如er e 舀o n s ，蛆di s a 丘甚g i l e e c o t o n e ，e n 嗽n e l ys e n s m v et oe r l v i r o n m e n tr c s p o n d e n c e w i t ht l l ep o p l l l a t i o n 铲a w c l la n d u n c o n s c i o n a b l ee x p l o i t a t i o nt or e s o u r c e s ，m e r eh a v eb e e ni i l c r e 8 s i n 西ys e f i o u se c o - p f o b l e m s ， s u c h 踮h a b i 扭t 丘醒m e n t a t i o n ，e n v i r 0 姗e 删p o l l u t i o n ，v e g e t a t i o nr e v e r s es u c c e s s i o n ，e t c e c o l o g i c a ls m d i e so f 也ec o 蒯z o n e a r cw i d e l yc o n c e m e d t h em e a n i n go fl a n d s c a p ee c o l o g i c a la n a l y s i sc o n s i s t si nu n d e r s t a n d i n gt h er e l a t i o n s h j p b e 柳e e nh 啪a 1 1a c t i v 时a 1 1 dv a r i a t i o no fl a n d s c a p ep a t t e m ，w h o s ec o r ei s1 趾d s c 叩e 由瑚r i l i c v 嘶a t i o n t h e 柚a i y s i so fc o a s t a ll a l l d s c a p ed y n 踟i ca i l d “se c o l o g i c a le 虢c t s 丽l lc o 州b u t e t o a c c u r a t e l ye v a l u a t i l l gc o a g t a ie c o l o 百c a lc o n d i t i o r 塔a r l dc o n r l e c t i o nw i mh u m a n e x p l o i t a _ t i o na i l dc o n s 仉l c t i o n ，、v ：i l i c hp r o “d e st e c l l n i c a la i d sa r l dt l l e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o r r e 觞o n a b l ee x p l o i t a t i o no f c o a s t a lr e s o u r c e s 锄de c o - e n v i r o m e n tp m t e n i o n b 鹪e do n1 9 9 3 ，1 9 9 9a n d2 0 0 4 了m ，e t r8 n ds p o t 5s a t e l l 沁i m a g e s ，t h i s p a p e r s e l e c t s l en ( 州h e mc o a s t a lz o n eo fw b n c b a i l gi i lh a i n a i lp r o 、r i l l c ea st h cs t u d ya r e a a n d 姒m 世l et e c 陆q u eo fr e m o t es e n s i n ga n dg l s 锄p l o y e d ，r e s e 盯c h e si t s1 锄d s c 印ed ) ，1 1 a l i c 时a t i o na c c o r d m gt om a c r o s c o p i c a l 锄dm i c r o c o s m i ct w ov i e 、v s f r o mm em a c r o s c o p i c a l p o i n to fv i e w ，m e 卸恤o rc h o o s e sl6l 锄d s c 印ei n d e x e s ，s u c h 勰n p ，p d ，i j i ，c o n t a qa i ， s 曲i ，s h e i ，e t c ，t oe x p l a i nl 姐d s c a p em 删xc h a n g e so fs 伽ya r e ai nt l l es h o r tp e r i o d ( 1 l y e a r s ) a n dt l l e n t 1 1 ea u t l l o re m p l o y st l l em a r k o vc o n v e r s i o nm 砌xm o d e lt o a n a l y s i s l 髓d s c 印ep a t 衄ne v o i v e m e n t 硒m 也en a m r a jl a n d s c a p et ot l l ea n m c i a ll a i l d s c a p e ，龃d a d o p t s 如eb a r y c e n t e r 订a n s f e rm o d e lt o 锄a l y s i sm es p a t i a l 恤s f b r e n c eo f1 01 a n d s c a p e e l e m e n t s f r o m 血em i c r o c o s m i cp o i r l to fv i e w ，u s h gs p a t i a lt r a 璐f e r e n c eo ft i m es e r i a l ，也e 叫m o rs 锄叩l e st l l ec o a s t a ls o i la n dw 劬i ro fs t u d ya r e at oa s s a y t h er e s u l t si n d i c a t et h a ti n 1 1 y e a r sl a n d s c a p ec h a n 西n gs p c e do ft l l es t i l d ya r e ai se x p e d i t e d ，m e 订e n d e n c yo fl a n d s c 印e 丘a g m e m a t i o ni sa g 鲈a v a t ea i l dp r o m o t e sm e “m i n m g 趾dc o n s t n l c t i n gu p l a n da q u a c l l l t u r e p o n d si nm ec o a s t a lz o n e d e s 虹o y i n gd e f e i 试- c o a s tf b r e s t l a n dd e s e r t i f i c g b o n e c o e n v i r o n m e n t 、o r s e n i n g r e v e r s l l c c e s s i o n i n 协i ss u c c e s s i o np r o c e s s ，h 啪a na ：c t i v i 缸e s a r et l l em o s ta c t i v ea n dt h em o s ti m p o n a 咀t d r i v i n gf o r c e k e yw o r d s ：c o 驰t a lz o n c ；l a n d s c a p ed y n 锄i c s ；r e v e r s es u c c e s s i o n ；e c 0 1 0 西c a le 位c t i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东北师范大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名- 一呈笪兰：日期：丝! ：! - 望 学位论文舨权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规 定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复 e h 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：装丝兰 日 期：纽：芏：生 l 学位论文作者毕业后去向 工作单位； 通讯地址： 指导教师签名：埘 日期：缨亟：! ：型 电话： 邮编： 口三角洲地区，如王宪礼、肖笃宁对辽河三角洲和辽东湾滨海湿地的景观变化研究【l i 1 2 l ， 且主要以县级以上行政区为基本研究单元，只是广义上的海岸带。真正含义的海岸带景 观动态研究甚少，仅有少数学者就海岸带景观生态特征、海岸带景观设计或滩涂土地资 源评价等方面做了初步的分析。 胡春胜、林勇( 2 0 0 0 ) 等u 习以景观多样性、景观破碎度和景观分离度作为评价指标， 分析渤海湾淤泥质海岸带典型地区景观空间格局以及人类活动对景观结构的影响。 彭建、王仰麟等( 2 0 0 3 ) 【1 4 ”l 应用景观生态学理论研究土地持续利用问题，从景观 生产率、景观受胁度与景观稳定性3 方面构建海岸带土地利用可持续性的景观生态评价 指标体系，并辅以山东无棣县土地持续利用的个案分析，是地持续利用评价研究的有 益拓展。 