基于景观指数的景观格局动态变化研究——以西乌珠穆沁旗为例

美丽 阿拉腾图娅 银山 都瓦拉 玉山

（内蒙古师范大学地理科学学院 内蒙古 呼和浩特 010022；内蒙古师范大学内蒙古自治区遥感与地理信息重点实验室 内蒙古 呼和浩特 010022；内蒙古自治区生态与农业气象中心 内蒙古 呼和浩特 010051)

引言

景观生态学已成为现代生态学中重要的学科之一[1]。景观是一个区域，里面由许多斑块组成，这表明景观涉及到一个很大的概念，包括地形、结构、空间功能等多科生态系统综合体[2]。景观格局是指景观的空间格局，即大小和形状不一的景观斑块在景观空间上的排列[3]。其研究的内容是景观的结构、功能、变化与人类活动之间的相互作用，景观结构基本要素是指斑块——廊道——基底。因此景观格局研究是景观生态学中的基础性核心研究领域之一[4]。

草原是北方最重要的绿色生态屏障[6]，是具有多种功能的特殊资源[5]。近几年随着社会经济发展，乌珠穆沁草原开发利用矿产资源，为农牧民就业和增收拓宽了渠道[7]。但人为活动干扰加剧使草原景观结构发生了改变。因此研究西乌珠穆沁旗景观格局的变化，为今后合理保护生态环境与可持续发展提供科学依据。

一、研究区概况

西乌珠穆沁旗位于内蒙古林郭勒盟东南部，地势由东南向西北倾斜，地理坐标为东经116°21′-119°23′，北纬43°52′-45°23′。西乌珠穆沁旗属于中温带大陆性气候，植被类型以典型草原为主。

二、数据处理与方法

（一）数据来源与处理

图1.研究区地理位置

选取2005和 2011年的空间分辨率 30米的LandsatTM影像为数据源。利用ENVI5.1进行假彩色合成、镶嵌、裁剪研究区，在ArcGIS10.1中对其进行人工目视解译，将西乌珠穆沁旗分为草原、森林、沙地、盐碱地、乡间道路、公路、湖泊、工矿用地、河流、沼泽地、农田、居民用地等12种景观类型。再将解译的 shp文件转换获得 Grid栅格数据，计算其景观格局指标。

（二）景观格局指标

景观格局指数能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间分布特征，它能准确地反映土地景观变化的时空量化状态[8]：

表1 景观指数及描述

三、结果与分析

（一）景观类型格局变化

西乌珠穆沁旗是内蒙古锡林郭勒草原的典型区域，草原作为该研究区的基底。草原景观占主导优势(表 2)，2005年草原景观类型百分比为74.076%，面积达17457.68km2，2011年草原景观面积17323.05km2，面积减少显著。景观斑块个数被用来描述景观的异质性，值的大小与景观破碎度有很好的正相关。草原景观的斑块个数由 2005年的106个增加到175个，表明草原景观斑块破碎程度加剧，但草原景观仍是主导景观。森林景观是西乌珠穆沁旗次要主导景观2005年占总面积的14.005%，面积达3300.54 km2，2011年森林景观面积为3032.99km2，占总面积的12.870%，森林面积减少，斑块密度从2005年增加了0.0023，反映森林景观破碎程度加大。环境资源斑块沼泽地的面积比 2005年增加 114.62km2，斑块密度指数也增加。西乌珠穆沁旗景观格局变化显著，干扰斑块沙地景观面积和斑块个数显著增加，2005年沙地景观面积865.24 km2，2011年沙地景观面积1055.00 km2。人为引入斑块的景观类型中，农田、居民用地、工矿用地景观的面积和斑块个数均显著增加，农田、居民用地、工矿用地景观斑块个数分别由2005年的169、32、16增加到2011年的274、47、235个，其中农田和工矿用地面积2011年达到1135.76 km2和28.49 km2，表明西乌珠穆沁旗从 2005-2011年农业、工矿产业迅速发展。湖泊景观2005年占总面积的0.326%到了2011年只占总面积的0.243%，面积显著减少，原因可能是随着经济发展工矿开采越来越加剧，地下水位不断下降，导致湖泊面积减少，但斑块个数和斑块密度增加表明湖泊景观分布更加破碎。廊道——河流面积从2005年增加26.93km2。人为引入廊道——乡间道路的变化较少，景观类型百分比由2005年的0.062%减少为2011年的0.059%。人为引入廊道公路的面积、景观类型百分比、斑块个数和斑块密度均呈显著增加。

