流域景观格局空间分异规律研究

王新功

（千阳县水土保持工作站 陕西 千阳 721100）

1 引言

景观格局是景观生态学研究的核心内容和热点问题之一，自20世纪80年代初期景观生态学被引入中国以来，景观格局得到了广泛的研究和应用，景观格局是指景观的空间结构特征，是景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置，是景观异质性在空间上的综合表现。近年来，国内外学者关于区域景观格局的大量研究表明，景观格局对揭示区域生态环境有重要意义，同时也为后续的相关研究打下坚实的基础。

杨峪河小流域是南水北调中线工程的水源保护地，属全国水土流失重点治理流域，为确保京津唐地区水质安全，必须注重和保护水源地水质与生态环境。鉴于流域是一个完整的自然地理单元，流域内景观格局是自然与人为因素长期综合作用的结果，因而对流域景观的研究，是揭示流域生态状况、空间变异性特征以及与生态过程相关的区域资源环境问题的有效手段，研究小流域的景观格局状况，对流域综合治理及生态环境保护具有重要的意义。

2 研究区概况

杨峪河上游小流域位于东经109°48′45″～109°52′30″，北纬 33°52′30″～33°55′00″，属于丹江上游一支流，总面积54.691hm2，河谷地貌，海拔 1000m，相对高差100m（图1）。年均气温12.8℃，年平均降水725.5mm，夏季降水314.1mm，占年降水量的43.3%，土壤为黄褐土，水土流失严重。植被分布在低山河谷，木本植物是天然的侧柏林，人工油松林；草本植物是各种农作物以及杂草，粮食作物主要有玉米、小麦、大豆等。

3 研究方法

3.1 数据来源与处理

数据采用IKONOS遥感影像、1∶10000地形图、DEM数据以及实测GPS数据。在ArcGIS9.3中，对扫描的1∶10000地形图配准，DEM数据在ENVI4.7中进行几何正射校正，再将IKONOS多光谱影像波段与全色波段进行融合，通过DEM数据利用ArcGIS9.3的水文分析模块获得的流域边界矢量文件，在ENVI4.7中对遥感影像进行裁剪，采用直方图均衡化方法对图像进行增强处理，以抑制细小噪声。将融合后的影像采用面向对象进行景观类型分类，得到景观要素分类图（图2）。

3.2 研究方法

根据流域景观特征，采用国标《土地利用现状分类》的二级分类体系，将流域土地利用分为耕地、园地、林地、草地、住宅用地、交通用地和未利用地7个一级和11个二级。

景观空间格局指数包括景观单元特征指数和景观异质性指数。景观单元特征指数是用于描述斑块面积、周长和斑块数等特征的指数。景观异质性指数包括多样性指数、镶嵌度指数、距离指数及景观碎化指数。应用这些指数定量地描述景观格局，对不同景观进行比较，研究其结构、功能和过程的异同。根据研究区的实际情况，选取11个指标，来反映研究区土地景观类型（表1）。

4 结果分析

4.1 不同高程带景观类型分布

图1 研究区位置示意图

图2 南沟小流域景观类型分类图

表1 不同高程景观类型面积分布（hm2 ）

表2 不同高程景观单元特征指数

表3 不同高程景观异质性分布

图3 南沟小流域景观类型分布

图4 不同高程带的蔓延度指数和散布与并列指数

通过对南沟流域不同海拔高度景观类型分析（表1）显示：整个流域，坡耕地和乔木林地的面积较大，在820m～847m高程带内，没有裸地，荒草地占地面积最小，为0.02hm2；在847m～874m高程带内，裸地面积最小，其它景观类型分布较为均匀；在874m～901m高程带内，景观类型分布差异较大；在901m～928m高程带内，交通用地面积最小，只有0.05hm2，其它景观类型分布差异也较大；在928m～955m高程带内，裸地和交通用地面积都较小。农村宅基地主要分布在海拔820m～928m范围内，面积达到3.29hm2，交通用地主要分布在海拔820m～901m范围内，面积达到0.91hm2，灌木林地和果园在整个景观中分布较为均匀，荒草地在第1高程带内分布面积最小，其他草地在874m～928m范围内面积较大，达到 1.76hm2。

