新疆和田河流域1990—2015年景觀 動態(tài)變化研究*

(河南省豫北水利勘測設(shè)計院新疆分院，新疆 烏魯木齊 830052)

土地利用/覆被變化記錄了人類對土地的利用和改造狀況，反映了區(qū)域景觀時空動態(tài)變化的過程。因此，土地利用/覆被變化與景觀格局研究密不可分。景觀斑塊的類型、形狀、大小、數(shù)量和空間組合是景觀功能質(zhì)量的差異、各種干擾因素互作用的結(jié)果，影響著整個區(qū)域的生態(tài)過程和邊界效應(yīng)。近年來，對于景觀動態(tài)變化的研究較多，但關(guān)于新疆和田河流域近20年景觀動態(tài)變化的研究鮮有報道。近幾十年來，尤其是進入21世紀以來，隨著人口的增加和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，和田河流域內(nèi)LUCC及其景觀生態(tài)效應(yīng)變化均十分顯著，系統(tǒng)分析流域近20余年景觀動態(tài)變化，對于流域生態(tài)環(huán)境評價與保護、水資源可持續(xù)利用意義重大。

1 研究區(qū)概況

和田河是昆侖山北坡的第二大河流，由南向北流入塔里木盆地，穿越塔克拉瑪干大沙漠，最后匯入塔里木河，是目前唯一穿越塔克拉瑪干沙漠的河流。和田河流域東鄰克里雅河流域，南以昆侖山、喀喇昆侖山為界，西與葉爾羌河流域接壤，北接塔克拉瑪干沙漠。流域冬季干燥寒冷，夏季高溫少雨，多年平均氣溫12.2℃，年浮塵天氣200d。和田河兩大支流玉龍喀什河與喀拉喀什河，分別發(fā)源于昆侖山和喀喇昆侖山北坡，在闊什拉什匯合后，匯入塔里木河干流。和田河徑流組成以冰川融水及地下水為主，年際變化平穩(wěn)，年內(nèi)分配不均勻，主要集中在每年7—9月。

和田河流域行政區(qū)劃上包括和田市、墨玉縣、和田縣、洛浦縣及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十四師主要團場。截止到2016年底，流域總?cè)丝?44.98萬，其中少數(shù)民族人口237.26萬。流域地區(qū)生產(chǎn)總值236.33億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為27.3∶15.4∶57.3。

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

來自新疆和田河流域Landsat-T影像數(shù)據(jù)和中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)，成像時間為1990年、2000年、2010年與2015年的7—9月，圖像分辨率為30m，每景覆蓋度范圍185km×185km。

2.2 數(shù)據(jù)處理

利用ENVI軟件對兩期影像作配準和幾何校正，幾何校正誤差在0.5個像元內(nèi)?？紤]到衛(wèi)星影像監(jiān)測的可操作性及研究區(qū)的區(qū)域特點，將研究區(qū)的土地利用類型劃分為4個：耕地、林地、草地與水域。

2.3 景觀格局分析與統(tǒng)計

景觀指數(shù)能夠濃縮景觀格局信息，有總體指數(shù)和要素指數(shù)2個層次。本文借助ArcGIS和Fragstats3.3軟件，計算和田河流域土地利用景觀指數(shù)，在景觀類型上取斑塊個數(shù)(NP)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI)、散布與并列指數(shù)(IJI)與聚集度指數(shù)(AI)作為評價指標。其中：NP表示景觀類型的斑塊總數(shù)，其大小與景觀破碎度有較好相關(guān)性；LPI表示某景觀類型中最大斑塊面積與該景觀類型總面積的比值，其大小決定著景觀中的優(yōu)勢景觀類型；AWMSI表示某斑塊類型中各斑塊的周長與面積比乘以各自的面積權(quán)重之后的和，其值越大說明斑塊形狀越復(fù)雜、越不規(guī)則；IJI表示景觀分散和相互混雜的信息，該值小，表明此斑塊類型僅與少數(shù)景觀類型相鄰接；AI反映景觀中不同斑塊類型的非隨機性與聚集程度，其值越大表示景觀類型越集中。

