多維地形因子作用下的西南山地丘陵過渡帶景觀格局研究:以涪江流域中上游為例

侯蘭功,劉 濤

(西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院,四川 綿陽 621010)

景觀格局指大小和形狀各異的景觀要素在空間上的排列和組合,強(qiáng)調(diào)景觀單元的空間分布與配置情況[1]。景觀格局的差異性受自然環(huán)境和人類活動雙重影響[2],地形因子對人為活動的約束力和不同地類空間分布的生態(tài)選擇性,使得土地利用景觀類型在地形梯度上的分布呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性,尤其是山地丘陵區(qū),地勢起伏較大,地形復(fù)雜多樣,景觀格局在空間上的差異性更為明顯[3-4]。流域作為研究陸地表層系統(tǒng)科學(xué)的絕佳單元,對于構(gòu)建可代表區(qū)域景觀格局的空間網(wǎng)絡(luò)具有重要意義[5]。近年來地形因子與景觀格局的關(guān)系已成為自然地理學(xué)與生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容之一[6],科學(xué)探討地形分異對景觀格局的影響, 有助于深入了解景觀格局的空間分異規(guī)律[7]。當(dāng)前,學(xué)者們主要從高程、坡度、坡向、坡位、起伏度等方面,對地形因子在景觀格局形成與演化中的作用開展了相關(guān)研究,并取得了較豐富的成果[8-11]。但已有研究在探討地形因素對景觀格局的影響時,多從單個地形因子的角度出發(fā),例如孫聰康等[12]從起伏度角度分析吉水縣不同等級景觀類型變化特征;李林娜等[13]從分析坡向特征入手,探究元江縣土地利用類型分布特征;姜坤等[14]和齊文娟等[15]基于高程、坡度和起伏度3類因子,分析了景觀類型分布和景觀指數(shù)變化的特征。另外,亦有部分學(xué)者從特殊地貌類型角度出發(fā)研究景觀變化,并對生態(tài)保護(hù)提出建議。例如張盼盼等[16]基于坡向和坡位等地形因子對特殊地域景觀格局變化及其影響程度進(jìn)行了定量分析;劉俊嶺等[17]針對青藏高原獨(dú)特的地形地貌和高寒地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)展開分析,探究該區(qū)域景觀格局的空間分布特征。

涪江為長江的支流,涪江流域地處我國西南山區(qū),中上游地區(qū)處于山地丘陵過渡帶,區(qū)域內(nèi)包含了丘陵、沖積平原和山地3種主要地形地貌,豐富的地理特征造就了復(fù)雜的景觀分布格局,較大的相對高程影響了光、熱、水的分布,從而導(dǎo)致該區(qū)域景觀格局呈現(xiàn)明顯的分異性特征。該研究選取高程、坡度、起伏度和坡向4種能直觀反映地形地貌特征的因子,并從不同等級地形因子入手分析景觀格局的分布與變化特征,采用空間分析法、分布指數(shù)法、景觀格局指數(shù)法以及移動窗口法,分別探討不同等級地形因子下景觀格局變化特征,最后利用Pearson相關(guān)性分析探究不同地形因子對景觀格局變化的影響程度,為進(jìn)一步了解山地丘陵過渡帶景觀格局的空間分布規(guī)律及其空間優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)參考。

1 研究區(qū)域概況

涪江流域地區(qū)位于四川省北部,中上游主要指綿陽市域范圍內(nèi)的涪江流域,全長約289.1 km,流域面積為12 951 km2,共包括平武縣、江油市、涪城區(qū)、游仙區(qū)和三臺縣5個縣(區(qū)),地理位置介于30°42′～33°02′ N,103°50′～105°18′ E之間。

該區(qū)域地處成都平原與川西北高原的交界處,流域內(nèi)海拔由西北至東南遞減,最大相對高差約4 490 m。西北部地貌類型主要為山地,大部分為少數(shù)民族聚居區(qū);中部地貌類型為沖積平原,是綿陽市主城區(qū)所在地,聚集大量人口;東南部地貌類型為丘陵,該區(qū)域人口主要集中在涪江沿岸。區(qū)域內(nèi)氣候類型主要為亞熱帶季風(fēng)型,部分為高原山地氣候,年均溫為15.7 ℃,年均降水量為842.2 mm。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

