新疆和田河流域1990—2015年景觀 動態變化研究*

(河南省豫北水利勘測設計院新疆分院，新疆 烏魯木齊 830052)

土地利用/覆被變化記錄了人類對土地的利用和改造狀況，反映了區域景觀時空動態變化的過程。因此，土地利用/覆被變化與景觀格局研究密不可分。景觀斑塊的類型、形狀、大小、數量和空間組合是景觀功能質量的差異、各種干擾因素互作用的結果，影響著整個區域的生態過程和邊界效應。近年來，對于景觀動態變化的研究較多，但關于新疆和田河流域近20年景觀動態變化的研究鮮有報道。近幾十年來，尤其是進入21世紀以來，隨著人口的增加和區域經濟發展，和田河流域內LUCC及其景觀生態效應變化均十分顯著，系統分析流域近20余年景觀動態變化，對于流域生態環境評價與保護、水資源可持續利用意義重大。

1 研究區概況

和田河是昆侖山北坡的第二大河流，由南向北流入塔里木盆地，穿越塔克拉瑪干大沙漠，最后匯入塔里木河，是目前唯一穿越塔克拉瑪干沙漠的河流。和田河流域東鄰克里雅河流域，南以昆侖山、喀喇昆侖山為界，西與葉爾羌河流域接壤，北接塔克拉瑪干沙漠。流域冬季干燥寒冷，夏季高溫少雨，多年平均氣溫12.2℃，年浮塵天氣200d。和田河兩大支流玉龍喀什河與喀拉喀什河，分別發源于昆侖山和喀喇昆侖山北坡，在闊什拉什匯合后，匯入塔里木河干流。和田河徑流組成以冰川融水及地下水為主，年際變化平穩，年內分配不均勻，主要集中在每年7—9月。

和田河流域行政區劃上包括和田市、墨玉縣、和田縣、洛浦縣及新疆生產建設兵團第十四師主要團場。截止到2016年底，流域總人口244.98萬，其中少數民族人口237.26萬。流域地區生產總值236.33億元，三次產業結構為27.3∶15.4∶57.3。

2 數據來源與處理

2.1 數據來源

來自新疆和田河流域Landsat-T影像數據和中巴資源衛星數據，成像時間為1990年、2000年、2010年與2015年的7—9月，圖像分辨率為30m，每景覆蓋度范圍185km×185km。

2.2 數據處理

利用ENVI軟件對兩期影像作配準和幾何校正，幾何校正誤差在0.5個像元內。考慮到衛星影像監測的可操作性及研究區的區域特點，將研究區的土地利用類型劃分為4個：耕地、林地、草地與水域。

2.3 景觀格局分析與統計

景觀指數能夠濃縮景觀格局信息，有總體指數和要素指數2個層次。本文借助ArcGIS和Fragstats3.3軟件，計算和田河流域土地利用景觀指數，在景觀類型上取斑塊個數(NP)、最大斑塊指數(LPI)、面積加權平均形狀指數(AWMSI)、散布與并列指數(IJI)與聚集度指數(AI)作為評價指標。其中：NP表示景觀類型的斑塊總數，其大小與景觀破碎度有較好相關性；LPI表示某景觀類型中最大斑塊面積與該景觀類型總面積的比值，其大小決定著景觀中的優勢景觀類型；AWMSI表示某斑塊類型中各斑塊的周長與面積比乘以各自的面積權重之后的和，其值越大說明斑塊形狀越復雜、越不規則；IJI表示景觀分散和相互混雜的信息，該值小，表明此斑塊類型僅與少數景觀類型相鄰接；AI反映景觀中不同斑塊類型的非隨機性與聚集程度，其值越大表示景觀類型越集中。

在整體景觀上選取斑塊個數(NP)、最大斑塊指數(LPI)、景觀形狀指數(LSI)、面積加權平均形狀指數(AWMSI)、分離度指數(split)、散布與并列指數(IJI)、香農多樣性指數(SHDI)與香農均度指數(SHEI)作為評價指標。其中：LSI表示某一景觀類型整體復雜性，其值與破碎化程度成正比；split表示某一景觀類型中不同斑塊數個體分布的分離度，其值越大表示景觀越破碎；SHDI可反映景觀異質性，特別對景觀中各斑塊類型非均衡分布狀況較為敏感，SHDI為0表明整個景觀僅由一個斑塊組成，SHDI增大表明斑塊類型增加或各斑塊類型在景觀中呈均衡化趨勢分布；SHEI等于香農多樣性指數除以給定景觀豐度下的最大可能多樣性，SHEI為0表明景觀無多樣性。SHEI為1表明景觀具有最大多樣性；其它指標含義同上。

3 結果分析

3.1 流域整體景觀變化

利用ArcGIS和Fragstats3.3軟件，分別提取和田河流域1990年、2000年、2010年與2015年相關遙感影像數據，并通過計算得到該流域不同時期土地利用NP、AWMSI、split、IJI、SHDI與SHEI 6項景觀評價指標具體值，進而得到流域整體景觀變化情況(見表1)。

表1 和田河流域1990—2015年整體景觀指數變化

從表1可以看出，研究區整體景觀的變化，流域1990—2015年間斑塊數目增加了4.27%，說明在研究時段內整體景觀趨于破碎化。面積平均形狀指數不斷降低，2015年比1990年減少了1.29%，說明景觀形狀變得簡單；分散與并列指數總體上呈增加趨勢，說明各景觀類型的相互關系更為復雜；景觀多樣性指數和均勻性指數呈先增后減再增加趨勢，總體呈增加態勢，表明研究區受到人類活動干擾程度較強，導致了景觀的破碎化，使土地產生鑲嵌、分割、破碎等空間過程。

