小流域土地景觀格局
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論文摘要:景觀空間格局分析是景觀生態(tài)學研究的核心問題之一。依據(jù)景觀生態(tài)學理論和研究方法,運用遙感和地理信息技術,對江西南豐的朱源小流域土地景觀進行格局分析,并對山坡地和山谷地景觀的多樣性、優(yōu)勢度和破碎化指數(shù)進行比較。結果表明,坡耕地、喬木林地、間作地、果園、未利用地和荒地的平均斑塊分維數(shù)較小,而水田、梯田農地、居民用地、灌木林地和水域的平均斑塊分維數(shù)較高,斑塊形狀較為復雜。山坡地景觀多樣性低、優(yōu)勢度高、破碎化指數(shù)低;山谷地景觀多樣性高、優(yōu)勢度低、破碎化指數(shù)高。
小流域持續(xù)發(fā)展主要取決于土地能否維持高的生產(chǎn)力。土地生產(chǎn)力的維持與景觀的結構、功能是密切相關的。小流域土地景觀是由自然和人類經(jīng)營斑塊所組成的嵌塊體。土地景觀研究的重點是土地利用或土地覆蓋類型,涉及自然與人為控制兩種環(huán)境。本文在小尺度上分析了土地利用和景觀格局,其目的是了解景觀變化與人類經(jīng)營活動和經(jīng)營策略之間的關系,確定產(chǎn)生和控制水土流失的因子和機制,為合理制定小流域綜合治理規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供科學依據(jù)。
1區(qū)域概況
朱源小流域位于贛中南豐縣東坪鄉(xiāng)境內,地貌類型以侵蝕構造的中、低山為主,海拔多為300~500m。土壤主要以風化花崗巖、紅沙巖、沙礫巖形成的水稻土、紅壤土為主。小流域屬中亞熱季風區(qū),氣候溫和、雨量充沛、四季分明、冬季較短,無霜期長,平均為250d;平均年氣溫15.6℃,極端最高溫度39.8℃,極端最低溫度一般為-7℃,年均降雨量1700mm。朱源小流域包括朱源、下堡、東坪村3個村委會,總人口為3295人,其中農業(yè)人口3110人,人口密度為149人/km2,農業(yè)勞動力1974人。
2研究方法
2.1斑塊類型的劃分
依據(jù)小流域土地利用現(xiàn)狀和經(jīng)營目的,將土地景觀區(qū)域劃分為二級系統(tǒng)。第一級,依據(jù)土地利用性質將其分為生產(chǎn)性用地和非生產(chǎn)性用地;第二級,對生產(chǎn)性用地,依據(jù)經(jīng)營目的、外貌特征和經(jīng)營種類劃分為7種斑塊類型:1)有水源保證和灌溉設備的水田,主要包括種植水稻、蓮藕等水生作物的地塊。2)已修成梯田的農地,包括菜地、自留地、經(jīng)濟作物地和苗圃。3)還未修成梯田的坡耕地,多數(shù)為剛開墾的農地。4)林分郁閉度大于0.3的喬木林地,以喬木為主的純林及喬灌混交的林地。5)林分郁閉度大于0.3的天然灌木林地。6)在蜜桔林(包括幼林和成熟林)內間種、套種經(jīng)濟作物的間作地。7)果園,主要種植品種有南豐蜜桔、黃花梨、桃、枇杷等。對非生產(chǎn)性用地劃分為4種類型:1)可開墾利用,種植作物的可利用地。2)居民居住用地、牲畜養(yǎng)殖場。3)天然形成或人工挖掘的水域,包括河流、水庫、坑塘。4)暫時和永久難以利用的地區(qū),主要是裸露基巖的山和石漠化土地。
2.2景觀評價基礎數(shù)據(jù)的獲取
以研究區(qū)域比例尺為1:10000的土地利用現(xiàn)狀圖作為基本分析圖件,依據(jù)所劃分的11種斑塊類型,以圖斑為基本單位,利用GIS系統(tǒng)進行圖件的數(shù)字化,繪制景觀斑塊類型圖。從所形成的矢量數(shù)據(jù)庫中提取景觀類型的面積信息和周長信息,在Excel2000軟件下進行統(tǒng)計分析和景觀評價指標的計算。
2.3景觀格局評價指標
2.3.1斑塊大小與形狀
斑塊大小與形狀是景觀空間格局評價的主要參數(shù),直接影響單位面積的生物量、生產(chǎn)力、養(yǎng)分儲量以及物種組成和多樣性。斑塊大小以斑塊面積表示。斑塊形狀,通過斑塊邊緣的總長度和平均長度以及斑塊的形狀指數(shù)來反映。斑塊形狀指數(shù)采用以下3種不同的方式測定:1)斑塊內緣比(η),以周長(L)與面積(S)比值來表示。2)形狀系數(shù)(Sc),即某一斑塊周長(L)與等面積圓周長之比值;比值為1,說明該斑塊為圓形,值越大說明斑塊周邊長、面積小、形狀越復雜或越扁長。3)分維數(shù)(F):L≈SF/2,通過lg(L/4)與lgS的回歸求出回歸曲線的斜率,分維數(shù)為該斜率的2倍。F值范圍為1.0~2.0,1.0代表正方形斑塊,2.0表示等面積下周邊最復雜的斑塊。
2.3.2斑塊密度與優(yōu)勢度