2.1.1數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)來源于2017年Google Earth 的30 m分辨率影像,經(jīng)鑲嵌、投影和裁剪得到研究區(qū)的DEM。景觀類型數(shù)據(jù)基于GlobeLand30(http:∥www.globeland30.org),并參考2017年Google Earth高分辨率影像,使用人工目視解譯進(jìn)行分類。參照全國土地利用分類方法以及文獻(xiàn)[18]，將研究區(qū)土地利用類型分為林地、草地、耕地、建設(shè)用地、水域和其他用地6類,總體分類精度在89%以上,能夠滿足景觀格局分析要求。在ArcGIS 10.2軟件中進(jìn)行影像疊加分析和格式轉(zhuǎn)換等處理,將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Fragstats 4.2軟件中計(jì)算景觀水平指數(shù),再運(yùn)用移動窗口法以邊長為1 600 m的方形區(qū)域進(jìn)行景觀格局指數(shù)的空間獲取。

2.1.2地形等級劃分

主要選取高程、坡度、起伏度和坡向4項(xiàng)地形因子開展分析(圖1)。依據(jù)DEM數(shù)據(jù),運(yùn)用ArcGIS 10.2軟件中的空間分析功能生成坡度、起伏度和坡向圖。

參考中國數(shù)字地貌制圖規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)[19-20],并結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況,對高程、坡度、起伏度和坡向進(jìn)行等級劃分。將高程劃分為7個等級:316～500、>500～650、>650～900、>900～1 300、>1 300～1800、>1 800～2 300 和>2 300～4 810 m;坡度劃分為6級:0～3°、>3°～5°、>5°～8°、>8°～15°、>15°～25°和>25°～51°;起伏度劃分為7級:0～10、>10～30、>30～70、>70～120、>120～200、>200～300和>300～606 m;坡向劃分為4類:陽坡、半陽坡、半陰坡和陰坡。

2.2 研究方法

2.2.1景觀格局分布指數(shù)

景觀格局分布指數(shù)能夠消除景觀類型間的面積差異影響,可以清晰地表征不同地形要素等級的分布情況[21],計(jì)算公式為

(1)

式(1)中,P為景觀格局分布指數(shù);e為地形因子;i為景觀類型;Sie為在特定等級下地形因子e的第i類景觀面積，km2;Si為i類景觀總面積，km2;S為整個區(qū)域面積，km2;Se為特定等級下地形因子e的景觀類型總面積，km2。P>1,指某地類在該地形上的比重大于該地類總面積在研究區(qū)域的比重。因此,將P>1設(shè)定為該景觀類型的優(yōu)勢位標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)濃縮了景觀格局的全部信息,能夠定量化地表達(dá)景觀結(jié)構(gòu)的組成和空間配置特征[22-23]。該研究選取6種景觀水平指數(shù)對涪江中上游的景觀異質(zhì)性進(jìn)行分析,其中斑塊密度(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、蔓延度(CONTAG)和聚集度(AI)反映景觀的破碎程度和連通性,Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)和均勻度指數(shù)(SHEI)反映景觀結(jié)構(gòu)的多樣化與分布的均勻程度。

2.2.3移動窗口法

通過設(shè)定窗口大小,控制窗口從圖像左上角以像元為單位距離向右進(jìn)行移動,移動過程中窗口范圍內(nèi)的景觀指數(shù)會被計(jì)算出來并賦值在最中心的像元。移動窗口法可以直觀清晰地呈現(xiàn)出區(qū)域景觀的空間異質(zhì)性[24-25],由于景觀格局指數(shù)受空間尺度的影響較大,經(jīng)800、1 200、1 600和2 000 m邊長的窗口調(diào)試,最終確定最佳分析尺度為邊長1 600 m的矩形移動窗口。

2.2.4Pearson相關(guān)系數(shù)

Pearson相關(guān)系數(shù)能表征2個變量X、Y之間的相關(guān)性,其相關(guān)系數(shù)r范圍為-1～1,計(jì)算公式為

(2)

