涪江干流綿陽段河岸帶景觀格局時空變化研究

摘 要：【目的】研究涪江干流河岸帶及緩沖區(qū)土地利用景觀格局時空變化特征，對維持河流生態(tài)系統(tǒng)健康、改善流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要作用?！痉椒ā恳愿⒔闪骶d陽段為研究對象，采用2000—2020年中國土地利用覆蓋產(chǎn)品數(shù)據(jù)，將河岸帶緩沖區(qū)分成7個景觀類型，從景觀格局指數(shù)中面積/密度指數(shù)、形狀指數(shù)兩個維度進行研究?！窘Y(jié)果】涪江干流河岸帶緩沖區(qū)從面積/密度指數(shù)上分析，耕地、林地CA值在不斷減少，城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民點CA值增大。林地LPI的值由原來的7.376 7%增長到10.168 3%，逐漸成為優(yōu)勢景觀類型。緩沖區(qū)的耕地、農(nóng)村居民點PD值先減后增，其他景觀斑塊PD變化不大。從形狀指數(shù)上分析，緩沖區(qū)耕地、林地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地的LSI的趨勢是上升，SHAPE的波動不大，大多斑塊的值是上升態(tài)勢景觀圖斑趨向不規(guī)則，景觀類型趨向于復(fù)雜?！窘Y(jié)論】20年來，涪江干流河岸帶景觀格局總體趨勢在往好的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：河岸帶；景觀格局；景觀指數(shù)；涪江流域

中圖分類號：P901" " " 文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2025）03-0088-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.03.018

Study on Spatiotemporal Changes of Landscape Pattern in the Riparian Zone of the Mianyang Section of the Main Stream of the Fujiang River

CUI Yutao DONG Tingxu CHEN Zhuo LI Pengyu

（School of Resource and Environmental Engineering， Mianyang Normal University， Mianyang 621006， China）

Abstract：[Purposes] Studying the spatiotemporal changes in land use landscape patterns in the riparian zone and buffer zone of the main stream of the Fujiang River plays an important role in maintaining the health of the river ecosystem and improving the ecological environment quality of the watershed. [Methods] Taking the Mianyang section of the main stream of the Fujiang River as the research object， using data on land use cover products in China from 2000 to 2020， the riparian buffer zone was divided into 7 landscape types， and the study was conducted from two dimensions： area/density index， shape index， and landscape pattern index. [Findings] In the past 20 years， the buffer zone of the main stream of the Fujiang River has seen a continuous decrease in the CA values of arable land and forest land， while the CA values of urban construction land and rural residential areas have increased. The LPI value of forest land has increased from 7.376 7% to 10.168 3%， gradually becoming a dominant landscape type. The PD values of cultivated land and rural residential areas in the buffer zone decreased first and then increased， while the PD values of other landscape patches did not change significantly." From the perspective of shape index analysis， the trend of LSI for cultivated land， forest land， and urban construction land in the buffer zone is on the rise， while the fluctuation of SHAPE is not significant. The values of most patches are on the rise， and the landscape pattern tends to be irregular， with complex landscape types. [Conclusions] Over the past 20 years， the landscape pattern of the riverbank zone in the main stream of the Fujiang River has shown an overall trend towards improvement.

Keywords： riverside zone; landscape pattern; landscape index; Fujiang River Basin

0 引言

河岸帶是指陸地或者半陸地與水生生態(tài)系統(tǒng)直接相互交界的區(qū)域，位于河流、水網(wǎng)與兩岸高地之間的狹隘地帶。河岸帶伴隨著時間的變化，受到氣候、人為等影響，可能會在時間和空間上發(fā)生不連續(xù)的變化［1］。當前，關(guān)于河岸帶的研究方法較多，較多的學者在技術(shù)路線的選擇上使用3S技術(shù)［2］，如楊高等［3］利用遙感數(shù)據(jù)，對物理結(jié)構(gòu)完整性（PSI）進行分析，有效評估了河岸帶生態(tài)狀況。還有部分學者圍繞河岸帶的功能進行探討，如張建春［4］分析了河岸帶的廊道功能、緩沖帶功能、護岸功能， 對河岸帶緩沖區(qū)生態(tài)修復(fù)提出一定的建議。

