基于景觀指數(shù)的景觀格局動(dòng)態(tài)變化研究
——以西烏珠穆沁旗為例

美麗 阿拉騰圖婭 銀山 都瓦拉 玉山

（內(nèi)蒙古師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；內(nèi)蒙古師范大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)遙感與地理信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；內(nèi)蒙古自治區(qū)生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

引言

景觀生態(tài)學(xué)已成為現(xiàn)代生態(tài)學(xué)中重要的學(xué)科之一[1]。景觀是一個(gè)區(qū)域，里面由許多斑塊組成，這表明景觀涉及到一個(gè)很大的概念，包括地形、結(jié)構(gòu)、空間功能等多科生態(tài)系統(tǒng)綜合體[2]。景觀格局是指景觀的空間格局，即大小和形狀不一的景觀斑塊在景觀空間上的排列[3]。其研究的內(nèi)容是景觀的結(jié)構(gòu)、功能、變化與人類活動(dòng)之間的相互作用，景觀結(jié)構(gòu)基本要素是指斑塊——廊道——基底。因此景觀格局研究是景觀生態(tài)學(xué)中的基礎(chǔ)性核心研究領(lǐng)域之一[4]。

草原是北方最重要的綠色生態(tài)屏障[6]，是具有多種功能的特殊資源[5]。近幾年隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，烏珠穆沁草原開發(fā)利用礦產(chǎn)資源，為農(nóng)牧民就業(yè)和增收拓寬了渠道[7]。但人為活動(dòng)干擾加劇使草原景觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。因此研究西烏珠穆沁旗景觀格局的變化，為今后合理保護(hù)生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

一、研究區(qū)概況

西烏珠穆沁旗位于內(nèi)蒙古林郭勒盟東南部，地勢(shì)由東南向西北傾斜，地理坐標(biāo)為東經(jīng)116°21′-119°23′，北緯43°52′-45°23′。西烏珠穆沁旗屬于中溫帶大陸性氣候，植被類型以典型草原為主。

二、數(shù)據(jù)處理與方法

（一）數(shù)據(jù)來源與處理

圖1.研究區(qū)地理位置

選取2005和 2011年的空間分辨率 30米的LandsatTM影像為數(shù)據(jù)源。利用ENVI5.1進(jìn)行假彩色合成、鑲嵌、裁剪研究區(qū)，在ArcGIS10.1中對(duì)其進(jìn)行人工目視解譯，將西烏珠穆沁旗分為草原、森林、沙地、鹽堿地、鄉(xiāng)間道路、公路、湖泊、工礦用地、河流、沼澤地、農(nóng)田、居民用地等12種景觀類型。再將解譯的 shp文件轉(zhuǎn)換獲得 Grid柵格數(shù)據(jù)，計(jì)算其景觀格局指標(biāo)。

（二）景觀格局指標(biāo)

景觀格局指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間分布特征，它能準(zhǔn)確地反映土地景觀變化的時(shí)空量化狀態(tài)[8]：

表1 景觀指數(shù)及描述

三、結(jié)果與分析

（一）景觀類型格局變化

西烏珠穆沁旗是內(nèi)蒙古錫林郭勒草原的典型區(qū)域，草原作為該研究區(qū)的基底。草原景觀占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)(表 2)，2005年草原景觀類型百分比為74.076%，面積達(dá)17457.68km2，2011年草原景觀面積17323.05km2，面積減少顯著。景觀斑塊個(gè)數(shù)被用來描述景觀的異質(zhì)性，值的大小與景觀破碎度有很好的正相關(guān)。草原景觀的斑塊個(gè)數(shù)由 2005年的106個(gè)增加到175個(gè)，表明草原景觀斑塊破碎程度加劇，但草原景觀仍是主導(dǎo)景觀。森林景觀是西烏珠穆沁旗次要主導(dǎo)景觀2005年占總面積的14.005%，面積達(dá)3300.54 km2，2011年森林景觀面積為3032.99km2，占總面積的12.870%，森林面積減少，斑塊密度從2005年增加了0.0023，反映森林景觀破碎程度加大。環(huán)境資源斑塊沼澤地的面積比 2005年增加 114.62km2，斑塊密度指數(shù)也增加。西烏珠穆沁旗景觀格局變化顯著，干擾斑塊沙地景觀面積和斑塊個(gè)數(shù)顯著增加，2005年沙地景觀面積865.24 km2，2011年沙地景觀面積1055.00 km2。人為引入斑塊的景觀類型中，農(nóng)田、居民用地、工礦用地景觀的面積和斑塊個(gè)數(shù)均顯著增加，農(nóng)田、居民用地、工礦用地景觀斑塊個(gè)數(shù)分別由2005年的169、32、16增加到2011年的274、47、235個(gè)，其中農(nóng)田和工礦用地面積2011年達(dá)到1135.76 km2和28.49 km2，表明西烏珠穆沁旗從 2005-2011年農(nóng)業(yè)、工礦產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。湖泊景觀2005年占總面積的0.326%到了2011年只占總面積的0.243%，面積顯著減少，原因可能是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展工礦開采越來越加劇，地下水位不斷下降，導(dǎo)致湖泊面積減少，但斑塊個(gè)數(shù)和斑塊密度增加表明湖泊景觀分布更加破碎。廊道——河流面積從2005年增加26.93km2。人為引入廊道——鄉(xiāng)間道路的變化較少，景觀類型百分比由2005年的0.062%減少為2011年的0.059%。人為引入廊道公路的面積、景觀類型百分比、斑塊個(gè)數(shù)和斑塊密度均呈顯著增加。