3 結(jié)果與分析

3.1 高程對景觀格局的影響

3.1.1不同高程的景觀格局分布

由圖2可知,不同高程等級比較而言,海拔316～500 m的景觀面積占比最大,占研究區(qū)總面積的24.33%,該區(qū)域地貌類型以低山丘陵為主,其中耕地面積占該區(qū)域面積的71.44%,林地占18.38%。海拔>500～650 m的區(qū)域占研究區(qū)總面積的15.27%,該區(qū)域地貌類型為沖積平原,耕地面積占比最大。海拔>650～900與>900～1 300 m的區(qū)域主要位于江油市,其最大地類占比從51.30%的耕地過渡到78.94%的林地。海拔>1 300～1 800與>1 800～2 300 m的區(qū)域地貌類型為山地,主要位于平武縣,最大占比景觀為林地。海拔>2 300～4 810 m的區(qū)域主要位于平武縣西部與西北部,其景觀類型主要為占比達(dá)55.09%的林地與44.83%的草地。

1～7級高程分別為316～500、>500～650、>650～900、 >900～1 300、>1 300～1 800、>1 800～2 300和>2 300～4 810 m。

由圖3可知,耕地、建設(shè)用地和水域的景觀格局分布指數(shù)變化趨勢相近,在海拔316～500與>500～650 m占據(jù)絕對優(yōu)勢,而在海拔>650～900與>900～1 300 m急劇下降,失去其主導(dǎo)優(yōu)勢。林地從非主要用地類型過渡為主要用地類型,并且在海拔>1 300～1 800 與>1 800～2 300 m等級上占據(jù)主要優(yōu)勢。

1～7級高程分別為316～500、>500～650、>650～900、 >900～1 300、>1 300～1 800、>1 800～2 300和>2 300～4 810 m。

在海拔>2 300～4 810 m區(qū)域優(yōu)勢用地類型從林地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?并且占據(jù)絕對優(yōu)勢地位，表明隨著高程的增加,景觀格局由人為主導(dǎo)的耕地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)橛勺匀画h(huán)境為主導(dǎo)的林地、草地。

3.1.2不同高程的景觀指數(shù)分布

由表1可知,隨著高程等級增加,PD和LSI整體呈現(xiàn)下降趨勢,隨著高程的增加研究區(qū)斑塊密度減小,形狀趨于規(guī)整;其中海拔>650～900與>900～1 300 m區(qū)域PD與LSI下降最快。CONTAG呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,主要表現(xiàn)為海拔>316～900 m下降,海拔增加到900 m之后呈上升趨勢,AI也呈現(xiàn)上升趨勢。隨高程的增加,SHDI與SHEI的變化趨勢基本一致,主要表現(xiàn)在海拔>316～900 m區(qū)域小幅度上升,海拔達(dá)900 m之后表現(xiàn)出下降趨勢。分析可知,由丘陵地區(qū)過渡到?jīng)_積平原再過渡到山地時景觀格局變化出現(xiàn)差異性,主要表現(xiàn)在海拔>316～900 m區(qū)域連通性下降、景觀多樣性和景觀均勻度增加,海拔達(dá)900 m之后景觀連通性增加、景觀多樣性和景觀均勻度下降。

表1 不同高程等級上的景觀指數(shù)

Table 1 Landscape index on different elevation levels

高程/mPD/km-2LSICONTAG/%AI/%SHDISHEI 316～5006.9879.8673.2291.690.680.38 >500～6508.1677.3468.3690.200.810.45 >650～9005.1243.0665.4591.240.910.51 >900～1 3002.3039.2576.7594.270.620.34 >1 300～1 8001.0431.4083.5896.120.450.25 >1 800～2 3000.2410.3093.9799.180.170.10 >2 300～4 8100.2110.4172.9798.460.690.50

PD為斑塊密度;LSI為景觀形狀指數(shù);CONTAG為蔓延度;AI為聚集度;SHDI為Shannon多樣性指數(shù);SHEI為均勻度指數(shù)。