综上所述，草原和森林景观面积减少显著，但草原仍是主导景观，森林景观还是次要主导景观。沙地景观面积和斑块个数显著增加。农田、居民用地、工矿用地景观的面积和斑块个数均显著增加。湖泊景观面积减少，河流景观面积增加。乡间道路的变化较少。公路的面积、景观类型百分比、斑块个数和斑块密度均呈显著增加。各景观类型的斑块密度都有所增加，表明各景观类型的破碎程度和复杂性加剧。

表2.景观类型格局指数比较(面积单位：km2)

图2.2005-2011年景观格局变化空间分布图

（二）景观异质性变化

香浓多样性指数（SHDI）能反映景观异质性[7]，SHDI=0表明整个景观仅由一个斑块组成；SHDI增大，说明斑块类型增加或各斑块类型在景观中呈均匀分布。如图4所示，2005年西乌珠穆沁旗景观的香浓多样性指数为0.9103，2011年的香浓多样性指数为 0.9539，香浓多样性指数( SHDI)增加，表明研究区内不同斑块类型增多，各斑块类型越来越均匀分布，景观破碎程度增大。在景观水平上，景观结合度( COHESION)值在0-100之间，西乌珠穆沁旗景观结合度( COHESION)有所下降，说明相同景观类型之间连通性下降。2005年研究区的分离度指数( DIVISION）为0.7731，2011年分离度指数( DIVISION）为0.8012，表明人类干扰加剧使各斑块分布的更加分散。近几年来自然环境变化和人类活动干扰加剧，致使景观类型比以往破碎程度更高，连通性下降，分布更加分散。

图3.景观异质性比较

图4. 1990-2011年气候因素变化图

（三）景观格局变化原因分析

1. 气候因素

本文选取年均降雨量、年均蒸发量等气候因子对景观的影响进行分析，并将降雨量与蒸发量换算成干燥度指数 k即年蒸发量与年降雨量的比值。

根据图4显示，进入21世纪以来西乌珠穆沁旗的降雨量和蒸发量呈减少趋势，干燥度系数比20世纪 90年代明显降低。2005年干燥度系数( K=2.289) 远大于2011年干燥度系(K=1.528)，上述分析可知：2005年气候远比2011干旱，湖泊河流面积仍在减少，2011年景观格局变化远大于2005年，总结得出气候因素对西乌珠穆沁旗景观指数变化和景观格局变化影响不大。

2. 人为因素

看图 5可知：西乌珠穆沁的年末总人口和工业产值总体呈增加趋势，2005年年末总人口为7.2376万人，到2011年增加到7.856万人，人口数量迅速增加导致农田、居民用地增多。人口增加会导致所需的粮食产品增加，粮食主要来源于农田，农田面积呈增加的趋势，2005年农田面积为91.69 km2，2011年的面积为135.76 km2(表2)。随着社会经济的发展，大范围开采工矿、修建公路，工业产值从2005年的32896万元增加到2011年612784万元。2005年公路面积9.26 km2，2011年公路面积13.51 km2(表2)。上述人为活动使草原面积不断减小的同时对景观指数变化产生积极促进作用，并且对草原景观的生态环境造成了严重破坏。

图5. 2000-2012年工业产值和年末人口变化图

四、结论

景观类型：草原和森林景观面积减少显著，但草原仍是主导景观，森林景观还是次要主导景观。农田、居民用地、工矿用地、公路景观的面积和斑块个数均显著增加，表明人为干扰活动加剧。湖泊景观面积减少，沙地景观面积增加表明草原沙漠化严重。

景观异质性：2005-2011年西乌珠穆沁旗景观的香浓多样性指数( SHDI)增加，景观结合度( COHESION)有所下降，分离度指数( DIVISION）增加，各景观斑块越来越均匀分布，景观破碎程度增大，连通性下降，分布更加分散。

景观格局变化原因：气候因素对西乌珠穆沁旗景观格局变化影响不大，反而人为因素是造成景观格局变化的主要原因，人口数量的增加，工矿产业的发展，使草原面积不断减小的同时，乡间道路、公路、工矿用地、农田和居民用地的斑块越来越多，对草原地区的生态环境造成严重破坏。