干旱區(qū)內(nèi)陸艾比湖流域景觀格局時(shí)空變化及生態(tài)安全評(píng)價(jià)

張 飛, 塔西甫拉提·特依拜, 曹 鑫, 丁建麗, 張嚴(yán)俊, 姜紅濤

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 新疆 烏魯木齊830046; 2.新疆大學(xué)

綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊 830046; 3.北京師范大學(xué) 全球變化與

地球系統(tǒng)科學(xué)研究院, 北京 100875; 4.新疆大學(xué) 智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊830046)

干旱區(qū)內(nèi)陸艾比湖流域景觀格局時(shí)空變化及生態(tài)安全評(píng)價(jià)

張 飛1,2,4, 塔西甫拉提·特依拜1,2, 曹 鑫3, 丁建麗1,2,4, 張嚴(yán)俊1,2,4, 姜紅濤1,2,4

(1.新疆大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 新疆 烏魯木齊830046; 2.新疆大學(xué)

綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊 830046; 3.北京師范大學(xué) 全球變化與

地球系統(tǒng)科學(xué)研究院, 北京 100875; 4.新疆大學(xué) 智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 新疆 烏魯木齊830046)

摘要：[目的] 為了探討艾比湖流域近10 a間景觀格局及生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)變化。[方法] 運(yùn)用RS和GIS技術(shù)，并結(jié)合景觀指數(shù)和生態(tài)彈性度對(duì)該流域生態(tài)安全進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。[結(jié)果] (1) 近10 a來，艾比湖流域土地利用變化劇烈，說明景觀格局持續(xù)受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩方面矛盾的巨大壓力； (2) 2001年斑塊個(gè)數(shù)為2 560個(gè)，而2009年增加至3 476個(gè)，說明該流域生態(tài)環(huán)境整體呈破碎化趨勢(shì)。景觀破碎度由2001年的0.054 0增加為2009年的0.073 3，說明其景觀趨于不穩(wěn)定，生態(tài)安全性降低； (3) 2001—2009年生態(tài)彈性度呈“∧”型變化趨勢(shì)，先由2001年的1.20×107增加為2005年的1.57×107，然后再降為2009年的1.49×107，但總體是趨于增大的趨勢(shì)。[結(jié)論] 從整體上綜合考慮，2001—2009年艾比湖流域土地利用的景觀生態(tài)安全度降低。

關(guān)鍵詞：土地利用/土地覆被; 景觀指數(shù); 生態(tài)安全; 生態(tài)彈性度; 艾比湖流域

景觀是指在一定區(qū)域范圍內(nèi)，由不同生態(tài)系統(tǒng)類型所組成的異質(zhì)性地理單元，是研究景觀單元的類型組成、空間配置及其生態(tài)學(xué)過程相互作用，強(qiáng)調(diào)空間格局、生態(tài)學(xué)過程和尺度之間的相互作用[1]。景觀格局是指由自然或人為形成的，一系列大小、形狀各異，排列不同的景觀鑲嵌體在景觀空間的排列，既是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)，同時(shí)又是包括干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果。景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心問題[2]。

景觀格局指數(shù)是濃縮的景觀格局信息，是反映景觀結(jié)構(gòu)組成、空間配置特征的量化指標(biāo)，能從中反映景觀空間異質(zhì)性的成因及其生態(tài)學(xué)含義[3-4]，是進(jìn)行生態(tài)環(huán)境研究的重要特征[5-6]。景觀指數(shù)作為一個(gè)新的領(lǐng)域被引入生態(tài)研究，從而進(jìn)一步探索空間格局與過程的關(guān)系[7-8]。

利用景觀指數(shù)描述景觀格局具有使數(shù)據(jù)獲得一定統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，便于比較分析不同尺度上的空間格局等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來一直是景觀生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問題。而遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也成為景觀格局與動(dòng)態(tài)分析的基本手段，與其他方法緊密結(jié)合以提供能充分反映景觀結(jié)構(gòu)特征和時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的模型[9]。

遙感使快速、準(zhǔn)確地獲取大規(guī)?？臻g數(shù)據(jù)成為可能，與地理信息系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合大大拓寬了監(jiān)測(cè)和研究范圍，為區(qū)域尺度上的景觀監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供了有效手段。景觀格局變化通過對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的影響，對(duì)區(qū)域生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)功能等眾多方面都產(chǎn)生影響，并與區(qū)域生態(tài)安全狀況的變化緊密聯(lián)系。

