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小流域土地景觀格局分析
論文關(guān)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(xué)研究的核心問(wèn)題之一。依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論和研究方法,運(yùn)用遙感和信息技術(shù),對(duì)江西南豐的朱源小流域土地景觀進(jìn)行格局分析,并對(duì)山坡地和山谷地景觀的多樣性、優(yōu)勢(shì)度和破碎化指數(shù)進(jìn)行比較。結(jié)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(shù)較小,而水田、梯田農(nóng)地、居民用地、灌木林地和水域的平均斑塊分維數(shù)較高,斑塊形狀較為復(fù)雜。山坡地景觀多樣性低、優(yōu)勢(shì)度高、破碎化指數(shù)低;山谷地景觀多樣性高、優(yōu)勢(shì)度低、破碎化指數(shù)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(chǎn)力。土地生產(chǎn)力的維持與景觀的結(jié)構(gòu)、功能是密切相關(guān)的。小流域土地景觀是由自然和人類(lèi)經(jīng)營(yíng)斑塊所組成的嵌塊體。土地景觀研究的重點(diǎn)是土地利用或土地覆蓋類(lèi)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(lèi)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)和經(jīng)營(yíng)策略之間的關(guān)系,確定產(chǎn)生和控制水土流失的因子和機(jī)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(xué)依據(jù)。
1 區(qū)域概況
朱源小流域位于贛中南豐縣東坪鄉(xiāng)境內(nèi),地貌類(lèi)型以侵蝕構(gòu)造的中、低山為主,海拔多為300~500 m。土壤主要以風(fēng)化花崗巖、紅沙巖、沙礫巖形成的水稻土、紅壤土為主。小流域?qū)僦衼啛峒撅L(fēng)區(qū),氣候溫和、雨量充沛、四季分明、冬季較短,無(wú)霜期長(zhǎng),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(gè)村委會(huì),總為3 295人,其中人口3 110人,人口密度為149人/ km2,農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力1 974人。
2 研究方法
2.1 斑塊類(lèi)型的劃分
依據(jù)小流域土地利用現(xiàn)狀和經(jīng)營(yíng)目的,將土地景觀區(qū)域劃分為二級(jí)系統(tǒng)。第一級(jí),依據(jù)土地利用性質(zhì)將其分為生產(chǎn)性用地和非生產(chǎn)性用地;第二級(jí),對(duì)生產(chǎn)性用地,依據(jù)經(jīng)營(yíng)目的、外貌特征和經(jīng)營(yíng)種類(lèi)劃分為7種斑塊類(lèi)型: 1)有水源保證和灌溉設(shè)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(nóng)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(shù)為剛開(kāi)墾的農(nóng)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(nèi)間種、套種經(jīng)濟(jì)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(duì)非生產(chǎn)性用地劃分為4種類(lèi)型: 1)可開(kāi)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(chǎng)。3)天然形成或人工挖掘的水域,包括河流、水庫(kù)、坑塘。4)暫時(shí)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(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(jù)所劃分的11種斑塊類(lèi)型,以圖斑為基本單位,利用GIS系統(tǒng)進(jìn)行圖件的數(shù)字化,繪制景觀斑塊類(lèi)型圖。從所形成的矢量數(shù)據(jù)庫(kù)中提取景觀類(lèi)型的面積信息和周長(zhǎng)信息,在Excel 2000軟件下進(jìn)行分析和景觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算。
2.3 景觀格局評(píng)價(jià)指標(biāo)
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(píng)價(jià)的主要參數(shù),直接影響單位面積的生物量、生產(chǎn)力、養(yǎng)分儲(chǔ)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(guò)斑塊邊緣的總長(zhǎng)度和平均長(zhǎng)度以及斑塊的形狀指數(shù)來(lái)反映。斑塊形狀指數(shù)采用以下3種不同的方式測(cè)定:1 )斑塊內(nèi)緣比(η),以周長(zhǎng)(L)與面積(S)比值來(lái)表示。2)形狀系數(shù)(Sc),即某一斑塊周長(zhǎng)(L)與等面積圓周長(zhǎng)之比值;比值為1,說(shuō)明該斑塊為圓形,值越大說(shuō)明斑塊周邊長(zhǎng)、面積小、形狀越復(fù)雜或越扁長(zhǎng)。3)分維數(shù)(F):L≈SF/2,通過(guò)lg(L/4)與lgS的回歸求出回歸曲線(xiàn)的斜率,分維數(shù)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(fù)雜的斑塊。
2.3.2 斑塊密度與優(yōu)勢(shì)度