此外，景觀指數(shù)在景觀生態(tài)研究中應(yīng)用廣泛。伴隨著3S技術(shù)的發(fā)展，對區(qū)域生態(tài)的情況可以構(gòu)建多元的景觀格局指數(shù)［5］。景觀格局指數(shù)是針對地區(qū)土地利用景觀在空間上的構(gòu)成、定量的描述［6］，王玉朝等［7］將景觀格局中地貌、土壤、水資源格局相結(jié)合，分析了三工河流域的環(huán)境分異特征。趙菲等［8］圍繞城市河岸帶的研究，使用土地利用時分異特征化、景觀聚集度和斑塊指數(shù)對流域河岸帶土地類型時空變化、河岸帶景觀尺度時空變化，以及河岸帶景觀變化軌跡特征進行分析，為流域生態(tài)廊道建設(shè)提供科學依據(jù)。

為驗證景觀格局對流域河岸帶緩沖區(qū)的影響，本研究從時空角度重點分析2000—2020年涪江干流綿陽段河岸帶2 km緩沖區(qū)景觀格局指數(shù)，為流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

涪江作為長江的二級支流，嘉陵江的一級支流，具有重要的經(jīng)濟價值和生態(tài)價值。涪江發(fā)源于四川省松潘縣境內(nèi)岷山主峰雪寶頂，流經(jīng)四川省阿壩藏族羌族自治州、綿陽市、廣元市、南充市、遂寧市、德陽市、資陽市、重慶市，最終至重慶合川匯入嘉陵江［9］。涪江干流全長670 km，干流在綿陽市境內(nèi)長約380 km，流經(jīng)平武、北川、江油、游仙、涪城、三臺。江油市中壩鎮(zhèn)涪江大橋以上為上游段，河段長為237 km，控制流域面積5 814 km2，占涪江流域面積的16%（如圖1所示）。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)為中國地級市行政界線矢量數(shù)據(jù)、1985—2022中國地表覆蓋產(chǎn)品（CLCD）［10］。針對河岸帶緩沖區(qū)，利用天地圖高分辨率遙感影像，并結(jié)合國土調(diào)查數(shù)據(jù)， 根據(jù)土地利用現(xiàn)狀分類標準，形成了涪江干流河岸帶及緩沖區(qū)的土地利用景觀矢量數(shù)據(jù)集，其坐標為CGCS2000，投影為Guass Kruger（見表1）。

數(shù)據(jù)的處理包括根據(jù)從BIGMAP共享數(shù)據(jù)中提取根據(jù)涪江干流綿陽段，并依據(jù)景觀生態(tài)線、水文線、河長制度線等，構(gòu)建以河岸線外延2 km為緩沖區(qū)提取矢量數(shù)據(jù)。利用ArcGIS對地表覆蓋柵格數(shù)據(jù)進行裁切，并按照第三次全國國土調(diào)查最新要求，對緩沖區(qū)進行重分類。得到2000、2010、2020年的涪江干流土地利用/土地覆蓋數(shù)據(jù)，如圖2所示。

2.2 研究方法

景觀類型時空動態(tài)是指在特定的時間內(nèi)研究區(qū)域中的景觀圖斑發(fā)生的數(shù)量變化的情況。這種變化往往可以用于判斷人類活動對景觀類型的影響程度［11］。借助景觀指數(shù)法定量描述相關(guān)變化速度，可對實際的發(fā)展趨勢進行預(yù)判。景觀指數(shù)能夠客觀地反映景觀在結(jié)構(gòu)特征與空間格局上的變化［12］。通過不同大小的斑塊，來判斷在空間上某區(qū)域在人為或者其他因素的影響下空間的變化［13］。常見的景觀指數(shù)分別為最大斑塊占景觀面積比例（LPI）、拼塊類型面積（CA）、景觀面積（TA）、斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、斑塊周長（PERIM）、景觀形狀指數(shù)（LSI）等［14］，這些指數(shù)可以用來量化景觀的格局。本研究通過Fragstats4.2軟件針對涪江干流綿陽段2 km緩沖區(qū)土地利用景觀的景觀格局指數(shù)進行提取（見表2），分別圍繞景觀的面積/密度指標、形狀指標、兩個維度進行分析，揭示涪江干流綿陽段河岸帶2 km緩沖區(qū)地表覆蓋變化特征和變化趨勢，為后續(xù)涪江干流生態(tài)環(huán)境改善提供數(shù)據(jù)支撐。