在整體景觀上選取斑塊個數(shù)(NP)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI)、分離度指數(shù)(split)、散布與并列指數(shù)(IJI)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)與香農(nóng)均度指數(shù)(SHEI)作為評價指標。其中：LSI表示某一景觀類型整體復(fù)雜性，其值與破碎化程度成正比；split表示某一景觀類型中不同斑塊數(shù)個體分布的分離度，其值越大表示景觀越破碎；SHDI可反映景觀異質(zhì)性，特別對景觀中各斑塊類型非均衡分布狀況較為敏感，SHDI為0表明整個景觀僅由一個斑塊組成，SHDI增大表明斑塊類型增加或各斑塊類型在景觀中呈均衡化趨勢分布；SHEI等于香農(nóng)多樣性指數(shù)除以給定景觀豐度下的最大可能多樣性，SHEI為0表明景觀無多樣性。SHEI為1表明景觀具有最大多樣性；其它指標含義同上。

3 結(jié)果分析

3.1 流域整體景觀變化

利用ArcGIS和Fragstats3.3軟件，分別提取和田河流域1990年、2000年、2010年與2015年相關(guān)遙感影像數(shù)據(jù)，并通過計算得到該流域不同時期土地利用NP、AWMSI、split、IJI、SHDI與SHEI 6項景觀評價指標具體值，進而得到流域整體景觀變化情況(見表1)。

表1 和田河流域1990—2015年整體景觀指數(shù)變化

從表1可以看出，研究區(qū)整體景觀的變化，流域1990—2015年間斑塊數(shù)目增加了4.27%，說明在研究時段內(nèi)整體景觀趨于破碎化。面積平均形狀指數(shù)不斷降低，2015年比1990年減少了1.29%，說明景觀形狀變得簡單；分散與并列指數(shù)總體上呈增加趨勢，說明各景觀類型的相互關(guān)系更為復(fù)雜；景觀多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)呈先增后減再增加趨勢，總體呈增加態(tài)勢，表明研究區(qū)受到人類活動干擾程度較強，導(dǎo)致了景觀的破碎化，使土地產(chǎn)生鑲嵌、分割、破碎等空間過程。

3.2 流域不同土地利用類型景觀動態(tài)變化

同理，利用ArcGIS和Fragstats3.3軟件，分別提取和田河流域1990年、2000年、2010年與2015年耕地、林地、草地與水域4種土地利用類型的遙感影像數(shù)據(jù)，并通過計算得到該流域不同時期、不同土地利用類型的NP、AI、LPI、LSI與IJI 5項景觀評價指標具體值(見表2)，進而得到和田流域不同土地利用類型1990—2015年間景觀變化情況。

表2 和田河流域1990—2015年不同土地利用類型 景觀指數(shù)變化

3.2.1 耕地景觀動態(tài)變化分析

從表2可以看出，1990—2000年間，流域耕地斑塊個數(shù)不變，最大斑塊指數(shù)增大了9.10%，聚集度指數(shù)、景觀形狀指數(shù)和散布與并列分別減少了1.57%、35.04%和3.78%，耕地面積在1990—2000年增加了18.14%，耕地面積增加，其LPI值不斷增加，聚集度有所下降，形狀趨于規(guī)則，與其他景觀類型之間的聯(lián)系減弱。而在2000—2015年間，耕地斑塊數(shù)、聚集度指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)均呈不斷減少趨勢，分別減少了68.15%、7.25%、62.5%和2.99%；散布與并列指數(shù)增加了19.62%，這表明在2000—2015年，研究區(qū)耕地景觀優(yōu)勢度下降，斑塊趨于破碎化，但與其他景觀類型之間聯(lián)系增強，這可能是由于2000年后和田河流域大面積種植核桃、紅棗等經(jīng)濟林，使原有耕地面積轉(zhuǎn)為林地面積，因此耕地面積減少，景觀優(yōu)勢度下降，斑塊趨于破碎化，而由于原有耕地上套種了經(jīng)濟林，使耕地與其他景觀類型的聯(lián)系加強。就整體而言，耕地斑塊數(shù)、聚集度指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)分別減少了68.15%、8.7%、28.37%和36.98%；散布與并列指數(shù)增加了15.1%，表明1990—2015年和田河流域耕地景觀破碎化、景觀優(yōu)勢度下降，景觀形狀趨于規(guī)則，但與其他景觀類型之間的聯(lián)系有所加強。