李加林、张忍顺等( 2 0 0 3 ) 【l6 】分析了江苏淤泥质海岸湿地景观格局的主要特点及影 响景观格局的自然驱动因子和干扰因素，提出江苏淤泥质海岸湿地景观生态建设的原则 及主要内容。 陈鹏、高建华等( 2 0 0 2 ) 【1 刀以海南万泉河口博鳌地区为例，分析了海岸生态交错带 景观生态基本特点，选取景观多样性、优势度、景观破碎度、景观分离度及生态风险指 数作为评价指标，通过对景观空间格局及其变化的分析，讨论该区域开发建设对景观空 间格局的影响。 刘月、程岩( 2 0 0 3 ) l l8 】研究了辽宁黄海海岸交错带不同海岸带类型( 淤泥质海岸带、 岬湾海岸带、摹岩海岸带) 的景观变化与景观设计；陶丽华、朱晓东等( 2 0 0 1 ) 【2 4 】贝0 进 行苏北辐射沙洲海岸带农业景观生态分析与优化设计，试图构建一个空间结构合理、生 态效益稳定、经济效益持久、美学价值提升的区域农业景观系统。 陈国强、陈鹏等( 2 0 0 4 ) 【】9 】以厦门马奕湾地区为例，在分析景观异质性的基础上， 采用地质统计学的理论和方法并结合g i s 的空间分析和显示功能，通过一定的数学模型 和生态效应分布图的表示方法，对快速城市化过程中海岸带景观异质性变化和由此导致 的景观生态效应程度进行了半定量的综合评估。 欧维新、杨桂山等( 2 0 0 4 ) o o ，2 1 2 2 1 利用r s 、g i s 进行了盐城海岸带土地利用变化的 生态环境效应分析，并从景观生态学角度研究了该区景观格局的时空变化及其驱动力因 子。 总之，当前不论国内还是国外，对区域景观动态变化及海岸带的气候、地质、物种 多样性等相关研究都很丰富，并取得较大进展。但应用景观生态学的原理和方法全面研 究海岸带及其开发利用，分析海岸带景观动态变化及其驱动力与生态效应的文章尚不多 见，有的也仅是对沿海地区土地利用变化的分析。本文拟在r s 和g i s 技术支持下，以 宏观遥感调查与微观取样分析相结合，分析海南岛文昌市北部海岸带的景观动态变化， 并进行其驱动机制与环境效应分析验证，这将有助于正确评价海岸带生态状况及其与自 然和人类开发建设活动的关系，对海岸带综合管理也具有深刻的指导意义。 1 研究区概况 1 1 研究区位置与范围界定 研究区位于海南省文昌市北部( 图1 - 1 ) ，东 临南海，北濒琼州海峡，西隔东寨港与琼海市相 望，地理位置1 1 0 0 3 3 1 8 ”1 1 0 0 5 7 3 8 ”e ，1 9 0 5 6 3 9 ” 2 0 。1 0 4 ，n 。域内海域辽阔，海岸线长8 3 2 5 k m ， 有东寨、木兰、铺前等大小港湾二十余个，岸线 平直，为典型的滨海沙质海岸。 海岸带是陆地和海洋的交接地带，是海岸线 向陆、海两侧发展到一定宽度的带状区域。目前 我国对海岸带无统一严格定义，海岸带宽度亦无 统一标准，随海岸地貌和研究目的不同而异。我 国在1 9 8 1 年全国海岸带和海涂资源综合调查中 规定，海岸带调查的宽度为海岸线向陆侧延伸 1 0 k m ，向海侧延至1 0 1 5 m 等深线【2 3 1 。i g b p 在 1 9 9 5 年提出海岸带应由海岸、潮间带和水下岸坡组成，其上限是向陆2 0 0 m 等高线，向 海则为大陆架的边坡，约2 0 0 m 等深线 2 4 ，2 ”。这些定义主要是为了适应海岸资源调查需 要。较为笼统，科学依据亦不充分。此后各地在开展“海洋功能区划”和“海洋开发规 划”时，常保留行政区划的完整性，以沿海市、县、乡镇为界。考虑研究区地形特征及 研究实际需要，本文界定文昌市北部海岸带范围为：海岸线向陆侧延伸3 k m 和向海延 至5 m 等深线间的带状区域。总面积2 3 7 7 5 k m 2 ，其中陆域面积1 6 6 1 7 k m 2 ，海域面积 7 1 5 8 k m 2 。 1 2 自然环境 1 2 1 地质地貌 文昌市自第四纪以来，由于地壳运动，海侵海退频繁，受波浪潮流等海洋动力作用 的影响，沿海形成了复杂多样的海岸侵蚀地貌和堆积地貌，在北部地区突出表现为广阔 平坦的海积平原1 2 6 0 7 1 。其海岸类型主要为沙坝与泻湖海岸( 沙坝溺谷海岸) ，沙坝上叠 置发育着海滩、沙堤或沙丘，随着海岸加积展宽或地壳上升，老的沙坝抬高成为海积阶 地。同时。在基本海岸类型上又叠加发育了次生海岸，如沿泻湖发育而成的铺前港红树 林海岸、景心角珊瑚礁海岸等。 区内海积平原海拔均在5 0 m 以下，唯有铺前镇七星岭( 海拔1 1 7 m ) 、翁田镇抱虎岭 ( 海拔2 0 7 m ) 两座孤丘分布在东北沿海平原。 虾类、毛鄂类、被囊类等为主，约有1 2 0 种，年生物量变化范围在3 8 9 9 9 m g ，i n 3 之间。 游泳动物：区内海岸线长，沿海天然港湾众多，渔汛期长，水产品种类繁多，具有 丰富的海洋水产资源。