2000—2020年喀什地區景觀格局變化特征

摘要 利用喀什地區2000、2010和2020年Landsat-7影像數據，結合GIS技術分析喀什地區2000—2020年景觀格局變化特征。結果表明，2000—2020年，耕地、林地和草地景觀破碎化程度較高，林地、草地和水域景觀趨于不穩定狀態，耕地、林地和水域最大斑塊指數上升，耕地、林地和草地景觀不規則性較高，耕地、林地、草地和水域各景觀類型之間的聯系較為復雜；2000—2020年景觀動態變化分析發現，研究區景觀破碎化程度較大，景觀形狀趨于復雜，景觀多樣性、穩定性和景觀格局的異質性呈上升趨勢；各景觀類型優勢度分析發現，研究區受人為活動干擾作用相對較強且對環境的調控能力較弱。

關鍵詞 景觀格局；變化特征；喀什地區

中圖分類號 P901? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2023）14-0055-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.14.014

作者簡介 馬鋼（1987—），男，河南南陽人，工程師，在讀博士，從事土地工程、生態學、草學領域研究。

區域內的土地利用變化會對生態環境、氣候變化和生物多樣性等產生影響，對人類與自然環境的關系起到重要作用［ 1］，目前已成為全球共同關注的熱點問題［ 2］。溫室效應、全球氣候變暖等問題不斷加劇，現如今已成為人類所面臨著最為嚴峻的挑戰。經濟社會的快速發展和人們對土地的過度開發利用，導致人類賴以生存的生態環境日益惡化，水土資源短缺、生物量大量縮減、土地荒漠化、土壤鹽漬化及生物多樣性降低等一系列的生態問題頻發［ 3］。

生態環境是人類社會賴以生存和發展的基礎，同時不合理的人類活動也會反作用于生態環境，影響生態環境的組成、結構及其功能，嚴重時則會導致生態環境質量發生系統退化或病變［ 4］。人類活動作用于生態環境，最直接的方式是通過改變土地利用方式影響生態環境質量狀況。土地利用的變化會引起區域內物質能量循環發生巨大的變化，對區域生態環境帶來重大影響，并產生明顯的生態環境效應［ 5］。自1995年推出土地利用/土地覆被變化（LUCC）計劃以來，土地利用變化的生態環境影響就已經成為眾多國內外學者關注的熱點問題［ 6］，其研究主要包含土地利用及其驅動力［ 7］、空間格局［ 8］、土地利用變化分析［ 9］等。隨著RS和GIS技術的迅速發展及研究的不斷深入，許多學者用多種遙感指數對不同區域及各種類型的生態環境進行研究［ 10-12］，研究尺度大到洲際，小到縣域，為多尺度生態環境動態監測提供了有效手段［ 13-15］，使生態環境質量評價理論和方法逐步得到完善。土地利用/覆蓋變化不僅記錄了人類對土地的利用和改造狀況，同時還反映了區域景觀時空動態變化的過程［ 16］，因此，土地利用/覆被變化與景觀格局研究密不可分［ 17］。景觀斑塊的類型、形狀、大小、數量和空間組合既是景觀功能質量的差異、各種干擾因素相互作用的結果，又影響著整個區域的生態過程和邊界效應［ 18-20］。近年來，對于景觀動態變化的研究很多，但關于喀什地區景觀動態變化的研究很少。隨著人口增加和經濟發展，流域內土地利用/土地覆蓋變化及其景觀生態效應均十分顯著，因此分析喀什地區景觀格局動態變化特點，對于流域生態環境保護和資源可持續利用具有重要意義。該研究結合2000、2010和2020年3期遙感影像數據對喀什地區景觀格局變化進行分析，為干旱區綠洲水土資源的可持續利用和生態環境的發展建設提供技術支撐和科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于新疆維吾爾自治區西部（35°20′～40°18′N、73°20′～79°57′E），地處中國中緯度大陸腹地、西北內陸干旱區，東臨塔克拉瑪干大沙漠，東北與阿克蘇地區柯坪縣、阿瓦提縣相連（圖1）。該區面積達16.2萬km2，邊境線總長888 km，南北長535 km，東西寬750 km［ 21］。