3.2 坡度對景觀格局的影響

由圖4可知,不同坡度等級比較而言,坡度為0～3°的區(qū)域面積最大,占研究區(qū)總面積的42.83%,主要景觀類型為耕地和林地,面積占比分別為78.55%和11.15%。在坡度為>3°～5°、>5°～8°和>8°～15°區(qū)域內(nèi)耕地面積占比從44.88%減少到10.57%,林地面積占比從46.96%增加到83.83%。坡度為>15°～25°與>25°～51°的區(qū)域相比,林地面積占比從87.02%下降到85.07%,草地面積占比從7.58%上升到13.60%。

圖4 不同坡度等級上的景觀類型面積分布

隨著坡度的增大,水域、耕地和建設(shè)用地面積呈下降趨勢,其中>25°～51°區(qū)域已沒有水域和建設(shè)用地;草地面積占比表現(xiàn)出先減少后增加的變化趨勢,在0～15°區(qū)域減小,>15°～51°區(qū)域增加。這表明隨著坡度的增加,景觀類型從多樣化過渡到單一化,從以人類活動為主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以自然因素為主導(dǎo)。

由圖5可知,隨著坡度的不斷增加,耕地、建設(shè)用地和水域的景觀格局分布指數(shù)呈下降趨勢,表明這3種景觀類型對坡度變化的敏感性較強(qiáng)。

圖5 不同坡度等級上的景觀格局分布指數(shù)Fig.5 Distribution index of different landscape types on different slope levels

其中建設(shè)用地在0～3°坡度等級上的分布指數(shù)最大(2.25),并且只在該坡度區(qū)間內(nèi)有較強(qiáng)的優(yōu)勢度。林地分布指數(shù)在0～5°坡度等級上低于1,坡度超過5°之后林地始終保持優(yōu)勢地位。0～15°坡度等級上草地分布指數(shù)的趨勢變化較為平緩,坡度增大至15°之后,草地分布指數(shù)快速上漲,在坡度增大到>25°～51°時,草地超過林地成為最具優(yōu)勢的地類。綜上可知,坡度的增加使得與人類活動緊密相關(guān)的景觀類型分布指數(shù)降低,而自然因素主導(dǎo)的景觀類型優(yōu)勢度呈現(xiàn)上升趨勢。

3.2.2不同坡度的景觀指數(shù)分布

由表2可知,隨坡度增長,PD、SHDI和SHEI呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢,景觀指數(shù)在>3°～5°坡度等級達(dá)最高值,PD為12.82,SHDI為0.96,SHEI為0.54。在0～5°坡度等級上,CONTAG和AI呈現(xiàn)出下降趨勢,景觀蔓延程度和聚集度略有下降,坡度超過5°后景觀聚集性和連通性增加。隨坡度增加,LSI整體趨于下降,景觀形狀趨于規(guī)整,坡度為0～8°時LSI變化較慢,之后變化明顯。由此可知,坡度由0上升到5°,空間異質(zhì)性、景觀類型、破碎化程度和多樣性增加,聚集性和連通性下降;坡度達(dá)到5°之后景觀多樣性降低,因受人類干擾程度相對較小,破碎化程度與聚集度趨于好轉(zhuǎn)。

檢算荷載包括恒載和活載，恒載包括實(shí)心板梁、橋面鋪裝、欄桿等附屬設(shè)施的自重。本次檢算擬采用汽車-20級、掛車-100，人群荷載3.5 kPa作為檢算荷載。

表2 不同坡度等級上各景觀指數(shù)值

Table 2 Landscape index on different slope levels

坡度/(°)PD/km-2LSICONTAG/%AI/%SHDISHEI 0～36.64105.1370.1691.530.770.43 >3～512.8299.7663.7783.750.960.54 >5～88.43103.2273.7786.080.730.41 >8～152.6795.9280.5092.380.560.31 >15～251.1564.5884.3695.200.480.27 >25～601.3435.2484.0894.750.470.29

PD為斑塊密度;LSI為景觀形狀指數(shù);CONTAG為蔓延度;AI為聚集度;SHDI為Shannon多樣性指數(shù);SHEI為均勻度指數(shù)。

