秦嶺南北流域景觀格局特征及脆弱性差異研究

馬新萍 韓申山 王磊 王建興 何偉

摘要：選擇秦嶺金錢河流域和灞河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，采用景觀格局分析來(lái)評(píng)估流域生態(tài)狀況、詮釋生態(tài)過程。以2000年、2008年、2016年遙感影像為主要信息源，研究?jī)闪饔蛲恋乩脿顩r和景觀格局。結(jié)果表明，金錢河流域林地、未利用地、水域面積均有所增加，草地、建設(shè)用地、耕地減少;灞河流域林地、建設(shè)用地面積增加，未利用地、水域、耕地、草地均減少;從兩流域的景觀格局指數(shù)來(lái)看，金錢河水域發(fā)展的優(yōu)勢(shì)度越來(lái)越高，灞河水域發(fā)展的優(yōu)勢(shì)高于其他土地類型，2000年、2015年兩流域景觀破碎化程度有所減小，研究區(qū)發(fā)展更趨向于集中分布;兩河流域的景觀脆弱度空間分布及各等級(jí)分布形式均存在差異，景觀脆弱度的高低與土地利用強(qiáng)度均相吻合。研究結(jié)果可為秦嶺山地流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：秦嶺南北流域;景觀格局;脆弱性

中圖分類號(hào)：F301.24?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2020）07-0151-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.07.031

Abstract： The Qinling Jinqian River Basin and Bahe River Basin were selected as the research objects，and landscape pattern analysis was used to evaluate the ecological status of the basin and interpret the ecological process. Based on the remote sensing images of 2000，2008 and 2016 as the main information sources，the land use status and landscape pattern of the two river basins were studied. The results showed that the area of forest land，unused land and water areas in the Jinqian River Basin increased，while grassland，construction land，and cultivated land decreased. The area of forest land and construction land in the Bahe River Basin increased，and unused land，waters，cultivated land，and grassland decreased. Judging from the landscape pattern index of the two river basins，the advantage of the Jinqian River waters development is getting higher and higher，and the advantage of Bahe waters development is higher than other land types. In 2000 and 2015，the fragmentation of the landscape in the two river basins decreased，and the development of the study area tended to be concentrated. There are differences in the spatial distribution of landscape vulnerability and the distribution of each level in the two river basins. The level of landscape vulnerability is consistent with the intensity of land use. The research results can provide a scientific basis for the coordinated development of eco-economic development in the Qinling Mountain Basin.

Key words： Qinling North and South Basin; landscape pattern; vulnerability

土地利用與覆被變化（LUCC）被認(rèn)為是全球變化的主要決定因素之一[1]，其研究的本質(zhì)是促進(jìn)土地利用類型空間配置合理化，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境三者相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用[2]。選擇秦嶺南北地區(qū)具有代表意義的金錢河和灞河流域作為研究對(duì)象，分析兩區(qū)域土地利用和景觀特征，以期為研究區(qū)的資源環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

景觀格局（Landscape pattern）指的是景觀的空間構(gòu)造特征，包含有景觀組成單元的多樣性和空間配置[3]。選擇灞河流域和金錢河流域作為秦嶺南北典型流域，經(jīng)過分析識(shí)別流域的景觀格局，有效詮釋生態(tài)過程的變化機(jī)制[4]，根據(jù)景觀環(huán)境的變化為研究區(qū)提供結(jié)構(gòu)布局及環(huán)境治理方法。

土地利用與覆蓋變化的研究為全球環(huán)境變化研究熱點(diǎn)領(lǐng)域[5]。在國(guó)際地圈與生物圈計(jì)劃（IGBP）和全球環(huán)境變化人文計(jì)劃（IHDP）共同推進(jìn)下[6]，對(duì)土地利用與覆蓋變化的特征及過程進(jìn)行了大量的研究[7]。中國(guó)學(xué)者利用遙感和GIS技術(shù)，分析了近20年來(lái)秦嶺土地利用與土地覆蓋變化情況，研究表明，秦嶺地區(qū)20年間草地和建設(shè)用地呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，耕地、水域和未利用地呈減少趨勢(shì)，而林地基本呈穩(wěn)定狀態(tài)[8]。對(duì)長(zhǎng)安河地區(qū)景觀格局進(jìn)行調(diào)查表明，景觀要素多樣性增多、破碎度指數(shù)上升、景觀分維數(shù)增加，景觀異質(zhì)性加強(qiáng)，進(jìn)而影響生態(tài)環(huán)境[9]。