由于景觀格局可以準(zhǔn)確地顯示出各種生態(tài)影響的空間分布和梯度變化特征，也為景觀生態(tài)安全研究奠定了重要的理論基礎(chǔ)[10-11]?；诰坝^格局與過程的生態(tài)安全分析成為生態(tài)安全研究的一個(gè)重要方面[12-14]。

Galicia等[15]在研究墨西哥國(guó)家公園生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)時(shí)得出，在20世紀(jì)70年代至90年代末，由于森林砍伐、開墾、放牧和城市化過程，對(duì)區(qū)域尺度的生物多樣性保護(hù)和生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。Gao等[16]通過計(jì)算景觀指數(shù)對(duì)珠江三角洲不同時(shí)期景觀格局變化進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上結(jié)合投影尋蹤方法評(píng)價(jià)了研究區(qū)的景觀生態(tài)安全狀況。吳健生等[17]在吸收以往考慮生物多樣性服務(wù)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合斑塊的連通性和生境質(zhì)量分析，構(gòu)建生態(tài)安全格局源地的識(shí)別方法，為景觀生態(tài)安全格局理論發(fā)展和城市生態(tài)保護(hù)實(shí)踐提供參考。湯萃文等[18]以景觀類型空間鄰接長(zhǎng)度、數(shù)目和影響面積等作為景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，定量分析林區(qū)內(nèi)各景觀類型植被退化風(fēng)險(xiǎn)大小及受農(nóng)田開墾的威脅程度。

景觀格局變換對(duì)生態(tài)安全的影響是多方面的，目前主要是通過對(duì)不同土地利用格局下的生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)[19]。雖然景觀格局演變研究在生態(tài)系統(tǒng)狀況評(píng)價(jià)、對(duì)生態(tài)過程的解釋、區(qū)域生態(tài)安全的構(gòu)件等諸多方面取得了大量的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[20-21]，但與中國(guó)其他地區(qū)相比，西部?jī)?nèi)陸干旱地區(qū)研究較少，特別是平原荒漠區(qū)，亟需加強(qiáng)這方面的工作。西部干旱地區(qū)是中國(guó)人地關(guān)系矛盾較為突出、尖銳的區(qū)域，嚴(yán)酷的自然環(huán)境決定了生態(tài)系統(tǒng)十分敏感，而脆弱的生態(tài)環(huán)境及突出的生態(tài)問題已成為制約西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，是首要考慮和解決的問題[22]。因此，本文以干旱區(qū)內(nèi)陸湖艾比湖流域?yàn)檠芯堪袇^(qū)，借鑒景觀生態(tài)學(xué)理論和生態(tài)彈性力理論開展艾比湖流域的景觀格局變化以及生態(tài)安全評(píng)價(jià)等方面的研究，為艾比湖流域及干旱區(qū)內(nèi)陸湖泊流域土地資源合理利用，生態(tài)環(huán)境問題的治理和改善，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)源及研究方法

1.1　研究區(qū)概況

艾比湖流域位于43°38′—45°52′ N，79°53′—85°02′ E之間，流域地跨博爾塔拉蒙古自治州的博樂市、溫泉縣和精河縣，塔城地區(qū)的烏蘇和托里縣南部，伊犁直屬的奎屯市和克拉瑪依的獨(dú)山子區(qū)。流域面積5.0×104km2，是準(zhǔn)噶爾西部的低洼地和水鹽匯集中心，遠(yuǎn)離海洋，常年多風(fēng)沙天氣，蒸發(fā)量大，降水稀少，年平均氣溫6.6～7.8 ℃，年降水量116.0～169.2 mm。艾比湖流域是一個(gè)典型的干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境退化區(qū)，目前有限的水資源使艾比湖流域人類生產(chǎn)生活用水與生態(tài)用水間的矛盾日益突出，過度放牧引發(fā)草場(chǎng)退化，地下水嚴(yán)重超采，地表裸露、疏松、干燥，成為沙塵暴和浮塵天氣的沙源地，土壤沙化、侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。

