景观格局演变及其驱动机制分析是地理学和景观生态学领域长期关注的热点问题^{[1, 2]}。目前国内外相关研究主要采用数量分析法(主要包括景观格局指数和景观动态变化模型)研究景观格局演变特征，景观格局指数是景观格局信息的高度概况，是反映景观结构组成、空间配置特征的量化指标，是景观格局研究的重要指标之一^[3]。国内一些学者^{[4, 5, 6, 7, 8, 9]}利用景观格局指数比较不同景观之间的结构特征，揭示了景观格局动态变化过程及其时空规律，如白军红等^[4]、邓伟等^[5]、黄来斌等^[6]和荣子容等^[7]利用景观格局指数分别对若尔盖高原高寒湿地、黄淮海地区湿地、雅砻江流域湿地和黄河三角洲湿地景观格局的演变进行了研究，均取得了较好的效果。通过比较不同时间段的区域景观格局指数，分析景观格局动态演变特征与趋势，已成为国内外学者普遍采用的研究方法^{[8, 9]}。国内外学者对区域内综合景观指数研究较多，但对景观指数的区域内差异研究相的对较少。

三江平原位于我国东北地区的东北部，是中国最大的以沼泽为主的湿地分布区。建国以来，三江平原一直是我国重要粮食生产基地，由于大规模农业开发，从20世纪50年代开始，三江平原景观开始受到人类活动较大干扰，20世纪60年代和80年代尤为明显，景观格局破碎化严重，由原来的湿地基质变为现在的农田基质，孤立湿地数量开始上升^[10]。本文以土地利用变化较为剧烈的三江平原为研究区域，以遥感影像为主要信息源，利用地理信息系统技术和数理统计方法，对1954—2010年三江平原土地利用景观格局动态变化及其驱动力进行分析，为三江平原土地利用及景观规划，以及湿地的保护和管理提供科学依据。

三江平原位于黑龙江省东部，总面积为10.89×10⁴km²，位于45°01′—48°19′N，130°13′—135°19′E(图 1)，包括佳木斯市、鹤岗市、双鸭山市、七台河市、鸡西市所属的21个县(市)和牡丹江市所属的穆棱县、哈尔滨市所属的依兰县。三江平原属温带湿润、半湿润大陆性季风气候区，年均气温2.5—3.6℃，10℃以上活动积温2 300—2 500℃，年降水量500—600mm。在三江冲积低平原和兴凯湖冲积、湖积低平原内，沼泽植被呈大面积分布。土壤主要有草甸土、白浆土、暗棕壤、沼泽土和黑土，土地的自然肥力较高。三江平原地势总趋势是西南高，东北低。

图 1 三江平原位置图 Fig. 1 Location map of the Sanjiang Plain

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2 005年三江平原总人口518.1万人，地区总产值为5.23×10⁶万元，三江平原的经济产值以农业经济为主，并且农业以种植业和牧业为主，林业和渔业比重相对较小。20世纪90年代中期，三江平原的粮食种植结构发生了较大变化，由种植大豆、小麦为主的农作物逐步向种植大豆、玉米和水稻为主转换，尤其是水田发展迅速。

三江平原土地利用数据源的时间范围是1954—2010年，共划分为6个时间段，分别是1954年、1976年、1986年、1995年、2000年和2010年。1954年数据根据1∶ 100000地形图获得；1976年采用MSS影像，分辨率为80m；1986年、1995年、2000年和2010年的数据源来自于Landsat TM遥感数据，分辨率为30m。为了减少分辨率对景观格局指数计算的影响，本文将各时期的遥感影像分辨率统一重采样为80m。

综合国内土地利用类型研究的成果^{[11, 12, 13]}，并结合三江平原景观形态特点，建立三江平原土地分类系统。具体将三江平原土地利用/土地覆被类型分为6种，包括：湿地(包括沼泽和滩涂)、林地、草地、水域(包括河流、湖泊和水库)、耕地和居住建设用地。

