基于景觀指數的景觀格局動態變化研究
——以西烏珠穆沁旗為例

美麗 阿拉騰圖婭 銀山 都瓦拉 玉山

（內蒙古師范大學地理科學學院 內蒙古 呼和浩特 010022；內蒙古師范大學內蒙古自治區遙感與地理信息重點實驗室 內蒙古 呼和浩特 010022；內蒙古自治區生態與農業氣象中心 內蒙古 呼和浩特 010051)

引言

景觀生態學已成為現代生態學中重要的學科之一[1]。景觀是一個區域，里面由許多斑塊組成，這表明景觀涉及到一個很大的概念，包括地形、結構、空間功能等多科生態系統綜合體[2]。景觀格局是指景觀的空間格局，即大小和形狀不一的景觀斑塊在景觀空間上的排列[3]。其研究的內容是景觀的結構、功能、變化與人類活動之間的相互作用，景觀結構基本要素是指斑塊——廊道——基底。因此景觀格局研究是景觀生態學中的基礎性核心研究領域之一[4]。

草原是北方最重要的綠色生態屏障[6]，是具有多種功能的特殊資源[5]。近幾年隨著社會經濟發展，烏珠穆沁草原開發利用礦產資源，為農牧民就業和增收拓寬了渠道[7]。但人為活動干擾加劇使草原景觀結構發生了改變。因此研究西烏珠穆沁旗景觀格局的變化，為今后合理保護生態環境與可持續發展提供科學依據。

一、研究區概況

西烏珠穆沁旗位于內蒙古林郭勒盟東南部，地勢由東南向西北傾斜，地理坐標為東經116°21′-119°23′，北緯43°52′-45°23′。西烏珠穆沁旗屬于中溫帶大陸性氣候，植被類型以典型草原為主。

二、數據處理與方法

（一）數據來源與處理

圖1.研究區地理位置

選取2005和 2011年的空間分辨率 30米的LandsatTM影像為數據源。利用ENVI5.1進行假彩色合成、鑲嵌、裁剪研究區，在ArcGIS10.1中對其進行人工目視解譯，將西烏珠穆沁旗分為草原、森林、沙地、鹽堿地、鄉間道路、公路、湖泊、工礦用地、河流、沼澤地、農田、居民用地等12種景觀類型。再將解譯的 shp文件轉換獲得 Grid柵格數據，計算其景觀格局指標。

（二）景觀格局指標

景觀格局指數能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結構組成和空間分布特征，它能準確地反映土地景觀變化的時空量化狀態[8]：

表1 景觀指數及描述

三、結果與分析

（一）景觀類型格局變化

西烏珠穆沁旗是內蒙古錫林郭勒草原的典型區域，草原作為該研究區的基底。草原景觀占主導優勢(表 2)，2005年草原景觀類型百分比為74.076%，面積達17457.68km2，2011年草原景觀面積17323.05km2，面積減少顯著。景觀斑塊個數被用來描述景觀的異質性，值的大小與景觀破碎度有很好的正相關。草原景觀的斑塊個數由 2005年的106個增加到175個，表明草原景觀斑塊破碎程度加劇，但草原景觀仍是主導景觀。森林景觀是西烏珠穆沁旗次要主導景觀2005年占總面積的14.005%，面積達3300.54 km2，2011年森林景觀面積為3032.99km2，占總面積的12.870%，森林面積減少，斑塊密度從2005年增加了0.0023，反映森林景觀破碎程度加大。環境資源斑塊沼澤地的面積比 2005年增加 114.62km2，斑塊密度指數也增加。西烏珠穆沁旗景觀格局變化顯著，干擾斑塊沙地景觀面積和斑塊個數顯著增加，2005年沙地景觀面積865.24 km2，2011年沙地景觀面積1055.00 km2。人為引入斑塊的景觀類型中，農田、居民用地、工礦用地景觀的面積和斑塊個數均顯著增加，農田、居民用地、工礦用地景觀斑塊個數分別由2005年的169、32、16增加到2011年的274、47、235個，其中農田和工礦用地面積2011年達到1135.76 km2和28.49 km2，表明西烏珠穆沁旗從 2005-2011年農業、工礦產業迅速發展。湖泊景觀2005年占總面積的0.326%到了2011年只占總面積的0.243%，面積顯著減少，原因可能是隨著經濟發展工礦開采越來越加劇，地下水位不斷下降，導致湖泊面積減少，但斑塊個數和斑塊密度增加表明湖泊景觀分布更加破碎。廊道——河流面積從2005年增加26.93km2。人為引入廊道——鄉間道路的變化較少，景觀類型百分比由2005年的0.062%減少為2011年的0.059%。人為引入廊道公路的面積、景觀類型百分比、斑塊個數和斑塊密度均呈顯著增加。

