水土保持彈性景觀功能與景觀異質性關系研究

楊峰 吳卿 何洪名

摘 要：異質性是景觀生態系統的基本特征，是影響生態系統穩定與景觀生態功能的重要因素。水土保持彈性景觀功能是水土保持與景觀生態研究的新領域，分析景觀異質性與水土保持彈性景觀功能之間的關系，可為景觀生態保護與水土保持規劃提供依據。以出山店水庫大壩以上至92 m水位庫區尾水上游第一條流域面積大于100 km2的支流為研究區，基于3S技術進行人機交互解譯并進行現場調查，獲得研究區耕地、林地、草地、建設用地、水域和未利用地等6類景觀要素圖斑16 686個，進而分析斑塊平均面積Ai、景觀優勢度Di、景觀要素斑塊相對密度PDi與水土保持彈性景觀功能ET之間的關系。結果表明：水土保持彈性景觀功能ET與斑塊平均面積Ai、景觀優勢度Di之間具有正相關關系，即斑塊平均面積Ai、景觀優勢度Di越大水土保持彈性景觀功能ET越大;水土保持彈性景觀功能ET與景觀要素斑塊相對密度PDi具有負相關關系，即PDi值越大ET值越小。

關鍵詞：水土保持;彈性景觀功能;景觀異質性;出山店水庫

中圖分類號：S157.2;TV62 文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.017

Abstract： Heterogeneity is the basic characteristic of landscape ecosystem and an important factor affecting ecosystem stability and landscape ecological function. The elastic landscape function of soil and water conservation is a new field based on soil and water conservation and landscape ecological research. The relationship between landscape heterogeneity and elastic landscape function of soil and water conservation can provide basis for landscape ecological protection and soil and water conservation planning. Taking the first tributary of the upper reaches of the tailwater in the upper reaches of the reservoir area above the dam to 92 m of the Chushandian Reservoir as an example， based on 3S technology， 16 686 landscape elements including cultivated land， woodland， grassland， construction land， obtained the water area and unused land， then the relationship between the average plaque area Ai， landscape dominance Di， relative density of landscape element patches PDi and the elastic landscape function of soil and water conservation ET was analyzed. The results show that there is a positive correlation between the elastic landscape function of soil and water conservation ET and plaque area Ai， landscape dominance Di， which is the larger Ai， Di with the larger ET. There is a negative correlation between the ET and the PDi ，which is， the larger PDi value with the smaller ET value.

Key words： soil and water conservation; elastic landscape function; landscape heterogeneity; Chushandian Reservoir

異質性是景觀生態系統的基本特征，是影響生態系統穩定與景觀生態功能的重要因素。有關學者對景觀生態特征與景觀功能等已開展了大量研究，如：鄔建國[1]提出了景觀生態基本理論與模型;布仁倉等[2]將黃河三角洲劃分為30個景觀類型，對景觀特征進行了量化分析;葛燕等[3]對如何將景觀設計融入水庫生態建設中進行了分析;王世巖等[4]對黃河西霞院水庫建設前后生態景觀進行了對比分析;夏臻等[5]通過調整用地比例、提高景觀多樣性等措施，探討了南京新濟江心洲島作為新興景觀載體的利用途徑;馮璐等[6]提出了基于模塊-網絡-維度框架體系的彈性景觀基礎理論;Gilberto[7]對生態景觀脆弱性、彈性和適應能力之間的聯系進行了研究;Aschonitis等[8]對生態系統服務價值穩定性和敏感性評價的彈性敏感系數進行了研究;王云霞等[9]構建生態彈性力指標體系，并分析評價了北京地區生態彈性力發展狀況;孫意菲等[10]運用模糊物元模型，對三江平原沼澤濕地生態環境彈性度及分布規律進行了研究。景觀異質性是生態景觀研究的主要內容，水土保持彈性景觀功能是水土保持與景觀生態研究的新領域，本文以河南省出山店水庫為例，分析了景觀異質性指標與水土保持彈性景觀功能的關系，以期為景觀生態保護與水土保持規劃提供技術依據。

1 研究區概況

（1）自然概況。研究區為出山店水庫大壩以上至92 m水位庫區尾水上游第一條流域面積大于100 km2的支流，面積為958.09 km2，地貌類型主要為低山、丘陵、崗地和河谷，土壤類型主要為水稻土和黃棕壤;屬北亞熱帶濕潤氣候區，年降水量800～1 200 mm，多年平均氣溫為15.0 ℃;植被以落葉針闊葉林為主，常綠針闊葉林與落葉針闊葉林并存，具有南北方樹種草種兼備的特點;生態系統主要有森林、灌叢、草地、農田、河流、村鎮等類型;水土流失以水力侵蝕為主，輕度及以上土壤侵蝕面積占總面積的11.49%。

