人为干扰下的古尔班通古特沙漠西北缘景观格局变化

肖 巍，王永胜，刘 群，何明杰，王黎波，杨 洁

(1.中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司，河北 保定 071051； 2.北京地拓科技发展有限公司，北京 100084)

景观格局是指区域景观系统中景观组分(斑块)的空间分布和组合特征[1]，是在自然因素、生物因素和人类活动综合作用下形成的结果[2]。景观格局分析可以从看似无序的景观中发现潜在的秩序或规律，而景观空间格局动态可揭示景观演化的机制和方向，且能够解释人类活动和景观变化的交互关系。近年来，人类活动对景观格局的影响逐渐增加[3]，如何定量监测景观格局的时空分异特征，并分析其与人为干扰之间的关系，对于生态系统的保护和景观资源的可持续管理具有重要意义[4]。

古尔班通古特沙漠位于新疆北部准噶尔盆地中部，其边缘地区是北疆重要的农业和经济发展区域。近年来，沙漠边缘农田和建设用地的扩张、沙漠腹地油气资源的开发、道路和饮水工程的兴建等人为活动，极大地改变了古尔班通古特沙漠边缘原有土地覆盖情况，致使其生态环境质量下降、景观格局稳定性减弱，严重制约了区域经济发展[5-7]。本研究对古尔班通古特沙漠西北缘2000—2017年3期景观格局的变化趋势及人为驱动因素进行分析，以期为该区域资源开发利用及生态环境保护与建设提供参考。

1 研究区概况

研究区域为古尔班通古特沙漠西北部的荒漠绿洲交错地带，地理范围介于86°08′～87°06′E、45°30′～46°10′N之间，研究区面积为4 941 km2，分布在和布克赛尔蒙古自治县和福海县2个县级行政区内。区域生态环境脆弱，景观类型以荒漠景观为主。

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

本次景观格局评价采用Landsat TM卫星影像，时间分别为2000年6月、2011年7月和2017年6月。利用ENVI 5.3对研究区TM影像进行几何校正、图像增强、融合等处理；利用ArcGIS 10.2采用人机交互方式对景观格局现状进行解译和分类，建立属性数据库，用于数据分析、专题图件制作。

2.2 景观类型分类

从影像上看，研究区主要分布在准噶尔盆地西北部地区，该地区主要以荒漠景观为主，在部分地区存在居民点、工矿等人为干扰景观。鉴于本研究所采用的信息源为Landsat TM数据，属于分辨率相对较低的遥感影像资料，按照可以解译的详细程度，参考有关研究成果，将本研究区的景观类型划分为建设用地景观、农业用地景观、草地景观、交通运输用地景观和荒漠景观共5类一级类景观，具体见表1。

表1 景观类型划分

2.3 景观格局特征指标选取

为全面反映研究区景观特征，本研究在选取景观格局特征指标时充分考虑单个景观类型的特征和区域景观整体分布特征两个层面，选取了景观类型百分比(PLAND)、斑块数(NP)、景观多样性指数(SHDI)、相对均匀度指数(E)、相对优势度指数(RD)、景观连通性指数(R)共6项指标。各指标计算方法及其生态意义见表2。

表2 景观格局特征指标及其生态学含义

3 结果与分析

3.1 景观单元特征

3.1.1 景观单元空间分布特征

基于研究区景观格局提取结果，按照景观格局特征指标计算公式，对研究区2000—2017年各项景观格局指标进行计算分析，计算结果见表3，景观格局分布见图1。

由表3中5种景观类型的景观单元特征指数可以看出，各景观类型间斑块数、面积、周长、景观类型百分比等指标相差悬殊，说明该区域少数景观占据整个景观格局的主导地位。在景观的三个组分——拼块、廊道和基底中，基底是景观的背景地域，是一种重要的景观元素类型，在很大程度上决定了景观的性质，对景观的动态起着主导作用。由表3可知，荒漠景观所占面积最大，占研究区的86.90%～87.56%；由图1可以看出，荒漠景观分布连续性也较强。因此，可以认为荒漠景观为研究区景观的基底。草地景观主要分布在和布克河尾闾区域，其景观面积仅次于荒漠景观，占区域面积的7.94%～11.75%。农业用地景观也分布在和布克河尾闾区域，与大面积草地景观互相毗邻，占区域面积的5%以下。建设用地景观主要是分布在盐池地区的厂房建筑。交通运输用地景观面积所占比例最小，在0.08%～0.12%之间，主要是油田道路。由于道路呈条带状分布，所以其景观斑块周长较长，在700～1 100 km之间，仅次于荒漠景观斑块的周长。