据资料记载有1 0 0 多种，其中包括经济价值较高的石斑鱼 ( e 扫h 印厅p k 肠聆c e d k m s ) 、马鲛鱼( d m 6 p m 肌d r 淞砌， d 行姗f ) 、鲍鱼( 上缸z f d 出d b c 淞 口n n 谢) 、鱿鱼( 工d ，f 9 0 ，印。竹缸口) 、海参( 配a 叩搬v 魄_ m s ) 等。此外还大面积分布 着浅海珊瑚礁( 勋m 批矗口f ，埘h p 瑚妇) 和麒麟菜( e 如 p “卅口s 伊衙删) 。 1 2 5 水文 陆地水文 陆域境内河川径流较丰富，含沙量少。沿海河流受降雨补给，大小河流均表现出暴 流性、夏冬洪枯悬殊等水文特征。流域总面积1 6 6 1 7 k m 2 ，平均径流模数为2 6 秒l k m 2 。 研究区内珠溪河是文昌市第二大河流，流域面积1 1 2 2 3 k m 2 ，注入东寨港。入海河流带 来了丰富的营养盐，有利于海洋生物繁殖生长。地下水蕴藏量大，主要为第四系松散岩 类孔隙潜水，分布于沿海一带，水位埋深小于7 米，富水性好。 海洋水文 沿海受潮汐影响，属不规则半日潮，平均潮差约1 3 m ，为小潮差地区。海洋潮流 自东向西流，具有驻波性质，为逆时针旋转流。本区年平均水面温度2 3 4 ，波浪以风 浪为主，且以3 级风浪为主，s e 向波浪为常浪向，其次为s s e 和s 向。海水透明度 4 3 9 士1 3 9 c m ，盐度3 1 0 1 士0 8 1 o ，p h 值8 0 7 圭0 1 3 ，溶氧量5 8 7 士0 5 8 m g ，l ，水质较好。 1 3 社会经济概况 研究区辖铺前、锦山、冯坡、翁田四镇及罗豆农场。总人口3 7 7 1 0 4 人，平均人 口密度2 2 6 人l 咖2 。农业人口占8 2 4 ，以初中以上文化程度为主，人均年收入3 5 8 4 元。农村经济结构以瓜菜、胡椒、水稻等热作经济和渔业为主，主要经济来源为海洋捕 捞、海水养殖、热带经济作物、反季节瓜菜种植、农产品加工等。 研究区内矿产资源丰富，有铁、钨、铬、金、镓、钛、铝土、错英石等多种金属矿 产和石英砂、水晶、红宝石等非金属矿产。尤其是海岸带内的石英砂矿、铝土矿和锆钛 矿( 表1 1 ) ，具有分布广、储量多、质量好等特点。现已对其进行大量开采，成为地方 工业经济发展的新增长点。 表1 1 研究区主要矿产资源类型 1 4 生态环境问题 从景观生态学的角度，生态交错带指存在于相邻的不同均质景观单元之间的异质性 景观，它控制着生物和非生物要素的转移，表现为界面上的突变性和对比度1 2 9 “】。作 为地球表面最为活跃的自然区域，海岸带是海陆交错带，亦是生态脆弱带，它集聚了气 候、土地、能源、生物、矿产等多种自然资源，但其脆弱性也表现得尤为突出。海岸带 人口增长和对资源的不合理开发也必然引发一系列的生态环境问题。 研究区内各种生态系统的交错及其脆弱性已经表现得特别突出。这里宽阔的海岸带 是陆地生态系统和海洋生态系统的交错带，由于近岸泥沙的冲淤作用，海岸带频繁前进 或蚀退，呈现不稳定的特征；河口是淡水生态系统和海水生态系统的交错点，陆地河流 带来了大量营养盐类或排放的污水废物，对海洋生物施加利弊不同的影响；海岸防护林、 农田、草地、湿地生态系统( 红树林) 相互交错，不合理的耕作农垦不仅破坏了海防植 被，而且引起湿地景观的破坏、土壤的侵蚀和沙化；遍布本区的人工高位养虾池更成为 被其周围环境生态系统所包容的“生态脆弱点”，不仅造成浅海水域的水质污染，而且 威胁陆域土壤、地下水、旅游景观的生态安全，造成环境恶化。各种生态系统具有错综 复杂的物质转移和能量流动，海岸带的时空变化表现出十分迅速和不稳定的景观特征。 6 2 3 技术路线 圈2 - 1 文昌市北部海岸带土壤、水质监测布点图 圈2 - 2 文昌市北部海岸带景观动态变化研究的技术流程圈 l o 3 文昌市北部海岸带景观动态变化分析 3 1 景观格局变化分析 3 1 1 景观格局指数的选择 根据研究区特点和各指标的实际应用，排除了一部分相关性较高的指标，本文最终 确定1 6 个景观指数：斑块个数、斑块面积、斑块面积比例、平均斑块面积、最大斑块 指数、斑块密度、边界密度、斑块景观形状指数、景观丰度、面积加权平均形状指数、 面积加权平均分维数、散布与并列指数、蔓延度、聚集度、s h 珊o n 多样性指数、s h 锄o n 均匀度指数等【舡5 2 1 。各指数通过f r a g s i m s 3 3 软件( 栅格) 计算获得，表3 1 对各 指标的涵义做出解释。 表3 1 景观格局分析指数 3 1 2 景观指数特征比较分析 3 1 2 11 9 9 3 2 0 0 4 年景观类型的变化特征 研究区位于热带海陆交错带，气候湿热，雨水充沛，受海陆交互作用影响，广阔的 浅海大陆架发育了丰富的红树林和珊瑚礁生态系统，形成多样的景观类型。