3.3 起伏度對景觀格局的影響

3.3.1不同起伏度的景觀格局分布

由圖6可知,隨起伏度增加,耕地、建設(shè)用地和水域面積占比呈下降趨勢,林地和草地則呈上升趨勢。起伏度為0～10、>10～30和>30～70 m的區(qū)域面積占研究區(qū)總面積的47.00%,其中耕地為主要景觀類型,面積占比均超過50%,林地面積占比從5.03%增加到40.37%。起伏度為>30～70和 >70～120 m區(qū)域景觀類型變化較大,耕地面積占比從51.15%下降到16.77%,林地面積占比從40.37%上升到77.74%;起伏度為>120～200、>200～300和>300～606 m區(qū)域以林地為主要景觀,面積占比皆大于80%,其次為草地,面積占比從6.03%上升到11.87%。

由圖7可知,當(dāng)起伏度在0～30 m之間時,水域、建設(shè)用地、耕地和其他用地都處于優(yōu)勢地位,其中建設(shè)用地最具優(yōu)勢(分布指數(shù)為4.32)。4種景觀類型分布指數(shù)隨起伏度的增加而下降,其中建設(shè)用地分布指數(shù)下降最快。起伏度為>70～300 m時,林地成為具有優(yōu)勢地位的唯一景觀類型。起伏度>300 m時,草地和林地共同成為優(yōu)勢地類,并且草地優(yōu)勢度高于林地。當(dāng)起伏度較低時，占據(jù)主導(dǎo)地位的景觀類型主要為水域和以人類為主導(dǎo)的用地類型,之后過渡為以自然為主導(dǎo)的林地，再過渡為草地。

圖6 不同起伏度等級上的景觀類型分布

圖7 不同起伏度等級上的景觀格局分布指數(shù)Fig.7 Distribution index of different landscape types on different fluctuation levels

3.3.2不同起伏度的景觀指數(shù)分布

由表3可知,隨起伏度增加,PD、SHDI和SHEI整體呈現(xiàn)出先增后減的趨勢,并在>30～70 m范圍出現(xiàn)最大值,其值分別為7.72、0.97和0.54;起伏度>70 m時PD下降,景觀出現(xiàn)單一化趨勢。CONTAG與AI呈現(xiàn)出先減后增的趨勢,同樣在>30～70 m范圍出現(xiàn)最低值,其值分別為為63.22和88.97。由此可見,隨起伏度增加,景觀破碎程度、斑塊均勻度先增加后下降;起伏度>30～70 m區(qū)域是研究區(qū)景觀類型最為豐富且分布最為均勻的區(qū)域。

表3 不同起伏度上各景觀指數(shù)值

Table 3 Landscape index on different flunctuation levels

起伏度/mPD/km-2LSICONTAG/%AI/%SHDISHEI 0～106.6762.0973.2092.060.710.40 >10～307.4495.1870.9490.470.730.41 >30～707.7276.2263.2288.970.970.54 >70～1203.3955.8575.5892.920.680.38 >120～2001.8557.1980.5094.950.560.31 >200～3001.1545.9383.7796.030.490.27 >300～6060.9127.3884.0196.770.460.29

PD為斑塊密度;LSI為景觀形狀指數(shù);CONTAG為蔓延度;AI為聚集度;SHDI為Shannon多樣性指數(shù);SHEI為均勻度指數(shù)。

3.4 坡向?qū)坝^格局的影響

3.4.1基于坡向的景觀格局分布特征

坡向影響日照與降水分布,進(jìn)而也成為影響景觀格局變化的又一重要因素[26]。由圖8可知,從陽坡至半陽坡、半陰坡、陰坡逐漸變化，各景觀類型所占比例沒有太大改變,但建設(shè)用地、林地和耕地面積占比呈現(xiàn)出略微下降的趨勢。耕地占比從39.78%下降到35.98%，林地占比從52.18%下降到46.10%,建設(shè)用地占比從1.41%下降到0.66%。草地占比呈現(xiàn)出輕微上升的趨勢,從5.77%上升到16.28%。

圖8 不同坡向等級上的景觀類型分布 Fig.8 Landscape type distribution on different aspects

由此可見,對日照和降水依賴較大的用地類型會因坡向的變化呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律,包括以人類為主導(dǎo)的建設(shè)用地、耕地和以自然因素為主導(dǎo)的林地、草地。

