梅江流域景觀格局變化及水沙響應關系研究

摘 要 景觀格局是影響水土流失的因素之一，研究景觀格局演變對流域水沙的影響，對未來的景觀格局優化具有重要指導作用。以南方紅壤區贛江支流梅江流域為研究區，對1957—2015年的水文要素和1980—2015年的土地利用景觀格局進行分析。結果表明，流域內耕地、林地和草地面積減少，城鄉建設用地面積增加；林地是占絕對優勢的景觀元素，景觀指數變化明顯，流域內土地利用率在不斷發生變化；徑流量、輸沙量呈現增加趨勢，水沙相關性強；景觀聚集度和蔓延度的增加能有效減少地表徑流，降低水土流失。

關鍵詞 水沙關系；景觀格局演變；水土流失；梅江流域

中圖分類號：S157 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.22.004

水土流失，是指在水力、重力、風力等外營力作用下，水土資源和土地生產力的破壞和損失，包括土地表層侵蝕和水土損失[1]。水土流失不僅會造成嚴重的環境問題，還會制約社會經濟的發展[2]。近年來，隨著社會經濟的發展，人類活動強度增大，土地利用與開發頻繁，使得水土流失問題也變得更加突出。景觀格局是指土地利用景觀在空間上的分布，景觀格局指數可用于分析人類活動對土地利用景觀的干擾[3]。景觀格局又通過土地利用空間分布格局來影響地表徑流、泥沙輸送等過程，在一定程度上影響著水土流失的過程[4]。南方紅壤區是水土流失嚴重程度僅次于黃土高原的區域，然而目前，針對南方紅壤區景觀格局與水土流失的研究較為少見[5]。因此，研究選取南方紅壤區贛江上游左側支流梅江河流域為研究區，分析流域多年的徑流泥沙年際變化趨勢，多年的土地利用及景觀格局變化，并建立其與年徑流、年泥沙的關系，揭示南方紅壤區流域尺度水沙變化過程對景觀格局演變的響應和關聯機制，提出景觀格局優化的水沙調控對策，為江西省贛州市建設全國水土保持高質量發展先行區提供科學依據。

1 研究區概況

梅江是贛江上游貢水左岸一級支流，發源于寧都縣與宜黃縣交接的王陂嶂，主河道長240 km，流域總面積7 121 km2，地處東經115°22′～116°38′、北緯25°58′～27°09′。流域屬中亞熱帶濕潤季風氣候區，多年平均氣溫為18.3 ℃，多年平均降水量為1 667.7 mm。

流域地形主要為低山丘陵區，土壤以紅壤為主；林地主要樹種有苦櫧、馬尾松、杉木，經濟林以臍橙和柑橘為主。流域內布設2個水文站寧都站和汾坑站，其中汾坑站設立于1957年，集水面積6 366 km2，該站點水文數據完成徑流數據從1957年開始觀測至今，泥沙數據從1958年開始觀測至今。

2 材料與方法

采用汾坑水文站提供的1957—2015年逐月徑流量、1958—2015年逐月輸沙量，用一元線性回歸和滑動平均法分析徑流泥沙的年際變化趨勢。

土地利用數據來源于地理國情監測云平臺，時間為1980年、1990年、2000年、2010年及2015年，用地類型分別為耕地、林地、草地、水域、城鄉建設用地及未利用地。

利用ArcGIS軟件分析流域內土地利用變化，利用Fragstats景觀格局軟件計算流域內各土地利用類型的景觀格局指數，選取斑塊密度（Patch density，PD）、最大形狀指數（Landscape shape index，LSI）、最大斑塊指數（Largest patch index，LPI）、蔓延度指數（Contagion index，CONTAG）、散布與并列指數（Interspersion juxtaposition index，IJI）、斑塊結合度（Patch cohesion index，COHESION）、景觀分割度（Landscape Division Index，DIVISION）、Shannon多樣性指數（Shannon′s diversity index，SHDI）、修正辛普森均勻度指數（Modified Simpson′s Evenness Index，MSIEI）及聚集度（Aggregation index，AI）10個景觀指數，指數的計算方法與意義參考相關文獻[6-8]。

