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淮河流域中游湿地景观格局指数变化分析
１５４６４安徽农业科学２０１１年
个层次水平上进行，即斑块水平指数、斑块类型水平指数以及景观水平指数。斑块水平上的指数包括与单个斑块面积、
形状、边界特征以及距其他斑块远近有关的一系列简单指
Ａｒｃｉｎｆｏ环境下进行栅格化处理。在Ｆｒａｇｓｔａｔ３．３下调入各时
期景观分布栅格数据，设置相关参数文件，选取所需要的景观指数进行分析计算。
２淮河中游湿地景观格局指数变化分析
数，它是其他水平景观指数技术的基础，本身对了解整个景
观结构不具有很大的解释价值旧Ｊ。因此，该研究对淮河流域中游湿地景观格局的研究中未计算这一水平上的景观指数。
由于主要是分析湿地景观格局指数变化，除了按土地利
用一级分类对淮河中游景观格局指数进行总体上的分析外，主要对湿地进行二级分类，然后基于二级湿地类型进行湿地景观格局指数变化分析。
２．１基于一级分类淮河流域中游景观格局指数分析对景
在斑块类型水平上，因同一类型往往包括许多斑块，计算其相关统计学特征亦很有意义。此外，景观水平上的景观多样
性指数和聚集度指数是对景观异质性的优质度量。
采用国际上最流行的景观空间格局分析软件包Ｆｒａｇｓｔａｔｓ
观格局指数的分析从两方面进行，首先对整个景观镶嵌体进
行景观格局指数分析，再进一步对各湿地景观类型景观格局指数变化规律进行详细分析。
进行景观格局指数的计算。Ｆｒａｇｓｔａｔｓ可以计算６０多种景观指数，由于几乎所有指数都是基于斑块面积和周长计算的，
必然存在一定的局限性。如许多指数间高度相关，同一指数
２．１．１景观镶嵌体景观格局指数分析。分析３个时期淮河
中游地区景观镶嵌体各景观格局指数（表１）。由于１９８０—２０００年景观格局比较稳定。相应地各景观格局指数变化也很
随尺度不同而变化，生态学意义模糊等。该研究在前人研究成果基础上，考虑格局指数独立性原则，以保证指数之间不
存在高度相关性，但不排除保留个别虽有一定相关性但意义
小，而１９５０～１９８０年变化大。２０世纪５０年代ＬＰＩ为整个研
究时期内的最大值，而ＮＰ、ＰＤ、ＳＨＤＩ和ＳＨＥＩ指数则为整个研究时期内的最小值，说明该时期组成景观镶嵌体的各景观
不明确的指数，并且在某一特定尺度上，尽可能选择生态学
意义明确的格局指数。经筛选确定了类型级别上的景观格
局指数表征模型，密度指标——斑块数（ＮＰ），斑块密度
斑块类型在整个景观镶嵌体中的面积分布极不均衡。ＬＰＩ、ＣＯＮＴＡＧ较大说明优势景观旱地面积占有绝对优势，占到研
究区总面积的８３．８ｌ％，它作为研究区的基质景观类型，在景观中呈现出较好的连通性，但从数值上看，ＣＯＮＴＡＧ值只有
（ＰＤ），面积指标——最大斑块所占景观面积比例（Ⅲ），斑
块分离度（ＳＰＬＩＴ）；分布构型指标一斑块结合度指数（ＣＯ－
ＨＥＳＩＯＮ），聚合度指数（ＡＩ）。景观级别水平上增加了分布构
型指标——蔓延度指数（ＣＯＮＴＡＧ），香农多样性指数（ＳＨ－
Ｄ１），香农均匀度指数（ＳＨＥＩ）。所有景观指数都由Ｆｒａｇｓｔａｔｓ
７８．９０７，说明旱地景观没有呈现良好的连接性，与其绝对优
势面积比例不一致。另外，ＣＯＨＥＳＩＯＮ和Ａｌ指数高说明景观中斑块之间的联系度、聚合度较高。ＳＨＤＩ、ＳＨＥＩ相对较小说明该时期淮河中游景观镶嵌体的多样性和空间异质性最低，ＮＰ、ＰＤ最小说明景观破碎化程度低，整体性最强。
３．３软件计算获得，各景观指标模型的计算公式及对应生态
学意义可参阅相关文献旧４１。
对解译得到的不同时期各景观分布的矢量空间数据在
表１基于一级分类的景观镶嵌体景观格局指数
Ｔａｂｌｅｌ
Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｄｅｘｅｓｏｆ
ｌａｎｄｓｃａｐｅⅡ如晤ａｊ俗ｂａｓｅｄ
ｐｒｉｍａｒｙｌａｎｄ
ｕｓｅｄａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ
１９８０年以后，各景观类型相对于２０世纪５０年代发生显
著变化，大量的旱地转化为水田和人居地，面积比例下降到５４．２６％，但旱地仍然为第一大景观类型。水田、人居地面积比例分别上升到２４．２ｌ％、１２．７６％，到２０００年时，三大景观类型面积比例分别是５３．２９％、２４．１６％、１３．３％。随着大量的旱地转化为其他的土地利用类型，景观斑块类型数量大量
可知研究期间水田景观的ＮＰ、ＰＤ指数增长，但ＰＤ指数值都
较小，说明景观破碎度虽然上升，但破碎度都不高。随着成
片的水田增加，不仅水田面积增长了，而且ＬＰＩ大幅上升、
ＳＰＬＩＴ大幅下降，说明水田景观虽然斑块数量增加，但以大斑
块增加为主，还有一些小斑块并人大斑块，大斑块比重增加，优势度明显上升。ＣＯＨＥＳＩＯＮ指数略有上升，Ａｌ指数略有下
增加，表现为ＮＰ、ＰＤ、ＳＨＤＩ、ＳＨＥＩ景观指数值大幅增长，差不多都增长了一倍，说明景观的破碎化程度明显增高，均匀度
增强，景观多样性、异质性也明显增强，整体性下降。ＬＰＩ、ＣＯＮＴＡＧ指数下降，到１９８０年分别只有２１．４０５、６４．０２９，到
降，水田景观联系度略有上升，聚集度略有下降，但总体水平都在９ｒ７以上，属于高水平。
与其他景观类型不同的是湿地景观的ＮＰ大幅度减少，由４６２３减少到１９８０年的１５８９，ＰＤ也由０．１４４下降到
２０００年时则只有２１．２２５和６３．８３６，说明随着旱地向其他土
地利用类型的转化，景观破碎度增加，旱地景观大斑块优势度进一步下降，景观的连接性也有所下降。ＣＯＨＥＳＩＯＮ、ＡＩ
０．０５０，说明湿地景观的破碎度下降，原因可能有３方面，一
是大量小湖泡、沟渠湿地的消失；二是两期数据解译精度的
差异，２０世纪５０年代用的是ｌ：１０万地形图，而１９８０、２０００年
用的是分辨率为３０ｍ的ＴＭ遥感影像；三是解译时人为因素
指数略有下降，但仍保持较高的数值，说明研究区景观的联
系性、聚合度仍然较高。
的影响。但ＬＰＩ下降，ＳＰＬＩＴ上升，说明并没有增加大斑块，
２．１．２单一湿地景观要素景观格局指数分析。该研究只分析天然湿地和人工湿地水田的景观格局指数变化。由表２
大斑块的优势度下降。ＣＯＨＥＳＩＯＮ指数略有下降，但都维持
在９９以上，说明湿地景观的联系性很高，这正体现了湿地的
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小流域土地景观格局分析
　　论文关键词:小流域;流域;土地景观;格局分析
　　论文摘要:景观空间格局分析是景观生态学研究的核心问题之一。依据景观生态学理论和研究方法,运用遥感和信息技术,对江西南丰的朱源小流域土地景观进行格局分析,并对山坡地和山谷地景观的多样性、优势度和破碎化指数进行比较。结果表明,坡耕地、乔木林地、间作地、果园、未利用地和荒地的平均斑块分维数较小,而水田、梯田农地、居民用地、灌木林地和水域的平均斑块分维数较高,斑块形状较为复杂。山坡地景观多样性低、优势度高、破碎化指数低;山谷地景观多样性高、优势度低、破碎化指数高。
　　小流域持续发展主要取决于土地能否维持高的生产力。土地生产力的维持与景观的结构、功能是密切相关的。小流域土地景观是由自然和人类经营斑块所组成的嵌块体。土地景观研究的重点是土地利用或土地覆盖类型,涉及自然与人为控制两种。本文在小尺度上分析了土地利用和景观格局,其目的是了解景观变化与人类经营活动和经营策略之间的关系,确定产生和控制水土流失的因子和机制,为合理制定小流域综合治理规划和可持续提供科学依据。
　　1　区域概况
　　朱源小流域位于赣中南丰县东坪乡境内,地貌类型以侵蚀构造的中、低山为主,海拔多为300~500 m。土壤主要以风化花岗岩、红沙岩、沙砾岩形成的水稻土、红壤土为主。小流域属中亚热季风区,气候温和、雨量充沛、四季分明、冬季较短,无霜期长,平均为250平均年气温15.6℃,极端最高温度39.8℃,极端最低温度一般为-7℃,年均降雨量1 700 mm。朱源小流域包括朱源、下堡、东坪村3个村委会,总为3 295人,其中人口3 110人,人口密度为149人/ km2,农业劳动力1 974人。