由圖9可知,坡向變化影響較大的景觀類型主要為建設(shè)用地,從陽坡主導(dǎo)地位(分布指數(shù)為1.37)下降到陰坡時最低(分布指數(shù)為0.64)。林地和耕地分布指數(shù)呈略微下降趨勢,半陰坡和陰坡主要用地類型為草地和水域,并且草地為最具影響力的景觀類型，分布指數(shù)為1.18。

圖9 不同坡向等級上的景觀格局分布指數(shù)

受坡向影響而導(dǎo)致的日照差異性對人為因素主導(dǎo)的建設(shè)用地與耕地有重要影響,其中對建設(shè)用地的影響更為突出,對自然因素為主導(dǎo)的林地、草地和水域等也有不同程度影響。

3.4.2基于坡向的景觀指數(shù)分布

由表4可知,SHDI和SHEI值總體變化不大,但在半陰坡出現(xiàn)最大值,SHDI值為1.01,SHEI值為0.57;半陰坡為景觀多樣性和均勻度最高的區(qū)域。PD值呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,斑塊密度最高值(4.89)出現(xiàn)在半陽坡,最低值(4.27)出現(xiàn)在陽坡,陽坡景觀破碎化程度最小,而半陽坡為景觀破碎化程度最高的區(qū)域。CONTAG和AI值總體呈現(xiàn)上升趨勢,隨著日照的減少,蔓延度、聚集度和景觀連通性都有輕微上升。LSI略微下降,表明日照減弱會使景觀形狀趨于不規(guī)整。由上可知,坡向變化對景觀指數(shù)產(chǎn)生的影響較小,但同樣具有一定的規(guī)律性,半陰坡是景觀異質(zhì)性最強(qiáng)、景觀多樣化最豐富、均勻度最高的區(qū)域。

表4 不同坡向上各景觀指數(shù)值

Table 4 Landscape index on different aspects

坡向PD/km-2LSICONTAG/%AI/%SHDISHEI 陽坡4.2789.7766.4492.960.970.54 半陽坡4.8979.5366.5492.560.970.54 半陰坡4.5088.7065.2292.711.010.57 陰坡4.3476.1367.5693.160.950.53

PD為斑塊密度;LSI為景觀形狀指數(shù);CONTAG為蔓延度;AI為聚集度;SHDI為Shannon多樣性指數(shù);SHEI為均勻度指數(shù)。

3.5 多維地形因子對景觀格局的影響特征研究

3.5.1基于移動窗口法的景觀格局指數(shù)空間分布特征

選取PD、LSI、CONTAG、AI、SHDI和SHEI這6種景觀格局指數(shù),分別運(yùn)用移動窗口法,結(jié)合研究區(qū)地形因素特點(diǎn)分析其空間差異性,可以看出景觀格局指數(shù)在不同地形分布等級上的變化特征。

如圖10所示,斑塊密度最大的區(qū)域主要位于海拔為>500～650 m時,該區(qū)域坡度和起伏度較低,景觀破碎化嚴(yán)重;斑塊密度較高區(qū)域位于三臺縣丘陵地區(qū),該區(qū)域景觀格局受地形因子的影響破碎化較為嚴(yán)重;涪江沿岸坡度較為平緩,斑塊密度低于丘陵地貌其他區(qū)域。斑塊密度較小的區(qū)域位于平武縣山地區(qū),單一的林地、草地景觀導(dǎo)致該區(qū)域斑塊密度較小,但該區(qū)域涪江附近人類活動頻繁,導(dǎo)致該區(qū)域涪江沿岸斑塊密度高于山地地貌其他區(qū)域。

圖10 研究區(qū)景觀格局指數(shù)的空間分布

景觀形狀指數(shù)較小的區(qū)域主要位于海拔>316～650 m、坡度<8°和起伏度>70 m的區(qū)域,該區(qū)域景觀形狀較為規(guī)則;在平武縣、江油市北部因受人為因素干擾較小,分布較為規(guī)整。蔓延度高值區(qū)主要集中在涪城區(qū)、游仙區(qū)以及三臺縣遠(yuǎn)離涪江的區(qū)域，此外平武縣涪江沿岸蔓延度也較高。