該區氣候主要為高原干旱、半干旱大陸性氣候，高寒、干旱，日照時間長，太陽輻射強；雨熱同季，降水量小，蒸發量大；日溫差大，年溫差大；氣候地理分布差異大，氣候特征垂直變化較為明顯［ 22］。植被資源較為貧乏，主要以草本植物圓葉鹽爪爪（Kalidium schrenkianum）和絹蒿（Artemisiaka schgaricum）居多，而白刺（Nitraria tangutorum Bobr）、小蓬（Nanophyton erinaceum）、狗尾草（Setaria viridis）、鹽生草（Halogeton glomeratus）分布較少，灌木植物主要以檉柳（Tamarix chinensis Lour）和鹽穗木（Halostachys belangeriana）為主，植被特征整體較為單一，甚至存在單個樣地無樣本現象［ 23］。

1.2 數據來源

通過美國陸地衛星（Landsat-7）數據集，選取成像時間分別為2000、2010和2020年的土地利用覆被數據矢量圖文件。根據全國土地利用/覆蓋分類系統，參考Tan等［ 24］的方法對其進行土地利用解譯并結合該區域地理變化特征，將其劃分為6個一級分類，即耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用土地。

1.3 指標選取

選取斑塊個數（NP）、聚集度指數（AI）、面積加權平均形狀指數（AWMSI）、最大斑塊指數（LPI）、景觀形狀指數（LSI）、散布與并列指數（IJI）、分離度指數（SPLIT）、香農均勻度指數（SHEI）、香農多樣性指數（SHDI）9個表征景觀格局變化指標進行分析。利用景觀優勢度（DO）對景觀及其各覆被類型的優勢地位進行分析，其計算過程如下：

DO=（An+At）×12+Bi2×100%（1）

式中，An為斑塊頻率，At為斑塊密度，Bi為景觀比例。

1.4 數據分析 該研究采用Envi 5.3軟件對遙感數據進行格式轉換、鑲嵌、投影轉換及研究區提取等處理，并對質量較差數據以及缺失的像元進行平滑等預處理，結合研究區特有的生態環境特點［ 25］，利用ArcGIS 10.7軟件對土地利用數據進行重分類分析［ 26］；利用Fragstats 4.2對影像進行景觀指標計算與分析［ 27］，利用Microsoft excel 2019對數據進行統計與處理［ 28］，利用Origin 2017分析其變化趨勢［ 29］。

2 結果與分析

2.1 景觀類型指數變化特征 從2000—2020年研究區各景觀類型指數變化（圖2）可以看出，除水域外，其他各景觀類型在2000—2020年斑塊個數（NP）均呈增加趨勢，耕地由633增加至1 014，增加了60.19%；林地由566增加至945，增加了66.96%；草地由1 688增加至1 855，增加了9.89%；表明在整個研究時段，研究區耕地、林地和草地景觀破碎化程度較大。2000—2020年研究區耕地聚集度指數（AI）呈上升趨勢，增加了5.8%，表明在整個研究時段耕地景觀趨于穩定；林地、草地和水域AI總體均呈下降趨勢，分別降低了2.39%、0.81%、0.07%，表明在整個研究時段林地、草地和水域景觀趨于不穩定。耕地、林地和水域的最大斑塊指數（LPI）在整個研究時段總體均呈上升趨勢，分別增加了186.5%、35.22%、0.17%；草地的LPI降低了28.61%，表明草地最大斑塊指數不斷下降。耕地、林地和草地的景觀形狀指數（LSI）均呈上升趨勢，整個研究時段分別增加了8.49%、44.93%、4.32%；水域的LSI呈下降趨勢，整個研究時段減少了0.14%，表明在整個研究時段內耕地、林地和草地景觀不規則性提高，而水域景觀不規則性降低。耕地、林地、草地和水域的散布與并列指數（IJI）均呈上升趨勢，分別增加了7.74%、11.58%、3.85%、2.34%，表明各景觀類型之間的聯系較為復雜。

