霍林河流域土地利用景觀格局變化及熱點地區(qū)

馬沖亞，劉吉平，趙丹丹

（吉林師范大學，吉林四平 136000）

霍林河流域土地利用景觀格局變化及熱點地區(qū)

馬沖亞，劉吉平?，趙丹丹

（吉林師范大學，吉林四平 136000）

以地形圖與遙感影像為信息源，采用ArcGIS和Fragstats軟件，結(jié)合熱點分析方法，對1970－2012年霍林河流域土地利用景觀格局動態(tài)變化進行分析。結(jié)果表明，1970－2012年霍林河流域土地利用的綜合動態(tài)度呈先減小后增加，而空間變異呈先增加后減小的趨勢；斑塊密度呈先增加后減少再增加的趨勢，而鄰近指數(shù)的變化與斑塊密度相反；景觀分離度和Simpson’s多樣性指數(shù)均呈先增加后減少的趨勢；流域破碎化程度較高地區(qū)由下游逐漸向中游地區(qū)轉(zhuǎn)移，而上游地區(qū)破碎化程度一直較低；流域下游地區(qū)斑塊形狀較單一，景觀聚集度較低，景觀多樣性較高的地區(qū)主要位于流域的中下游；流域土地利用動態(tài)變化的熱點地區(qū)的數(shù)目逐漸減少，流域上游熱點地區(qū)的面積逐漸減少。

土地利用；景觀格局；熱點地區(qū)；霍林河流域

土地利用／土地覆被變化（LUCC）與全球環(huán)境變化和人類的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，近年來成為地球系統(tǒng)科學研究領(lǐng)域中的一個重要分支，LUCC不僅帶來地表景觀結(jié)構(gòu)的巨大變化，而且影響景觀的物質(zhì)循環(huán)和能量流動，對區(qū)域生物多樣性和重要生態(tài)過程影響深刻［1］。景觀是人類生活的載體，區(qū)域景觀格局的動態(tài)變化會引起區(qū)域生態(tài)功能流動，格局與過程是景觀生態(tài)學研究的核心內(nèi)容［2－3］?；袅趾恿饔虻靥庌r(nóng)牧交錯區(qū)，屬于典型的生態(tài)脆弱帶，近幾十年來，受氣候變化和人類活動干擾的影響，以及本區(qū)半干旱和脆弱的自然條件，流域干旱化程度加重，流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷下降，生物多樣性嚴重受損，制約了區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展［4－6］。作者以生態(tài)環(huán)境較為脆弱的霍林河流域為研究區(qū)域，利用GIS技術(shù)和景觀指數(shù)法，結(jié)合熱點分析方法，研究近40年來霍林河流域土地利用的動態(tài)變化及景觀指數(shù)的時空變化，并分析土地利用動態(tài)變化的熱點地區(qū)，為霍林河流域土地利用規(guī)劃與管理提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域和方法

1.1 研究區(qū)域

霍林河發(fā)源于內(nèi)蒙古扎魯特旗德魯特勒罕山北麓，是松花江流域嫩江水系的一級支流，位于地理坐標119°018′～124°017′E，44°55′～45°53′N，河流全長590km，流域總面積36600km2［7］?；袅趾恿饔蚨嗄昴昶骄鶜鉁?℃左右，多年年平均降水為350～426mm。降水分配極不均勻，降水量主要集中在夏季的6－8月。多年年平均蒸發(fā)量由北部向東南遞增，北部為1844mm，南部為2297mm。蒸發(fā)量約是降水量的5倍［5］。土壤主要有黑鈣土、淡黑鈣土、栗鈣土、風沙土、鹽漬土、草甸土和沼澤土。植被主要有草甸植被、草原植被、沼澤植被、鹽生、堿生植被和沙生植被［6］。

1.2 方法

1.2.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

霍林河流域土地利用數(shù)據(jù)采用1970年的1∶100000地形圖，1986，2000和2012年的LandsatTM遙感數(shù)據(jù)，分辨率為30m。

綜合國內(nèi)土地利用類型研究的成果［8］，結(jié)合霍林河流域土地利用景觀特點［6］，將霍林河流域土地分為9種類型，分別為耕地、林地、草地、水域、沙地、鹽堿地、濕地、居民用地、未利用地。對地形圖進行數(shù)字化，遙感影像進行解譯，得到1970，1986，2000和2012年霍林河流域土地利用圖。