3.2.2 林地景觀動態(tài)變化分析

在1990—2000年，林地斑塊數(shù)和散布與并列指數(shù)分別增大了3.33%和2.09%；聚集度指數(shù)和景觀形狀指數(shù)分別減少了0.02%和0.64%，表明在1990—2000年，林地景觀破碎化，形狀趨于簡單，與其他景觀類型之間的連通性加強。這可能是由于在1990—2000年間流域林地部分面積被沙地和耕地占用，導(dǎo)致其景觀破碎。2000—2015年，林地斑塊數(shù)、聚集度指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、散布與并列指數(shù)均呈增加趨勢，分別增加5.65%、0.12%、3.07%、22.76%和44.9%，說明在2000—2015年，林地景觀優(yōu)勢度增強，斑塊分布趨于集中，景觀形狀趨于復(fù)雜，與其他景觀類型之間的聯(lián)系加強，這可能是由于在2000—2015年流域其他林地面積不斷增加，使得林地在空間分布上趨于集中，優(yōu)勢度增強。就整個時段而言，流域林地斑塊數(shù)、聚集度指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、散布與并列指數(shù)分別增大了9.17%、0.10%、3.07%、21.98%、47.93%，表明在1990—2015年林地景觀優(yōu)勢度增強，斑塊分布趨于集中，景觀形狀趨于復(fù)雜，與其他景觀類型之間的聯(lián)系加強。

3.2.3 草地景觀動態(tài)變化分析

在1990—2015年，草地斑塊數(shù)呈先增加又略微減少趨勢，但總體上是增加的，共增加274.49%；最大斑塊指數(shù)呈先減后增趨勢，總體減少了90.37%，聚集度指數(shù)總體減少了20.42%，景觀形狀指數(shù)、散布與并列指數(shù)分別增加112.45%和41.9%，說明1990—2015年草地面積減少，景觀優(yōu)勢度下降，斑塊趨于破碎化，景觀形狀趨于復(fù)雜，與其他景觀類型之間的聯(lián)系不斷加強。

3.2.4 水域濕地景觀動態(tài)變化分析

在1990—2000年，水域濕地的斑塊數(shù)增加640%，最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、散布與并列指數(shù)分別增加50.82%、247.12%和41.88%，聚集度指數(shù)降低19.15%，說明1990—2000年水域濕地的景觀優(yōu)勢度有所增加，形狀趨于復(fù)雜，與其他景觀類型之間的聯(lián)系增強，但其景觀呈破碎化的趨勢。2000—2015年間，水域濕地斑塊數(shù)增加4.73%，但聚集度指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、散布與并列指數(shù)分別下降了1.15%、4.52%和2.11%，景觀形狀指數(shù)增加0.43%，這可能是由于2000—2015年水域濕地面積主要向沙地和草地轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致面積減少，景觀優(yōu)勢度下降，景觀趨于破碎。整體而言，研究區(qū)水域濕地斑塊數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、散布與并列指數(shù)分別增加675%、44.01%、248.6%和38.89%；聚集度指數(shù)減少20.08%，表明在1990—2015年水域斑塊趨于破碎化、景觀形狀變得復(fù)雜，受到人類活動干擾程度較強，與其他景觀間的聯(lián)系增強。

4 結(jié) 語

本文借助GIS和RS技術(shù)，基于景觀生態(tài)學(xué)方法，利用新疆和田河流域1990年、2000年、2010年與2015年四期遙感影像數(shù)據(jù)，得出研究區(qū)近20多年來的景觀變化特點：流域耕地景觀破碎化、形狀趨于規(guī)則，但與其他景觀類型之間的聯(lián)系有所加強。林地景觀優(yōu)勢度增強，斑塊分布趨于集中，景觀形狀趨于復(fù)雜，與其他景觀類型之間的聯(lián)系加強。草地景觀優(yōu)勢度下降，斑塊趨于破碎化，但景觀形狀變得復(fù)雜，與其他景觀類型之間的聯(lián)系不斷加強。水域分布趨于分散，斑塊形狀復(fù)雜，景觀之間聯(lián)通性增強。就整體而言，流域整體景觀呈現(xiàn)破碎化，景觀多樣性和均勻性增加。