受西風(fēng)環(huán)流以及蒙古高壓和西伯利亞冷空氣的影響，艾比湖流域表現(xiàn)為典型的中溫帶干旱大陸氣候，以干旱少雨、氣溫變化劇烈為特征，生態(tài)系統(tǒng)極不穩(wěn)定，具有很強(qiáng)的敏感性與脆弱性，對(duì)于艾比湖的生態(tài)安全構(gòu)成了極大威脅，嚴(yán)重影響區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的正常發(fā)展[23]。

1.2　數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

本研究數(shù)據(jù)來源于美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA的EOS/MODIS數(shù)據(jù)(http:∥ladsweb.nascom.nasa.gov/data/search)，選擇2001，2005和2009年MOD12 Q1土地利用標(biāo)準(zhǔn)分類產(chǎn)品，空間分辨率為1 km×1 km。運(yùn)用MCTK(MODIS conversion toolkit)將獲取的MOD12 Q1數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行Bow-tie形變處理，選用傅里葉變換法進(jìn)行噪聲去除，同時(shí)以1∶100 000的地形圖為標(biāo)準(zhǔn)地理空間，對(duì)影像進(jìn)行幾何校正處理，最后利用艾比湖流域邊界矢量圖剪取艾比湖流域MODIS柵格圖像數(shù)據(jù)。

1.3　研究方法

1.3.1景觀類型劃分MODIS土地覆蓋產(chǎn)品數(shù)據(jù)是基于國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃(international geosphere-biosphere program，IGBP)體系的土地覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品18種地物景觀類型，通過監(jiān)督?jīng)Q策樹分類方法將其分為6種不同的地物景觀覆蓋類型，分別為水體、林地、灌木、草地、農(nóng)用地和裸地[24]。最后，對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行隨機(jī)抽樣，并作野外實(shí)地精度檢驗(yàn)，水體分類精度最高達(dá)到96%，農(nóng)用地為90%，灌木為92%，林地為88%，裸地為95%，草地最低為85%，滿足本研究需求。

1.3.2景觀指數(shù)的選擇由于景觀指數(shù)種類眾多，而很多景觀格局指數(shù)之間存在信息重復(fù)。本文通過借鑒一些學(xué)者的研究成果[25]，結(jié)合干旱區(qū)艾比湖流域?qū)嶋H特點(diǎn)，從景觀類型(class)水平和景觀(landscape)水平兩個(gè)層次選取相應(yīng)的景觀指數(shù)進(jìn)行分析，在景觀類型水平上選取斑塊個(gè)數(shù)(NP)、平均斑塊面積(AREA_MN)、斑塊密度(PD)、面積加權(quán)平均維度(AWMPFD、面積加權(quán)形狀指數(shù)(AWMSI)5類景觀指數(shù)；在景觀水平上選用蔓延度(C)、景觀破碎度(F)、散布與并列指數(shù)(IJI)、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)5類景觀指數(shù)。

1.3.3生態(tài)安全評(píng)價(jià)生態(tài)安全評(píng)價(jià)是按照自然生態(tài)系統(tǒng)本身為人類服務(wù)功能的狀況和保障人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境因子及生態(tài)系統(tǒng)整體，對(duì)照一定的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行的生態(tài)安全狀況評(píng)估。目前，生態(tài)安全研究的方法主要有綜合指數(shù)法、生態(tài)承載力法、模型模擬法和景觀分析法等[26]，其中景觀分析法是宏觀尺度生態(tài)安全研究的主要方法之一。

景觀生態(tài)安全是以生態(tài)系統(tǒng)和區(qū)域尺度之間的景觀尺度來研究人類活動(dòng)與自然脅迫對(duì)生態(tài)安全的影響狀況。而且，冉圣宏等[27]指出干旱區(qū)綠洲是由生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相互交織，相互作用，相互耦合而成，生態(tài)彈性力是描述脆弱生態(tài)區(qū)狀態(tài)的綜合性變量，比較適合評(píng)價(jià)干旱區(qū)綠洲生態(tài)系統(tǒng)。因此，本文根據(jù)景觀格局變化結(jié)果，并借助高吉喜[28]所提出的生態(tài)彈性力理論分析艾比湖流域景觀生態(tài)安全變化，生態(tài)彈性力的概念、意義、內(nèi)涵以及判斷方法可參考文獻(xiàn)[28—30]。

