松嫩平原西部坐标为43°59'—48°33'E,121°37'—126°39'N(图1),总面积为1.01*10⁵ km²,气候为中温带大陆性半湿润半干旱季风气候,地貌类型以山前倾斜平原、低平原以及部分河谷平原为主^[12]。主要土地利用类型为森林、草地、湿地、农田,优势景观为农田景观。土壤类型主要为黑土、黑钙土、栗钙土、草甸土、盐碱土、风沙土以及沼泽土^[13]。主要植被类型为虎尾草群落、碱茅群落、芦苇群落以及羊草群落^[14],植被覆盖率较高。主要城市包括白城市、松原市、大庆市、齐齐哈尔市。人口总数为1 731万人(2015年),人口密度较大。经济发展水平较高,GDP总量为8 155亿元(2015年)。产业以农业、制造业为主,是我国重要的商品粮基地。1981年至今依次设立了莫莫格、向海、扎龙、大布苏狼牙坝、查干湖5个国家级自然保护区。

本文以探究松嫩平原西部不同区域景观自然性状态为目的,采用网格分析法,考虑到网格划分过小时,会导致数据量过大,而网格划分较大时会导致计算结果粗略。景观尺度一般划分为4个尺度等级,即1～106 km²为小尺度,106～1 010 km²为中尺度,1 010～1 012 km²为大尺度,大于1 012 km²为巨尺度。为兼顾科学性和可操作性,参考相关文献^[15],利用ArcGIS 10.2软件将研究区划分为155个网格单元。网格大小为625 km²,研究区边界地区的网格面积略大或略小于625 km²。本文的景观尺度处于中尺度,能表示具体区域的变化,是松嫩平原西部较为适宜的景观自然性评价尺度。

图1 研究区位置

道路数据来源于1:50万黑龙江省、吉林省公路基础数据库的道路要素图。人口、GDP数据来源于各地区统计年鉴。利用SPSS软件对各县、市的人口、GDP数据进行统计,在ArcGIS 10.2中将其与划分的155个网格进行叠加、计算,最终得到1985—2015年松嫩平原西部各网格的人口密度与GDP数据。

从整体上看,1985年、2000年、2015年松嫩平原西部的景观自然性分别为0.313 7,0.278 1,0.269 8,呈不断降低趋势,1985—2000年下降率为11%,2000—2015年下降率为3%(图2)。下降的主要原因是压力指标的变化,1985—2000年、2000—2015年两个时期的压力指标分别上升了47%,9%(图2)。而压力指标中增长最快的是GDP指标,两个时期的GDP增长率分别为749%和368%。其次为响应指标的变化,1985—2000年、2000—2015年两个时期的响应指标分别下降了7.77%,1.30%。

图2 1985-2015年各指标及景观自然性值

为探究松嫩平原西部景观自然性的空间分异规律,利用ArcGIS 10.2软件,将松嫩平原西部三年各个网格的景观自然性值进行克里金插值,得到松嫩平原西部景观自然性空间分布图(图3)。

表2 松嫩平原西部主要城市及自然保护区景观自然性值

图3 松嫩平原西部景观自然性空间分布

由图3可知,松嫩平原西部景观自然性值较高的区域集中在研究区南部,以扎龙国家级自然保护区为中心向四周递减。

1985年景观自然性值最高的地区为扎龙国家级自然保护区及其北部,为0.197 5。这一区域自然景观比例较高,为60.35%,植被覆盖率较高,NDVI值为0.40,湿地是这一区域的优势景观,湿地率为28.29%。其次为向海国家级自然保护区及其南部,为0.188 8,这一区域人口密度为15.6人/km²,人口稀少,经济发展水平较低,NDVI值为0.29,自然景观比例为66.12%。1985年景观自然性最低值出现在松原市扶余县,为0.117 0,这一区域的优势景观为耕作景观,耕地率为76.00%。

