花胡碩蘇木沙地景觀變化驅(qū)動(dòng)力分析及景觀格局變化預(yù)測(cè)

摘 要：本文以花胡碩蘇木為研究對(duì)象，對(duì)其2009-2016年林地保護(hù)、森林資源清查和遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行整理解析，得到相應(yīng)的景觀類(lèi)型分布圖，在此基礎(chǔ)上分析造成研究區(qū)域內(nèi)景觀變化的原因，并利用Markov模型對(duì)花胡碩蘇木進(jìn)行了景觀動(dòng)態(tài)模擬，為該地區(qū)的景觀規(guī)劃提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：科爾沁沙地;景觀格局;景觀動(dòng)態(tài)模擬

一、研究區(qū)域概況

花胡碩蘇木是科爾沁左翼中旗中西端，地理坐標(biāo)為東經(jīng)121°08′～123°32′，北緯43°32′～44°32′，東臨大興安嶺邊緣，西靠遼河，是內(nèi)蒙古高原與松遼平原的過(guò)渡地帶?；êT蘇木屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候、四季分明?；êT蘇木原景觀為半干旱地帶的溫帶疏林草原，由于幾十年來(lái)不當(dāng)?shù)耐恋乩弥率雇恋厣郴?，形成了沙地。?duì)其進(jìn)行景觀格局分析可以更好的解析沙地景觀現(xiàn)狀和沙地生態(tài)過(guò)程間的相互作用。

二、研究方法

1.數(shù)據(jù)來(lái)源與處理方法

以研究區(qū)域2009年、2016年林地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)以及兩個(gè)年度的8-10月份覆蓋研究區(qū)域的經(jīng)過(guò)正射投影、多波段融合增強(qiáng)處理的高分辨率（不低于5米）遙感影像為主要數(shù)據(jù)，通過(guò)投影變換將數(shù)據(jù)統(tǒng)一為2000坐標(biāo)系，以第二次全國(guó)土地調(diào)查成果資料、森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查（二類(lèi)調(diào)查）成果及小班數(shù)據(jù)、固定樣地?cái)?shù)據(jù)、2013年國(guó)家級(jí)公益林落界（落實(shí)邊界）成果圖等屬性因子內(nèi)容齊全的矢量圖層為輔助材料。

在ArcGIS10.2技術(shù)的支持下，對(duì)圖像進(jìn)行矢量化處理，并在屬性庫(kù)中添加輸入小班號(hào)和與外部二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)相連接的通用字段，通過(guò)通用字段，實(shí)現(xiàn)林相圖的屬性庫(kù)和外部空間數(shù)據(jù)庫(kù)的連接，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善其屬性信息，從而實(shí)現(xiàn)主要土地的自然生態(tài)和利用屬性劃分[1]。

2.馬爾科夫模型

馬爾柯夫模型（Markov Model）是在某一系統(tǒng)中利用現(xiàn)在狀況及其各項(xiàng)指標(biāo)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)預(yù)測(cè)該系統(tǒng)未來(lái)狀況的一種概率預(yù)測(cè)分析方法與技術(shù)[2]。在一定條件下，景觀動(dòng)態(tài)變化符合馬爾科夫過(guò)程：在一定區(qū)域內(nèi)，不同景觀類(lèi)型有相互轉(zhuǎn)化的可能;各類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)化過(guò)程有一些難以用函數(shù)關(guān)系準(zhǔn)確描述的事件[4]。

三、景觀格局?jǐn)?shù)據(jù)與驅(qū)動(dòng)力分析

1.研究區(qū)域景觀格局圖

參照兩期遙感影像，利用計(jì)算機(jī)解譯或和人工目視判讀區(qū)劃出林地發(fā)生變化的圖斑，再將整理好的研究區(qū)域林業(yè)經(jīng)營(yíng)矢量圖和國(guó)土數(shù)據(jù)疊加，確定研究區(qū)域的2009年度、2016年度景觀格局分布對(duì)比圖，見(jiàn)圖1。

研究區(qū)域在2009年到2016年的7年時(shí)間里，為了應(yīng)對(duì)沙化所采取的如退耕還林（還草）、三北防護(hù)林營(yíng)造等生態(tài)工程對(duì)于沙化起到了一定的遏制作用，使得沙化速度明顯減慢，綠化總面積大于沙化總面積。

2.景觀空間格局變化及軌跡特征

景觀格局變化：某種景觀要素在整個(gè)景觀中所占的面積比重、斑塊數(shù)量多少和分布范圍廣闊程度決定了該景觀要素在景觀中可能起較大的作用大小，面積大、斑塊多、分布廣的景觀要素對(duì)景觀整體的結(jié)構(gòu)、功能和變化特征有更大的控制作用[5]。胡花碩蘇木2009年和2016年各景觀類(lèi)型面積及斑塊變化見(jiàn)表1。

從表1可知，景觀總面積減少了79.1hm2，斑塊個(gè)數(shù)卻增加了2450個(gè)，這反映出了2016年區(qū)域景觀破碎化程度相較2009年增加很多，空間異質(zhì)性增大，景觀格局的穩(wěn)定性有所降低。在7年的時(shí)間里，荒山荒地面積大幅度減少。該區(qū)域景觀格局仍然呈現(xiàn)出耕地景觀為主導(dǎo)，喬木林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、荒山沙地、牧草地、采伐跡地等景觀格局呈補(bǔ)丁狀散布之中的景觀格局現(xiàn)狀。

