永定河流域土地利用景觀格局變化

科學(xué)認(rèn)識流域土地利用變化及其特征可以為流域水文變化、水環(huán)境變化、氣候變化等研究提供基礎(chǔ)。以1970—2010年伊洛河流域5期遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用gis信息技術(shù)與空間分析技術(shù),得到不同時期伊洛河流域土地利用/覆被特征,選取土地利用變化率指數(shù)、土地利用綜合指數(shù)和土地利用動態(tài)度模型3個指標(biāo),分析了近40a來研究區(qū)的土地利用/覆被變化特征。結(jié)果表明,伊洛河流域土地利用以耕地為主,其次為林地。研究區(qū)土地利用處于發(fā)展期且土地利用變化處于快速變化水平,隨著城鎮(zhèn)化面積的逐年增加,流域耕地面積從1990年以后逐年減少,城鎮(zhèn)工礦居民用地不斷增加,其他如林地、草地和未利用面積變化基本保持不變。從不同的發(fā)展階段來看,1970—1990年間,土地利用/覆被變化不太顯著;1990—2000年流域土地利用變化以城鎮(zhèn)工礦居民用地增加為主要特征;2000—2005年流域土地利用變化以耕地減少為主要特征;2005—2010年土地利用變化程度較2000—2005年有減緩趨勢,但仍然呈現(xiàn)耕地減少、城鎮(zhèn)工礦居民用地增加的特征。從不同的高程帶來看,洼地和丘陵地帶土地變化較劇烈,變化的主要特征為耕地減少、城鎮(zhèn)工礦居民用地增加,而中山和高山地帶,因為人類活動影響較小,土地利用情況變化很小。

朱溪河小流域?qū)偃珖亮魇е攸c治理小流域,研究流域內(nèi)的土地利用景觀格局,對流域生態(tài)修復(fù)具有重要意義。基于\"3s\"技術(shù),應(yīng)用fragstats3.3軟件,分別從斑塊類型水平及景觀水平,對朱溪河小流域土地利用景觀進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明:整個流域多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)偏低,居民點及工礦用地、耕地、園地等受人類干擾程度較大的景觀類型的破碎化程度較高,但無明顯破碎化現(xiàn)象,流域景觀比較完整。

為揭示湖北省黃石市土地利用景觀格局的發(fā)展變化,合理利用土地,選取2004、2011、2016年3期的landsat遙感影像,采用景觀生態(tài)學(xué)原理和gis技術(shù),對各類用地進(jìn)行土地利用變化分析。選取斑塊數(shù)量、斑塊密度、聚集指數(shù)、最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、蔓延度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均勻度指數(shù)8個指數(shù)進(jìn)行分析,研究黃石市近15年的景觀格局的發(fā)展規(guī)律。結(jié)果表明:農(nóng)田、建設(shè)用地面積增加,林地、水域面積基本保持不變,裸地數(shù)量大量減少,景觀連接性減弱,破碎度增加,景觀格局復(fù)雜性增加,景觀格局受人類活動影響加劇。

草原文化遺址是草原民族文化的靈魂之一,加強(qiáng)對草原文化遺址的保護(hù)具有重要的意義。本研究利用地理信息系統(tǒng)(geographicinformationsystem,gis)與遙感(remotesensing,rs)技術(shù)以及景觀分析軟件,選取了單一土地利用動態(tài)度、綜合土地利用動態(tài)度、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣及景觀格局指數(shù)等指標(biāo)對元上都遺址區(qū)域近30年土地利用和景觀格局的變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明,1)草地是元上都遺址最主要的土地利用類型,在研究時間段內(nèi)面積波動變化；2)近30年,元上都遺址草地、林地、農(nóng)田之間相互轉(zhuǎn)化頻繁,伴隨著景觀指標(biāo)的不斷變化；3)2000–2005年綜合土地利用動態(tài)度最高,林地單一土地利用動態(tài)度變化速率最高；4)景觀整體比較脆弱,越來越多樣化、破碎化,但已逐漸趨于穩(wěn)定；生態(tài)建設(shè)工程的大力開展以及農(nóng)牧民生產(chǎn)方式的不斷變化是引起變化的主要原因。維持草原類型的面積和草原景觀的穩(wěn)定性,對元上都遺址的保護(hù)具有重要的作用。

