王家沟流域水土保持措施景观结构特征研究

赵芹珍

(山西省水土保持科学研究所)

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区自然概况

吕梁市离石区王家沟流域,为黄河一级支流三川河流域一级支沟,地处东经 111°09′,北纬 37°33′。流域面积 9.1 km2,海拔高程 950-1320 m,地表被第四纪黄土所覆盖,主要土壤类型为黄绵土和栗褐土。流域内梁峁交错,沟壑纵横,呈典型的黄土丘陵沟壑区地貌景观。据多年实测,年均降水量506.5 mm,汛期(5-9月)平均降雨量 368 mm,占年降水量的 72.5%,雨型多属暴雨。年平均气温8.9℃,极端最高气温 38.9℃,极端最低气温-27.2℃,≥10℃的积温 3300℃,年日照时数为2592.2 h,无霜期 160-200 d,年均风速 1.3 m/s。流域人口密度 178人 /km2。

1.2 景观类型的划分

依据流域不同时期水土保持措施实施状况划分为 9种景观类型,分别为坡式梯田、人工梯田、机修梯田、沟坪地、阶地、坝地、乔木林、灌木林和草地。

1.3 景观格局分析的数量方法

从景观数量结构和景观形态结构两个方面选取具有生态学意义的常用指数,研究流域水土保持措施景观格局的变化特征。景观数量结构是指某个区域包含的土地利用类型及它们各占多少面积比例,研究指标主要有景观比例,即各种土地利用景观覆盖面积占样区总面积的百分比;景观形态结构是指土地利用的不同景观与其他组成单元的类型、数目以及空间分布与配置,研究指标有多样性指数、优势度指数、均匀度指数、丰富度指数等。

1.4 景观格局指标的计算

各指标的计算公式如下。

景观比例 (Ki): Ki=ai/A×100%

景观均匀度指数(E): E=H/Hmax

景观丰富度指数(R): R=m,Rr=m/Mmax

式中,A为区域或样区所有景观类型的总面积;ai为景观类型 i的总面积;Pi为景观类型 i在景观中的面积比例;i=1,2,3,…,m,为景观类型数目;Hmax为完全均匀情况下的景观多样性;Mmax是景观类型数的最大值。

2 水土保持措施景观数量特征

景观数量结构描绘的是区域土地资源的质量特征,在此,应用景观比例(Ki)来表述王家沟流域不同年代水土保持措施配置的数量结构特征,计算结果见表 1。从表 1中可知,不同时期水土保持措施景观比例存在差异和变化,1959年以乔木林与人工梯田为主要方式,所占比例分别为 33.829%和48.002%;1978年以乔木林、机修梯田为主要方式,所占比例分别为 33.213%和 21.565%;1986年以乔木林与机修梯田为主要方式,所占比例分别为40.709%和 22.508%;1990年与 1994年以乔木林、机修梯田、灌木林为主要方式。从图 1中也可直观看出,王家沟流域水土保持措施景观比较丰富,面积差异也相当悬殊,其中机修梯田和乔木林始终是流域内两大主要水土保持措施景观。从 20世纪 80年代开始,机修梯田、乔木林、人工梯田面积迅速增加,90年代后灌木林也成为主要的治理措施,而人工梯田面积锐减;坡式梯田、沟坪地转化为其他利用方式,面积减少为 0。不同年代的数据,反映了王家沟流域在综合治理的漫长过程中水土保持措施景观结构逐渐走向协调与合理,呈现出以梯田和林地为基质的生态景观。

表1 水土保持措施景观类型面积比例变化

3 水土保持措施景观形态特征

3.1 景观多样性(H)