綜上所述，草原和森林景觀面積減少顯著，但草原仍是主導(dǎo)景觀，森林景觀還是次要主導(dǎo)景觀。沙地景觀面積和斑塊個(gè)數(shù)顯著增加。農(nóng)田、居民用地、工礦用地景觀的面積和斑塊個(gè)數(shù)均顯著增加。湖泊景觀面積減少，河流景觀面積增加。鄉(xiāng)間道路的變化較少。公路的面積、景觀類型百分比、斑塊個(gè)數(shù)和斑塊密度均呈顯著增加。各景觀類型的斑塊密度都有所增加，表明各景觀類型的破碎程度和復(fù)雜性加劇。

表2.景觀類型格局指數(shù)比較(面積單位：km2)

圖2.2005-2011年景觀格局變化空間分布圖

（二）景觀異質(zhì)性變化

香濃多樣性指數(shù)（SHDI）能反映景觀異質(zhì)性[7]，SHDI=0表明整個(gè)景觀僅由一個(gè)斑塊組成；SHDI增大，說明斑塊類型增加或各斑塊類型在景觀中呈均勻分布。如圖4所示，2005年西烏珠穆沁旗景觀的香濃多樣性指數(shù)為0.9103，2011年的香濃多樣性指數(shù)為 0.9539，香濃多樣性指數(shù)( SHDI)增加，表明研究區(qū)內(nèi)不同斑塊類型增多，各斑塊類型越來越均勻分布，景觀破碎程度增大。在景觀水平上，景觀結(jié)合度( COHESION)值在0-100之間，西烏珠穆沁旗景觀結(jié)合度( COHESION)有所下降，說明相同景觀類型之間連通性下降。2005年研究區(qū)的分離度指數(shù)( DIVISION）為0.7731，2011年分離度指數(shù)( DIVISION）為0.8012，表明人類干擾加劇使各斑塊分布的更加分散。近幾年來自然環(huán)境變化和人類活動(dòng)干擾加劇，致使景觀類型比以往破碎程度更高，連通性下降，分布更加分散。

圖3.景觀異質(zhì)性比較

圖4. 1990-2011年氣候因素變化圖

（三）景觀格局變化原因分析

1. 氣候因素

本文選取年均降雨量、年均蒸發(fā)量等氣候因子對(duì)景觀的影響進(jìn)行分析，并將降雨量與蒸發(fā)量換算成干燥度指數(shù) k即年蒸發(fā)量與年降雨量的比值。

根據(jù)圖4顯示，進(jìn)入21世紀(jì)以來西烏珠穆沁旗的降雨量和蒸發(fā)量呈減少趨勢(shì)，干燥度系數(shù)比20世紀(jì) 90年代明顯降低。2005年干燥度系數(shù)( K=2.289) 遠(yuǎn)大于2011年干燥度系(K=1.528)，上述分析可知：2005年氣候遠(yuǎn)比2011干旱，湖泊河流面積仍在減少，2011年景觀格局變化遠(yuǎn)大于2005年，總結(jié)得出氣候因素對(duì)西烏珠穆沁旗景觀指數(shù)變化和景觀格局變化影響不大。

2. 人為因素

看圖 5可知：西烏珠穆沁的年末總?cè)丝诤凸I(yè)產(chǎn)值總體呈增加趨勢(shì)，2005年年末總?cè)丝跒?.2376萬人，到2011年增加到7.856萬人，人口數(shù)量迅速增加導(dǎo)致農(nóng)田、居民用地增多。人口增加會(huì)導(dǎo)致所需的糧食產(chǎn)品增加，糧食主要來源于農(nóng)田，農(nóng)田面積呈增加的趨勢(shì)，2005年農(nóng)田面積為91.69 km2，2011年的面積為135.76 km2(表2)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大范圍開采工礦、修建公路，工業(yè)產(chǎn)值從2005年的32896萬元增加到2011年612784萬元。2005年公路面積9.26 km2，2011年公路面積13.51 km2(表2)。上述人為活動(dòng)使草原面積不斷減小的同時(shí)對(duì)景觀指數(shù)變化產(chǎn)生積極促進(jìn)作用，并且對(duì)草原景觀的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。

圖5. 2000-2012年工業(yè)產(chǎn)值和年末人口變化圖

四、結(jié)論

景觀類型：草原和森林景觀面積減少顯著，但草原仍是主導(dǎo)景觀，森林景觀還是次要主導(dǎo)景觀。農(nóng)田、居民用地、工礦用地、公路景觀的面積和斑塊個(gè)數(shù)均顯著增加，表明人為干擾活動(dòng)加劇。湖泊景觀面積減少，沙地景觀面積增加表明草原沙漠化嚴(yán)重。

景觀異質(zhì)性：2005-2011年西烏珠穆沁旗景觀的香濃多樣性指數(shù)( SHDI)增加，景觀結(jié)合度( COHESION)有所下降，分離度指數(shù)( DIVISION）增加，各景觀斑塊越來越均勻分布，景觀破碎程度增大，連通性下降，分布更加分散。

景觀格局變化原因：氣候因素對(duì)西烏珠穆沁旗景觀格局變化影響不大，反而人為因素是造成景觀格局變化的主要原因，人口數(shù)量的增加，工礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使草原面積不斷減小的同時(shí)，鄉(xiāng)間道路、公路、工礦用地、農(nóng)田和居民用地的斑塊越來越多，對(duì)草原地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。