流域景觀格局空間分異規律研究

王新功

（千陽縣水土保持工作站 陜西 千陽 721100）

1 引言

景觀格局是景觀生態學研究的核心內容和熱點問題之一，自20世紀80年代初期景觀生態學被引入中國以來，景觀格局得到了廣泛的研究和應用，景觀格局是指景觀的空間結構特征，是景觀組成單元的類型、數目及空間分布與配置，是景觀異質性在空間上的綜合表現。近年來，國內外學者關于區域景觀格局的大量研究表明，景觀格局對揭示區域生態環境有重要意義，同時也為后續的相關研究打下堅實的基礎。

楊峪河小流域是南水北調中線工程的水源保護地，屬全國水土流失重點治理流域，為確保京津唐地區水質安全，必須注重和保護水源地水質與生態環境。鑒于流域是一個完整的自然地理單元，流域內景觀格局是自然與人為因素長期綜合作用的結果，因而對流域景觀的研究，是揭示流域生態狀況、空間變異性特征以及與生態過程相關的區域資源環境問題的有效手段，研究小流域的景觀格局狀況，對流域綜合治理及生態環境保護具有重要的意義。

2 研究區概況

楊峪河上游小流域位于東經109°48′45″～109°52′30″，北緯 33°52′30″～33°55′00″，屬于丹江上游一支流，總面積54.691hm2，河谷地貌，海拔 1000m，相對高差100m（圖1）。年均氣溫12.8℃，年平均降水725.5mm，夏季降水314.1mm，占年降水量的43.3%，土壤為黃褐土，水土流失嚴重。植被分布在低山河谷，木本植物是天然的側柏林，人工油松林；草本植物是各種農作物以及雜草，糧食作物主要有玉米、小麥、大豆等。

3 研究方法

3.1 數據來源與處理

數據采用IKONOS遙感影像、1∶10000地形圖、DEM數據以及實測GPS數據。在ArcGIS9.3中，對掃描的1∶10000地形圖配準，DEM數據在ENVI4.7中進行幾何正射校正，再將IKONOS多光譜影像波段與全色波段進行融合，通過DEM數據利用ArcGIS9.3的水文分析模塊獲得的流域邊界矢量文件，在ENVI4.7中對遙感影像進行裁剪，采用直方圖均衡化方法對圖像進行增強處理，以抑制細小噪聲。將融合后的影像采用面向對象進行景觀類型分類，得到景觀要素分類圖（圖2）。

3.2 研究方法

根據流域景觀特征，采用國標《土地利用現狀分類》的二級分類體系，將流域土地利用分為耕地、園地、林地、草地、住宅用地、交通用地和未利用地7個一級和11個二級。

景觀空間格局指數包括景觀單元特征指數和景觀異質性指數。景觀單元特征指數是用于描述斑塊面積、周長和斑塊數等特征的指數。景觀異質性指數包括多樣性指數、鑲嵌度指數、距離指數及景觀碎化指數。應用這些指數定量地描述景觀格局，對不同景觀進行比較，研究其結構、功能和過程的異同。根據研究區的實際情況，選取11個指標，來反映研究區土地景觀類型（表1）。

4 結果分析

4.1 不同高程帶景觀類型分布

圖1 研究區位置示意圖

圖2 南溝小流域景觀類型分類圖

表1 不同高程景觀類型面積分布（hm2 ）

表2 不同高程景觀單元特征指數

表3 不同高程景觀異質性分布

圖3 南溝小流域景觀類型分布

圖4 不同高程帶的蔓延度指數和散布與并列指數

通過對南溝流域不同海拔高度景觀類型分析（表1）顯示：整個流域，坡耕地和喬木林地的面積較大，在820m～847m高程帶內，沒有裸地，荒草地占地面積最小，為0.02hm2；在847m～874m高程帶內，裸地面積最小，其它景觀類型分布較為均勻；在874m～901m高程帶內，景觀類型分布差異較大；在901m～928m高程帶內，交通用地面積最小，只有0.05hm2，其它景觀類型分布差異也較大；在928m～955m高程帶內，裸地和交通用地面積都較小。農村宅基地主要分布在海拔820m～928m范圍內，面積達到3.29hm2，交通用地主要分布在海拔820m～901m范圍內，面積達到0.91hm2，灌木林地和果園在整個景觀中分布較為均勻，荒草地在第1高程帶內分布面積最小，其他草地在874m～928m范圍內面積較大，達到 1.76hm2。

