王家溝流域水土保持措施景觀結構特征研究

趙芹珍

(山西省水土保持科學研究所)

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區自然概況

呂梁市離石區王家溝流域,為黃河一級支流三川河流域一級支溝,地處東經 111°09′,北緯 37°33′。流域面積 9.1 km2,海拔高程 950-1320 m,地表被第四紀黃土所覆蓋,主要土壤類型為黃綿土和栗褐土。流域內梁峁交錯,溝壑縱橫,呈典型的黃土丘陵溝壑區地貌景觀。據多年實測,年均降水量506.5 mm,汛期(5-9月)平均降雨量 368 mm,占年降水量的 72.5%,雨型多屬暴雨。年平均氣溫8.9℃,極端最高氣溫 38.9℃,極端最低氣溫-27.2℃,≥10℃的積溫 3300℃,年日照時數為2592.2 h,無霜期 160-200 d,年均風速 1.3 m/s。流域人口密度 178人 /km2。

1.2 景觀類型的劃分

依據流域不同時期水土保持措施實施狀況劃分為 9種景觀類型,分別為坡式梯田、人工梯田、機修梯田、溝坪地、階地、壩地、喬木林、灌木林和草地。

1.3 景觀格局分析的數量方法

從景觀數量結構和景觀形態結構兩個方面選取具有生態學意義的常用指數,研究流域水土保持措施景觀格局的變化特征。景觀數量結構是指某個區域包含的土地利用類型及它們各占多少面積比例,研究指標主要有景觀比例,即各種土地利用景觀覆蓋面積占樣區總面積的百分比;景觀形態結構是指土地利用的不同景觀與其他組成單元的類型、數目以及空間分布與配置,研究指標有多樣性指數、優勢度指數、均勻度指數、豐富度指數等。

1.4 景觀格局指標的計算

各指標的計算公式如下。

景觀比例 (Ki): Ki=ai/A×100%

景觀均勻度指數(E): E=H/Hmax

景觀豐富度指數(R): R=m,Rr=m/Mmax

式中,A為區域或樣區所有景觀類型的總面積;ai為景觀類型 i的總面積;Pi為景觀類型 i在景觀中的面積比例;i=1,2,3,…,m,為景觀類型數目;Hmax為完全均勻情況下的景觀多樣性;Mmax是景觀類型數的最大值。

2 水土保持措施景觀數量特征

景觀數量結構描繪的是區域土地資源的質量特征,在此,應用景觀比例(Ki)來表述王家溝流域不同年代水土保持措施配置的數量結構特征,計算結果見表 1。從表 1中可知,不同時期水土保持措施景觀比例存在差異和變化,1959年以喬木林與人工梯田為主要方式,所占比例分別為 33.829%和48.002%;1978年以喬木林、機修梯田為主要方式,所占比例分別為 33.213%和 21.565%;1986年以喬木林與機修梯田為主要方式,所占比例分別為40.709%和 22.508%;1990年與 1994年以喬木林、機修梯田、灌木林為主要方式。從圖 1中也可直觀看出,王家溝流域水土保持措施景觀比較豐富,面積差異也相當懸殊,其中機修梯田和喬木林始終是流域內兩大主要水土保持措施景觀。從 20世紀 80年代開始,機修梯田、喬木林、人工梯田面積迅速增加,90年代后灌木林也成為主要的治理措施,而人工梯田面積銳減;坡式梯田、溝坪地轉化為其他利用方式,面積減少為 0。不同年代的數據,反映了王家溝流域在綜合治理的漫長過程中水土保持措施景觀結構逐漸走向協調與合理,呈現出以梯田和林地為基質的生態景觀。

表1 水土保持措施景觀類型面積比例變化

3 水土保持措施景觀形態特征

3.1 景觀多樣性(H)