生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)彈性限度大小可用下述模型定量化地表示：

ECORES=Di∑Si·Pi=(-∑Silog2Si)∑Si·Pi

(1)

式中：ECORES——生態(tài)彈性度大?。籗i——地物i的覆蓋面積(hm2)；Pi——地物i的彈性分值；Di——多樣性指數(shù)。由于在生態(tài)系統(tǒng)中，地面覆蓋不一定是植被，因此公式(1)中Si為不同地物的面積，而非植被面積；pi為某種地物覆蓋的彈性分值，可通過覆蓋度、生產(chǎn)力或?qū)＜以u(píng)分的方法確定；生態(tài)系統(tǒng)的彈性限度大小除取決于地物的覆蓋類型與等級(jí)狀況外，還取決于地物類型的多樣性。

2結(jié)果與分析

2.1　土地利用/覆被時(shí)空變化分析

根據(jù)土地景觀類型分類結(jié)果，對(duì)2001—2009年艾比湖流域土地利用/覆被的數(shù)量和結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(附圖20)。2001—2009年艾比湖流域各土地類型數(shù)量發(fā)生了較大變化，草地共減少了636 955.45 hm2，是面積變化最大的地類，減少幅度占2001年草地面積的18.66%。

水體的面積在2001—2009年共增加了9 560.77 hm2，2001—2005年(圖1a)水體面積減少了56 542.24 hm2，主要原因是艾比湖湖面的萎縮，其后2005—2009年，水體面積增加了66 103.01 hm2，主要原因是由于天山北坡的積雪面積擴(kuò)大；林地面積在2001—2009年(圖1b)共減少63 122.12 hm2，減少了44.46%，林地主要分布于天山北坡，破壞十分嚴(yán)重；裸地面積由原來的360 405.39 hm2增加至650 806.64 hm2，增加了80.58%，說明景觀格局由人為作用影響愈來愈明顯，該地區(qū)生態(tài)安全受到嚴(yán)重威脅。

圖1　2001，2005和2009年艾比湖流域土地利用面積變化

2.2　景觀格局時(shí)空變化分析

景觀生態(tài)格局變化主要是指景觀結(jié)構(gòu)單元的組成成分、多樣性、形狀和空間格局隨時(shí)間的變化。景觀斑塊的類型、形狀、大小、數(shù)量和空間組合及景觀功能質(zhì)量的差異、各種干擾因素相互作用的結(jié)果，又影響著整個(gè)區(qū)域的生態(tài)過程和邊界效應(yīng)[31]。本文借助景觀格局指數(shù)分析方法，對(duì)艾比湖流域生態(tài)格局進(jìn)行定量分析。

(1) 由表1可以看出，在景觀類型水平上，2001—2009年，除水體斑塊個(gè)數(shù)減少以外，其他所有景觀斑塊個(gè)數(shù)都有增大的趨勢(shì)，斑塊數(shù)共增加了927個(gè)，增加速率為103個(gè)/a，其中2001—2005年增大速率較快，共增加了891個(gè)，增加速率為178個(gè)/a，而2005—2009年增加趨于平緩，共增加了210個(gè)，增加速率為42個(gè)/a。近10 a間灌木斑塊個(gè)數(shù)增加最快，增加了399個(gè)，其次是裸地，增加了307個(gè)，說明艾比湖流域景觀破碎化程度總體呈增大趨勢(shì)。斑塊密度指數(shù)明顯增加，由2001年的0.054增加到2009年的0.073 3，增加了35.74%，說明2001—2009年艾比湖流域景觀斑塊面積變小，破碎化程度加劇。平均斑塊面積由2001年的19 910.85 hm2減小到2009年的11 265.25 hm2，減少了8 645.6 hm2，占2001年平均斑塊面積的43.42%，說明景觀的破碎化程度加深，這與斑塊密度指數(shù)得出的結(jié)論一致。

面積加權(quán)平均分維度反映了人類活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響，受人類活動(dòng)干擾小的自然景觀的分?jǐn)?shù)維值高，而受人類活動(dòng)影響大的人為景觀的分?jǐn)?shù)維值低。面積加權(quán)形狀指數(shù)除了灌木都在增大，說明各景觀形狀趨于規(guī)則和簡(jiǎn)單，人為活動(dòng)對(duì)景觀生態(tài)格局變化造成的影響愈來愈加顯著。