2.2 景觀指數動態變化特征

由表2可知，研究區斑塊個數（NP）和分離度指數（SPLIT）在2000—2020年整體呈增加趨勢，說明在該研究時段內整體景觀破碎化程度較大；面積加權平均形狀指數（AWMSI）在2000—2020年整體呈增加趨勢，說明景觀形狀趨于復雜；散布與并列指數（IJI）在2000—2020年整體呈增加趨勢，說明該研究時段內各景觀類型的相互關系較為復雜。 景觀多樣性指數在2000—2020年呈增加趨勢，香農多樣性指數（SHDI）和香農均勻度指數（SHEI）分

別增加了6.70%、22.78%，其增長幅度較低，表明在該研究時段內，研究區整體景觀多樣性、穩定性和景觀格局的異質性呈上升趨勢。

2.3 景觀優勢度變化特征

由圖3可知，2020年研究區內草地景觀優勢度（DO）最高，為27.56%，說明草地景觀相對面積較大，連通性程度高，已符合“模地”判定的標準，是該區的模地；其次是耕地，其景觀優勢度為15.30%，說明該區受人為活動干擾相對較大；水域景觀優勢度為14.32%；林地、建筑用地和未利用地的景觀優勢度較低，分別為6.78%、6.67%和6.34%，說明林地、建筑用地和未利用地對該區生態環境調控能力較弱。

綜上所述，近年來研究區受人為活動干擾作用相對較強，草地是該區“模地”景觀，其優勢度最高，而林地、建筑用地和未利用地對環境的調控能力較弱。因此，該區本底自然條件較差、生態體系空間結構合理性較差。

3 結論

（1）2000—2020年，喀什地區耕地、林地和草地景觀破碎化程度較高，林地、草地和水域景觀趨于不穩定狀態，耕地、林地和水域最大斑塊指數上升，耕地、林地和草地景觀不規則性較高，耕地、林地、草地和水域各景觀類型之間的聯系較為復雜。

（2）2000—2020年景觀指數動態變化分析發現，研究區景觀破碎化程度較大，景觀形狀趨于復雜，景觀多樣性、穩定性和景觀格局的異質性呈上升趨勢。

（3）各景觀類型優勢度分析發現，研究區受人為活動干擾作用相對較強且對環境的調控能力較弱。

參考文獻

［1］吳建國，呂佳佳.土地利用變化對生物多樣性的影響［J］.生態環境，2008，17（3）：1276-1281.

［2］ 丘君，陳利頂，傅伯杰.土地利用/覆被變化對生物多樣性的影響［C］//中國地理學會自然地理專業委員會.土地覆被變化及其環境效應學術研討會論文集.北京：星球地圖出版社，2002：55-63.

［3］ 曹建廷，李原園.虛擬水及其對解決我國水資源短缺問題的啟示［J］.科技導報，2004，22（3）：15-16，14.

［4］ 馬世駿，王如松.社會-經濟-自然復合生態系統［J］.生態學報，1984，4（1）：1-9.

［5］ 鐘海燕.鄱陽湖區土地利用變化及其生態環境效應研究［D］.南京：南京農業大學，2011.

［6］ TURNER B L，II，SKOLE D，SANDERSON S，et al.Landuse and landcover change：Science/research plan［J］.Global change report （Sweden），1995，43（1995）：669-679.

［7］ 董建紅，張志斌，笪曉軍，等.“三生”空間視角下土地利用轉型的生態環境效應及驅動力：以甘肅省為例［J］.生態學報，2021，41（15）：5919-5928.