圖3可以看出，在流域內，坡耕地和喬木林地占整個流域景觀面積的比例較大，其次是灌木林地，其它景觀在整個流域內所占的比例都少于10%，坡耕地隨著海拔的升高，面積也逐漸增加，在901m～928m的海拔高度內，耕地面積比例達到了最大值，說明在此區域景觀類型主要以耕地為主；而喬木林地隨著海拔的降低，面積在逐漸增加，在820m～847m的海拔高度內，喬木林地面積比例達到了最大值，說明在此區域內景觀類型主要是喬木林地，其它景觀類型隨著海拔的變化，趨勢較為平穩，分布較均勻。

4.2 景觀空間格局隨高程的分異

斑塊密度（PD）描述景觀類型的破碎度，值越大，被破壞程度越嚴重，人為干擾越強烈。從表2可知，研究區中，海拔高度820m～928m范圍內農村宅基地和坡耕地的斑塊密度最高，表明此類景觀的被破壞程度最嚴重，同時也說明此類景觀受人類活動的干擾最為強烈。

最大斑塊指數（LPI）有助于確定景觀的模地或優勢類型等，其值的大小決定著景觀中的優勢種，內部的豐度等生態特征。由表3可見，在整個流域內，坡耕地和喬木林地的最大斑塊指數最大，說明此類景觀占主導地位。坡耕地的最大斑塊指數隨著高程變化趨勢為先降低后升高，在第901m～955m高程帶內最大，說明此高程帶內坡耕地占主導地位，屬于優勢種；海拔高度820m～901m范圍內喬木林地的最大斑塊指數最大，說明此范圍內喬木林是主要優勢類型。

景觀形狀指數（LSI）用來描述景觀的發育程度，由表3可見，景觀形狀指數在整個流域中隨高程變化趨勢是先升高后降低，海拔高度在874m～901m范圍內達到最大值，而且農村宅基地和交通用地主要分布在此高程帶內，這再次說明景觀在此高程帶內結構復 雜、形狀不規則，在此高程帶內，喬木林地的景觀形狀指數達到最大8.88，說明農村宅基地伴隨著喬木林地零星分布。隨著高程的增加，景觀類型趨向單一化，當高程超過901m的時，受到海拔高度的影響，林地和耕地是主要的景觀類型，其他類型景觀的分布面積已經很少了，景觀的形狀也由不規則趨向為規則形狀。

表3可見，香農均勻度指數（SHDI）變化是隨著高程的升高呈現平穩的趨勢，而且均勻度指數都大于0.5，優勢度相對較高，說明景觀中有明顯的優勢類型且各斑塊類型在景觀中均勻分布。分離度（F）隨著高程梯度呈現出先升高后降低的趨勢，在847m～874m的高程梯度上分離度最大，而且農村宅基地和交通用地主要分布在此高程梯度上，說明在該高程梯度上，各斑塊類型的離散程度越大，景觀在此高程帶內分布越分散。在901m～928m的高程帶內，分離度降至最低，大面積耕地集中分布在此高程帶內，因此，景觀在此高程范圍內分布較為集中。聚集度（RC）隨著高程梯度呈現出先降低后升高的趨勢，在847m～901m的高程梯度上聚集度最小，表明在該高程梯度上，景觀斑塊分布較為分散，當高程大于901m時，景觀聚合度也隨高程的升高而升高，表明景觀是由少數聚合的大斑塊構成的。

4.3 景觀空間關系分析

從圖4可以看出，蔓延度指數隨海拔的升高呈現先降后升的趨勢，在820m～847m高程段出現最大值58.47，在874m～901m高程段出現最小值51.21。相反，散布和并列指數呈現先升后降的趨勢，在874 m～901m高程段出現最大值81.41。這表明，在第1高程帶內某種優勢斑塊形成了良好的連接性，從表2可看出優勢斑塊為耕地，而耕地僅與少數幾個其他類型相鄰接，所以散布和并列指數較小，蔓延度最大。隨著海拔高度的升高，耕地的優勢減弱，各個景觀趨于均衡，形成各景觀要素的密集格局，景觀的破碎度較高。

5 結論

楊峪河上游南溝小流域，坡耕地和喬木林地占整個流域景觀面積的比例較大，耕地主要分布在流域上游，而林地和建設用地主要分布在流域中下游。從景觀整體看，在中下游區域景觀破碎度大，人為干擾強，景觀結構復雜，形狀不規則。

在流域中下游，聚集度、蔓延度指數較小，分離度和散布與并列指數較高，主要是因為中下游區域分布著大面積林地，伴隨著大量的建設用地，而且喬木林地成為該區域的優勢斑塊類型，表明景觀具有多種要素的密集格局；在流域上游地區，聚集度和蔓延指數隨著海拔的升高而增大，分離度和散布與并列指數降低，原因是上游地區分布著大面積的耕地，說明耕地形成了良好的連接性，連通性較大，耕地也成為該區域的優勢斑塊類型。陜西水利

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