综合分析 1 9 9 3 年2 0 0 4 年文昌市北部海岸带的三期景观类型图( 图3 1 ) ，- 5 m 等深线以内的浅 海海域范围广阔，面积达7 l k m 2 以上，约占研究区面积的3 0 ，但由于其外接大洋，斑 块数目少且完整，仅表现为海岸侵蚀或河口泥沙造陆形成的面积与边界变化，因而不作 为本文的研究重点。本文着重研究海岸线陆侧多种景观类型的格局与变化。 在短时段内( 1 1 年) ，文昌市北部海岸带( 陆侧) 的景观类型与空间格局发生了较 大变化，景观结构主要表现为景观基质由自然景观向人工景观大幅转变，斑块密度、破 碎度、分离度、景观空间异质性增大等特点。林地、草地、陆地水域、红树林、滩涂等 自然景观向耕地、建设用地、沙地、高位养虾池等人工景观转变，且不同的人工景观类 型间也发生相互转换。各时期景观斑块的特征如图3 2 、表3 2 、表3 3 、表3 4 所示。 图3 - 1l 嬲。咐年文昌市北部海岸带景观类型圈 1 9 9 3 2 0 0 4 圭f 备量观$ 型面积比例 1 9 9 3 2 0 0 4 军备鬻躐类型斑块数 圈3 _ 21 9 9 m o 必年研究区景观成分面积比倒与斑块数 1 3 片，分别达到l o k m 2 和2 5 k m 2 ，两片问也有快速合拢的趋势，呈现出明显沙漠化的特点。 沙地地表均为细砂及少量细砾。基本无植被，可见流动的沙丘和风成波痕，沙丘运动方 向由沿海向内陆扩展。 ( 7 ) 高位养虾池，是研究区内生态环境污染效应最为显著的人工景观。从 1 9 9 3 2 0 0 4 年，高位养虾池的面积从0 0 2 k m 2 迅速增加到3 1 9 k m 2 、1 5 0 2 k m 2 ，增大了 7 5 0 倍，斑块占景观的面积从1 9 9 3 年的0 0 1 增加到2 0 0 4 年的0 5 1 ，最大斑块指数 亦从o 0 0 4 增加为o 4 5 、0 8 6 ，斑块面积总量变化大，且变化迅速。斑块密度、边界密 度、斑块形状指数、面积加权平均形状指数等均呈现相同的变化趋势，这反映了高位养 虾池在十余年内数量增多、密度加大、边界整齐、形状破碎，呈带状、块状断续分布在 海岸带内。面积加权平均分维数增幅较缓，说明其受人类干扰影响作用不断加强。高位 养虾池是研究区内的环境污染源，其养殖废水未经处理随意排放已构成区域浅海水质、 土壤、地下水和景观资源的损害。 ( 8 ) 红树林。作为研究区内生物多样性最丰富的景观，从1 9 9 3 2 0 0 4 年1 1 年间红 树林遭受了严重破坏，其面积从2 9 k m 2 减少为2 5 7 k m 2 、2 1 9 k m 2 ，斑块数目从11 个增 加为1 7 、1 6 个，最大斑块指数从0 4 l 减少为o 3 5 、0 3 3 ，斑块边界复杂，形状破碎。 在新埠海海湾和珠溪河河口处的红树林湿地，毁林养殖造成的红树林破坏尤为突出。 ( 9 ) 滩涂和浅海海域。滩涂内广泛发育了珊瑚礁生态系统，受海岸侵蚀、泥沙冲 淤、围海养殖及填海造陆等活动影响，十余年内沿海滩涂面积不断减小，从4 8 k m 2 减 小到3 8 8 k m 2 、2 9 7 k m 2 ，呈狭长带状沿海岸线分布，斑块密度、边界密度、最大斑块指 数也具有相同的变化趋势。而斑块形状指数、面积加权平均形状指数，面积加权平均分 维数随时间演变呈增长态势，反映海岸带滩涂资源形状趋于复杂。浅海海域的面积、形 状变化不大，各期景观指数趋同，表明其受人类干扰较小，仅在局部岸段有所变动。 3 1 2 21 9 9 3 2 0 0 4 年研究区景观格局总体变化特征 综合分析海岸带内三期景观类型图，通过f r a g s t a t s 软件计算，获得由各景观指数表 征的区域肮类型图，通过f r a g s t a t s 软件计算，获得由各景观指数表 征的区域景观总体特征( 表3 5 ) 。1 9 9 3 2 0 0 4 年研究区内斑块数、斑块密度、边界密度 不断增大，平均斑块面积不断减小，这表明景观受人类干扰的强度增大，斑块破碎化， 连通性降低。景观形状指数、面积加权平均形状指数和面积加权平均分维数逐渐减小， 表明斑块的形状趋于复杂、不规则，景观空间格局复杂性特征突出。散布与并列指数、 蔓延度与聚集度反映了景观的离散程度、聚集或延展趋势，前者随时间不断增大，表明 景观分离度增大，不同类型景观的镶嵌分布的比率增高；后两者则随时间不断减小，反 映景观聚集程度降低，破碎化特征明显。十余年间s l l a 加o n 多样性指数和s h 啪0 n 均匀 度指数均不断增大，这表明各斑块类型在景观中呈现均衡化趋势分布，景观异质性特征 明显。研究区的景观丰度尚未发生变化，均为1 0 ，说明文昌市北部海岸带在上世纪9 0 年代初已有开发，近期无新增的景观类型。但由于受人类经济活动影响，各景观类型的 表3 _ 51 9 昭、1 9 9 9 、2 0 酣年研兜区景观变化 年份斑块斑块密边界平均斑面积加权面积加权散布与景观景观形蔓延聚集度s h a 蕊铀孤n 衄 个数度 密度块面积平均彤状平均分维并受i 指丰度状搬数度多样性指均匀度指 指教数 数数 数 1 9 9 34 7 520 0 1 9 9 97 0 829 8 2 0 0 49 8 24 。