景观多样性是一个区域或样区内土地利用类型的多样化程度,是度量土地利用方式丰富程度和复杂性的重要指标,反映景观要素的多少和各景观要素所占比例的变化。当景观由单一要素构成时,景观是均值的,其多样性指数为 0;由两个以上的要素构成的景观,各景观所占比例相等时景观多样性最高,各景观类型所占比例差异增大,则景观的多样性下降。由图 2(a)可知,王家沟流域 1978年水土保持措施景观格局多样性指数最高,1959多样性指数最低,距离最大多样性指数值差距较大;1986年、1990年、1994年多样性指数值相对较高且差异不大,表现出 1986年以后流域水土保持措施配置趋向一个平稳的状态。总体而言,王家沟流域水土保持措施景观格局分布趋于复杂化,不同治理时期土地结构调整取得较大进展,而不同年代多样性指数与最大多样性指数之间存在较大的差距,水土保持措施景观格局仍有一定的调整空间。

3.2 景观优势度(D)

优势度是区域内一种或几种土地利用景观类型支配该区域土地利用类型的程度,度量景观结构中景观由少数几个主要景观类型控制的程度,用于表示景观多样性与最大多样性的偏差,是对景观多样结构和动态水平更为透彻说明的指标。优势度值越大,偏离程度越大,一种或少数景观类型在整个景观中地位越重要,对景观的支配作用越大;优势度小,表明偏离程度小,各种景观类型所占比例相对均匀,结构趋于合理化;优势度为 0,表示有一种景观类型组成,景观完全均质。由图 2(b)可知,1959年优势度 D值最大,说明组成景观的各类型所占比例差异较大,少数措施面积占优势,一种或少数景观类型在整个景观中处于支配地位,水土保持措施集中单一,结构不合理,主要以乔木林为主;1978年优势度 D值最小,且显著低于其他年份,表明这一时期流域综合治理走向多元化,水土保持措施均匀多样,各类型景观所占比例差异较小;1986年、1990年以及 1994年优势度 D值较高且数值差异不大,说明这一时期水土保持措施景观面积比例相对均匀,水土保持措施配置结构合理。

图1 水土保持措施景观类型面积变化

3.3 景观均匀度(E)

均匀度指数反映景观中各元素的分配情况,其值越大,表明景观各组成成分分配越均匀,当 E趋于 1时,景观分布的均匀程度趋于最大。由图 2(c)可知,1978年均匀度指数值最高,各类型景观面积趋向均匀,面积比例差异减小,景观格局整体优化;1959年、1986年均匀度指数值较低,景观类型分布不均匀;从 1959年至 1990年均匀度指数值变化较大,体现了流域综合治理的发展历史及水土保持措施景观类型的变化与差异,1990年、1994年均匀度指数趋于平稳,不同景观类型面积之间的差值进一步缩小。

图2 王家沟流域水土保持措施景观格局指数特征及其变化

3.4 景观丰富度(R)

丰富度指数 R是指区域内景观要素的数目,反映景观的丰富程度。在比较不同景观时,常采用相对丰富度(Rr)指数,即一定景观内出现的景观要素类别占区域内可能出现的景观类别数的比例。由图2(d)可知,1987年流域治理措施配置的丰富度指数值最高,1959年丰富度指数值最低,1986年以后丰富度指数值变幅为 0。

4 结语

景观是一个由不同土地单元镶嵌而成,具有独立的功能特征和明显的视觉效果的有机复杂系统,小流域土地景观格局是自然地理和人类活动干扰的结果。通过调整土地利用结构进行综合治理,合理安排农、林、牧各业的生产用地,从而构建新的景观格局,在空间上建立多层次结构提高流域景观异质性和多样性,充分利用流域环境资源,形成林 -农 -果复合型结构,增强流域生态经济系统的稳定性。在流域综合治理过程中,正确地解决眼前利益和长远利益的关系,注重景观生态功能,创造出优于原有的景观生态系统的经济、社会和生态效益,对促进流域可持续发展具有重要的现实意义。

[1]傅伯杰.景观生态学原理及应用[M].北京:科学出版社,2001.

[2]邬建国.景观生态学——格局、过程、尺度与等级[M].北京:高等教育出版社,2000.

[3]肖笃宁.景观生态学理论、方法及应用[M].北京:中国林业出版社,1991.