3.2 流域不同土地利用類型景觀動態變化

同理，利用ArcGIS和Fragstats3.3軟件，分別提取和田河流域1990年、2000年、2010年與2015年耕地、林地、草地與水域4種土地利用類型的遙感影像數據，并通過計算得到該流域不同時期、不同土地利用類型的NP、AI、LPI、LSI與IJI 5項景觀評價指標具體值(見表2)，進而得到和田流域不同土地利用類型1990—2015年間景觀變化情況。

表2 和田河流域1990—2015年不同土地利用類型 景觀指數變化

3.2.1 耕地景觀動態變化分析

從表2可以看出，1990—2000年間，流域耕地斑塊個數不變，最大斑塊指數增大了9.10%，聚集度指數、景觀形狀指數和散布與并列分別減少了1.57%、35.04%和3.78%，耕地面積在1990—2000年增加了18.14%，耕地面積增加，其LPI值不斷增加，聚集度有所下降，形狀趨于規則，與其他景觀類型之間的聯系減弱。而在2000—2015年間，耕地斑塊數、聚集度指數、最大斑塊指數、景觀形狀指數均呈不斷減少趨勢，分別減少了68.15%、7.25%、62.5%和2.99%；散布與并列指數增加了19.62%，這表明在2000—2015年，研究區耕地景觀優勢度下降，斑塊趨于破碎化，但與其他景觀類型之間聯系增強，這可能是由于2000年后和田河流域大面積種植核桃、紅棗等經濟林，使原有耕地面積轉為林地面積，因此耕地面積減少，景觀優勢度下降，斑塊趨于破碎化，而由于原有耕地上套種了經濟林，使耕地與其他景觀類型的聯系加強。就整體而言，耕地斑塊數、聚集度指數、最大斑塊指數、景觀形狀指數分別減少了68.15%、8.7%、28.37%和36.98%；散布與并列指數增加了15.1%，表明1990—2015年和田河流域耕地景觀破碎化、景觀優勢度下降，景觀形狀趨于規則，但與其他景觀類型之間的聯系有所加強。

3.2.2 林地景觀動態變化分析

在1990—2000年，林地斑塊數和散布與并列指數分別增大了3.33%和2.09%；聚集度指數和景觀形狀指數分別減少了0.02%和0.64%，表明在1990—2000年，林地景觀破碎化，形狀趨于簡單，與其他景觀類型之間的連通性加強。這可能是由于在1990—2000年間流域林地部分面積被沙地和耕地占用，導致其景觀破碎。2000—2015年，林地斑塊數、聚集度指數、最大斑塊指數、景觀形狀指數、散布與并列指數均呈增加趨勢，分別增加5.65%、0.12%、3.07%、22.76%和44.9%，說明在2000—2015年，林地景觀優勢度增強，斑塊分布趨于集中，景觀形狀趨于復雜，與其他景觀類型之間的聯系加強，這可能是由于在2000—2015年流域其他林地面積不斷增加，使得林地在空間分布上趨于集中，優勢度增強。就整個時段而言，流域林地斑塊數、聚集度指數、最大斑塊指數、景觀形狀指數、散布與并列指數分別增大了9.17%、0.10%、3.07%、21.98%、47.93%，表明在1990—2015年林地景觀優勢度增強，斑塊分布趨于集中，景觀形狀趨于復雜，與其他景觀類型之間的聯系加強。

3.2.3 草地景觀動態變化分析

在1990—2015年，草地斑塊數呈先增加又略微減少趨勢，但總體上是增加的，共增加274.49%；最大斑塊指數呈先減后增趨勢，總體減少了90.37%，聚集度指數總體減少了20.42%，景觀形狀指數、散布與并列指數分別增加112.45%和41.9%，說明1990—2015年草地面積減少，景觀優勢度下降，斑塊趨于破碎化，景觀形狀趨于復雜，與其他景觀類型之間的聯系不斷加強。

3.2.4 水域濕地景觀動態變化分析

在1990—2000年，水域濕地的斑塊數增加640%，最大斑塊指數、景觀形狀指數、散布與并列指數分別增加50.82%、247.12%和41.88%，聚集度指數降低19.15%，說明1990—2000年水域濕地的景觀優勢度有所增加，形狀趨于復雜，與其他景觀類型之間的聯系增強，但其景觀呈破碎化的趨勢。2000—2015年間，水域濕地斑塊數增加4.73%，但聚集度指數、最大斑塊指數、散布與并列指數分別下降了1.15%、4.52%和2.11%，景觀形狀指數增加0.43%，這可能是由于2000—2015年水域濕地面積主要向沙地和草地轉移，導致面積減少，景觀優勢度下降，景觀趨于破碎。整體而言，研究區水域濕地斑塊數、最大斑塊指數、景觀形狀指數、散布與并列指數分別增加675%、44.01%、248.6%和38.89%；聚集度指數減少20.08%，表明在1990—2015年水域斑塊趨于破碎化、景觀形狀變得復雜，受到人類活動干擾程度較強，與其他景觀間的聯系增強。

4 結 語

本文借助GIS和RS技術，基于景觀生態學方法，利用新疆和田河流域1990年、2000年、2010年與2015年四期遙感影像數據，得出研究區近20多年來的景觀變化特點：流域耕地景觀破碎化、形狀趨于規則，但與其他景觀類型之間的聯系有所加強。林地景觀優勢度增強，斑塊分布趨于集中，景觀形狀趨于復雜，與其他景觀類型之間的聯系加強。草地景觀優勢度下降，斑塊趨于破碎化，但景觀形狀變得復雜，與其他景觀類型之間的聯系不斷加強。水域分布趨于分散，斑塊形狀復雜，景觀之間聯通性增強。就整體而言，流域整體景觀呈現破碎化，景觀多樣性和均勻性增加。