图1 2000—2017年景观格局分布

3.1.2 2000—2017年景观单元变化特征

通过对比2000、2011和2017年研究区各景观类型及景观指数的变化，可以分析2000—2017年各景观类型的变化趋势，从而分析人为干扰对研究区原景观的影响程度(干扰程度)。

表3 2000—2017年景观单元特征指数变化

由表3可以看出，建设用地景观斑块数量由2000年的1个，增加到2017年的2个；斑块面积和周长呈现逐期增加的趋势，斑块面积由2000年的4.26 km2增加到2017年的31.66 km2，增加了643%，斑块周长由2000年的9.49 km增加到2017年的45.03 km，增加了374%；景观类型百分比由2000年的0.09%增加到2017年的0.64%。

农业用地景观斑块只有1个，斑块面积和斑块周长呈现逐期增加的趋势，斑块面积由2000年的25.86 km2增加到2017年的214.12 km2，增加了728%，斑块周长由2000年的31.67 km增加到2017年的133.60 km，增加了322%；景观类型百分比由2000年的0.52%增加到2017年的4.33%。

草地景观斑块数量呈现先增加再减少的趋势，由2000年的12个增加到2011年的14个，到2017年又减少到11个；景观斑块面积呈现逐期减少的趋势，由2000年的580.37 km2减少到2017年的392.18 km2，减少了32.4%；景观斑块周长则呈现先增加再减少的变化特征，由2000年的498.31 km增加到2011年的576.14 km，增加了15.6%，2017年又下降到537.27 km，与2011年相比下降了6.7%；景观类型百分比呈现逐期降低的趋势，由2000年的11.75%降低到2017年的7.94%，降低了3.81百分点。

交通运输用地景观斑块数量维持在1个，斑块面积和周长均呈现逐期增加的趋势，斑块面积由2000年的4.09 km2增加到2017年的5.93 km2，增加了44.99%，斑块周长由2000年的744.53 km增加到2017年的1 078.51 km，增加了44.86%；景观类型百分比小幅增加，但维持在较低水平。

荒漠景观斑块数量2000年和2011年均是14个，2017年增加到20个，增加了42.86%；景观面积呈现先减少再小幅增加的趋势，2000—2011年减少了0.76%，2011—2017年又增加了0.08%；景观周长呈现逐期增加的趋势，2000—2017年景观周长由2 110.40 km增加到2 726.80 km，增加了29.21%；景观类型百分比变化趋势与景观面积变化趋势一致，基本稳定在相对较高的水平。

3.2 景观异质性特征

根据各景观单元特征，分别计算2000、2011、2017年景观多样性指数(SHDI)、相对均匀度指数(E)、相对优势度指数(RD)和景观连通性指数(R)，结果见表4。

表4 2000—2017年景观异质性指数

由表4可看出，景观多样性指数和相对均匀度指数均处于较低水平，这说明研究区各景观类型差异较大；而相对优势度指数较大，说明研究区各景观类型中存在优势景观类型，这与表3中荒漠景观占据较大优势相吻合；景观连通性指数处于较低水平(<0.36)，说明研究区内各景观类型之间通过廊道连通的程度较低，本研究区景观廊道主要是道路，这也说明人为活动(修建道路)对景观的影响处于较低水平。

4 结 论

本研究基于2000、2011和2017年共3期遥感影像，运用景观生态学原理，分别从斑块水平和景观水平探讨了人为干扰下古尔班通古特沙漠西北缘景观格局变化特征，结果表明：

(1)研究区各景观类型差异较大，以荒漠景观和草地景观等自然景观为主，这两类景观占研究区面积的95%～99%，其中荒漠景观面积所占比例最大，分布连续性也较强，因此荒漠景观为研究区优势景观类型(基底)；建设用地、农业用地和交通运输用地等人为景观面积仅占1%～5%，其中交通运输用地景观面积占比最小，仅为1%左右。

(2)在人类活动影响下，建设用地景观和农业用地景观的扩张导致荒漠景观和草地景观面积逐期减少，尤其对自然条件较好的草地景观影响更大，2000—2017年间研究区人为景观面积增加了6.36倍，自然景观面积则减少了217.5 km2，其中草地景观减少了188.19 km2；交通运输用地景观的扩展，通过线性切割促进了自然景观斑块破碎化发展，这也是造成自然景观斑块面积减少情况下其周长反而大幅增加的主要因素。虽然人为活动引起自然景观面积减少并促使自然景观破碎化，但人为活动影响对整个研究区景观异质性影响处于较低水平。