1、小流域土地景观格局分析作者：王昭艳 饶志广 王秀珍 论文关键词:小流域;流域管理;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,运用遥感和地理信息技术,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
2、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环境。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发展战略提供科学依据。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 300500 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
3、季较短,无霜期长,平均为 250 d;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,总人口为 3 295 人,其中农业人口 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
4、作物的地块。2)已修成梯田的农地,包括菜地、自留地、经济作物地和苗圃。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
5、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 软件下进行统计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
6、比(),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):LSF/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 1.02.0,1.0 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,
7、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)/ 2100% (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=-mi=-SPilgSPi(2)式中:SPi 是景观类型 i 在景观中出现的概率,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
8、 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+SPilgSPi(3)式中:Hmax=lgm,表示最大多样性指数。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
9、为干扰有密切联系,其表达式为: Fr=(Nb-1 )/Nt100% (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、斑块的几何特征统计见表 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 1.21.5。
10、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。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
11、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地理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
12、)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环境资源的异质性,形成林-农-果复合型结构,可以增强流域生态经济系统的稳定性。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,1997,11(4):2227.2孙保平.北京市大兴县北臧乡景观格局及生态变化的研究.北京林业大学学报,1997,19(2):3541.3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,2
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