表1為灞河流域2000—2008年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，灞河流域2008—2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣見表2;表3為金錢河流域2000—2008年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，金錢河流域2008—2015年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣見表4。從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)看，2000—2008年，灞河流域建設(shè)用地、草地和未利用地均有所減少，林地、耕地、水域均有增多，其變化沒有較為突出的特征;金錢河流域變化較明顯的是耕地面積減少，其主要轉(zhuǎn)變方向?yàn)榱值睾臀蠢玫?，這可能與流域內(nèi)退耕還林政策實(shí)施與城鎮(zhèn)擴(kuò)張發(fā)展有關(guān)。2008—2015年，灞河流域變化最明顯的為建設(shè)用地面積增加，其主要來(lái)源為未利用地;金錢河流域變化最明顯的是未利用地和林地面積減少，其主要轉(zhuǎn)變方向?yàn)楦?，這與同時(shí)期的耕地保護(hù)政策有關(guān)。

綜上可見，兩河流域內(nèi)的土地類型變化與短期內(nèi)的政策因素以及城市發(fā)展有很大關(guān)系，其主要驅(qū)動(dòng)力為政策導(dǎo)向下的人為因素;另外灞河流域內(nèi)土地利用變化程度大于金錢河流域，說(shuō)明秦嶺北坡人為活動(dòng)影響要明顯大于南坡。

3.2?灞河流域與金錢河流域景觀格局變化對(duì)比分析

3.2.1?類型水平上景觀格局對(duì)比?選取斑塊數(shù)目指數(shù)（NP）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、散布并列指數(shù)（IJI）以及分散指數(shù)（SPLIT）4種類型水平上的景觀格局指數(shù)進(jìn)行分析（圖4），2000年兩流域斑塊數(shù)目指數(shù)最大的為建設(shè)用地，但建設(shè)用地的斑塊數(shù)目指數(shù)隨時(shí)間逐漸減小，灞河流域建設(shè)用地、耕地、水域和林地斑塊數(shù)目指數(shù)均較高，金錢河相對(duì)較低;最大斑塊指數(shù)變化最明顯的是灞河流域的草地、水域，這可能與灞河流域近幾十年的城市建設(shè)、世園會(huì)修建以及水域生態(tài)保護(hù)等活動(dòng)相關(guān)，金錢河流域最大斑塊指數(shù)變化較明顯的是耕地，這與2000年左右的退耕還林政策有很大關(guān)系;計(jì)算兩流域的散布并列指數(shù)，兩者變化都不大，并且各地類對(duì)比也沒有明顯差異;灞河流域分散指數(shù)變化較明顯的地類有草地、建設(shè)用地、水域，草地增加、建設(shè)用地減少、水域減少明顯，金錢河流域分散指數(shù)變化明顯的是耕地、林地和未利用地。

金錢河流域林地、水域面積大，退耕還林政策的嚴(yán)格實(shí)施對(duì)金錢河流域的林地、水域有較好保護(hù)效果，建設(shè)用地略有增加;灞河流域隨著城市化的發(fā)展，人類對(duì)草地、林地周圍生態(tài)環(huán)境的開發(fā)利用造成建筑用地增加，但同時(shí)人類對(duì)水生態(tài)環(huán)境也十分重視。相比來(lái)看，秦嶺北坡流域人類活動(dòng)強(qiáng)度明顯高于南坡，但是北坡在開發(fā)利用的過程中也較為重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)，因此對(duì)于水域等的保護(hù)也有一定的效果，南坡由于林地面積大及保護(hù)政策的嚴(yán)格實(shí)施，其生態(tài)效果明顯優(yōu)于北坡。

3.2.2?景觀水平上的景觀格局分析?綜合表5、表6來(lái)看，兩河流域各景觀水平指數(shù)在時(shí)間變化上沒有太大變動(dòng)，兩流域的香農(nóng)多樣性指數(shù)和聚集度指數(shù)十分接近，灞河流域的斑塊密度指數(shù)和最大板塊指數(shù)均略大于金錢河，同時(shí)兩流域的斑塊密度指數(shù)和最大斑塊指數(shù)均隨時(shí)間呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明破碎度降低，香農(nóng)多樣性指數(shù)有所增加，表明該流域景觀豐富和復(fù)雜化，景觀異質(zhì)性增加，聚集度變化不明顯。

3.3?灞河、金錢河流域景觀脆弱性對(duì)比分析

根據(jù)研究區(qū)域特點(diǎn)以及各地類斑塊的分布狀況，分別將研究區(qū)域分成5 km×5 km的網(wǎng)格，利用ArcGIS軟件對(duì)每個(gè)網(wǎng)區(qū)域?qū)?yīng)的格柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，并借助Fragstats3.4軟件計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格的景觀脆弱度指數(shù)，最后采用克里金插值法對(duì)脆弱度指數(shù)進(jìn)行空間插值，結(jié)果見圖5。

為突顯金錢河與灞河流域景觀脆弱度空間分布的等級(jí)差異，對(duì)流域景觀脆弱度進(jìn)行等級(jí)劃分，共分為5級(jí)：I級(jí)為低脆弱度區(qū)（脆弱度指數(shù)<4）;Ⅱ級(jí)為較低脆弱度區(qū)（4～6）;Ⅲ級(jí)為中脆弱度區(qū)（6～8）;Ⅳ級(jí)為較高脆弱區(qū)（8～10）;Ⅴ級(jí)為高脆弱度區(qū)（脆弱度指數(shù)≥10）。