本文采用土地利用综合动态度来分析研究区内一定实际范围内某种土地利用类型变化的剧烈程度。土地利用综合动态度可表达为^[14]：

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式中,LC为研究时段内土地利用综合动态度；LU_i为测量开始时第i类土地利用类型的数量；△LU_i-j为测量时段内第i类土地利用类型转为非i类土地利用类型面积的绝对值；T为研究时段长。

本文从4个方面选取景观尺度水平的景观指数：(1)破碎度指标，表征景观格局的破碎程度，选用斑块密度(PD)，斑块密度越大，则斑块越小，碎化程度越高；(2)形状指标，表征景观格局的几何形状，选用周长面积比(PARA)，周长面积比的值越大，则表明景观斑块形状越不规则；(3)聚集度指标，表征景观格局的空间分布排列特征，本文选用景观分离度(DIVISION)，景观分离度即为相邻斑块出现不同属性的概率，概率值越大，景观聚集度越低；(4)多样性指标，表征景观格局组分，本文选用Simpson′s多样性指数(SIDI)，其值越大，表明景观斑块分布复杂，丰富度越高。各种景观指数模型的计算公式参见文献^[3]。

为了直观的分析三江平原1954—2010年6个时期景观指数的空间变化，运用网格分析法研究景观指数的区域内差异。具体操作是，首先运用ArcGIS9.3生成大小为50km×50km的网格，然后计算不同时期各网格的景观指数，并采用Kring插值对景观指数进行插值，得到不同时期三江平原景观指数的空间分布图。

利用ArcGIS9.3软件，统计三江平原1954—2010年6个时期的不同土地利用类型的面积(图 2)。

图 2 1954—2010年三江平原土地利用类型面积动态变化图 Fig. 2 The dynamic change of land use area from 1954 to 2010 in Sanjiang Plain

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由图 2可以看出，近60年三江平原耕地面积增加了48138 km²，比重由1954年的12.18%增加到2010年的56.43%，动态度为6.05%，呈持续增长的趋势，其中1954—1986年增幅较大，而1986—2010年增幅减少。居民和建设用地面积增长迅速，增加了1828km²，动态度为6.33%，是所有土地利用类型中动态度最大的。湿地面积呈持续减少的趋势，1954—2010年湿地面积减少了37291 km²，动态度为-1.48%，其中1954—1986年降幅较大，而1986—2010年降幅相对减少。近60年三江平原草地和林地面积总体呈减少的趋势，草地面积减少了11566 km²，比重由1954年的13.65%直线下降到2010年3.02%，减少幅度较大，动态度为-1.30%，林地面积共减少7204km²，但减少幅度不大，动态度为-0.31%。近60年水域面积增加了2280km²，动态度为1.09%，总体增幅不大，呈现出“减少—增加—再减少—再增加”的动态变化趋势。

三江平原不同时期土地利用综合动态度如图 3所示，呈先增加后减少再增加的“N”字型规律，最大值出现在1976—1986年，为1.47%，最小值出现在1986—1995年，为0.55%。

三江平原1954—2010年土地利用类型空间分布图如图 4所示。由图 4可以看出，1954—2010年三江平原的土地利用类型发生了显著变化，湿地、草 地和林地面积逐渐减少。湿地面积减少幅度较大的地区主要集中分布在三江平原的东北部和东南部。1954年草地主要分布在湿地和林地之间的过渡带，由于草地相对较易开发，致使草地面积丧失较大，2010年仅在沿河两岸剩余少量草地。林地丧失主要发生在研究区的东北部和中南部，但减少幅度相对较小。耕地、水域和居住建设用地逐渐增加，耕地主要由开垦湿地和草地而来，全区都有增加，主要分布在研究区的北部和东部。

图 3 1954—2010年三江平原土地利用综合动态度变化图 Fig. 3 The dynamic change of the comprehensive dynamic degree of land use from 1954 to 2010 in Sanjiang Plain

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利用Fragstats软件，计算每个时期每个网格的景观指数，并求算各网格景观指数的平均值，得到不同时期整个三江平原的景观指数(表 1)。

三江平原斑块密度、周长面积比、景观分离度和Simpson′s多样性指数都呈先上升后下降的趋势，最小值出现在2010年，斑块密度和周长面积比的最大值出现在1976年，景观分离度和Simpson′s多样性指数的最大值出现在1986年。