表1　2001-2009年艾比湖流域景觀類型水平指數(shù)

注：NP.斑塊個(gè)數(shù)； AREA_MN.平均斑塊面積(hm2)； AREA.景觀類型總面積(hm2)；PD.斑塊密度(1/100 hm2)； AWMPFD.面積加權(quán)平均分維度； AWMSI.面積加權(quán)形狀指數(shù)。

(2) 由表2可以看出，在景觀水平上，近10 a間，研究區(qū)破碎度指數(shù)由2001年的0.054 0增加到2009年的0.073 3，說明區(qū)域景觀破碎化程度隨著時(shí)間不斷提高，干擾促使景觀異質(zhì)性加強(qiáng)，景觀趨于不穩(wěn)定，生態(tài)安全性逐漸降低，SHDI，SHEI和IJI這3項(xiàng)為負(fù)向指標(biāo)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的安全性起負(fù)向作用。從2001—2009年，散布與并列指數(shù)先增大后減小，總體呈減小，反映了艾比湖流域不同景觀類型之間相鄰接的幾率減小，且相鄰接的景觀類型也越來越少。多樣性指數(shù)是土地利用類型的多樣性和復(fù)雜性的度量，多樣性指數(shù)的高低反映了土地利用類型的多少以及各類型所占比例的變化。均勻度指數(shù)描述不同的土地利用類型分配的均勻程度。近10 a內(nèi)景觀的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)分別由1.033 5和0.576 8增加到1.279 7和0.714 2，說明該區(qū)的景觀異質(zhì)性在增大，景觀類型有向多元化方向發(fā)展的趨勢(shì)，區(qū)域景觀格局愈來愈受多數(shù)斑塊所控制。同時(shí)還可以看出，景觀的多樣性增加，且均勻度增強(qiáng)。景觀多樣性及破碎化程度增加，也反映了土地利用越來越豐富。蔓延度為正向指標(biāo)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的安全性起正向作用。蔓延度指數(shù)反映景觀中不同斑塊類型的非隨機(jī)性或聚集程度。取值范圍：0<蔓延度<100。當(dāng)景觀類型中以少數(shù)大斑塊為主或同一類型斑塊高度連接時(shí)，聚集度值較大，反之較小。艾比湖流域蔓延度由2001年的10.85減少到2009年的10.71，變化幅度較大，表明該流域景觀聚集度適中且小斑塊數(shù)量有所增加，空間連接性下降，空間分布趨向穩(wěn)定。該流域景觀總體特征的這些變化顯然是人類對(duì)景觀干擾不斷加強(qiáng)的結(jié)果，特別是景觀的破碎化與斑塊形狀的簡(jiǎn)單化，因?yàn)樵诙潭痰慕?0 a間，自然條件的變化是比較微小的。

表2　2001-2009年艾比湖流域景觀指數(shù)

注：SHDI.香農(nóng)多樣性指數(shù)； SHEI.香農(nóng)均勻度指數(shù)； CONTAG.蔓延度(%)； IJI.散布與并列指數(shù)(%)； F.景觀破碎度。

2.3　生態(tài)安全評(píng)價(jià)

對(duì)艾比湖流域生態(tài)彈性強(qiáng)度有影響的土地覆蓋類型可分為3大類型。第Ⅰ類為重要型，該類型對(duì)研究區(qū)生態(tài)彈性度有控制和決定意義，對(duì)該類型管理和維護(hù)得好，可提高區(qū)域生態(tài)彈性度。主要包括林地和農(nóng)用地；第Ⅱ類為中間型，該類型對(duì)穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)和提高區(qū)域生態(tài)彈性度有積極作用，但如果利用的不好，則很容易退化而使區(qū)域生態(tài)彈性度降低，主要包括水體、灌木和草地。第Ⅲ類為威脅型，因?yàn)檠芯繀^(qū)降水稀少、蒸發(fā)特別強(qiáng)烈，土壤下部的鹽分極易隨水分蒸發(fā)上升至地表，形成鹽堿地。該類型對(duì)生態(tài)彈性度貢獻(xiàn)很小，甚至嚴(yán)重退化，是生態(tài)治理和調(diào)整的重點(diǎn)。這種類型主要包括鹽堿地、裸地和荒漠。由于各類生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境功能是不同的，其彈性分值Pi也不同。本文根據(jù)日本專家通過調(diào)查各類生態(tài)系統(tǒng)功能，并結(jié)合艾比湖流域景觀的實(shí)際特點(diǎn)依次為林地、農(nóng)用地、水體、灌木、草地和裸地建立生態(tài)彈性度分值(表3)。