從3個(gè)時(shí)期的景觀脆弱度指數(shù)（圖6）來(lái)看，灞河流域景觀脆弱度較高的區(qū)域分布在流域的中部偏西北部區(qū)域，脆弱度較低的區(qū)域在流域的東南部區(qū)域，從空間上看，灞河流域景觀脆弱度與人類土地利用強(qiáng)度分布十分吻合，西北部與西安市東郊相連，流域中部偏西北部人為活動(dòng)影響較大，流域東南部為流域發(fā)源山地，基本分布為林地，受人為活動(dòng)較小。金錢河流域景觀脆弱度較高地區(qū)分布在流域東南部，脆弱度較低區(qū)域在流域西北部，依然與人類活動(dòng)空間分布一致。

灞河流域景觀以I、IV、V級(jí)區(qū)為主，占流域總面積的65.6%，說(shuō)明灞河流域景觀脆弱度呈現(xiàn)兩頭高，中間低的形式。金錢河流域景觀以II、III、IV級(jí)區(qū)為主，占流域總面積的92.38%，由此可見，金錢河流域景觀脆弱度呈現(xiàn)中間高兩頭低的形式。

5?結(jié)論與討論

5.1?結(jié)論

1）兩流域內(nèi)主要的土地利用類型均為林地，金錢河流域林地的面積和比例均高于灞河流域，灞河流域建設(shè)用地、耕地、草地和未利用地所占比例均高于金錢河流域，從近16年的土地利用類型空間變化看，灞河流域的土地利用強(qiáng)度明顯高于金錢河流域，說(shuō)明秦嶺南坡受城市擴(kuò)張影響較小，同時(shí)受益于林地保護(hù)政策，土地利用類型變化程度均較小;秦嶺北坡土地利用強(qiáng)度大，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張明顯，但同時(shí)環(huán)境保護(hù)活動(dòng)也取得了較好的效果。北坡由于其有利的地形因素為人類活動(dòng)創(chuàng)造了便利，但在未來(lái)的土地利用規(guī)劃中應(yīng)進(jìn)一步協(xié)調(diào)好生態(tài)環(huán)境、耕地保護(hù)與建設(shè)發(fā)展之間的關(guān)系。

2）景觀指數(shù)變化對(duì)人為活動(dòng)的影響也十分敏感，景觀脆弱度與人類活動(dòng)在空間上相吻合。從兩流域研究區(qū)的景觀格局指數(shù)變化來(lái)看，金錢河水域發(fā)展的優(yōu)勢(shì)度越來(lái)越高，水域、林地周圍的景觀要素較多，呈均衡化發(fā)展，建設(shè)用地和耕地由集中向分散變化;灞河水域發(fā)展的優(yōu)勢(shì)也高于其他土地類型，這是人為的水環(huán)境政策實(shí)施的結(jié)果，其余各土地利用類型斑塊數(shù)目指數(shù)都有下降，草地、林地周圍的景觀要素較多，呈均衡化發(fā)展;除了林地外其他土地類型由分散向集中變化。2000—2015年兩流域景觀破碎化程度有所減小，研究區(qū)發(fā)展更趨向于集中分布。

5.2?討論

金錢河與灞河流域在社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)以及自然環(huán)境作用下，土地利用、景觀格局發(fā)生了明顯改變。灞河流域因地理位置原因，人類活動(dòng)影響較多，城市化發(fā)展加快，同時(shí)水域環(huán)境保護(hù)政策也響應(yīng)及時(shí)，灞河流域水體得到治理，并使其生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益得到很好發(fā)揮。灞河流域建設(shè)濕地公園、世園會(huì)等具有生態(tài)協(xié)調(diào)作用，同時(shí)也是能帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生態(tài)規(guī)劃項(xiàng)目。灞河流域更好地體現(xiàn)了人類對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的協(xié)調(diào)意識(shí)，而這一思想在未來(lái)的發(fā)展中還需更好地發(fā)揚(yáng)和改進(jìn)。

金錢河流域開發(fā)水資源，建立水電站，地理位置優(yōu)越，風(fēng)景優(yōu)美，主要產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型為旅游業(yè)。在發(fā)展旅游業(yè)的同時(shí)也要做好生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，對(duì)于景區(qū)的開發(fā)要做好生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。從秦嶺南北典型流域土地類型變化、景觀格局及人為活動(dòng)影響對(duì)比來(lái)看，不同的地理?xiàng)l件下兩河流域呈現(xiàn)出差異特點(diǎn)，根據(jù)不同區(qū)域特征，要注重采取針對(duì)性的協(xié)調(diào)政策，確保生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的和諧統(tǒng)一發(fā)展。

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