由表 1可以看出，1954—2010年三江平原斑块密度呈先上升后下降的趋势，其中1976年斑块密度最大，2010年斑块密度最小，说明1954—1976年三江平原景观破碎度呈上升趋势，并在1976年达到峰值，自1976年开始三江平原景观破碎度呈逐渐递减趋势，在2010年景观破碎化达到最小；1954—2010年三江平原周长面积比呈先增加后减少的趋势，在1976年达到最高值，其值为19.9157，最小值出现在2010年，其值为16.5570，表明三江平原景观形状和景观结构在1976年复杂性皆最高，自1976年开始 三江平原景观形状和结构逐渐趋于简单；1954—2 010年三江平原的景观分离度呈先上升后下降的趋势，在1986年达到最高值，其值为0.7506%，最小值出现在2010年，其值为0.6596%，说明三江平原1954—2010年景观聚集度先减少后增加；1954—1986年三江平原Simpson′s多样性指数呈上升后下降趋势，在1986年达到最高值为0.6017，说明1986年三江平原斑块类型最丰富，景观丰富度最高。1986—2010年Simpson′s多样性指数发生明显变化，呈下降的趋势，表明三江平原斑块类型逐渐趋于单一，景观丰富度降低。

总之，1954—2010年，斑块密度、周长面积比、景观分离度和Simpson′s多样性指数都在2010年达到最小值，最大值出现在1976年和1986年。说明1976年和1986年三江平原景观破碎度最大，景观形状和景观结构复杂，景观丰富度最高，景观聚集度较小，而2010年正向反。

图 4 三江平原1954—2010年土地利用类型空间分布图 Fig. 4 The spatial distribution of land use types from 1954 to 2010 in Sanjiang Plain

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对每个时期各个网格的斑块密度进行Kring插值，得到三江平原斑块密度的空间分布图(图 5)。

图 5 1954—2010年三江平原斑块密度的空间分布图 Fig. 5 The spatial distribution of the patch density from 1954 to 2010 in Sanjiang Plain

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由图 5可以看出，1954—2010年三江平原斑块密度的高值区由东北向西南转移，低值区由中部向东部转移。1954年和1976年斑块密度最高值出现在三江平原东北部，此时三江平原存在大面积湿地，土地利用类型单一，但东北部河流、草地、湿地相间分布，景观复杂程度较三江平原其它地区略高；1976—2010年，受国家政策的影响，景观破碎度的高值区出现在三江平原的西南和南部。

由图 6可以看出，斑块形状的变化与斑块密度相似，高值区由东北向西南转移，低值区由中部向东部转移。1954—2000年三江平原景观形状和结构较复杂的地区主要分布在研究区的东北部，此地区土地利用类型多为湿地，湿地斑块形状复杂。而自1976年开始，对湿地进行了大面积的开垦，将湿地开垦为农田，使研究区东北部景观的复杂性降低，至2010年南部形状复杂度超过东北部，成为三江平原斑块形状复杂性最高的地区。

由图 7可以看出，1954—2010年间，景观分离度指数呈现先聚集后分散的趋势。1954年景观分离度指数整体分布均匀，此时，三江平原以湿地和林地景观为主；1976—2000年景观分离度指数的高值出现 在研究区的东北和西南部，低值区主要出现在研究区的中部，湿地景观逐渐被农田替代；2000—2010年三江平原整体上分离度较低，研究区东北部的景观分离度明显下降，而研究区南部的景观分离度保持着较高水平。

图 6 1954—2010年三江平原周长面积比的空间分布图 Fig. 6 The spatial distribution of the perimeter area ratio from 1954 to 2010 in Sanjiang Plain

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1 954—2010年三江平原Simpson′s多样性指数的空间分布特征如图 8所示，景观多样性指数由中间高四周低格局，逐渐转变化为南部高北部低的格局。

由图 8可以看出，1954年三江平原西南部和中部部分地区斑块形状比较复杂，类型丰富多样。东北部和东部斑块类型丰富度不高，类型比较单一；1976年以后三江平原西部和南部斑块类型单一化范围逐渐缩小，景观丰富度逐渐增加，而东北部丰富度高值区的范围则呈先增加后减少的趋势，在1986年达到最高值；但受到国家政策影响，2000—2010年是三江平原土地开发的稳定期，景观丰富度整体有所下降，其分布格局逐渐转变化为南部高北部低的格局。