图3可以看出，在流域内，坡耕地和乔木林地占整个流域景观面积的比例较大，其次是灌木林地，其它景观在整个流域内所占的比例都少于10%，坡耕地随着海拔的升高，面积也逐渐增加，在901m～928m的海拔高度内，耕地面积比例达到了最大值，说明在此区域景观类型主要以耕地为主；而乔木林地随着海拔的降低，面积在逐渐增加，在820m～847m的海拔高度内，乔木林地面积比例达到了最大值，说明在此区域内景观类型主要是乔木林地，其它景观类型随着海拔的变化，趋势较为平稳，分布较均匀。

4.2 景观空间格局随高程的分异

斑块密度（PD）描述景观类型的破碎度，值越大，被破坏程度越严重，人为干扰越强烈。从表2可知，研究区中，海拔高度820m～928m范围内农村宅基地和坡耕地的斑块密度最高，表明此类景观的被破坏程度最严重，同时也说明此类景观受人类活动的干扰最为强烈。

最大斑块指数（LPI）有助于确定景观的模地或优势类型等，其值的大小决定着景观中的优势种，内部的丰度等生态特征。由表3可见，在整个流域内，坡耕地和乔木林地的最大斑块指数最大，说明此类景观占主导地位。坡耕地的最大斑块指数随着高程变化趋势为先降低后升高，在第901m～955m高程带内最大，说明此高程带内坡耕地占主导地位，属于优势种；海拔高度820m～901m范围内乔木林地的最大斑块指数最大，说明此范围内乔木林是主要优势类型。

景观形状指数（LSI）用来描述景观的发育程度，由表3可见，景观形状指数在整个流域中随高程变化趋势是先升高后降低，海拔高度在874m～901m范围内达到最大值，而且农村宅基地和交通用地主要分布在此高程带内，这再次说明景观在此高程带内结构复 杂、形状不规则，在此高程带内，乔木林地的景观形状指数达到最大8.88，说明农村宅基地伴随着乔木林地零星分布。随着高程的增加，景观类型趋向单一化，当高程超过901m的时，受到海拔高度的影响，林地和耕地是主要的景观类型，其他类型景观的分布面积已经很少了，景观的形状也由不规则趋向为规则形状。

表3可见，香农均匀度指数（SHDI）变化是随着高程的升高呈现平稳的趋势，而且均匀度指数都大于0.5，优势度相对较高，说明景观中有明显的优势类型且各斑块类型在景观中均匀分布。分离度（F）随着高程梯度呈现出先升高后降低的趋势，在847m～874m的高程梯度上分离度最大，而且农村宅基地和交通用地主要分布在此高程梯度上，说明在该高程梯度上，各斑块类型的离散程度越大，景观在此高程带内分布越分散。在901m～928m的高程带内，分离度降至最低，大面积耕地集中分布在此高程带内，因此，景观在此高程范围内分布较为集中。聚集度（RC）随着高程梯度呈现出先降低后升高的趋势，在847m～901m的高程梯度上聚集度最小，表明在该高程梯度上，景观斑块分布较为分散，当高程大于901m时，景观聚合度也随高程的升高而升高，表明景观是由少数聚合的大斑块构成的。

4.3 景观空间关系分析

从图4可以看出，蔓延度指数随海拔的升高呈现先降后升的趋势，在820m～847m高程段出现最大值58.47，在874m～901m高程段出现最小值51.21。相反，散布和并列指数呈现先升后降的趋势，在874 m～901m高程段出现最大值81.41。这表明，在第1高程带内某种优势斑块形成了良好的连接性，从表2可看出优势斑块为耕地，而耕地仅与少数几个其他类型相邻接，所以散布和并列指数较小，蔓延度最大。随着海拔高度的升高，耕地的优势减弱，各个景观趋于均衡，形成各景观要素的密集格局，景观的破碎度较高。

5 结论

杨峪河上游南沟小流域，坡耕地和乔木林地占整个流域景观面积的比例较大，耕地主要分布在流域上游，而林地和建设用地主要分布在流域中下游。从景观整体看，在中下游区域景观破碎度大，人为干扰强，景观结构复杂，形状不规则。

在流域中下游，聚集度、蔓延度指数较小，分离度和散布与并列指数较高，主要是因为中下游区域分布着大面积林地，伴随着大量的建设用地，而且乔木林地成为该区域的优势斑块类型，表明景观具有多种要素的密集格局；在流域上游地区，聚集度和蔓延指数随着海拔的升高而增大，分离度和散布与并列指数降低，原因是上游地区分布着大面积的耕地，说明耕地形成了良好的连接性，连通性较大，耕地也成为该区域的优势斑块类型。陕西水利

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