小流域土地景觀格局分析

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小流域土地景觀格局分析

　　論文關鍵詞:小流域;流域;土地景觀;格局分析

　　論文摘要:景觀空間格局分析是景觀生態(tài)學研究的核心問題之一。依據景觀生態(tài)學理論和研究方法,運用遙感和信息技術,對江西南豐的朱源小流域土地景觀進行格局分析,并對山坡地和山谷地景觀的多樣性、優(yōu)勢度和破碎化指數進行比較。結果表明,坡耕地、喬木林地、間作地、果園、未利用地和荒地的平均斑塊分維數較小,而水田、梯田農地、居民用地、灌木林地和水域的平均斑塊分維數較高,斑塊形狀較為復雜。山坡地景觀多樣性低、優(yōu)勢度高、破碎化指數低;山谷地景觀多樣性高、優(yōu)勢度低、破碎化指數高。

　　小流域持續(xù)發(fā)展主要取決于土地能否維持高的生產力。土地生產力的維持與景觀的結構、功能是密切相關的。小流域土地景觀是由自然和人類經營斑塊所組成的嵌塊體。土地景觀研究的重點是土地利用或土地覆蓋類型,涉及自然與人為控制兩種。本文在小尺度上分析了土地利用和景觀格局,其目的是了解景觀變化與人類經營活動和經營策略之間的關系,確定產生和控制水土流失的因子和機制,為合理制定小流域綜合治理規(guī)劃和可持續(xù)提供科學依據。

　　1　區(qū)域概況

　　朱源小流域位于贛中南豐縣東坪鄉(xiāng)境內,地貌類型以侵蝕構造的中、低山為主,海拔多為300~500 m。土壤主要以風化花崗巖、紅沙巖、沙礫巖形成的水稻土、紅壤土為主。小流域屬中亞熱季風區(qū),氣候溫和、雨量充沛、四季分明、冬季較短,無霜期長,平均為250 d;平均年氣溫15.6℃,極端最高溫度39.8℃,極端最低溫度一般為-7℃,年均降雨量1 700 mm。朱源小流域包括朱源、下堡、東坪村3個村委會,總為3 295人,其中人口3 110人,人口密度為149人/ km2,農業(yè)勞動力1 974人。

　　2　研究方法

　　2.1　斑塊類型的劃分

依據小流域土地利用現(xiàn)狀和經營目的,將土地景觀區(qū)域劃分為二級系統(tǒng)。第一級,依據土地利用性質將其分為生產性用地和非生產性用地;第二級,對生產性用地,依據經營目的、外貌特征和經營種類劃分為7種斑塊類型: 1)有水源保證和灌溉設備的水田,主要包括種植水稻、蓮藕等水生作物的地塊。2)已修成梯田的農地,包括菜地、自留地、作物地和苗圃。3)還未修成梯田的坡耕地,多數為剛開墾的農地。4)林分郁閉度大于0.3的喬木林地,以喬木為主的純林及喬灌混交的林地。5)林分郁閉度大于0.3的天然灌木林地。6)在蜜桔林(包括幼林和成熟林)內間種、套種經濟作物的間作地。7)果園,主要種植品種有南豐蜜桔、黃花梨、桃、枇杷等。對非生產性用地劃分為4種類型: 1)可開墾利用,種植作物的可利用地。2)居民居住用地、牲畜養(yǎng)殖場。3)天然形成或人工挖掘的水域,包括河流、水庫、坑塘。4)暫時和永久難以利用的地區(qū),主要是裸露基巖的山和石漠化土地。

　　2.2　景觀評價基礎數據的獲取

　　以研究區(qū)域比例尺為1:10 000的土地利用現(xiàn)狀圖作為基本分析圖件,依據所劃分的11種斑塊類型,以圖斑為基本單位,利用GIS系統(tǒng)進行圖件的數字化,繪制景觀斑塊類型圖。從所形成的矢量數據庫中提取景觀類型的面積信息和周長信息,在Excel 2000軟件下進行分析和景觀評價指標的計算。

　　2.3　景觀格局評價指標

　　2.3.1斑塊大小與形狀

　　斑塊大小與形狀是景觀空間格局評價的主要參數,直接影響單位面積的生物量、生產力、養(yǎng)分儲量以及物種組成和多樣性。斑塊大小以斑塊面積表示。斑塊形狀,通過斑塊邊緣的總長度和平均長度以及斑塊的形狀指數來反映。斑塊形狀指數采用以下3種不同的方式測定:1 )斑塊內緣比(η),以周長(L)與面積(S)比值來表示。2)形狀系數(Sc),即某一斑塊周長(L)與等面積圓周長之比值;比值為1,說明該斑塊為圓形,值越大說明斑塊周邊長、面積小、形狀越復雜或越扁長。3)分維數(F):L≈SF/2,通過lg(L/4)與lgS的回歸求出回歸曲線的斜率,分維數為該斜率的2倍。F值范圍為1.0~2.0,1.0代表正方形斑塊,2.0表示等面積下周邊最復雜的斑塊。

