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研究人员为解决农村景观研究方法不统一问题,开展 VASA 方法研究,结果显示该方法可靠可比,意义重大。
在地球的 “画布” 上,土地利用的变化就像一支无形却有力的画笔,肆意地改变着陆地表面的模样。它影响着区域气候的变幻,关乎农业系统的可持续发展,还对生物多样性、水质、土壤肥力等生态系统服务产生着深远影响。随着人们对文化农村景观的关注日益增加,如何科学地监测其土地利用变化,成为了摆在研究者面前的一道难题。
以往的研究中,尽管众多学者通过分析地籍图、航拍照片、正射影像、卫星图像等资料,对不同年份的景观展开研究,但采用的方法却各不相同。这就好比用不同的尺子去衡量同一件事物,导致结果难以比较,无法清晰地把握不同景观的变化趋势。为了填补这一研究空白,来自意大利佛罗伦萨大学农业、食品、环境和林业科学技术系(DAGRI)的 Francesco Piras、Antonio Santoro 等研究人员,开展了关于历史与环境评估(VASA)方法的研究。该研究成果发表在《Landscape Ecology》上,为农村景观变迁的研究带来了新的曙光。
研究人员在开展此项研究时,主要运用了以下关键技术方法:一是借助地理信息系统(GIS)软件进行土地利用制图,通过对不同年份的航拍照片或正射影像进行详细的图像解译,获取土地利用地图和数据库;二是计算多种景观生态学指标,如夏普指数(Sharpe Index)、历史指数(HI)等,以此评估景观镶嵌结构的变化;三是通过对比不同年份的土地利用地图,分析景观动态变化,包括土地利用类型的转变、景观破碎化程度的改变等。
下面让我们深入了解一下具体的研究结果:
- 土地利用制图:此方法的首要步骤是进行详细的图像解译,以获取土地利用地图和数据库。在这个过程中,高分辨率的航拍照片或正射影像(分辨率至少 50cm)以及可靠详细的历史资料至关重要,这样才能精准地识别研究区域内的各种土地利用类型。同时,还需应用详细的图例和较小的最小制图单元(不超过 500m2),并进行实地调查,以验证和更新当前的土地利用地图12。
- 景观动态分析:完成至少两个不同年份的土地利用地图和数据库绘制后,研究人员对景观动态展开分析。他们利用 GIS 软件将两层地图叠加,创建新的图层,并根据土地利用的变化,将每个多边形归类为未改变、人为化、集约化、粗放化、森林化、造林、砍伐森林这七种动态类型之一。通过这种方式,能够清晰地定位研究区域内的土地利用变化,评估整体景观的完整性,识别主要的脆弱因素。在对意大利撒丁岛马尔米拉地区的研究中,发现该地区 1954 - 2024 年主要受粗放化(31%)和集约化(22%)影响,36% 的区域土地利用类型未发生变化38。
- 景观结构变化分析:计算特定的景观生态学指标,如土地利用类型数量(NLU)、斑块数量(NP)、平均斑块大小(MPS)、香农优势指数(Shannon Dominance Index)、希尔多样性指数(Hill’s Diversity Index)等,研究人员发现马尔米拉地区景观的斑块数量几乎翻倍,平均斑块大小减少约 50%,香农优势指数降低,希尔多样性指数增加,这表明该地区景观的破碎化和整体复杂性有所增加49。
- 夏普指数分析:通过计算夏普指数,研究人员发现 1954 - 2024 年,马尔米拉地区有树木的耕地和耕地的夏普指数为负值,表明其面积减少;而有规律间距的永久树作物的夏普指数为正值,面积有所增加。这意味着该地区正从典型的地中海农林景观向更专业化的农业景观转变510。
- 历史指数分析:计算历史指数发现,马尔米拉地区有树木的耕地消失风险最高,其次是草地、耕地、树木繁茂的牧场和树木繁茂的草地。而橄榄树行作为该地区的特色土地利用类型,历史指数较低,表明其消失风险较低。地形历史指数地图显示,该地区中部有许多斑块的土地利用类型与过去相同611。
- 线性景观特征分析:作为马尔米拉地区主要景观特征的橄榄树行,尽管其数量(-5%)和总长度(-1.7%)有所减少,但密度(2024 年为 79.3m/ha,1954 年为 80.7m/ha)变化不大,依然是重要的景观和生态特征,整体完整性良好712。
研究结论和讨论部分指出,VASA 方法可用于研究传统农业景观、半自然区域、城乡结合部等不同环境下的农村景观变化。与其他多时段分析方法相比,它能提供更可靠、可测量和可比的数据,包括土地利用特征、变化、景观镶嵌结构、线性和点状特征的变化、主要脆弱性以及景观趋势等。这一方法已在意大利多个地区以及其他国家的不同项目中得到应用,展现出了对不同时空尺度和环境社会经济背景的良好适应性,为景观保护和规划提供了重要的数据支持。然而,VASA 方法也存在一定的局限性,其有效性依赖于高质量的历史资料,如果历史资料质量不佳,可能会导致结果不准确。
总体而言,VASA 方法为农村景观变迁研究提供了一种标准化的有效途径,有助于深入了解景观变化的规律,为解决相关环境和社会经济问题提供科学依据,对推动景观可持续性科学(LSS)的发展具有重要意义。