人為干擾下的古爾班通古特沙漠西北緣景觀格局變化

肖 巍，王永勝，劉 群，何明杰，王黎波，楊 潔

(1.中勘冶金勘察設計研究院有限責任公司，河北 保定 071051； 2.北京地拓科技發(fā)展有限公司，北京 100084)

景觀格局是指區(qū)域景觀系統(tǒng)中景觀組分(斑塊)的空間分布和組合特征[1]，是在自然因素、生物因素和人類活動綜合作用下形成的結果[2]。景觀格局分析可以從看似無序的景觀中發(fā)現(xiàn)潛在的秩序或規(guī)律，而景觀空間格局動態(tài)可揭示景觀演化的機制和方向，且能夠解釋人類活動和景觀變化的交互關系。近年來，人類活動對景觀格局的影響逐漸增加[3]，如何定量監(jiān)測景觀格局的時空分異特征，并分析其與人為干擾之間的關系，對于生態(tài)系統(tǒng)的保護和景觀資源的可持續(xù)管理具有重要意義[4]。

古爾班通古特沙漠位于新疆北部準噶爾盆地中部，其邊緣地區(qū)是北疆重要的農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域。近年來，沙漠邊緣農(nóng)田和建設用地的擴張、沙漠腹地油氣資源的開發(fā)、道路和飲水工程的興建等人為活動，極大地改變了古爾班通古特沙漠邊緣原有土地覆蓋情況，致使其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降、景觀格局穩(wěn)定性減弱，嚴重制約了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展[5-7]。本研究對古爾班通古特沙漠西北緣2000—2017年3期景觀格局的變化趨勢及人為驅(qū)動因素進行分析，以期為該區(qū)域資源開發(fā)利用及生態(tài)環(huán)境保護與建設提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域為古爾班通古特沙漠西北部的荒漠綠洲交錯地帶，地理范圍介于86°08′～87°06′E、45°30′～46°10′N之間，研究區(qū)面積為4 941 km2，分布在和布克賽爾蒙古自治縣和福?？h2個縣級行政區(qū)內(nèi)。區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，景觀類型以荒漠景觀為主。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本次景觀格局評價采用Landsat TM衛(wèi)星影像，時間分別為2000年6月、2011年7月和2017年6月。利用ENVI 5.3對研究區(qū)TM影像進行幾何校正、圖像增強、融合等處理；利用ArcGIS 10.2采用人機交互方式對景觀格局現(xiàn)狀進行解譯和分類，建立屬性數(shù)據(jù)庫，用于數(shù)據(jù)分析、專題圖件制作。

2.2 景觀類型分類

從影像上看，研究區(qū)主要分布在準噶爾盆地西北部地區(qū)，該地區(qū)主要以荒漠景觀為主，在部分地區(qū)存在居民點、工礦等人為干擾景觀。鑒于本研究所采用的信息源為Landsat TM數(shù)據(jù)，屬于分辨率相對較低的遙感影像資料，按照可以解譯的詳細程度，參考有關研究成果，將本研究區(qū)的景觀類型劃分為建設用地景觀、農(nóng)業(yè)用地景觀、草地景觀、交通運輸用地景觀和荒漠景觀共5類一級類景觀，具體見表1。

表1 景觀類型劃分

2.3 景觀格局特征指標選取

為全面反映研究區(qū)景觀特征，本研究在選取景觀格局特征指標時充分考慮單個景觀類型的特征和區(qū)域景觀整體分布特征兩個層面，選取了景觀類型百分比(PLAND)、斑塊數(shù)(NP)、景觀多樣性指數(shù)(SHDI)、相對均勻度指數(shù)(E)、相對優(yōu)勢度指數(shù)(RD)、景觀連通性指數(shù)(R)共6項指標。各指標計算方法及其生態(tài)意義見表2。

表2 景觀格局特征指標及其生態(tài)學含義

3 結果與分析

3.1 景觀單元特征

3.1.1 景觀單元空間分布特征

基于研究區(qū)景觀格局提取結果，按照景觀格局特征指標計算公式，對研究區(qū)2000—2017年各項景觀格局指標進行計算分析，計算結果見表3，景觀格局分布見圖1。

由表3中5種景觀類型的景觀單元特征指數(shù)可以看出，各景觀類型間斑塊數(shù)、面積、周長、景觀類型百分比等指標相差懸殊，說明該區(qū)域少數(shù)景觀占據(jù)整個景觀格局的主導地位。在景觀的三個組分——拼塊、廊道和基底中，基底是景觀的背景地域，是一種重要的景觀元素類型，在很大程度上決定了景觀的性質(zhì)，對景觀的動態(tài)起著主導作用。由表3可知，荒漠景觀所占面積最大，占研究區(qū)的86.90%～87.56%；由圖1可以看出，荒漠景觀分布連續(xù)性也較強。因此，可以認為荒漠景觀為研究區(qū)景觀的基底。草地景觀主要分布在和布克河尾閭區(qū)域，其景觀面積僅次于荒漠景觀，占區(qū)域面積的7.94%～11.75%。農(nóng)業(yè)用地景觀也分布在和布克河尾閭區(qū)域，與大面積草地景觀互相毗鄰，占區(qū)域面積的5%以下。建設用地景觀主要是分布在鹽池地區(qū)的廠房建筑。交通運輸用地景觀面積所占比例最小，在0.08%～0.12%之間，主要是油田道路。由于道路呈條帶狀分布，所以其景觀斑塊周長較長，在700～1 100 km之間，僅次于荒漠景觀斑塊的周長。