采用Pearson相關系數對年徑流量、年輸沙量和景觀指數作相關分析。

3 結果與分析

3.1 流域土地利用及景觀格局分析

3.1.1 流域土地利用時空變化特征

表1為梅江流域不同時期和不同土地利用類型的面積及其占比。截至2015年，面積占比最大的景觀為林地（76.63%），其次是耕地（20.55%），然后是水域、城鄉建設用地、草地及其他用地。1980—2015年，流域內各土地利用類型面積均發生了變化，其中耕地面積減少最多（9.73 km2），占比由20.70%下降到20.55%；林地面積減少了7.83 km2；草地面積減少了2.31 km2；城鄉建設用地面積增加最為明顯，為19.51 km2，占比由0.89%上升到1.20%；水域和未利用地面積略微增加，分別增加了0.34 km2和0.02 km2。

3.1.2 景觀格局變化

1980—2015年5個時期梅江流域的景觀指數如表2所示，各指標變化不一。PD波動比較明顯。LPI波動較大，總體呈現下降的趨勢，表明受人類活動的影響，流域內景觀破碎度和景觀多樣性增加。CONTAG和COHESION呈一定的增加趨勢，表明相同地類的斑塊在逐漸融合，連通性增強。SHDI均大于0.82，表明流域內景觀類型豐富，各斑塊類型分布較為均衡。DIVISION指數呈現增加的趨勢，表明流域景觀異質性在增加。AI呈現先減少后增加的趨勢，表明流域內土地利用率在不斷發生變化。

3.2 流域徑流泥沙變化及水沙關系

3.2.1 徑流泥沙特征

從圖1可知，梅江流域年徑流量呈現不明顯的增大趨勢，包括2個枯水階段（1962—1969年和1985—1991年）和2個豐水階段（1979—1984年和1992—2002年），其他年份則變化不顯著。

從圖2可知，梅江流域年輸沙量呈現減小趨勢，包括2個顯著的少沙階段（1962—1967年和1999—2014年），2個顯著的多沙階段（1974—1984年和1991—1999年），剩余年份年輸沙量變化不大，多在多年平均輸沙量上下浮動。

3.2.2 水沙關系

從圖3可知，梅江流域年徑流與年輸沙量表現出強相關性，相關系數為0.72，呈現水多沙多、水少沙少的趨勢。

3.3 流域景觀變化與水沙響應關系

表3為梅江流域景觀指數與水沙的關系。PD、LSI、IJI、DIVISION、SHDI和MSIEI指數與徑流量呈正相關，其中LSI的相關性最高，其次是DIVISION，說明景觀斑塊破碎化程度越高、斑塊的形狀越復雜，對徑流產生的積極影響越顯著；CONTAG、COHESION和AI指數與徑流量呈負相關，表明隨著景觀結合度和蔓延度指數的增加，徑流有減少的趨勢。CONTAG和AI指數與泥沙呈負相關，表明提高流域景觀的蔓延度和聚集度，會使流域侵蝕產沙明顯減少。結合以上分析，提高景觀聚集度、蔓延度能有效減少地表徑流，促進降雨下滲，減少水土流失。

4 結論與討論

梅江流域內主要景觀類型為林地，面積占比約為76%，其次是耕地，面積占比約為20%；1980—2015年，面積增加最多的是城鄉建設用地，增加了19.51 km2；面積減少最多的是耕地，減少了9.73 km2，其次是林地，為7.38 km2。從景觀指數分析，流域內景觀格局類型豐富，景觀破碎度增加，生物多樣性增強，受人類活動干擾較強，土地利用率在不斷變化。徑流量呈現不顯著增加趨勢，輸沙量呈現增加趨勢，水沙相關性強。在流域內開展生產活動時，特別是開展改變用地類型的活動時，應盡量避免跨地塊打破原有景觀類型，以降低景觀破碎度；應提高景觀聚集度、蔓延度，增加相應的水土保持措施，以降低地表徑流，減少水土流失。

參考文獻：

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（責任編輯：劉寧寧）