［8］ 王少華.鄭州沿黃旅游區土地利用變化及其生態環境效應評價研究［D］.開封：河南大學，2016.

［9］ 伏洋，肖建設，校瑞香，等.基于RS和GIS的西寧市LUCC分析及模擬預測［J］.農業工程學報，2009，25（7）：211-218.

［10］ 高志強，劉紀遠，莊大方.基于遙感和GIS的中國土地利用/土地覆蓋的現狀研究［J］.遙感學報，1999，3（2）：134-138.

［11］ 何春陽，陳晉，陳云浩，等.土地利用/覆蓋變化混合動態監測方法研究［J］.自然資源學報，2001，16（3）：255-262.

［12］史培軍，宮鵬，李曉兵，等.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實踐［M］.北京：科學出版社，2000.

［13］ 李秀彬.全球環境變化研究的核心領域：土地利用/土地覆被變化的國際研究動向［J］.地理學報，1996，51（6）：553-558.

［14］ 劉盛和，吳傳鈞，沈洪泉.基于GIS的北京城市土地利用擴展模式［J］.地理學報，2000，55（4）：407-416.

［15］ 賀秋華.江蘇濱海土地利用/覆蓋變化及其生態環境效應研究［D］.南京：南京師范大學，2011.

［16］ 廖梓均，毛霞.山地城市土地利用的景觀破碎化時空演變與驅動力分析［J］.中國資源綜合利用，2022，40（7）：73-78.

［17］ 張帥，邵全琴，劉紀遠，等.黃河源區瑪多縣土地利用/覆被及景觀格局變化的遙感分析［J］.地球信息科學，2007，9（4）：109-115.

［18］ 蒙吉軍，吳秀芹，李正國.河西走廊土地利用/覆蓋變化的景觀生態效應：以肅州綠洲為例［J］.生態學報，2004，24（11）：2535-2541.

［19］ 馮舒.基于景觀結構優化和景觀偏好的多尺度景觀模擬研究［D］.開封：河南大學，2016.

［20］ 趙春燕.森林景觀斑塊邊緣效應和耦合機理研究［D］.長沙：中南林業科技大學，2012.

［21］ 阿布都克日木·阿巴司，秦榕，伊力達爾江·吐生，等.喀什地區1961—2010年氣候變化特征［J］.沙漠與綠洲氣象，2012，6（6）：34-40.

［22］ 熱汗古麗·吾買爾，滿蘇爾·沙比提，陸吐布拉·依明.喀什地區近10年地下水資源時空動態變化分析［J］.干旱區資源與環境，2011，25（7）：63-68.

［23］ 王文杰，張永福．基于GIS的新疆喀什地區耕地變化及驅動力研究［J］.湖北農業科學，2016，55（17）：4560-4564．

［24］ TAN K L，WANG X F，GAO H J.Analysis of ecological effects of comprehensive treatment in the Tarim River Basin using remote sensing data［J］.Mining science and technology，2011，21（4）：519-524.

［25］ 李孟倩，蘇世宗.基于Landsat8-OLI遙感影像水稻種植區提取方法研究［J］.華北理工大學學報（自然科學版），2019，41（3）：26-33，59.

［26］ 靳士科.遙感技術在核電陸域生態環境狀況評價中的應用研究［J］.環境科學與管理，2020，45（12）：163-166.

［27］ 胡夏天，楊山力，程昌秀.基于四叉樹的景觀指數分析方法［J］.地理信息世界，2016，23（2）：21-26.

［28］ 謝勇堅.應用Microsoft Excel對分析數據進行處理［J］.西南給排水，2001，23（4）：40-44.

［29］ 單文坡，盧海霞，鄭輝.Excel和Origin在環境監測數據處理中的應用［J］.石家莊職業技術學院學報，2008，20（2）：58-60，67.