斑塊密度(M)為某類斑塊類型的總斑塊數(shù)目與景觀要素類型總斑塊數(shù)目的比值。面積比例(SP)為某類斑塊類型的總面積與景觀要素類型總面積的比值。斑塊優(yōu)勢度(D0)反映斑塊在景觀中的地位,優(yōu)勢度值越大,說明該類斑塊在景觀中的地位越重要,對景觀的支配作用越大。計算公式如下:D0=(M+SP)/2×100%(1)
2.3.3景觀多樣性(H)
景觀多樣性是指景觀在結構、功能上的多樣性,用以揭示景觀的復雜程度。在景觀多樣性的測定中,借助信息論中關于不定性的研究方法,即在一個景觀系統(tǒng)中,景觀要素類型愈豐富,破碎化程度越高,其信息含量的不定性也就越大,按Shannon-Weaver公式計算出的指數(shù)也就越高。H=-Σmi=-ΣSPilgSPi(2)式中:SPi是景觀類型i在景觀中出現(xiàn)的概率,即景觀類型i所占面積的比例;m為景觀類型的數(shù)目。H值越大,表示景觀多樣性越大。
2.3.4景觀優(yōu)勢度(D)
優(yōu)勢度指數(shù)表示景觀多樣性與最大多樣性的偏差。度量景觀結構中一種或幾種景觀類型支配程度。優(yōu)勢度大,表明景觀只受一個或少數(shù)幾個類型所支配;優(yōu)勢度小,表示各種景觀類型所占比例大致相當。D=Hmax+ΣSPilgSPi(3)式中:Hmax=lgm,表示最大多樣性指數(shù)。
2.3.5景觀均勻度指數(shù)(E)
景觀均勻度指數(shù)(E)為景觀多樣性指數(shù)與最大多樣性指數(shù)之比值。E=H/Hmax(4)式中:H為多樣性指數(shù);Hmax為其最大值。當E趨于1時,景觀綴塊分布的均勻程度趨于最大。
2.3.6景觀破碎化指數(shù)(Fr)
景觀破碎化指數(shù)表明景觀被分割的破碎程度。在小流域景觀中,景觀的破碎化程度與人為干擾有密切聯(lián)系,其表達式為:Fr=〔(Nb-1)/Nt〕×100%(5)式中:Nb為景觀類型中各類斑塊的總數(shù);Nt為景觀中最大可能網(wǎng)格總數(shù)。
3結果分析
3.1土地利用與景觀特征分析
土地利用類型、斑塊的幾何特征統(tǒng)計見表1,2。不難看出,難利用地、喬木林地和水田是該小流域的基質。在各類土地利用類型中,梯田農地和坡耕地的平均斑塊面積最小,且斑塊數(shù)量大。難利用地的平均斑塊面積最大,其次為喬木林地、水田、居民用地、灌木林地。
3.2景觀形狀分析
平均形狀系數(shù)是對周長敏感的形狀指數(shù),反映斑塊邊界的復雜程度,斑塊形狀特征、斑塊類型優(yōu)勢度見表3。由表3可知,各斑塊類型形狀系數(shù)均在1.2~1.5。由于水域的形狀為狹長型,且邊緣較復雜,從而導致具有較大的形狀系數(shù)。
分維分析的結果表明,水田、梯田農地、居民
用地、灌木林地和水域的平均斑塊分維數(shù)較高,在1.28以上,這些景觀類型大多分布于山谷和溝谷地中,斑塊形狀取決于自然地貌的平面形態(tài)。坡耕地、喬木林地、間作地、果園、未利用地和荒地的平均斑塊分維數(shù)較小,<1.24,表明斑塊形狀簡單,這些景觀類型大都位于山坡和山頂。
3.3山坡地與山谷地景觀破碎化、多樣性及優(yōu)勢度的比較分析
景觀的破碎化是指由于自然和人為因素的干擾,導致景觀由簡單趨向復雜的過程。該小流域主要受人為因素的干擾,景觀多樣性大小取決于斑塊類型數(shù)量多少以及各類斑塊類型所占比例的均衡性。
在該小流域選取了等面積的山坡地和山谷地的研究結果(見表4),山坡地景觀多樣性低、優(yōu)勢度高和破碎化指數(shù)低;山谷地景觀多樣性高、優(yōu)勢度低和破碎化指數(shù)高。根據(jù)景觀生態(tài)學中連接性和網(wǎng)絡結構原理,以及景觀結構對坡面徑流和水土流失的影響,在山坡地上,要逐漸增加景觀類型,提高景觀多樣性。特別是在一些地形轉換線周圍,也是水土流失類型由濺蝕、片蝕到細溝侵蝕,淺溝侵蝕和重力侵蝕的轉換地帶,應植樹造林,增加地表覆蓋,有效地控制土壤侵蝕保持水土。
4結論與建議
1)小流域的土地景觀格局是自然地理和人類活動干擾的結果。小流域綜合治理要通過調整土地利用格局,合理安排農、林、牧各業(yè)的生產(chǎn)用地,達到減少徑流和保持土壤的目的。2)調整小流域土地景觀格局,提高景觀類型的多樣性,在空間上建立多層次的結構能充分利用環(huán)境資源的異質性,形成林-農-果復合型結構,可以增強流域生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3)在土地的利用上,正確地解決眼前利益和長遠利益的關系,注重景觀的結構和功能,對提高景觀的異質性和多樣性,促進小流域的持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
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