1 3 1 9 9 3 年2 0 0 4 年林地、耕地、草地、滩涂等面积不断减少，沙地面积大幅增加，城 乡居民点及工矿用地等建设用地不断增多，呈散点状分布在研究区内；红树林湿地景观 遭至破坏，面积缩小；高位养虾池大幅增加，主要分布在沿海陆侧1 0 0 0 m 以内，污染 效应强。从区域景蕊格局总体特征来看，海岸带内斑块数量不断增多，面积不断减小， 形状趋于复杂；景观多样性、分离度和异质性增大，隔离效应明显：海岸带受人类干扰 强烈，景观破碎化显著。 3 2 景观类型转移概率 转移概率法是景观动态研究的传统方法之一，也是揭示特定时段景观组分之间数量 变化关系的最有效手段【，9 1 。本文在研究区图形数据库的支持下，用空间统计方法构建 1 9 9 3 1 9 9 9 年和1 9 9 9 之0 0 4 年两个时段的景观类型转移矩阵，分析了不同景观组分的总 体转化情况及转化率，揭示研究区景观类型转化的趋势和强度。 3 2 11 9 9 m 9 9 9 年景蕊类型转移 图3 _ 3l 鳄纠9 辨年景麒型转化圈 1 7 岔m 0 0 o 2 ，d 34 五j；竹：2 甜 z t 矗 9 9 9 以硒弼”盯驺m ”m 加坶盼孙”n ：窨s ! 盯 2 1 li l 3 7j 一2 5 5 s 如弘m o o 0柏曲勰 4 5 6 3 2 2l 删0 眦年景观类型转移 圈3 - 41 鲫蝴0 咀年基观类童转化豳 从1 9 9 9 2 0 0 4 年的景观转移矩阵( 表3 7 ) 和景观类型转化图( 图3 4 ) 可以看出： 1 9 9 9 2 0 0 4 年耕地由4 4 0 7 k m 2 减少为4 0 1 l k m 2 ，减少了8 9 9 。耕地主要转变为 沙地、林地、高位养虾池、草地、建设用地等景观类型，分别转化了5 9 3 6 k m 2 、4 6 1 7 k m 2 、 4 1 k m 2 、o 2 7 k m 2 、o 1 2 8 妇1 2 ，各占1 3 4 7 、l o 4 8 、9 3 、o 6 1 、0 ，2 9 ；而耕地的 增加量( 2 0 0 4 年) 主要来源于林地、沙地、草地、陆地水域和建设用地，分别为8 5 9 k m 2 、 2 0 8 5 k m 2 、0 2 2 2 k m 2 、o 1 7 1 k m 2 、o 0 2 5 k m 2 。林地具有最大的转入贡献率，为2 1 4 2 。 五年间林地由6 7 3 k m 2 减少到5 4 “k m 2 ，减少了1 9 1 l 。林地主要转变为沙地、 耕地、高位养虾池、草地、陆地水域、建设用地等类型，分别转化了1 4 5 9 l k m 2 、8 5 9 k m 2 、 3 2 6 7 k m 2 、o 9 2 6 k m 2 、o 4 0 3 k m 2 、o 3 0 4 k m 2 ，其转出贡献率分别为2 1 6 8 、1 2 7 7 、4 8 6 、 1 3 8 、o 6 0 、o 4 5 ；而沙地、耕地和草地是林地的主要增加源，各有9 9 8 k m 2 、4 ，6 1 7 k m 2 、 o 5 8 3 k m 2 转为林地。 五年间草地由4 6 k m 2 减少到1 9 2 7 l 【m 2 ，减少了5 8 1 1 。草地主要转化为沙地、 高位养虾池、林地、耕地、陆地水域及建设用地，分别转化了2 4 8 6 k m 2 、0 8 2 3 k m 2 、 o 5 8 3 k m 2 、o 2 2 2 k m 2 、0 0 3 9 l 2 、o 0 0 3 k m 2 。沙地( 5 4 o _ 4 ) 、高位虾池( 1 7 8 9 ) 和林 地( 1 2 6 7 ) 具有较大的转出贡献率；2 0 0 4 年的草地中有o 9 2 6 k n l 2 、o 2 8 7 k m 2 、o 2 7 k m 2 分别来自于林地、滨海沙地和耕地。 1 9 9 9 2 0 0 4 年建设用地和陆地水域分别增加了o 4 2 5 k m 2 、o 3 8 6 k m 2 ，净增1 4 1 、 2 1 2 9 。新增建设用地主要来源于林地( 8 8 4 ) 和耕地( 3 7 2 ) 。新增陆地水域则主 要来源于林地、沙地、草地及红树林，以林地( 1 8 3 3 ) 和沙地( 1 2 7 3 ) 的转入贡 献率最大。 这一时段内沙地从3 5 7 8 9 k m 2 增加到4 3 6 7 k m 2 ，新增沙地7 8 9 k m 2 ，增幅减缓。 沙地主要转化为林地、高位养虾池、耕地、草地、陆地水域等多种景观类型，以林地 ( 2 7 8 9 ) 和高位养虾池( 7 7 1 ) 的转出贡献率最大。