以1975年和2005年的土地利用圖為基礎(chǔ)圖件,以各個縣市為研究單位,提取各個縣市的土地利用數(shù)據(jù),分析三峽庫區(qū)近30年來土地利用動態(tài)度的變化、土地利用程度的變化;然后接合景觀生態(tài)學(xué)的理論,引入了斑塊平均面積、景觀的多樣性與景觀破碎度,尋找分異特征。研究表明,三峽庫區(qū)近30年各類建設(shè)用地的變化速度>河流水域的變化速度>林地、草地的變化速度>耕地的變化速度;各縣市土地利用程度在增加;各個景觀指數(shù)的變化在各個地域分布上的變化趨勢是不一樣的,土地利用對景觀格局的影響比較和緩,三峽庫區(qū)景觀的多樣性在減少。

基于landsatmss和tm影像數(shù)據(jù),應(yīng)用rs、gis軟件和景觀生態(tài)學(xué)方法,以拜泉縣為例分析了1979～1990年、1990～2001年兩個時段土地利用及景觀格局的動態(tài)變化情況。結(jié)果表明,拜泉縣以農(nóng)田和建設(shè)用地為主,林地大幅度增加,各土地利用類型相互轉(zhuǎn)移,從1979年到2001年,農(nóng)田面積減少了15.53%,林地、水體、草地、建設(shè)用地面積分別增加了710.71%、66.44%、13.73%和133.69%,土地利用率逐漸提高。運(yùn)用分維數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、破碎度指數(shù)、多樣性指數(shù)等景觀指數(shù)分析了拜泉縣景觀格局變化過程,斑塊數(shù)總體呈增加趨勢,表明景觀整體上破碎化程度增加,這是因為人類對生態(tài)環(huán)境的干擾越來越大。

本文選擇崇明東部為研究區(qū)域,利用gis和rs技術(shù)對1988、1997年和2005年衛(wèi)片和航片進(jìn)行了提取、分類和分析,并計算了景觀格局指數(shù),分析了近20年來土地利用及景觀格局變化。結(jié)果表明:耕地基本沒有變化,河流水體、農(nóng)村居民點等不斷增加,潮灘大大減少,城鎮(zhèn)發(fā)展緩慢,隨著人類活動程度的加劇,景觀多樣性稍有下降,均勻度上升。

運(yùn)用遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù),對半城子水庫流域2000年和2005年的2期遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯判讀,結(jié)合土地利用動態(tài)度模型和景觀生態(tài)學(xué)數(shù)量方法分析了流域土地利用和景觀格局的變化。結(jié)果表明:①2000-2005年間,流域土地利用類型發(fā)生了一定變化,但林地始終是流域主導(dǎo)土地利用類型;②研究期內(nèi),半城子水庫流域土地利用年變化速度為1.30%,其中闊葉林是最穩(wěn)定的土地利用類型,其他土地是最活躍的土地利用類型;③類型水平上格局指數(shù)顯示針葉林斑塊形狀最復(fù)雜,混交林的異質(zhì)性較高;④景觀水平的格局指數(shù)顯示,區(qū)域景觀破碎化程度加劇,多樣性增加,均勻度增強(qiáng)。