（2）景觀要素。以小流域（面積大于5 km2）或小流域片（面積小于5 km2的幾條小流域連片）為單元，將研究區劃分為33個景觀單元。對2018年分辨率為2 m的GF-2遙感影像與1∶5萬DEM進行鑲嵌套合，基于3S技術進行人機交互解譯及現場調查，獲得研究區耕地、林地、草地、建設用地、水域和未利用地等6類景觀要素圖斑16 686個，其中耕地2 111個、林地2 917個、草地605個、水域6 967個、建設用地3 491個、未利用地595個，見表1。

2 景觀異質性與水土保持彈性景觀功能

2.1 景觀要素與異質性特征指標

（1）斑塊平均面積。景觀單元中景觀要素斑塊規模平均水平用景觀要素斑塊面積算術平均值表征，計算公式為式中：Ai為第i類景觀要素斑塊平均面積;Ni為第i類景觀要素斑塊總數;Aij為第i類景觀要素第j斑塊的面積。

（2）斑塊密度。斑塊密度包括景觀斑塊密度PD和景觀要素斑塊密度PDi兩個特征指標，PD為單位面積景觀要素的斑塊數，PDi為單位面積第i類景觀要素的斑塊數，計算公式分別為式中：M為景觀要素的種類數;A為景觀單元總面積（即研究區總面積）。

（3）優勢度。優勢度反映種群在群落結構中的地位和作用，第i類景觀要素的優勢度用Di表示，優勢度越高景觀受其控制程度越高，景觀中若不存在顯著優勢度景觀要素則表明景觀異質性較高。優勢度與景觀要素相對密度、頻率、蓋度有關，計算公式為

式中：DPi為第i類景觀要素的相對密度，DPi=第i類景觀要素斑塊數/景觀中斑塊總數;DFi為第i類景觀要素的相對頻度，DFi=第i類景觀要素斑塊出現樣點數/景觀網格樣點總數;DCi為第i類景觀要素相對蓋度，DCi=第i類景觀要素總面積/景觀總面積。

2.2 水土保持彈性景觀功能

式中：ET為水土保持彈性景觀功能，閾限為0～5，其值越大表明土壤侵蝕越輕微、生態環境越優良、生態生產功能越強，其值越小說明土壤侵蝕越嚴重、生態環境越惡劣、生態生產功能越弱;SWij為第i個水土保持彈性景觀單元第j類彈性景觀要素的土壤流失量，t/a;EPih為第i個水土保持彈性景觀單元第h個生態保護指標值;NPPij為第i個水土保持彈性景觀單元第j類彈性景觀要素的凈第一性生產力，kg/（hm2·a）;n為水土保持彈性景觀單元數，本研究n=33;m為水土保持彈性景觀要素數，本研究m=4;k為生態保護功能指標數，本研究k=5。

2.3 計算結果及分析

研究區33個景觀單元的景觀要素與異質性特征指標Ai、PDi、Di和水土保持彈性景觀功能ET計算結果見表2。由表2可知：斑塊平均面積Ai最大的景觀要素類型為耕地、最小的為水域，景觀要素斑塊密度PDi最大的景觀要素類型為水域、最小的為耕地，優勢度Di最大的景觀要素類型為耕地、最小的為未利用地，水土保持彈性景觀功能ET最大的景觀要素類型為耕地、最小的為未利用地。

按景觀異質性指標從小到大的順序繪制柱狀圖并與水土保持彈性景觀功能ET值進行對比，見圖1。由圖1可以看出：水土保持彈性景觀功能ET與斑塊平均面積Ai、景觀優勢度Di之間具有正相關關系，即斑塊平均面積Ai、景觀優勢度Di越大水土保持彈性景觀功能ET越大;水土保持彈性景觀功能ET與景觀要素斑塊密度PDi具有負相關關系，即PDi越大ET越小。

3 結 語

水土保持彈性景觀功能ET與斑塊平均面積Ai、景觀優勢度Di之間具有正相關關系，即斑塊平均面積Ai、景觀優勢度Di越大水土保持彈性景觀功能ET越大;水土保持彈性景觀功能ET與景觀要素斑塊密度PDi具有負相關關系，即PDi越大ET越小。

反映景觀要素與景觀異質性的指標很多，本研究選擇可直接量化的指標進行計算，并初步分析了景觀異質性指標與水土保持彈性景觀功能ET的關系，ET與其他景觀特征指標的相關性有待進一步研究。

參考文獻：

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【責任編輯 張智民】