　　2　研究方法
　　2.1　斑块类型的划分
依据小流域土地利用现状和经营目的,将土地景观区域划分为二级系统。第一级,依据土地利用性质将其分为生产性用地和非生产性用地;第二级,对生产性用地,依据经营目的、外貌特征和经营种类划分为7种斑块类型: 1)有水源保证和灌溉设备的水田,主要包括种植水稻、莲藕等水生作物的地块。2)已修成梯田的农地,包括菜地、自留地、作物地和苗圃。3)还未修成梯田的坡耕地,多数为刚开垦的农地。4)林分郁闭度大于0.3的乔木林地,以乔木为主的纯林及乔灌混交的林地。5)林分郁闭度大于0.3的天然灌木林地。6)在蜜桔林(包括幼林和成熟林)内间种、套种经济作物的间作地。7)果园,主要种植品种有南丰蜜桔、黄花梨、桃、枇杷等。对非生产性用地划分为4种类型: 1)可开垦利用,种植作物的可利用地。2)居民居住用地、牲畜养殖场。3)天然形成或人工挖掘的水域,包括河流、水库、坑塘。4)暂时和永久难以利用的地区,主要是裸露基岩的山和石漠化土地。
　　2.2　景观评价基础数据的获取
　　以研究区域比例尺为1:10 000的土地利用现状图作为基本分析图件,依据所划分的11种斑块类型,以图斑为基本单位,利用GIS系统进行图件的数字化,绘制景观斑块类型图。从所形成的矢量数据库中提取景观类型的面积信息和周长信息,在Excel 2000软件下进行分析和景观评价指标的计算。
　　2.3　景观格局评价指标
　　2.3.1斑块大小与形状
　　斑块大小与形状是景观空间格局评价的主要参数,直接影响单位面积的生物量、生产力、养分储量以及物种组成和多样性。斑块大小以斑块面积表示。斑块形状,通过斑块边缘的总长度和平均长度以及斑块的形状指数来反映。斑块形状指数采用以下3种不同的方式测定:1 )斑块内缘比(η),以周长(L)与面积(S)比值来表示。2)形状系数(Sc),即某一斑块周长(L)与等面积圆周长之比值;比值为1,说明该斑块为圆形,值越大说明斑块周边长、面积小、形状越复杂或越扁长。3)分维数(F):L≈SF/2,通过lg(L/4)与lgS的回归求出回归曲线的斜率,分维数为该斜率的2倍。F值范围为1.0~2.0,1.0代表正方形斑块,2.0表示等面积下周边最复杂的斑块。
　　2.3.2　斑块密度与优势度
　　斑块密度(M)为某类斑块类型的总斑块数目与景观要素类型总斑块数目的比值。面积比例(SP)为某类斑块类型的总面积与景观要素类型总面积的比值。斑块优势度(D0)反映斑块在景观中的地位,优势度值越大,说明该类斑块在景观中的地位越重要,对景观的支配作用越大。计算公式如下:D0=(M+SP)/ 2×100% (1)
　　2.3.3　景观多样性(H)
　　景观多样性是指景观在结构、功能上的多样性,用以揭示景观的复杂程度。在景观多样性的测定中,借助信息论中关于不定性的研究方法,即在一个景观系统中,景观要素类型愈丰富,破碎化程度越高,其信息含量的不定性也就越大,按Shannon-Weaver公式计算出的指数也就越高。H=-Σmi=-ΣSPilgSPi(2)式中:SPi是景观类型i在景?中出现的概率,即景观类型i所占面积的比例;m为景观类型的数目。H值越大,表示景观多样性越大。
　　2.3.4　景观优势度(D)
　　优势度指数表示景观多样性与最大多样性的偏差。度量景观结构中一种或几种景观类型支配程度。优势度大,表明景观只受一个或少数几个类型所支配;优势度小,表示各种景观类型所占比例大致相当。D=Hmax+ΣSPilgSPi(3)式中:Hmax=lgm,表示最大多样性指数。[1]&&&&
　　2.3.5　景观均匀度指数(E)
　　景观均匀度指数(E)为景观多样性指数与最大多样性指数之比值。E=H/Hmax(4)式中:H为多样性指数;Hmax为其最大值。当E趋于1时,景观缀块分布的均匀程度趋于最大。
　　2.3.6　景观破碎化指数(Fr)