1.2.2 研究方法

采用土地利用綜合動態(tài)度［9］來分析研究區(qū)內(nèi)一定實際范圍內(nèi)某種土地利用類型變化的劇烈程度。景觀指數(shù)主要包括破碎度指標、多樣性指標、聚集度指標和形狀指標。破碎度指標選用斑塊密度（PD），形狀指標選用鄰近指數(shù)（CONTIG＿AM），聚集度指標選用景觀分離度（DIVISION），多樣性指標選用Simpson’s多樣性指數(shù)（SIDI）。各種景觀指數(shù)模型的計算公式見參考文獻[10]。

為了研究土地利用動態(tài)變化的空間差異，將研究區(qū)域劃分為45個網(wǎng)格，網(wǎng)格大小為50km×50 km（周邊部分網(wǎng)格進行合并），利用ArcGIS軟件分別計算出1970－1986年，1986－2000年和2000－2012年3個時期每個網(wǎng)格的綜合動態(tài)度，最后用克里克插值方法進行插值。利用景觀分析軟件Fragstasts3.3計算1970，1986，2000和2012年4個時期各網(wǎng)格的景觀指數(shù)，并采用Kring插值對景觀指數(shù)進行插值，得到不同時期霍林河流域景觀指數(shù)的空間分布圖。

采用Crimestat軟件，利用網(wǎng)格分析方法探討土地利用動態(tài)變化的熱點地區(qū)。

2.1 土地動態(tài)度

由表1可以看出，1970－2012年霍林河流域土地利用綜合動態(tài)度的平均值呈先減小后增加，最小值出現(xiàn)在1986－2000年，而變異系數(shù)和偏度系數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，最大值出現(xiàn)在1986－2000年，說明雖然1986－2000年間土地利用綜合動態(tài)度較小，但空間變異較大。圖1顯示，從空間分布上來看，1970－2012年，霍林河流域中游地區(qū)的土地利用變化一直較大，1970－2000年流域的上、下游地區(qū)土地利用變化均較小，而在2000－2012年流域的源頭地區(qū)出現(xiàn)了另一土地利用動變化較大區(qū)域，而下游土地利用變化較小。總之，1970－2012年霍林河流域的土地動態(tài)度峰值先由中游地區(qū)向下游轉(zhuǎn)移，然后向霍林河流域源頭轉(zhuǎn)移。

2 結(jié)果與分析

表1 1970－2012年霍林河流域土地利用綜合動態(tài)度的統(tǒng)計特征值

圖1 1970－2012年霍林河流域土地利用動態(tài)度

2.2 景觀指數(shù)的時間變化

由表2可以看出，1970－2012年斑塊密度呈先增加后減少再增加的趨勢，其中2012年斑塊密度最大，1970年斑塊密度最??；鄰近指數(shù)與斑塊密度相反，1970－2012年間呈先減少后增加再減少的趨勢，最大值出現(xiàn)在1970年，最小值出現(xiàn)在1986年；景觀分離和Simpson’s多樣性指數(shù)變化規(guī)律一樣，均呈先增加后減少的趨勢，最大值都出現(xiàn)在1986年，最小值出現(xiàn)在1970年。

表2 1970－2012年霍林河流域景觀指數(shù)

2.3 景觀指數(shù)的空間變化

2.3.1 斑塊破碎度

圖2顯示，1970－2012年霍林河流域斑塊密度的高值區(qū)，由下游逐漸向中游地區(qū)轉(zhuǎn)移，上游地區(qū)斑塊密度一直較低。上游地區(qū)土地利用類型主要是草地，土地利用類型單一，人為干擾較小，流域的中、下游地區(qū)耕地、林地、水域等地相間分布，受國家政策影響較大，人類干擾較強，景觀破碎化程度較高。

圖2 1970－2012年霍林河流域斑塊密度的空間分布

2.3.2 形狀指標

由圖3可以看出，1970－2012年霍林河流域的形狀指標的峰值，由1970年流域的上游和下游地區(qū)逐漸轉(zhuǎn)化為1980年的中游地區(qū)，到2000年和2012年又轉(zhuǎn)向流域的下游地區(qū)?？傮w上1970－2012年斑塊形狀單一地區(qū)大多位于流域下游地區(qū)，僅1986年流域的東部地區(qū)斑塊形狀較為復雜。