3 結(jié)果分析

3.1 面積/密度指標

在景觀格局指數(shù)中，面積指標往往能反映景觀類型在區(qū)域內(nèi)的大小。面積指數(shù)的變化能較好地反映20年內(nèi)涪江干流綿陽段河岸帶生態(tài)景觀的變化（見表3）。由表3可知，耕地、草地的斑塊類型面積（CA）在不斷減少，其中耕地斑塊面積從64 327.14 hm2急劇減少到58 027.23 hm2。而水體、城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民點的斑塊面積在快速上升，林地面積沒有較大變化，說明涪江綿陽段河岸帶緩沖區(qū)的生態(tài)環(huán)境受到了城鎮(zhèn)化的影響，大面積的耕地、草地被開發(fā)成城鄉(xiāng)用地。水體面積的增長也很好地反映了涪江河道水量增大。最大斑塊指數(shù)（LPI）能夠很好地反映人類活動干擾的方向大小。20年來，耕地的LPI開始下降，從原來的11.175%下降到8.212 7%。林地的LPI不斷增長，從原來的7.376 7%增長到10.168 3%，林地開始成為河岸帶緩沖區(qū)的優(yōu)勢景觀，可以反映出區(qū)域開始重視生態(tài)環(huán)境，也表明退耕還林取得實質(zhì)進展。從斑塊密度（PD）指標的變化可以得到整個河岸帶景觀的斑塊密度中耕地、農(nóng)村居民點的PD值先減后增，耕地從起初的0.211 3/100 hm2減少到0.195 3/100 hm2，到2020年增長到0.2096/100 hm2。其他景觀斑塊總體呈上升趨勢，說明耕地、農(nóng)村居民點在河岸帶景觀格局中破碎程度降低，其他景觀類型在面積上異質(zhì)性升高。

3.2 形狀指標

形狀指標（SHAPE）可以評估景觀斑塊的形態(tài)復(fù)雜性、緊湊度和邊界的曲折程度。 景觀形狀指數(shù)（LSI）能夠綜合反映景觀類型的異質(zhì)性，由LSI的值能夠得到各個景觀類型直接的銜接程度（見表4）。由表4可知，河岸帶除其他用地外的LSI的值是呈上升趨勢，每個景觀斑塊變得越來越不規(guī)則， 河岸帶的景觀類型變得更加復(fù)雜。SHAPE通常用來判斷斑塊形狀的多樣性跟復(fù)雜性，河岸帶緩沖區(qū)的SHAPE的波動不大，大多斑塊的值是上升態(tài)勢，但是城鎮(zhèn)建設(shè)用地、草地的值是在呈現(xiàn)下降趨勢，城鎮(zhèn)建設(shè)用地的SHAPE從2.328 2減少到1.866 5，草地的SHAPE從1.901 7減少到1.838 8。說明城鎮(zhèn)建設(shè)用、草地斑塊在河岸帶范圍內(nèi)形狀比較的單一，其他景觀類型多樣性有小幅度的提高。SHAPE整體的值都較小，說明景觀斑塊在河岸帶內(nèi)是比較緊湊的。周長面積分維效（PAFRAC）的值能夠反映河岸帶受到人工干擾的程度的大小，PAFRAC的值越趨近1說明人工干擾越小，反之越趨近2，則受到的干擾越大。河岸帶整體的PAFRAC的值變化幅度不明顯，水體的值更趨近于2。研究表明20年以來，人類的活動對涪江主干流的生態(tài)產(chǎn)生直接的影響。

4 結(jié)論

本研究使用2000、2010、2020年中國地表覆蓋數(shù)據(jù)，選取景觀格局指數(shù)中的面積指標、形狀指標、聚散指標對涪江干流綿陽段河岸帶緩沖景觀格局及變化進行分析，結(jié)論如下。