　　景观破碎化指数表明景观被分割的破碎程度。在小流域景观中,景观的破碎化程度与人为干扰有密切联系,其表达式为: Fr=〔(Nb-1 )/Nt〕×100% (5)式中:Nb为景观类型中各类斑块的总数;Nt为景观中最大可能网格总数。
　　3　结果分析
　　3.1　土地利用与景观特征分析
　　土地利用类型、斑块的几何特征见表1,2。不难看出,难利用地、乔木林地和水田是该小流域的基质。在各类土地利用类型中,梯田农地和坡耕地的平均斑块面积最小,且斑块数量大。难利用地的平均斑块面积最大,其次为乔木林地、水田、居民用地、灌木林地。
　　3.2　景观形状分析
　　平均形状系数是对周长敏感的形状指数,反映斑块边界的复杂程度,斑块形状特征、斑块类型优势度见表3。由表3可知,各斑块类型形状系数均在1.2~1.5。由于水域的形状为狭长型,且边缘较复杂,从而导致具有较大的形状系数。
　　分维分析的结果表明,水田、梯田农地、居民
用地、灌木林地和水域的平均斑块分维数较高,在1.28以上,这些景观类型大多分布于山谷和沟谷地中,斑块形状取决于自然地貌的平面形态。坡耕地、乔木林地、间作地、果园、未利用地和荒地的平均斑块分维数较小,&1.24,表明斑块形状简单,这些景观类型大都位于山坡和山顶。&&&[2]&&&
　　3.3　山坡地与山谷地景观破碎化、多样性及优势度的比较分析
　　景观的破碎化是指由于自然和人为因素的干扰,导致景观由简单趋向复杂的过程。该小流域主要受人为因素的干扰,景观多样性大小取决于斑块类型数量多少以及各类斑块类型所占比例的均衡性。
　　在该小流域选取了等面积的山坡地和山谷地的研究结果(见表4),山坡地景观多样性低、优势度高和破碎化指数低;山谷地景观多样性高、优势度低和破碎化指数高。根据景观生态学中连接性和网络结构原理,以及景观结构对坡面径流和水土流失的影响,在山坡地上,要逐渐增加景观类型,提高景观多样性。特别是在一些地形转换线周围,也是水土流失类型由溅蚀、片蚀到细沟侵蚀,浅沟侵蚀和重力侵蚀的转换地带,应植树造林,增加地表覆盖,有效地控制土壤侵蚀保持水土。
　　4　结论与建议
　　1)小流域的土地景观格局是自然和人类活动干扰的结果。小流域综合治理要通过调整土地利用格局,合理安排农、林、牧各业的生产用地,达到减少径流和保持土壤的目的。2)调整小流域土地景观格局,提高景观类型的多样性,在空间上建立多层次的结构能充分利用资源的异质性,形成林-农-果复合型结构,可以增强流域生态系统的稳定性。3)在土地的利用上,正确地解决眼前利益和长远利益的关系,注重景观的结构和功能,对提高景观的异质性和多样性,促进小流域的持续发展具有重要的现实意义。
[参考文献]
[1]包晓斌.晋西昕水河流域生态经济型防护林体系景观格局动态分析.干旱区资源与环境,):22~27.
[2]孙保平.北京市大兴县北臧乡景观格局及生态变化的研究.北京大学学报,):35~41.
[3]刘俊平.城市绿地景观格局及其生态建设对策的探讨.内蒙古科技与经济,~11.
[4]孟庆华.景观格局与土壤养分流动.水土保持学报,):116~117 .
[5]周再知.乡村土地利用与景观格局动态变化研究.南京林业大学学报,):599~605.
[6]傅伯杰.黄土区景观空间格局分析.生态学报,):114~120.
[7]王仰麟.农业景观格局与过程研究进展.环境科学进展,):29~34.
[8]宇振荣.江汉平原农业景观格局及生物多样性研究:以两个村为例.资源科学,):19~23.
[9]赵淑清.洪湖湖区土地利用/土地覆盖时空格局研究.应用生态学报,):721~725.
[10]李阳明.浙江临安森林景观格局空间格局分析.生态学报,):71~74.
[11]傅伯杰.景观生态学原理及应用.北京:科学出版社,2001.
[12]邬建国.景观生态学―――格局、过程、尺度与等级.北京:高等出版社,2000.
[13]肖笃宁.景观生态学理论、方法及应用.北京:中国林业出版社,1991.&&&&[3]&--博才网
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