低聚集度區(qū)域主要包括涪城區(qū)、游仙區(qū)、三臺縣遠(yuǎn)離涪江區(qū)域以及平武縣涪江沿岸緩沖區(qū),該區(qū)域主要特點(diǎn)為坡度和起伏度較小,景觀破碎化嚴(yán)重,景觀多樣性豐富,斑塊通達(dá)性降低;高聚集度區(qū)域主要集中在平武縣遠(yuǎn)離涪江區(qū)域,該區(qū)域以林地和草地為主,坡度和起伏度較大,斑塊面積大,景觀單一,連通度高。

Shannon多樣性指數(shù)高值區(qū)域主要位于涪城區(qū)、游仙區(qū)、三臺縣遠(yuǎn)離涪江區(qū)域以及平武縣涪江沿岸區(qū)域。當(dāng)高程、坡度和起伏度較低時,涪江沿岸區(qū)域斑塊面積較大、景觀單一,遠(yuǎn)離涪江區(qū)域的景觀類型豐富、景觀多樣性高;當(dāng)高程、坡度和起伏度較高時,多樣性景觀主要分布在涪江沿岸。

景觀均勻度指數(shù)與Shannon多樣性指數(shù)的空間分布規(guī)律較為相似,均勻度指數(shù)較高的區(qū)域主要分布在高程>316～500 m的遠(yuǎn)離涪江區(qū)域、>650～4 810 m的涪江沿岸區(qū)域以及>500～650 m的沖積平原區(qū)。由此可以看出,不同地貌類型下景觀格局的分布特征與地形因素的分布呈現(xiàn)出明顯的差異性,表明山地丘陵過渡帶地形地貌的變化對于景觀格局變化起著決定性作用。

3.5.2不同地形因子對景觀指數(shù)的影響程度分析

利用Pearson分析計(jì)算不同地形因子與景觀格局指數(shù)的關(guān)系。由于PD、LSI、SHDI、SHEI與地形因子呈負(fù)相關(guān),為更好地探究地形因子與景觀指數(shù)的相關(guān)性,對相關(guān)系數(shù)絕對值進(jìn)行分析。如表5所示,高程與各景觀指數(shù)為極強(qiáng)相關(guān),表明各景觀指數(shù)對于高程變化具有極強(qiáng)的敏感性,高程通過影響水、熱分布的差異性來影響人類活動對空間的選擇,造成景觀格局的異質(zhì)性。

表5 地形因子與景觀格局的相關(guān)性分析

Table 5 Correlation between topographic factors and landscape pattern index

地形因子相關(guān)系數(shù)絕對值PDLSICONTAGAISHDISHEI高程0.8750.8780.8900.6470.8630.831 坡度0.9400.9650.9400.9280.9300.913 起伏度0.9080.7930.7710.8300.7240.690 坡向0.0840.4080.2730.3550.1660.164

PD為斑塊密度;LSI為景觀形狀指數(shù);CONTAG為蔓延度;AI為聚集度;SHDI為Shannon多樣性指數(shù);SHEI為均勻度指數(shù)。

坡度與景觀指數(shù)的相關(guān)性略低于高程,這是因?yàn)槠露鹊淖兓绊懭祟惖纳罘绞?對光、熱等自然條件影響較小。其中坡度與AI值的相關(guān)性小于其他指數(shù)。起伏度與各景觀指數(shù)表現(xiàn)為強(qiáng)相關(guān)，其中起伏度與PD為極強(qiáng)相關(guān),表明斑塊破碎化程度對起伏度更為敏感。坡向變化對景觀指數(shù)的影響最小,兩者相關(guān)系數(shù)小于0.4,表現(xiàn)為弱相關(guān)或極弱相關(guān)。其中PD與坡向的相關(guān)性最小,表明景觀破碎化程度受坡向變化影響最小。綜上可知,在研究區(qū)內(nèi),高程、坡度和地形起伏變化對景觀格局影響較大,而坡向?qū)坝^格局的影響相對較小?？傮w來看,其影響程度表現(xiàn)為高程>坡度>起伏度>坡向。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

