基于RS與GIS的開都河流域景觀格局及其動態(tài)變化研究

摘要以開都河流域為研究區(qū)域，以LANDSAT TM遙感圖像為主要信息源，以ENVI遙感圖像處理軟件、Arcgis地信軟件和FRAGSTAT version3.3作為空間信息處理工具，采用景觀空間格局等指標(biāo)，對開都河流域景觀格局進行了研究。結(jié)果表明，1990～2010年，開都河流域景觀草地模地優(yōu)勢未發(fā)生改變，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境仍發(fā)揮著重要作用。人類活動雖有加劇趨勢，但由于其優(yōu)勢度值較低，加之區(qū)域整體人類開發(fā)水平仍處于較低的水平，故區(qū)域生態(tài)環(huán)境受人類干擾程度很小。

關(guān)鍵詞遙感；地理信息；景觀格局；開都河流域

中圖分類號S731.9文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00147-03

作者簡介巴音達拉（1981- ），男，新疆博樂人，工程師，碩士，從事水利水電規(guī)劃研究，Email：bydl@sina.cn。

收稿日期20131128景觀格局是復(fù)雜的物理、生物和社會因素相互作用的結(jié)果。對于某一區(qū)域景觀格局的研究是揭示該區(qū)域生態(tài)狀況及空間變異性特征的有效手段，還可以揭示與生態(tài)過程相關(guān)的區(qū)域資源環(huán)境問題。因此，對區(qū)域景觀空間格局的研究是揭示其生態(tài)狀況及空間變異的有效手段[1]。利用RS與GIS相結(jié)合的技術(shù)手段研究生態(tài)景觀格局及其動態(tài)變化，是地理信息科學(xué)的前沿領(lǐng)域，也是景觀生態(tài)學(xué)的重要方向[2]。它為研究景觀空間結(jié)構(gòu)和動態(tài)，尤其是物理、生物和各種人類活動過程之間的復(fù)雜關(guān)系，提供了一種有效的工具。筆者通過對開都河流域景觀格局（1990、2000和2010年數(shù)據(jù)）進行了動態(tài)分析研究，理清該區(qū)域內(nèi)流域結(jié)構(gòu)布局，以達到合理開發(fā)，涵養(yǎng)水源，保持水土，保護開都河流域生態(tài)環(huán)境的目的。

1研究區(qū)概況

開都河發(fā)源于天山南麓薩爾明烏拉山的依連哈比爾尕山，流經(jīng)和靜、焉耆、博湖三縣，注入博斯騰湖，流域總面積22 200 km2，河流全長640 km。流域地勢由西北向東南傾斜，河流多年平均年徑流量34.88億m3，多年平均流量為110.5 m3/s。開都河流域地處歐亞大陸腹地，中天山南麓，流域總體氣候特征為：北部山區(qū)氣候溫涼，熱量不足，空氣濕度相對較大，降水相對充沛，無霜期較短；南部平原熱量豐富，無霜期長，光照充足，降水稀少，空氣干燥。流域多年月平均氣溫8.7 ℃，多年平均降水量為106.4 mm，多年平均蒸發(fā)量（20 cm蒸發(fā)器）為1 723 mm，多年平均風(fēng)速為1.8 m/s。

研究區(qū)評價范圍以開都河中游河段兩側(cè)以河流分水嶺為界，包括阿仁薩很托亥水庫回水至第一分水樞紐之間的開都河，評價范圍內(nèi)開都河長170.3 km，評價區(qū)總面積5 694.28 km2。

2研究方法及途徑

2.1景觀源數(shù)據(jù)流域景觀的數(shù)據(jù)源采用美國1990、2000和2010年的LANDSAT TM數(shù)字圖像，時相為6～9月。

2.2數(shù)據(jù)處理

2.2.1圖像預(yù)處理。參考1995年新疆測繪局編制的新疆地圖集等資料，對TM影像進行圖像預(yù)處理，利用ENVI軟件完成大氣輻射校正、幾何精校正等工作，采用阿爾伯特等面積圓錐投影，保證了配準(zhǔn)時的剩余誤差在一個像元以內(nèi)，達到制圖精度的要求[3]。

2.2.2遙感圖像分類。在ENVI軟件中采用監(jiān)督分類中的最大似然法對遙感影像進行分類[4]，選擇對植被反映較敏感的4、3、2波段組合進行土地利用類型的分類。借助于Arcgis空間處理平臺，依據(jù)目視判讀和實際調(diào)查經(jīng)驗，結(jié)合谷歌地圖，進行分類圖像拓?fù)潢P(guān)系的建立。待檢查、修正后，最后形成研究區(qū)矢量化圖件。

2.2.3景觀類型劃分。景觀是由斑塊、廊道和模地等景觀要素組成的異質(zhì)性區(qū)域。其中，斑塊是一個在外觀上與周圍環(huán)境明顯不同的非線性地表區(qū)域，與周圍地區(qū)有不同的物種結(jié)構(gòu)和成分。廊道是指不同于兩側(cè)模地的狹長地帶，可以看做是一個線狀或帶狀的斑塊。廊道可以是一個孤立的帶，但經(jīng)常與有相似組分的斑塊（至少在一端）相連。模地是景觀中的背景地域，對景觀的動態(tài)起著主導(dǎo)作用。它是范圍廣泛、相對同質(zhì)的景觀元，是面積最大、連通性最強的景觀元素。景觀的結(jié)構(gòu)特征和空間格局是研究景觀功能動態(tài)的基礎(chǔ)，景觀格局及其變化是自然與人為因素相互作用所產(chǎn)生的一定區(qū)域生態(tài)環(huán)境體系的綜合反映[5]。通過對某一區(qū)域景觀格局的研究，可以揭示該區(qū)域生態(tài)狀況及其空間變異性等特征。此次研究參照國家《生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查分類規(guī)范》及《土地利用分類標(biāo)準(zhǔn)》，結(jié)合研究區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，以土地一級類標(biāo)準(zhǔn)將研究區(qū)土地類型劃分為草地、林地、水域、耕地、建設(shè)用地和其他用地，并做出3期景觀分類圖（圖1～3）。