圖3 1970－2012年霍林河流域鄰近指數(shù)的空間分布

2.3.3 聚集度

如圖4結(jié)果可以看出，景觀分離度的峰值，1970年在霍林河流域的中、下游地區(qū)，1986年位于流域的下游地區(qū)，到2000年位于霍林河流域的中游地區(qū)，2012年位于霍林河流域下游的北部地區(qū)。

總體看來，景觀聚集度較低的區(qū)域由流域的中、下游地區(qū)向下游地區(qū)轉(zhuǎn)移，然后又向中游地區(qū)轉(zhuǎn)移，最后轉(zhuǎn)移到流域下游北部邊緣地區(qū)，景觀聚集度較高的區(qū)域主要位于流域的上游。

圖4 1970－2012年霍林河流域景觀分離度的空間分布

2.3.4 多樣性

如圖5所示，1970－2012年霍林河流域Simpson’s多樣性指數(shù)高值區(qū)域主要位于流域的中下游地區(qū)，其中1970－1986年流域下游除東南部外，大部分地區(qū)景觀斑塊分布復雜，豐富度較高，2000年流域中游地區(qū)的Simpson’s多樣性指數(shù)最大，2012年流域下游的北部地區(qū)景觀豐度較高。

圖5 1970－2012年霍林河流域Simpson’s多樣性指標的空間分布

2.4 熱點地區(qū)

由圖6可知，霍林河流域土地利用動態(tài)變化的熱點地區(qū)，1970－1986年主要有4個，流域的上、中、下游地區(qū)均有分布；1986－2000年是3個，但在上游熱點地區(qū)分布范圍明顯增大，下游熱點地區(qū)范圍有所減?。?000－2012年有2個，位于流域的上游和下游地區(qū)，上游熱點地區(qū)分布范圍減小很多，下游熱點地區(qū)向西移動?？傊?，1970－2012年間，霍林河流域土地利用動態(tài)變化的熱點地區(qū)的數(shù)目逐漸減少，熱點地區(qū)的分布由上、中、下游均有分布轉(zhuǎn)向僅在流域的上游和下游地區(qū)分布，上游地區(qū)熱點地區(qū)的面積逐漸減少，下游地區(qū)熱點地區(qū)的面積變化較小。

3 小結(jié)

1970－2012年霍林河流域土地利用綜合動態(tài)度的平均值呈先減小后增加，而變異系數(shù)和偏度系數(shù)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。土地動態(tài)度峰值先由中游地區(qū)向下游轉(zhuǎn)移，然后再向源頭轉(zhuǎn)移；斑塊密度呈先增加后減少再增加的趨勢，而鄰近指數(shù)的變化與斑塊密度相反，呈先減少后增加再減少的趨勢；景觀分離和Simpson’s多樣性指數(shù)均呈先增加后減少的趨勢。

圖6 1970－2012年霍林河流域土地利用動態(tài)變化的熱點地區(qū)

1970－2012年霍林河流域斑塊密度的高值區(qū)，由下游逐漸向中游地區(qū)轉(zhuǎn)移，而上游地區(qū)斑塊密度一直較低。斑塊形狀單一地區(qū)大多位于流域下游地區(qū)，景觀聚集度較高的區(qū)域主要位于流域的上游，Simpson’s多樣性指數(shù)高值區(qū)域主要位于流域的中下游地區(qū)。

1970－2012年間，霍林河流域土地利用動態(tài)變化的熱點地區(qū)的數(shù)目逐漸減少，上游地區(qū)熱點地區(qū)的面積逐漸減少，下游地區(qū)熱點地區(qū)的面積變化較小。

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（責任編輯：張才德）

F301

A

0528-9017（2014）08-1201-05

文獻著錄格式：馬沖亞，劉吉平，趙丹丹.霍林河流域土地利用景觀格局變化及熱點地區(qū)［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學，2014（8）：1201－1205.

2014-04-05

教育部新世紀優(yōu)秀人才項目（NCET-12）；吉林省科技廳項目（2013010097JC）；吉林省科技廳青年科研基金項目（201201085）

馬沖亞（1980－），女，吉林鎮(zhèn)賚人，講師，研究方向為資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展。E-mail：mcy2008＿0＠126.com。

劉吉平。E-mail：liujpjl＠163.com。