綜上所述，草原和森林景觀面積減少顯著，但草原仍是主導景觀，森林景觀還是次要主導景觀。沙地景觀面積和斑塊個數顯著增加。農田、居民用地、工礦用地景觀的面積和斑塊個數均顯著增加。湖泊景觀面積減少，河流景觀面積增加。鄉間道路的變化較少。公路的面積、景觀類型百分比、斑塊個數和斑塊密度均呈顯著增加。各景觀類型的斑塊密度都有所增加，表明各景觀類型的破碎程度和復雜性加劇。

表2.景觀類型格局指數比較(面積單位：km2)

圖2.2005-2011年景觀格局變化空間分布圖

（二）景觀異質性變化

香濃多樣性指數（SHDI）能反映景觀異質性[7]，SHDI=0表明整個景觀僅由一個斑塊組成；SHDI增大，說明斑塊類型增加或各斑塊類型在景觀中呈均勻分布。如圖4所示，2005年西烏珠穆沁旗景觀的香濃多樣性指數為0.9103，2011年的香濃多樣性指數為 0.9539，香濃多樣性指數( SHDI)增加，表明研究區內不同斑塊類型增多，各斑塊類型越來越均勻分布，景觀破碎程度增大。在景觀水平上，景觀結合度( COHESION)值在0-100之間，西烏珠穆沁旗景觀結合度( COHESION)有所下降，說明相同景觀類型之間連通性下降。2005年研究區的分離度指數( DIVISION）為0.7731，2011年分離度指數( DIVISION）為0.8012，表明人類干擾加劇使各斑塊分布的更加分散。近幾年來自然環境變化和人類活動干擾加劇，致使景觀類型比以往破碎程度更高，連通性下降，分布更加分散。

圖3.景觀異質性比較

圖4. 1990-2011年氣候因素變化圖

（三）景觀格局變化原因分析

1. 氣候因素

本文選取年均降雨量、年均蒸發量等氣候因子對景觀的影響進行分析，并將降雨量與蒸發量換算成干燥度指數 k即年蒸發量與年降雨量的比值。

根據圖4顯示，進入21世紀以來西烏珠穆沁旗的降雨量和蒸發量呈減少趨勢，干燥度系數比20世紀 90年代明顯降低。2005年干燥度系數( K=2.289) 遠大于2011年干燥度系(K=1.528)，上述分析可知：2005年氣候遠比2011干旱，湖泊河流面積仍在減少，2011年景觀格局變化遠大于2005年，總結得出氣候因素對西烏珠穆沁旗景觀指數變化和景觀格局變化影響不大。

2. 人為因素

看圖 5可知：西烏珠穆沁的年末總人口和工業產值總體呈增加趨勢，2005年年末總人口為7.2376萬人，到2011年增加到7.856萬人，人口數量迅速增加導致農田、居民用地增多。人口增加會導致所需的糧食產品增加，糧食主要來源于農田，農田面積呈增加的趨勢，2005年農田面積為91.69 km2，2011年的面積為135.76 km2(表2)。隨著社會經濟的發展，大范圍開采工礦、修建公路，工業產值從2005年的32896萬元增加到2011年612784萬元。2005年公路面積9.26 km2，2011年公路面積13.51 km2(表2)。上述人為活動使草原面積不斷減小的同時對景觀指數變化產生積極促進作用，并且對草原景觀的生態環境造成了嚴重破壞。

圖5. 2000-2012年工業產值和年末人口變化圖

四、結論

景觀類型：草原和森林景觀面積減少顯著，但草原仍是主導景觀，森林景觀還是次要主導景觀。農田、居民用地、工礦用地、公路景觀的面積和斑塊個數均顯著增加，表明人為干擾活動加劇。湖泊景觀面積減少，沙地景觀面積增加表明草原沙漠化嚴重。

景觀異質性：2005-2011年西烏珠穆沁旗景觀的香濃多樣性指數( SHDI)增加，景觀結合度( COHESION)有所下降，分離度指數( DIVISION）增加，各景觀斑塊越來越均勻分布，景觀破碎程度增大，連通性下降，分布更加分散。

景觀格局變化原因：氣候因素對西烏珠穆沁旗景觀格局變化影響不大，反而人為因素是造成景觀格局變化的主要原因，人口數量的增加，工礦產業的發展，使草原面積不斷減小的同時，鄉間道路、公路、工礦用地、農田和居民用地的斑塊越來越多，對草原地區的生態環境造成嚴重破壞。