　　2.3.2　斑塊密度與優(yōu)勢度

　　斑塊密度(M)為某類斑塊類型的總斑塊數目與景觀要素類型總斑塊數目的比值。面積比例(SP)為某類斑塊類型的總面積與景觀要素類型總面積的比值。斑塊優(yōu)勢度(D0)反映斑塊在景觀中的地位,優(yōu)勢度值越大,說明該類斑塊在景觀中的地位越重要,對景觀的支配作用越大。計算公式如下:D0=(M+SP)/ 2×100% (1)

　　2.3.3　景觀多樣性(H)

　　景觀多樣性是指景觀在結構、功能上的多樣性,用以揭示景觀的復雜程度。在景觀多樣性的測定中,借助信息論中關于不定性的研究方法,即在一個景觀系統(tǒng)中,景觀要素類型愈豐富,破碎化程度越高,其信息含量的不定性也就越大,按Shannon-Weaver公式計算出的指數也就越高。H=-Σmi=-ΣSPilgSPi(2)式中:SPi是景觀類型i在景觀中出現(xiàn)的概率,即景觀類型i所占面積的比例;m為景觀類型的數目。H值越大,表示景觀多樣性越大。

　　2.3.4　景觀優(yōu)勢度(D)

　　優(yōu)勢度指數表示景觀多樣性與最大多樣性的偏差。度量景觀結構中一種或幾種景觀類型支配程度。優(yōu)勢度大,表明景觀只受一個或少數幾個類型所支配;優(yōu)勢度小,表示各種景觀類型所占比例大致相當。D=Hmax+ΣSPilgSPi(3)式中:Hmax=lgm,表示最大多樣性指數。

[1]

　　2.3.5　景觀均勻度指數(E)

　　景觀均勻度指數(E)為景觀多樣性指數與最大多樣性指數之比值。E=H/Hmax(4)式中:H為多樣性指數;Hmax為其最大值。當E趨于1時,景觀綴塊分布的均勻程度趨于最大。

　　2.3.6　景觀破碎化指數(Fr)

　　景觀破碎化指數表明景觀被分割的破碎程度。在小流域景觀中,景觀的破碎化程度與人為干擾有密切聯(lián)系,其表達式為: Fr=〔(Nb-1 )/Nt〕×100% (5)式中:Nb為景觀類型中各類斑塊的總數;Nt為景觀中最大可能網格總數。

　　3　結果分析

　　3.1　土地利用與景觀特征分析

　　土地利用類型、斑塊的幾何特征見表1,2。不難看出,難利用地、喬木林地和水田是該小流域的基質。在各類土地利用類型中,梯田農地和坡耕地的平均斑塊面積最小,且斑塊數量大。難利用地的平均斑塊面積最大,其次為喬木林地、水田、居民用地、灌木林地。

　　3.2　景觀形狀分析

　　平均形狀系數是對周長敏感的形狀指數,反映斑塊邊界的復雜程度,斑塊形狀特征、斑塊類型優(yōu)勢度見表3。由表3可知,各斑塊類型形狀系數均在1.2~1.5。由于水域的形狀為狹長型,且邊緣較復雜,從而導致具有較大的形狀系數。

　　分維分析的結果表明,水田、梯田農地、居民

用地、灌木林地和水域的平均斑塊分維數較高,在1.28以上,這些景觀類型大多分布于山谷和溝谷地中,斑塊形狀取決于自然地貌的平面形態(tài)。坡耕地、喬木林地、間作地、果園、未利用地和荒地的平均斑塊分維數較小,<1.24,表明斑塊形狀簡單,這些景觀類型大都位于山坡和山頂。

[2]

　　3.3　山坡地與山谷地景觀破碎化、多樣性及優(yōu)勢度的比較分析

　　景觀的破碎化是指由于自然和人為因素的干擾,導致景觀由簡單趨向復雜的過程。該小流域主要受人為因素的干擾,景觀多樣性大小取決于斑塊類型數量多少以及各類斑塊類型所占比例的均衡性。

　　在該小流域選取了等面積的山坡地和山谷地的研究結果(見表4),山坡地景觀多樣性低、優(yōu)勢度高和破碎化指數低;山谷地景觀多樣性高、優(yōu)勢度低和破碎化指數高。根據景觀生態(tài)學中連接性和網絡結構原理,以及景觀結構對坡面徑流和水土流失的影響,在山坡地上,要逐漸增加景觀類型,提高景觀多樣性。特別是在一些地形轉換線周圍,也是水土流失類型由濺蝕、片蝕到細溝侵蝕,淺溝侵蝕和重力侵蝕的轉換地帶,應植樹造林,增加地表覆蓋,有效地控制土壤侵蝕保持水土。

　　4　結論與建議

　　1)小流域的土地景觀格局是自然和人類活動干擾的結果。小流域綜合治理要通過調整土地利用格局,合理安排農、林、牧各業(yè)的生產用地,達到減少徑流和保持土壤的目的。2)調整小流域土地景觀格局,提高景觀類型的多樣性,在空間上建立多層次的結構能充分利用資源的異質性,形成林-農-果復合型結構,可以增強流域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3)在土地的利用上,正確地解決眼前利益和長遠利益的關系,注重景觀的結構和功能,對提高景觀的異質性和多樣性,促進小流域的持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

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