景觀轉(zhuǎn)移的軌跡及特征：表2表明荒山沙地和疏林地為主要的面積輸出景觀，而且其他景觀皆為面積轉(zhuǎn)入，荒山沙地、耕地向其中轉(zhuǎn)移最多為別為2358.41hm2、1736.46hm2; 295.54hm2的疏林地由于合理的經(jīng)營(yíng)管理變?yōu)閱棠玖?，但也?83.34hm2的天然疏林地由于林地退化不得不規(guī)劃成完全受人類(lèi)活動(dòng)控制的耕地;牧草地對(duì)研究區(qū)域的自然因素的適應(yīng)性最好，4378.03hm2的還草工程牧草地景觀全部成活并且漲勢(shì)良好。

3.景觀變化驅(qū)動(dòng)力分析

研究區(qū)域土質(zhì)松散且呈沙性，在天然植被的調(diào)節(jié)下，保持沙地生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)平衡狀態(tài)，自然環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生劇烈的退化，然而人為干擾過(guò)度，沙性土壤潛在的自然因素便會(huì)激化與活化，產(chǎn)生沙地[5]，通過(guò)分析林政記錄材料、實(shí)地踏查驗(yàn)證，總結(jié)出了以下8種主要的引起景觀類(lèi)型變化的原因，結(jié)果見(jiàn)表3

2009-2016年期間景觀變化面積總計(jì)16431.50hm2，景觀斑塊變化個(gè)數(shù)總計(jì)2713個(gè)。在研究區(qū)域的各種災(zāi)害類(lèi)型之中由于干旱和沙化引發(fā)的景觀類(lèi)型變化占主導(dǎo)，分別為2024.21hm2和1017.65hm2占變化面積總量的12.32%和6.19%，與這兩種相比包括蟲(chóng)災(zāi)、白災(zāi)、鼠災(zāi)、火災(zāi)在內(nèi)的其他自然因素所引起的景觀類(lèi)型變化總計(jì)只有266.31hm2占1.62%。

四、景觀格局預(yù)測(cè)

通過(guò)對(duì)2009年-2016年各個(gè)時(shí)段景觀變化面積數(shù)據(jù)的疊加分析，研究區(qū)域景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)移概率表（見(jiàn)表4）。

已知2009年轉(zhuǎn)化到2016年的轉(zhuǎn)移矩陣A和2016年的狀態(tài)向量B，假設(shè)在2016-2023年這段時(shí)間內(nèi)，各土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)移概率保持不變，那么就可以通過(guò)A×B，算出2023年的各種土地利用類(lèi)型的面積向量以及2016-2023年研究區(qū)域的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，利用轉(zhuǎn)移概率矩陣，使用馬爾科夫模型可以預(yù)測(cè)未來(lái)相同時(shí)間間隔內(nèi)的土地利用變化，并與得到的2023年景觀類(lèi)型面積用初始狀態(tài)矩陣，與第7年的轉(zhuǎn)移概率相乘，得到第7年末的狀態(tài)矩陣。在該研究中可以算出第7年末各景觀的預(yù)測(cè)面積（見(jiàn)表5）。

由表5可知，未來(lái)7年胡花碩地區(qū)主要土地類(lèi)型的變化趨勢(shì)，荒山沙地面積將進(jìn)一步減少，這是沙地生態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化的趨勢(shì)，將有利于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的改善，面積增加最快的是牧草地，由4378.03hm2增加7241.60hm2，這不但有利于區(qū)域沙地生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化，還有利于景觀空間結(jié)構(gòu)與功能的優(yōu)化;值得注意的是疏林地的面積繼續(xù)降低，作為研究區(qū)域原有自然景觀類(lèi)型，天然榆樹(shù)林是疏林地的主要成分，預(yù)測(cè)結(jié)果表明其面積將進(jìn)一步下降，這將導(dǎo)致生物多樣性降低、珍稀動(dòng)植物資源喪失以及抗干擾（包括人為和自然干擾）能力的降低。倘若保持現(xiàn)有的轉(zhuǎn)移方式不加以干預(yù)，研究區(qū)域未來(lái)景觀結(jié)構(gòu)并不令人滿(mǎn)意，維持現(xiàn)有內(nèi)、外條件的前提下，雖然研究區(qū)域植被覆蓋率整體是上升趨勢(shì)，但以樹(shù)種單一的人工林、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的牧草地為主體的景觀結(jié)構(gòu)令人擔(dān)憂(yōu)，如不加以干預(yù)，該區(qū)域景觀格局將向一個(gè)非常危險(xiǎn)的方向發(fā)展，這種景觀格局發(fā)展趨勢(shì)不利于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

五、總結(jié)

對(duì)研究區(qū)域景觀變化進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析發(fā)現(xiàn)2009-2016年期間景觀面積變化16431.50hm2，景觀斑塊變化2713個(gè)，其中自然原因造成的景觀變化為3308.17hm2，占20.13%，人為原因造成的景觀變化為13123.33hm2，占79.87%。通過(guò)預(yù)測(cè)得出2023年沙地景觀格局，如果保持現(xiàn)有的轉(zhuǎn)移方式，未來(lái)景觀結(jié)構(gòu)并不令人滿(mǎn)意，現(xiàn)有的景觀格局發(fā)展趨勢(shì)不利于沙地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，如果按此轉(zhuǎn)移概率繼續(xù)模擬，景觀格局將不能滿(mǎn)足科學(xué)發(fā)展的總方針和生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)。

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作者簡(jiǎn)介：

王梁泓（1994—），畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)系，碩士研究生學(xué)歷。研究領(lǐng)域：林業(yè)信息工程。