①耕地、林地是整個河岸帶緩沖區(qū)的中心主體，但近20年內(nèi)，在面積斑塊上，耕地、草地的斑塊數(shù)量開始減少，而林地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地和農(nóng)村居民點斑塊數(shù)量增大。人類的活動對耕地、林地、水體、草地造成了一定的影響，重視退耕還林，退耕還水，使得緩沖區(qū)的生態(tài)趨勢變好。

②從形狀指標上看，近20年內(nèi)，涪江干流河岸帶緩沖區(qū)耕地、林地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地的形狀指標，景觀類型趨向復(fù)雜，斑塊越來越不規(guī)則。這說明涪江河岸帶緩沖區(qū)在進一步地開發(fā)，復(fù)雜的形狀有利于生物多樣性的維持，對緩沖區(qū)的各項功能了解更加全面，使得緩沖區(qū)的景觀穩(wěn)定性增強，減少了緩沖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。復(fù)雜景觀往往能夠提供更多的生境類型和邊緣效應(yīng)。從而對生態(tài)恢復(fù)和保護產(chǎn)生好的影響。

③2000—2010年，由于人們對涪江流域河岸帶的生態(tài)的不重視，加劇了緩沖區(qū)的景觀斑塊破碎化，降低了景觀抗干擾的能力。2010—2020年，斑塊破碎程度減少，生態(tài)效能得到提升，各個景觀斑塊由壞向好轉(zhuǎn)變。近20年來，涪江干流河岸帶景觀格局變化總體趨勢是向好的。

④本研究重點關(guān)注了景觀格局指數(shù)中的面積密度指數(shù)、形狀指數(shù)、聚散性指數(shù)，但景觀格局還應(yīng)從更多維度考慮，例如景觀的總體特征、分異特征等。

參考文獻：

［1］YAHAYA A K， AUGUSTINE L. Livelihood activities in the Lawra Municipality of Ghana： A blessing or a curse to the riparian vegetation of the Black Volta Basin［J］. Innovation and Green Development，2023，2（4）.

［2］梁益銘.滇池流域河岸帶景觀格局演變研究［D］.昆明：昆明理工大學，2022.

［3］楊高，李穎，付波霖，等.基于遙感的河岸帶生態(tài)修復(fù)效應(yīng)定量評估：以遼河干流為例［J］.水利學報，2018，49（5）：608-618.

［4］張建春.河岸帶功能及其管理［J］.水土保持學報，2001（S2）：143-146.

［5］LI X， HE H S， BU R，et al . The adequacy of different landscape metrics for various landscape patterns［J］.Pattern Recognition，2005，38（12）：2626-2638.

［6］余忠原，朱兵.空間粒度下丘陵山地區(qū)農(nóng)村居民點景觀格局指數(shù)變化分析：以四川省鹽亭縣為例［J］.鄉(xiāng)村科技，2023，14（23）：143-148.

［7］王玉朝，趙成義.三工河流域景觀格局的形成與環(huán)境分異特征［J］.水土保持學報，2001（3）：98-101.

［8］趙霏，郭逍宇，趙文吉，等.城市河岸帶土地利用和景觀格局變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究：以北京市典型再生水補水河流河岸帶為例［J］.濕地科學，2013，11（1）：100-107.

［9］劉慧麗.涪江流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量遙感動態(tài)監(jiān)測［D］.綿陽：綿陽師范學院，2023.

［10］YANG J， HUANG X. 30 m annual land cover and its dynamics in China from 1990 to 2019［J］.Earth System Science Data，2021，13（8）：3907-3925.

［11］羅芳，潘安，陳忠升，等.四川省土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響研究［J］.云南農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學），2021，36（4）：734-744.

［12］賈艷艷，于東明，王明杰，等.泰安市景觀格局和生境質(zhì)量時空演變及其關(guān)聯(lián)分析［J］.西北林學院學報，2022，37（2）：229-237.

［13］馬驍，史鵬會，崔劍，等.伊洛河流域河南段景觀格局特征及變化研究［J］.河南科技，2024，51（2）：97-101.

［14］張芳源，賈艷艷，鄭海燕.沿黃城市藍綠空間時空演變及驅(qū)動力分析：以泰安市為例［J］.西北林學院學報，2024，39（2）：148-155.