而林地、耕地、草地、滩涂、 陆地水域和浅海海域是沙地的主要增加源，各有1 4 5 9 1 k m 2 、5 9 3 6 k m 2 、2 4 8 钒| 血2 、 o 1 6 k m 2 、0 1 4 k m 2 、o 0 8 6 k m 2 转化为沙地，以林地( 3 3 4 l ) 和耕地( 1 3 5 9 ) 的转入 贡献率最大。 高位养虾池面积继续快速增长，从3 1 9 k m 2 增加到1 5 0 2 k m 2 ，增长了3 7 倍。分 别有4 1 k m 2 的耕地、3 2 6 7 k m 2 盼林地、2 7 5 9 k m 2 的沙地、o 8 2 3 k m 2 的草地、o 4 6 3 k m 2 的滩涂、o 2 6 7 k m 2 的红树林及o 1 4 7 k m 2 的浅海海域成为高位虾池的主要增加源。虾池 占景观的面积比例也从原来的1 3 4 提高到6 3 2 。 这一时段内红树林减少了o 3 8 2 k m 2 ，主要转化为高位虾池、滩涂、浅海海域等多 种景观类型，转出贡献率分别为1 0 3 8 、2 7 6 、1 2 4 。仅有少量的滩涂和浅海海域 转化为红树林景观。 从1 9 9 9 2 0 0 4 年，滩涂面积继续减少0 9 4 3 k m 2 ，约2 4 3 ，主要转化为高位养虾 池( 0 4 6 3 k m 2 ) 、浅海海域( 0 4 6 5 k m 2 ) 、沙地( o 1 6 k m 2 ) 和红树林( o 0 1 2 k m 2 ) 等类型。 这一时段内，浅海海域面积略有增加，增大0 4 ，表现为局部岸段受到侵蚀。 表3 7l 蚋”0 0 4 年景观变化转移矩阵 2 l 3 3 文昌市北部海岸带重心迁移模型 3 3 。l 重心迁移模型理论基础 景观类型的空间变化，可以用景观斑块分布重心转移情况来反映，表现为景观重心 坐标的变化。根据人口地理学中常见的人口分布重心原理，重心坐标的计算方法为： x ，= ( c 。x x 。) ，c 。f = ( c 。x 玩) c 。 f = ii t l f = l，；l 式中，x 。、y 广- 表示第t 年某一景观类型分布重心的经纬度坐标，c t i - 表示第t 年 第i 类景观各斑块的面积，、y 旷一表示第t 年第i 类斑块的重心经纬度坐标；n 一第i 类景观的斑块数量。其中景观斑块重心的经纬度坐标可在a r c g i s 中通过执行相关命 令获得。 通过考察景观类型的重心迁移可以在一定程度上了解区域景观空间格局的变化，将 重心转移的方向、转移距离与区域自然条件相联系，定性层面上反映区域景观类型质量 的总体变化趋势。熏心迁移模型应用颇多，常用来描述国家及区域层面上的土地利用类 型重心变化情况。 3 3 2 重心迁移分析 在a r c g i s 中用c e n 订o i d1 a b e l s 命令将各个斑块的重心标识出来，根据公式，分别 计算出1 9 9 3 年、1 9 9 9 年、2 0 0 4 年各个景规类型的重心坐标、迁移方向及迁移距离( 表 3 8 、表3 9 、图3 6 ) 。 图3 6 研究区各景观类型重心坐标 1 9 9 3 2 0 0 4 年，耕地的分布重心分别为( 1 1 0 7 0 4 。e ，2 0 0 4 3 啊) 、( 1 1 0 7 1 1 。e ， 2 0 0 3 9 0 n ) 、( 1 1 0 7 1 2 0 e ，2 0 0 3 5 0 n ) ，十余年间耕地重心先向西南偏移了0 8 2 k m ，再向 2 3 南偏东( s e s ) 迁移了o 4 8 k m ；通过分析三期景观变化图可知：研究区内耕地面积逐年 减少，尤其在东北部铺前镇地区，土地沙化不断加重，耕地面积不断萎缩。仅在西南部 翁田地区受农业开发活动影响耕地面积适当增加。反映在空间上，十余年间耕地重心向 西南方向偏移。 表3 - 8 文昌市北部海岸带1 9 9 3 也0 0 4 年备景观类型的重心坐标( 。l 表3 9 文昌市北部海岸带1 9 9 3 2 0 年各景观类型的重心迁移方向和距离 研究区内林地主要沿海岸线成片分布和沿居民点零星分布，1 9 9 3 2 0 0 4 年间林地重 心先向西南移动4 8 2 k m ，再向东南移动约2 8 l h i l 。这与当地居民的农业生产活动有密 切联系。一方面是上个世纪末在海岸带内陆橡胶、椰林等园林的大量栽种，另一方面表 现为北部铺前地区海防林的大面积毁坏，造成区内林地重心向南迁移。 草地重心的迁移尤为明显，1 9 9 3 2 0 0 4 年间草地重心先向东北移动8 6 7 k m ，再向东 南移动约6 0 6 k m 。这主要是受林地重心迁移影响。早期滨海沙堤上的干性草地已破坏 殆尽，仅在东北部铺前地区毁林迹地上生长杂树短灌疏草群落，从而草地在空间上反映 为重心先向东北移动再向东南移动。 建设用地1 1 年问先向西偏移1 1 2 k m ，再向东偏北移动1 0 2 k m 。这反映了上个世纪 9 0 年代中期由于经济、人口的发展，居住地中心西部的铺前镇人口集聚、城镇化 特征明显；而9 0 年代末，研究区东北部石英、钛、铝土等矿产资源的开发促进了当地 经济发展，致使建设用地重心向东偏北方向移动。 