3指標(biāo)計算與結(jié)果分析

3.1景觀指數(shù)的選擇景觀指數(shù)是生態(tài)學(xué)研究的常用方法，它是用來反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征的定量指標(biāo)[6]，能有效地反映研究區(qū)景觀的破碎化程度和多樣性變化[7]、整體變化情況。該研究根據(jù)項目區(qū)實際情況選取指標(biāo)，詳見表1。

3.2結(jié)果與分析

3.2.1開都河流域3期典型時期景觀格局與動態(tài)特征。由表2可知，開都河流域的景觀總面積為569 428 hm2，6類景觀類型的面積呈現(xiàn)出草地>水域>其他用地>林地>耕地>建設(shè)用地的特征。草地面積最大，占研究區(qū)景觀總面積的50.12%，表明開都河流域保持著以草地為基質(zhì)的景觀特征；水域面積占25.82%，是開都河流域次一級的優(yōu)勢景觀類型，多以高山雪山地類分布在開都河流域的東北部和南部；其他用地和林地面積分居第3、4位；耕地和建設(shè)用地的面積相對較小。

3.2.2開都河流域3期典型時期景觀優(yōu)勢度動態(tài)變化。由表2可知，在1990～2000年，對生態(tài)環(huán)境具有負(fù)面影響的耕地景觀和建設(shè)用地景觀的優(yōu)勢度值呈上升趨勢，耕地景觀優(yōu)勢度值從1990年的0.12%上升到2000年的0.51%，建設(shè)用地景觀從1990年的0.23%上升到2000年的0.28%；對本區(qū)自然生態(tài)體系質(zhì)量起動態(tài)控制作用的“模地”草地景觀優(yōu)勢度值略有上升，其優(yōu)勢度值從1990年的47.53%上升到2000年的50.91%；而對生態(tài)環(huán)境有較強調(diào)控能力的林地景觀優(yōu)

3.2.3開都河流域3期典型時期整體景觀特征與動態(tài)。開都河流域景觀總面積為569 428 hm2。在景觀級別上，3個典型時期的各個景觀指標(biāo)見表3。可以看出，不同時期景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)各有特點。

從斑塊密度的特征來看，斑塊總數(shù)20年間呈增加趨勢，增幅為38個；斑塊密度隨之上升，每公頃分布的斑塊數(shù)量由1990年的0.054 2上升為2010年的0.060 7。斑塊密度的增加，一方面反映了原有斑塊可能發(fā)生了破碎化；另一方面則反映了可能是其他景觀類型轉(zhuǎn)移數(shù)量的增加。與斑塊總數(shù)和密度的增加相對應(yīng)的是平均斑塊面積的減少，20年間減幅為203.04 hm2，這表明開都河流域景觀的破碎度趨于加劇。

從斑塊的形狀特征來看，開都河流域的面積加權(quán)平均形狀指數(shù)和面積加權(quán)平均斑塊分形指數(shù)都呈現(xiàn)出加大的變化趨勢。景觀形狀指數(shù)的變化對生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性等具有重要影響，它可以體現(xiàn)不同類型景觀斑塊的邊界特征，形狀指數(shù)越高，斑塊形狀越復(fù)雜。一般情況下，自然過程形成的斑塊常為不規(guī)則形狀，而人類影響下的斑塊則表現(xiàn)為較規(guī)則的幾何形狀[9-10]。

開都河流域景觀形狀指數(shù)的增大說明該地區(qū)的斑塊形狀在朝著規(guī)則化的方向發(fā)展，越來越有序，也表明了研究區(qū)受人類活動干擾的程度不大。從多樣性特征來看，香農(nóng)多樣性指標(biāo)和香農(nóng)均勻度指標(biāo)都呈減少趨勢，說明研究區(qū)的景觀破碎度減少，異質(zhì)性減緩，各類斑塊在景觀中分布趨勢呈不均衡化，這主要與林地、草地、其他用地面積的增加，水域面積的減少有關(guān)。

4結(jié)論

1990～2010年，開都河流域的草地、林地、其他用地面積增加，其優(yōu)勢度呈上升趨勢，耕地和建設(shè)用地優(yōu)勢度也持續(xù)增長，人類開發(fā)形式具有加劇趨勢，但其優(yōu)勢度值較低，且變化不大。從整體景觀特征來看，開都河流域的斑塊總數(shù)增加，平均斑塊大小減少，斑塊密度上升，說明研究區(qū)的景觀破碎度在加劇；景觀形狀指數(shù)變大，說明斑塊形狀朝復(fù)雜化、不規(guī)則化的方向發(fā)展；香農(nóng)多樣性指標(biāo)和香農(nóng)均勻度指標(biāo)減少，說明開都河流域景觀破碎度降低。

由此可見，開都河流域斑塊在景觀中的分布越發(fā)不均勻，水域等次優(yōu)勢斑塊類型的優(yōu)勢度在降低。但由于具有模地景觀地位的草地景觀始終占有明顯的優(yōu)勢，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境仍發(fā)揮著重要作用。區(qū)域雖有人類干擾加重趨勢，但由于區(qū)域整體人類開發(fā)水平仍較低，故區(qū)域生態(tài)環(huán)境受人類干擾程度很小。

參考文獻

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