景觀多樣性是一個區域或樣區內土地利用類型的多樣化程度,是度量土地利用方式豐富程度和復雜性的重要指標,反映景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化。當景觀由單一要素構成時,景觀是均值的,其多樣性指數為 0;由兩個以上的要素構成的景觀,各景觀所占比例相等時景觀多樣性最高,各景觀類型所占比例差異增大,則景觀的多樣性下降。由圖 2(a)可知,王家溝流域 1978年水土保持措施景觀格局多樣性指數最高,1959多樣性指數最低,距離最大多樣性指數值差距較大;1986年、1990年、1994年多樣性指數值相對較高且差異不大,表現出 1986年以后流域水土保持措施配置趨向一個平穩的狀態。總體而言,王家溝流域水土保持措施景觀格局分布趨于復雜化,不同治理時期土地結構調整取得較大進展,而不同年代多樣性指數與最大多樣性指數之間存在較大的差距,水土保持措施景觀格局仍有一定的調整空間。

3.2 景觀優勢度(D)

優勢度是區域內一種或幾種土地利用景觀類型支配該區域土地利用類型的程度,度量景觀結構中景觀由少數幾個主要景觀類型控制的程度,用于表示景觀多樣性與最大多樣性的偏差,是對景觀多樣結構和動態水平更為透徹說明的指標。優勢度值越大,偏離程度越大,一種或少數景觀類型在整個景觀中地位越重要,對景觀的支配作用越大;優勢度小,表明偏離程度小,各種景觀類型所占比例相對均勻,結構趨于合理化;優勢度為 0,表示有一種景觀類型組成,景觀完全均質。由圖 2(b)可知,1959年優勢度 D值最大,說明組成景觀的各類型所占比例差異較大,少數措施面積占優勢,一種或少數景觀類型在整個景觀中處于支配地位,水土保持措施集中單一,結構不合理,主要以喬木林為主;1978年優勢度 D值最小,且顯著低于其他年份,表明這一時期流域綜合治理走向多元化,水土保持措施均勻多樣,各類型景觀所占比例差異較小;1986年、1990年以及 1994年優勢度 D值較高且數值差異不大,說明這一時期水土保持措施景觀面積比例相對均勻,水土保持措施配置結構合理。

圖1 水土保持措施景觀類型面積變化

3.3 景觀均勻度(E)

均勻度指數反映景觀中各元素的分配情況,其值越大,表明景觀各組成成分分配越均勻,當 E趨于 1時,景觀分布的均勻程度趨于最大。由圖 2(c)可知,1978年均勻度指數值最高,各類型景觀面積趨向均勻,面積比例差異減小,景觀格局整體優化;1959年、1986年均勻度指數值較低,景觀類型分布不均勻;從 1959年至 1990年均勻度指數值變化較大,體現了流域綜合治理的發展歷史及水土保持措施景觀類型的變化與差異,1990年、1994年均勻度指數趨于平穩,不同景觀類型面積之間的差值進一步縮小。

圖2 王家溝流域水土保持措施景觀格局指數特征及其變化

3.4 景觀豐富度(R)

豐富度指數 R是指區域內景觀要素的數目,反映景觀的豐富程度。在比較不同景觀時,常采用相對豐富度(Rr)指數,即一定景觀內出現的景觀要素類別占區域內可能出現的景觀類別數的比例。由圖2(d)可知,1987年流域治理措施配置的豐富度指數值最高,1959年豐富度指數值最低,1986年以后豐富度指數值變幅為 0。

4 結語

景觀是一個由不同土地單元鑲嵌而成,具有獨立的功能特征和明顯的視覺效果的有機復雜系統,小流域土地景觀格局是自然地理和人類活動干擾的結果。通過調整土地利用結構進行綜合治理,合理安排農、林、牧各業的生產用地,從而構建新的景觀格局,在空間上建立多層次結構提高流域景觀異質性和多樣性,充分利用流域環境資源,形成林 -農 -果復合型結構,增強流域生態經濟系統的穩定性。在流域綜合治理過程中,正確地解決眼前利益和長遠利益的關系,注重景觀生態功能,創造出優于原有的景觀生態系統的經濟、社會和生態效益,對促進流域可持續發展具有重要的現實意義。

[1]傅伯杰.景觀生態學原理及應用[M].北京:科學出版社,2001.

[2]鄔建國.景觀生態學——格局、過程、尺度與等級[M].北京:高等教育出版社,2000.

[3]肖篤寧.景觀生態學理論、方法及應用[M].北京:中國林業出版社,1991.