水是区域经济发展的源泉，1 1 年间陆地水域的重心先向西偏北迁移了2 2 5 k m ，再 向东偏北迁移了0 3 4 k m ，与建设用地的迁移方向大体一致。从某种意义上，这表明了 建设用地中相关工矿用地设施的修建对水域重心的迁移有重要影响，这也反映了人类在 滨海地带毁林采矿，废弃的矿坑积水致使陆地水域面积大幅增加。 沙地是研究区内面积变化最大的景观类型，其重心先向北偏西迁移4 0 8 k m ，再向 北偏东迁移2 6 k m 。这表征了人类对土地的不合理开发利用，造成区内林地、耕地、草 地大面积转变为沙地。尤其在北部的铺前海南角冯坡一带，各沙化点已经连接成片， 可见流动沙丘和风成波痕，呈现明显沙漠化特点。在空间上则表现为沙地重心向北移动。 高位养虾池是区内空间变化最为显著的景观类型，先向东偏北移动9 1 3 k m ，再向 东偏移1 2 k m 。这反映了文昌市北部海岸带高位养虾池主要由海防林转变而来，空间上 集中分布在东海岸，重心迁移方向与林地相反。 1 1 年间人类对海岸带自然资源的无序开发、破坏造成了红树林锐减、滩涂萎缩， 红树林和滩涂景观重心先向西、再向东迁移，这与人类的指向性活动密切相关。浅海海 域面积广阔，受人类活动影响较小，重心无明显变化。 4 文昌市北部海岸带景观动态变化生态效应及其驱动力分析 4 1 文昌市北部海岸带景观动态变化的生态效应 随着人口增加和科技进步，人类对海岸带自然资源的利用更具有能动性和调控能 力，海岸带景观的快速变换导致多种生态过程的改变，从而引起区域生态环境变化。 在研究区内，由于缺少科学规划、开发的行政导向较大，致使海岸带景观在十余年 内发生强度变换，森林植被遭受严重破坏。首先，大量新建的高位养虾池呈散点状分布 在海岸带内侧，成为区域主要的环境污染源。高位养虾池具有污染物排放浓度高、总量 大的特点，它污染近岸局部区域的海水、地下水、农田，毁坏沿海红树林和海防林，破 坏和影响旅游景观和旅游资源，是威胁研究区的首要环境问题。其次，海岸带钛矿、铝 土矿、石英矿等矿产资源的无序开发，加快了“挖塘毁林养殖、毁林采矿海防林断带 一土地沙化一生境恶化”的逆向演替。两者共振，加速了区域生态环境逆向演替的过程。 4 1 1 陆域生态效应 4 1 1 1 土地沙化 文昌市是海南省海岸带土地沙化的主要市县之一，沙化面积约有2 1 0 4 h m 2 ，且主 要集中在文昌市北部地区。沙化发生的地层为第四纪烟墩组和北海组，岩性为海积形成 的沙砾石、沙土、亚沙土等松散堆积层，原多为沿海防护林带和台地疏林灌木区。由于 人为毁林开荒、采矿等原因造成局部沙化，借助风力和水力，迅速扩散，进而连接成片。 据海南岛东北部沙化区调查，沙化土地前缘距钛矿开采点向内陆延伸达5 0 0 1 0 0 0 m ， 平均每年向外扩展1 5 m 以上。 根据1 9 9 3 2 0 0 4 年遥感影像解译数据，研究内的沙地面积由7 2 6 k m 2 迅速增加到 4 3 6 7 k m 2 ，增大了6 倍，占景观总面积比例亦从3 0 5 增加1 8 3 7 。1 1 年间约有2 5 5 3 k 1 2 的林地和9 9 4 k m 2 的耕地转为沙地。北部铺前海南角一冯坡各地沙地已连接成片，呈 现出明显沙化的特点，地表覆盖均为细砂及少量细砾，基本无植被。地表有流动沙丘和 风成波痕，沙丘运动方向由沿海向内陆扩展。土地沙化不仅降低了土地的使用功能，减 少单位面积产量，更影响了局地气候与景观，造成生物多样性骤减，海岸侵蚀加速。 4 1 1 2 土壤盐溃化 海岸带的土地利用方式是土壤环境变化的主要影响因素。研究区内1 1 年内高位养 虾池数量由2 个增加到1 2 1 个，面积增大了7 0 0 多倍。受利益的驱动，人类大量建造养 虾池，不顾及位置、土壤和地质条件的限制。有些养虾池悬空于农田附近的坡地，形成 水力渗透坡度，高位池养殖防渗措施不善，养殖水渗漏现象时有发生，加上高位池和农 田之间的土质疏松，池中渗出的水致使局部耕地盐碱化。农田土壤的含盐量里与高位池 距离成反比的趋势，距离高位池越近，土壤中的含盐量越高，严重威胁土壤的生态安全 和农业生产。 研究区内土壤监测点的监测结果见表4 1 ，土壤盐分和作物生长的关系见表4 2 。 表4 1 高位养虾池附近土壤监测结果 距虾池5 m 距虾池1 0 m 文昌市铺 前镇良抗距虾池3 0 m 村农田 距虾池5 0 i r l 距虾池3 0 0 m ( 对照点) 表层土 深层土 表层土 深层土 表层土 深层土 表层土 深层土 表层土 0 1 9 4 0 0 4 0 0 2 3 4 o 0 4 2 0 0 9 8 0 0 4 1 0 0 4 3 0 0 2 9 0 1 0 7 7 1 0 8 0 6 7 6 8 6 7 7 6 2 9 6 1 7 7 “ 7 9 7 7 5 2 盐渍化土 非盐渍化土壤