斑塊密度(M)為某類(lèi)斑塊類(lèi)型的總斑塊數(shù)目與景觀要素類(lèi)型總斑塊數(shù)目的比值。面積比例(SP)為某類(lèi)斑塊類(lèi)型的總面積與景觀要素類(lèi)型總面積的比值。斑塊優(yōu)勢(shì)度(D0)反映斑塊在景觀中的地位,優(yōu)勢(shì)度值越大,說(shuō)明該類(lèi)斑塊在景觀中的地位越重要,對(duì)景觀的支配作用越大。計(jì)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(jié)構(gòu)、功能上的多樣性,用以揭示景觀的復(fù)雜程度。在景觀多樣性的測(cè)定中,借助信息論中關(guān)于不定性的研究方法,即在一個(gè)景觀系統(tǒng)中,景觀要素類(lèi)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(jì)算出的指數(shù)也就越高。H=-Σmi=-ΣSPilgSPi(2)式中:SPi是景觀類(lèi)型i在景觀中出現(xiàn)的概率,即景觀類(lèi)型i所占面積的比例;m為景觀類(lèi)型的數(shù)目。H值越大,表示景觀多樣性越大。
2.3.4 景觀優(yōu)勢(shì)度(D)
優(yōu)勢(shì)度指數(shù)表示景觀多樣性與最大多樣性的偏差。度量景觀結(jié)構(gòu)中一種或幾種景觀類(lèi)型支配程度。優(yōu)勢(shì)度大,表明景觀只受一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)類(lèi)型所支配;優(yōu)勢(shì)度小,表示各種景觀類(lèi)型所占比例大致相當(dāng)。D=Hmax+ΣSPilgSPi(3)式中:Hmax=lgm,表示最大多樣性指數(shù)。
[1]
2.3.5 景觀均勻度指數(shù)(E)
景觀均勻度指數(shù)(E)為景觀多樣性指數(shù)與最大多樣性指數(shù)之比值。E=H/Hmax(4)式中:H為多樣性指數(shù);Hmax為其最大值。當(dāng)E趨于1時(shí),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(shù)(Fr)
景觀破碎化指數(shù)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(dá)式為: Fr=〔(Nb-1 )/Nt〕×100% (5)式中:Nb為景觀類(lèi)型中各類(lèi)斑塊的總數(shù);Nt為景觀中最大可能網(wǎng)格總數(shù)。
3 結(jié)果分析
3.1 土地利用與景觀特征分析
土地利用類(lèi)型、斑塊的幾何特征見(jiàn)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(zhì)。在各類(lèi)土地利用類(lèi)型中,梯田農(nóng)地和坡耕地的平均斑塊面積最小,且斑塊數(shù)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(shù)是對(duì)周長(zhǎng)敏感的形狀指數(shù),反映斑塊邊界的復(fù)雜程度,斑塊形狀特征、斑塊類(lèi)型優(yōu)勢(shì)度見(jiàn)表3。由表3可知,各斑塊類(lèi)型形狀系數(shù)均在1.2~1.5。由于水域的形狀為狹長(zhǎng)型,且邊緣較復(fù)雜,從而導(dǎo)致具有較大的形狀系數(shù)。
分維分析的結(jié)果表明,水田、梯田農(nóng)地、居民
用地、灌木林地和水域的平均斑塊分維數(shù)較高,在1.28以上,這些景觀類(lèi)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(shù)較小,<1.24,表明斑塊形狀簡(jiǎn)單,這些景觀類(lèi)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(shì)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(dǎo)致景觀由簡(jiǎn)單趨向復(fù)雜的過(guò)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(lèi)型數(shù)量多少以及各類(lèi)斑塊類(lèi)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(jié)果(見(jiàn)表4),山坡地景觀多樣性低、優(yōu)勢(shì)度高和破碎化指數(shù)低;山谷地景觀多樣性高、優(yōu)勢(shì)度低和破碎化指數(shù)高。根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)中連接性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理,以及景觀結(jié)構(gòu)對(duì)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(lèi)型,提高景觀多樣性。特別是在一些地形轉(zhuǎn)換線(xiàn)周?chē)?也是水土流失類(lèi)型由濺蝕、片蝕到細(xì)溝侵蝕,淺溝侵蝕和重力侵蝕的轉(zhuǎn)換地帶,應(yīng)植樹(shù)造林,增加地表覆蓋,有效地控制土壤侵蝕保持水土。
4 結(jié)論與建議
1)小流域的土地景觀格局是自然和人類(lèi)活動(dòng)干擾的結(jié)果。小流域綜合治理要通過(guò)調(diào)整土地利用格局,合理安排農(nóng)、林、牧各業(yè)的生產(chǎn)用地,達(dá)到減少?gòu)搅骱捅３滞寥赖哪康摹?)調(diào)整小流域土地景觀格局,提高景觀類(lèi)型的多樣性,在空間上建立多層次的結(jié)構(gòu)能充分利用資源的異質(zhì)性,形成林-農(nóng)-果復(fù)合型結(jié)構(gòu),可以增強(qiáng)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(zhǎng)遠(yuǎn)利益的關(guān)系,注重景觀的結(jié)構(gòu)和功能,對(duì)提高景觀的異質(zhì)性和多樣性,促進(jìn)小流域的持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
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