表3　艾比湖流域生態(tài)彈性度Pi值分類

利用公式(1)，計(jì)算得出如下結(jié)論。 (1) 2001—2009年生態(tài)彈性度呈現(xiàn)“∧”型(即倒“V”字型)變化趨勢(shì)(圖2)。即先由2001年的1.200×107增加為2005年的1.568×107，然后再降為2009年的1.486×107，原因是由于艾比湖流域位于干旱地區(qū)，其景觀類型主要以生態(tài)系統(tǒng)脆弱，彈性分值較低的草地和裸地為主，而林地等生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜，服務(wù)功能高的景觀較少。 (2) 研究區(qū)生態(tài)彈性度整體上趨于增大趨勢(shì)，說明艾比湖流域的生態(tài)安全呈上升趨勢(shì)，也說明該流域生態(tài)系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)和壓力的緩沖與調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)。2001—2005年，增加較快，2005—2009年增加幅度區(qū)域平緩，彈性度的總體變化和農(nóng)用地總體變化趨勢(shì)是一致的，可以得出研究區(qū)彈性度的增加主要是由于農(nóng)用地面積的增加，而農(nóng)用地這一景觀類型是一種生態(tài)系統(tǒng)較為單一，脆弱的景觀類型，所以在人為的影響下，艾比湖流域生態(tài)環(huán)境仍較為脆弱，艾比湖流域景觀指數(shù)也很好的驗(yàn)證這一點(diǎn)。因此，干旱區(qū)流域生態(tài)彈性力是人類活動(dòng)和自然變化對(duì)土地干擾結(jié)果的綜合反映，土地利用/覆蓋類型的變化可以反映出人類對(duì)環(huán)境的影響。

圖2　2001，2005和2009年艾比湖流域生態(tài)彈性度

3結(jié) 論

在干旱地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，生態(tài)安全問題一直是一個(gè)不斷發(fā)展和無法規(guī)避的問題。本文運(yùn)用RS和GIS方法，分析艾比湖流域近10 a來土地利用/覆被和景觀格局時(shí)空變化，并結(jié)合生彈性力理論對(duì)該流域生態(tài)安全狀況進(jìn)行研究。

(1) 2001—2009年艾比湖流域土地利用/覆蓋類型在時(shí)間、空間上發(fā)生了較為明顯的變化，景觀格局由于人為作用影響愈來愈明顯。

(2) 近10 a來，景觀破碎化程度明顯提高，破碎度指數(shù)由2001年的0.054 0增加到2009年的0.073 3，說明區(qū)域景觀破碎化程度隨著時(shí)間不斷提高，干擾促使景觀異質(zhì)性加強(qiáng)，景觀趨于不穩(wěn)定，生態(tài)安全性逐漸降低。蔓延度指數(shù)由2001年的10.85減少到2009年的10.71，變化幅度較大，表明該流域景觀聚集度適中且小斑塊數(shù)量有所增加，空間連接性下降。由于多樣性指數(shù)，均勻度指數(shù)為負(fù)向指標(biāo)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的安全性起負(fù)向作用，所以這兩個(gè)指數(shù)的增加就意味著生態(tài)安全性的降低。

(3) 利用生態(tài)彈性度對(duì)艾比湖流域生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出研究期間艾比湖流域總體上的土地生態(tài)安全狀況呈下降趨勢(shì)。本研究是基于景觀尺度進(jìn)行的評(píng)價(jià)研究，通過流域景觀格局動(dòng)態(tài)變化與生態(tài)安全評(píng)價(jià)相結(jié)合，可以更有利于對(duì)人類活動(dòng)造成的生態(tài)安全響應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。