圖1 2000—2017年景觀格局分布

3.1.2 2000—2017年景觀單元變化特征

通過對比2000、2011和2017年研究區(qū)各景觀類型及景觀指數(shù)的變化，可以分析2000—2017年各景觀類型的變化趨勢，從而分析人為干擾對研究區(qū)原景觀的影響程度(干擾程度)。

表3 2000—2017年景觀單元特征指數(shù)變化

由表3可以看出，建設用地景觀斑塊數(shù)量由2000年的1個，增加到2017年的2個；斑塊面積和周長呈現(xiàn)逐期增加的趨勢，斑塊面積由2000年的4.26 km2增加到2017年的31.66 km2，增加了643%，斑塊周長由2000年的9.49 km增加到2017年的45.03 km，增加了374%；景觀類型百分比由2000年的0.09%增加到2017年的0.64%。

農(nóng)業(yè)用地景觀斑塊只有1個，斑塊面積和斑塊周長呈現(xiàn)逐期增加的趨勢，斑塊面積由2000年的25.86 km2增加到2017年的214.12 km2，增加了728%，斑塊周長由2000年的31.67 km增加到2017年的133.60 km，增加了322%；景觀類型百分比由2000年的0.52%增加到2017年的4.33%。

草地景觀斑塊數(shù)量呈現(xiàn)先增加再減少的趨勢，由2000年的12個增加到2011年的14個，到2017年又減少到11個；景觀斑塊面積呈現(xiàn)逐期減少的趨勢，由2000年的580.37 km2減少到2017年的392.18 km2，減少了32.4%；景觀斑塊周長則呈現(xiàn)先增加再減少的變化特征，由2000年的498.31 km增加到2011年的576.14 km，增加了15.6%，2017年又下降到537.27 km，與2011年相比下降了6.7%；景觀類型百分比呈現(xiàn)逐期降低的趨勢，由2000年的11.75%降低到2017年的7.94%，降低了3.81百分點。

交通運輸用地景觀斑塊數(shù)量維持在1個，斑塊面積和周長均呈現(xiàn)逐期增加的趨勢，斑塊面積由2000年的4.09 km2增加到2017年的5.93 km2，增加了44.99%，斑塊周長由2000年的744.53 km增加到2017年的1 078.51 km，增加了44.86%；景觀類型百分比小幅增加，但維持在較低水平。

荒漠景觀斑塊數(shù)量2000年和2011年均是14個，2017年增加到20個，增加了42.86%；景觀面積呈現(xiàn)先減少再小幅增加的趨勢，2000—2011年減少了0.76%，2011—2017年又增加了0.08%；景觀周長呈現(xiàn)逐期增加的趨勢，2000—2017年景觀周長由2 110.40 km增加到2 726.80 km，增加了29.21%；景觀類型百分比變化趨勢與景觀面積變化趨勢一致，基本穩(wěn)定在相對較高的水平。

3.2 景觀異質(zhì)性特征

根據(jù)各景觀單元特征，分別計算2000、2011、2017年景觀多樣性指數(shù)(SHDI)、相對均勻度指數(shù)(E)、相對優(yōu)勢度指數(shù)(RD)和景觀連通性指數(shù)(R)，結果見表4。

表4 2000—2017年景觀異質(zhì)性指數(shù)

由表4可看出，景觀多樣性指數(shù)和相對均勻度指數(shù)均處于較低水平，這說明研究區(qū)各景觀類型差異較大；而相對優(yōu)勢度指數(shù)較大，說明研究區(qū)各景觀類型中存在優(yōu)勢景觀類型，這與表3中荒漠景觀占據(jù)較大優(yōu)勢相吻合；景觀連通性指數(shù)處于較低水平(<0.36)，說明研究區(qū)內(nèi)各景觀類型之間通過廊道連通的程度較低，本研究區(qū)景觀廊道主要是道路，這也說明人為活動(修建道路)對景觀的影響處于較低水平。

4 結 論

本研究基于2000、2011和2017年共3期遙感影像，運用景觀生態(tài)學原理，分別從斑塊水平和景觀水平探討了人為干擾下古爾班通古特沙漠西北緣景觀格局變化特征，結果表明：

(1)研究區(qū)各景觀類型差異較大，以荒漠景觀和草地景觀等自然景觀為主，這兩類景觀占研究區(qū)面積的95%～99%，其中荒漠景觀面積所占比例最大，分布連續(xù)性也較強，因此荒漠景觀為研究區(qū)優(yōu)勢景觀類型(基底)；建設用地、農(nóng)業(yè)用地和交通運輸用地等人為景觀面積僅占1%～5%，其中交通運輸用地景觀面積占比最小，僅為1%左右。

(2)在人類活動影響下，建設用地景觀和農(nóng)業(yè)用地景觀的擴張導致荒漠景觀和草地景觀面積逐期減少，尤其對自然條件較好的草地景觀影響更大，2000—2017年間研究區(qū)人為景觀面積增加了6.36倍，自然景觀面積則減少了217.5 km2，其中草地景觀減少了188.19 km2；交通運輸用地景觀的擴展，通過線性切割促進了自然景觀斑塊破碎化發(fā)展，這也是造成自然景觀斑塊面積減少情況下其周長反而大幅增加的主要因素。雖然人為活動引起自然景觀面積減少并促使自然景觀破碎化，但人為活動影響對整個研究區(qū)景觀異質(zhì)性影響處于較低水平。