1 954—2010年三江平原的温度与降水量发生了明显变化，温度逐渐升高，降水量逐渐减少(表 2)，造成湿地、草地和林地的面积逐渐减少。同时气温的升高为水田的开发创造了有利条件，使三江平原水田面积大幅度增加。

以挠力河流域为例说明三江平原径流量变化，径流量整体呈下降趋势，且变化幅度较大，最大变幅出现在菜嘴子站^[15]。保安站、宝清站和菜嘴子站2009年的年径流总量分别是1.79、2.80和8.30亿m³，同1957年径流总量相比，分别减少了64.1%、76.3%和84.3%。水文因素也是导致湿地、草地和林地退化的一个主要原因。

图 7 1954—2010年三江平原景观分离度指数的空间分布图 Fig. 7 The spatial distribution of the landscape isolation index from 1954 to 2010 in Sanjiang Plain

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图 8 1954—2010年三江平原Simpson′s多样性指数的空间分布图 Fig. 8 The spatial distribution of the Simpson′s diversity index from 1954 to 2010 in Sanjiang Plain

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人为因素在三江平原土地利用景观格局变化过程中起到关键性作用，主要包括政策、人口、城市化进程、农场开发、保护区建立、法律法规等因素，在不同时期发挥主要作用的影响因素不同，其中政策因素起到了至关重要作用。

在特定的环境下，为了满足国家对粮食的需求，国家支持和鼓励开发北大荒^[16]，因此1955—1998年三江平原经历了4次开发高潮。这个时期共建立了52个国营农场，在开荒的同时还伴有大批农民、解放军转业官兵、知识青年的大量迁入，使三江平原人口密度由1949年的12.84人/ km²增加到2000年的78.39人/ km²，增加了5.09倍^[17]。4次大规模的土地开发利用均以开垦沼泽湿地为主，同时伴随着森林砍伐和水利工程建设。由于4次大规模的开发，以及人口的大幅度增加，使三江平原耕地和居住建设面积迅速增加，而湿地和林地面积迅速减少。

自1986年国家逐渐认识到湿地保护的重要性，国家先后颁布了若干法律、法规用于湿地保护，如1988年《水法》、1989年《环境保护法》、1991年《水土保持法》，1992年中国加入《湿地公约》更加重视对湿地保护。与此同时，国家这一时期还兴建了大批自然保护区，并在20世纪90年代提出退耕还林、还湿政策，用于保护林地和湿地，特别是2005年12月发布的《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》，第一次在国务院的文件中提出了“环境优先”，反映了中国环境政策发生了历史性转变^[16]，因此在国家政策的强制调控下，林地和湿地面积丧失速度减缓。

(1)1954—2010年三江平原耕地、水域和居住建设用地面积呈增长趋势，林地、草地和湿地面积呈减少趋势。土地利用综合动态度呈先增加后降低再增加的“N”字型规律，最大值出现在1976—1986年，最小值出现在1986—1995年。

(2)1954—2010年三江平原斑块密度、周长面积比、景观分离度和Simpson′s多样性指数都呈先上升后下降的趋势，最小值均出现在2010年，斑块密度和周长面积比的最大值出现在1976年，景观分离度和Simpson′s多样性指数的最大值出现在1986年。

(3)1954—2010年三江平原景观格局发生了明显变化：斑块密度和周长面积比的高值区由东北向西南转移，低值区由中部向东部转移；景观分离度指数呈现先聚集后分散的趋势；景观多样性指数由中间高四周低格局，逐渐转变化为南部高北部低的格局。

(4)受自然因素和人为因素的影响，三江平原土地利用景观格局发生了明显变化。三江平原的平均气温呈增加趋势，而降雨量和径流量呈下降趋势，均导致湿地和林地丧失；人为因素在三江平原土地利用景观格局变化过程中起到关键性作用，其中政策因素起到了至关重要作用。