(4) 此次所研究的問題僅是景觀生態(tài)的基礎(chǔ)，還有很多問題有待于進(jìn)一步的深入研究和探討。① 本文重點(diǎn)在于探討干旱區(qū)艾比湖流域的景觀格局變化，對(duì)景觀的功能、生態(tài)過程以及規(guī)劃涉及較少。格局決定功能，功能反過來又影響格局，只有將二者有機(jī)聯(lián)系才能更好對(duì)景觀生態(tài)有一個(gè)充分的了解，這些工作還有待日后進(jìn)一步地深入學(xué)習(xí)和研究。② 本研究限于影像資料的精度問題，在分類上比較粗淺，如能更細(xì)化，尤其是對(duì)綠洲區(qū)，則分析結(jié)果對(duì)當(dāng)?shù)氐臎Q策意義會(huì)更大。③ 本文只對(duì)艾比湖流域生態(tài)安全做了現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)與預(yù)警研究，以期更好的為干旱區(qū)流域生態(tài)保護(hù)提供理論依據(jù)。

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Spatial and Temporal Change of Landscape Pattern and Ecological Security Assessment of Ebinur Lake Watershed in Inland Arid Region

ZHANG Fei1,2,4， Tashpolat·Tiyip1,2， CAO Xin3,

DING Jianli1,2,4， ZHANG Yanjun1,2,4， JIANG Hongtao1,2,4

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentScience,XinjiangUniversity,Urumqi,Xingjiang830046,China;

2.KeyLaboratoryofOasisEcologyUnderMinistryofEducation,XinjiangUniversity,Urumqi,Xingjiang830046,

China; 3.CollegeofGlobalChangeandEarthSystemScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China;

4.KeyLaboratoryofSmartCityandEnvironmentalModeling,XinjiangUniversity,Urumqi,Xinjiang830046,China)

Abstract：[Objective] To analyze the spatial and temporal change of landscape pattern and ecological security in the Ebinur Lake watershed in the past 10 years. [Methods] RS and GIS technology were used, and landscape ecological indexes and ecological resilience were combined to comprehensively evaluated the ecological security of the study area.[Results] (1) In the past 10 years, land use/cover had a dramatic change due to socio-economic development. The increasing farmland and decreasing natural vegetation of grassland and woodland resulted in instability of local ecosystem; (2) In 2001, the total number of patches (Nspan) were 2 560, and it increased to 3 476 in the end of 2009, meanwhile, fragmentation index increased from 0.054 0 to 0.073 3, this indicated that the ecological environment was further fragmentated and became more ecologically unstable; (3) Ecological resilience(ECOres) showed a “∧” shaped trend(inversed “V” ) from 2001 to 2009. The ECOresindex has increased from 1.200 × 107in 2001 to 1.568×107in 2005, and then decreased to 14.86 × 106in 2009. As a whole, ECOresindex showed an increasing trend. This increase was owing to the rapid expansion of farmland and gradually declination of woodland, grassland and other natural vegetation coverage. Ecological resilience was changing into unstable status because of the simple ecosystem layout and negative influence of human activities. [Conclusion] As a whole, landscape ecological security of land use/cover was lowered in the Ebinur Lake watershed from 2001 to 2009.

Keywords:land use/land cover; landscape index; ecological security; ecological resilience; Ebinur Lake watershed

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)01-0249-07

中圖分類號(hào)：P901

通信作者：塔西甫拉提·特依拜(1958—),男(維吾爾族),新疆維吾爾族伊犁市人,博士,教授,主要從事遙感技術(shù)及其應(yīng)用研究。E-mail:tash@xju.edu.cn。

收稿日期：2013-12-12修回日期：2014-01-28

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“變化環(huán)境下干旱區(qū)內(nèi)陸艾比湖流域景觀格局演變與水資源的相互作用機(jī)理研究”(41361045)； 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“干旱區(qū)湖泊流域陸面過程及人類活動(dòng)適應(yīng)性：以艾比湖為例”(41130531)； 新疆維吾爾自治區(qū)青年博士科技人才培養(yǎng)項(xiàng)目(2013731002)； 教育部省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(XJDX0201-2012-01)； 教育部“長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目 (IRT1180)

第一作者：張飛(1980—),男(漢族),陜西省鳳翔縣人,博士,副教授,主要從事干旱區(qū)資源與環(huán)境遙感應(yīng)用研究。E-mail:zhangfei3s@163.com。