2000年景观自然性值最高的地区为莫莫格国家级自然保护区中部及其北部,为0.211 6。这一区域自然景观比例为58.27%,其中湿地率为20.80%、草地率为13.25%。2000年松嫩平原西部整体人为干扰值为0.591 7,而该区域人为干扰值为0.439 4,说明该区域受人为干扰程度较低。其次为扎龙国家级自然保护区中部及其北部,为0.171 6,这一区域自然景观比例为65.79%,连通性为2.55,但该区域人口密度和GDP都高于松嫩平原西部整体平均值,导致自然性下降。2000年景观自然性最低值出现在松原市长岭县附近,为0.109 4。这一区域自然景观比例为11.64%,NDVI指数较小,为0.101 3,耕地率为76.67%。

2015年景观自然性值最高的地区为扎龙国家级自然保护区东部,为0.222 5。该区域自然景观比例为76.60%,其中湿地率为44.73%,草地率为28.69%,NDVI值为0.336 5,高于平均值0.263 7。2015年景观自然性最低值出现在白城市、齐齐哈尔西部及白城南部,分别为0.090 0,0.100 0,0.103 0,这些区域均为人类活动强度较高的地区,优势景观为城市景观、农业景观,耕地率分别为79.28%,84.71%,77.00%。

利用ArcGIS 10.2软件,将1985—2000年、2000—2015年、1985—2015年3个时段的景观自然性变化值进行克里金插值,得到松嫩平原西部景观自然性动态变化图(图4)。

图4 1985-2015年松嫩平原西部景观自然性动态变化

研究区大部分区域景观自然性呈下降状态,仅少数区域景观自然性呈上升状态,这些区域集中在自然保护区及保护区附近地区。1985—2000年,景观自然性上升的地区主要集中在研究区中部的莫莫格国家级自然保护区,而景观自然性下降的地区主要有向海国家级自然保护区和齐齐哈尔中部地区。2000—2015年,景观自然性上升的地区主要为扎龙国家级自然保护区、莫莫格国家级自然保护区和松原部分地区,景观自然性下降的地区主要为齐齐哈尔南部地区。

1985—2015年,景观自然性上升的地区仅有扎龙国家级保护区及保护区以东、莫莫格国家级保护区、大庆南部地区、松原少数地区,其余地区均呈下降趋势,尤以齐齐哈尔中部及南部、白城西部及南部下降最快。

利用Geoda软件,距离阈值设为26 km,对1985年、2000年、2015年的景观自然性值进行全局Moran's I和局部空间自相关分析。3个时期的全局Moran's I指数分别为0.036 9,0.052 1,0.011 4,呈先上升后下降趋势。从空间分布上看,松嫩平原西部空间自相关结果的南北差距较大(图5)。高—高自相关类型主要集中在研究区北部,特别是扎龙国家级保护区及其周边区域,表明该保护区自然性值与周围区域自然性值都较高,空间差异性小,呈空间正相关。低—低自相关类型主要集中在研究区南部,表明研究区南部自然性值较低,空间差异性小,呈空间正相关。

图5 松嫩平原西部景观自然性空间分布

从数量上看,高—高自相关类型、低—低自相关类型均呈先增加,后减少的变化趋势(表3)。结合3个时期的克里金插值图可知,1985年景观自然性最高值出现在扎龙国家级自然保护区,随着莫莫格国家级自然保护区自然性的上升,2000年景观自然性最高值出现在莫莫格国家级自然保护区和扎龙国家级自然保护区两个区域,故这一时期高—高自相关类型的数量达到最高值,2015年景观自然性最高值仅出现在扎龙国家级自然保护区,故高—高自相关类型的数量相应降低。1985—2000年期间,研究区北部大部分地区景观自然性均呈下降状态,低—低自相关类型的数量随之上升,而2000—2015年期间,随着松原市长岭县等地景观自然性值的上升,低—低自关类型数量也随之减少。低—高自相关类型呈逐年增加趋势,高—低自相关类型呈逐年减少趋势。无空间自相关类型呈先减少、后增加趋势。

表3 1985-2015年研究区局部空间自相关类型统计