該研究表明,隨著高程、坡度和起伏度的增加,景觀類型由人為主導(dǎo)的耕地、建設(shè)用地景觀過渡為以自然為主導(dǎo)的林地、草地景觀。由此可見,高程主導(dǎo)下的氣候條件變化對于景觀類型的演變會產(chǎn)生重要影響,而我國施行的退耕還林、還草政策和生態(tài)保護(hù)策略亦會影響景觀類型的分布與演化,這一結(jié)論與張靜靜等[5]的研究基本相符。隨著坡向由陽坡到陰坡轉(zhuǎn)換,建設(shè)用地表現(xiàn)出較高的敏感性,由此可見坡向轉(zhuǎn)換帶來的熱量改變對人類建設(shè)活動具有較大的影響,從而深刻地影響到建設(shè)用地的分布。

通過移動窗口法發(fā)現(xiàn)低山丘陵區(qū)景觀破碎化程度輕的地區(qū)位于地勢平坦、更適宜于生存和發(fā)展的河流附近,景觀破碎嚴(yán)重處呈現(xiàn)出“山頂為林地,山腰為草地,山腳為耕地”的典型丘陵形態(tài)，沖積平原景觀多樣性最為豐富的地區(qū)為城鄉(xiāng)結(jié)合部，山地區(qū)域耕地破碎化嚴(yán)重。由此可見,坡度和起伏度對于景觀破碎化程度的影響較大,景觀分布一致性較好的區(qū)域多為平坦的河谷地帶,而山地丘陵區(qū)景觀破碎化程度較大;另外,城鄉(xiāng)分異所帶來的人類活動差異性集中體現(xiàn)在城鄉(xiāng)結(jié)合部,從而導(dǎo)致這一地帶的景觀類型多樣,景觀破碎化程度亦較高。

利用Pearson相關(guān)性分析得到高程與景觀指數(shù)的相關(guān)性大于其他地形因子與景觀指數(shù)的相關(guān)性,出現(xiàn)這一結(jié)果主要是由于水熱條件是景觀類型演化的主導(dǎo)因素之一,而在諸多地形因子中,高程對于水熱條件的分布影響最大,從而使得高程與景觀指數(shù)的相關(guān)性最強(qiáng)。

該研究受限于數(shù)據(jù)的可獲取性,僅從地形因素來探討景觀格局的分布特征,研究結(jié)果尚不夠全面,在后續(xù)工作中可從地形、氣候和人類活動這3個維度開展研究,從而更加全面地揭示景觀格局分布與演化的特點(diǎn)與規(guī)律。

4.2 結(jié)論

(1)高程、坡度和起伏度較低的區(qū)域主要用地類型為耕地和林地,其中耕地占比最大;隨著高程、坡度和起伏度的增加,主要用地類型由耕地過渡為林地,草地面積占比呈先減少后增加的趨勢;在不同坡向上,各景觀類型占比差異較小。

(2)隨著高程、坡度和起伏度的增加,建設(shè)用地、水域和耕地的分布指數(shù)顯著遞減,優(yōu)勢度降低;在高海拔、坡度和起伏度區(qū)域,草地和林地分布指數(shù)成為主要用地類型,景觀單一化趨勢明顯，景觀空間異質(zhì)性減弱,景觀連通性與聚集度加強(qiáng)。從陽坡到陰坡,分布指數(shù)變化最大的用地類型為建設(shè)用地,其次為草地和林地。

(3)研究區(qū)不同地貌類型景觀格局指數(shù)的空間差異性較為明顯,山地地貌涪江沿岸景觀呈現(xiàn)出斑塊密度小、形狀規(guī)則、破碎化程度較大的特點(diǎn);沖積平原地貌區(qū)從城市中心到外圍景觀格局主要表現(xiàn)為相對單一化—多樣化—相對單一化的變化趨勢,城鄉(xiāng)結(jié)合部景觀格局呈現(xiàn)出多樣化、破碎化嚴(yán)重的特點(diǎn);丘陵地貌涪江沿岸景觀類型呈現(xiàn)單一化趨勢,破碎化程度減弱,聚集度和連通性較好。

(4)不同地形因子對景觀格局的影響程度不同,高程、坡度和起伏度與景觀格局表現(xiàn)為極強(qiáng)相關(guān)性,坡向與景觀格局表現(xiàn)為弱相關(guān)性,地形因子對景觀格局的影響程度為高程>坡度>起伏度>坡向。