以1987年、2000年、2014年的landsat影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),借助envi,arcgis,fragstats等軟件,提取了土地利用信息,計算了景觀指數(shù),定量分析了流域土地利用變化及其對景觀格局的影響.結(jié)果表明:(1)近30年來,南四湖流域土地利用變化突出表現(xiàn)為耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化,耕地面積減少1069.15km2,建設(shè)用地面積增加1573.26km2.2000-2014年,土地利用綜合動態(tài)度為0.461％,是1987-2000年的4倍.(2)景觀結(jié)構(gòu)上,耕地是流域的主導(dǎo)斑塊,面積約占70％,30年來占景觀面積的比例降低了3.85％,斑塊形狀趨于復(fù)雜;建設(shè)用地日益發(fā)展為優(yōu)勢斑塊,占景觀面積的比例指數(shù)增加了6.1％.耕地與建設(shè)用地斑塊在景觀中的變遷,使得流域自然生態(tài)功能受到較為嚴(yán)重的干擾.(3)流域總體的景觀特征表現(xiàn)為優(yōu)勢斑塊明顯,景觀比較完整,但空間異質(zhì)性較高而連通性較低.近30年來景觀結(jié)構(gòu)由較完整的大斑塊主導(dǎo)、演化成小斑塊圈點狀穿孔于大斑塊的格局,景觀破碎化較為嚴(yán)重.

近年來土地利用驅(qū)動機(jī)制研究成為研究的熱點,煤礦區(qū)是土地利用景觀格局變化顯著區(qū)域,該文主要研究土地利用景觀格局動態(tài)變化及其調(diào)控原理。以2000—2010年遙感影像為基礎(chǔ),采用erdas軟件對土地利用景觀格局進(jìn)行分類,研究景觀格局的動態(tài)變化、轉(zhuǎn)移矩陣及特征,結(jié)合七臺河市煤礦區(qū)社會經(jīng)濟(jì)情況,確定影響景觀格局因子的驅(qū)動力因素。結(jié)果表明:林草地、未利用地減少,耕地、礦業(yè)用地增加,動態(tài)變化度較大成為該時期土地利用景觀格局動態(tài)變化的主要特征。第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、人口數(shù)量是決定耕地的主要因子,林草地、礦業(yè)用地與第一、二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及最終消費等經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素密切相關(guān),同時市政府的環(huán)境保護(hù)及土地復(fù)墾、整治和恢復(fù)措施使礦業(yè)用地增長速度減慢。

應(yīng)用gis,rs技術(shù)與景觀格局分析軟件fragstats研究了2001年黃河流域青海片土地利用和青海片內(nèi)景觀格局的空間分布,并根據(jù)構(gòu)建的景觀彈性度指數(shù)分析了研究區(qū)域的景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。結(jié)果表明,黃河流域青海片總體上以低覆蓋和高中覆蓋草地為主,景觀不規(guī)則,較為復(fù)雜且不穩(wěn)定,但無明顯破碎化現(xiàn)象。片內(nèi)黃河源頭區(qū)域景觀多樣性和彈性度相對較低;片內(nèi)黃河干流區(qū)域景觀多樣性、均勻度和景觀彈性度相對較高。西寧市景觀破碎度較高而景觀彈性度較低,受人為干擾較強(qiáng)。

區(qū)域土地利用景觀格局變化對其生態(tài)環(huán)境具有重要意義。利用3s技術(shù)和景觀生態(tài)學(xué)分析方法,對位于貴州六沖河流域的夾巖水利樞紐區(qū)域近20a的土地利用景觀格局動態(tài)變化情況進(jìn)行分析,結(jié)果表明:(1)近20a間研究區(qū)土地利用景觀類型面積發(fā)生了較大變化,隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展及城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,建設(shè)用地面積持續(xù)增加;(2)20a間,研究區(qū)各景觀類型的破碎化程度越來越高;耕地、林地和草地等景觀類型的形狀復(fù)雜性在緩慢下降;(3)研究區(qū)內(nèi)耕地、林地、草地等景觀類型為優(yōu)勢景觀,水域和建設(shè)用地景觀類型的優(yōu)勢度有所增加,但研究區(qū)地處烏蒙山集中連片特困區(qū)域,經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展較為緩慢,城鎮(zhèn)化水平還比較低。

運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理,借助gis技術(shù),選取景觀指數(shù)對豫西黃河流域土地利用景觀格局進(jìn)行分析。結(jié)果表明,林地和以旱地為主的農(nóng)業(yè)景觀是豫西黃河流域的主體景觀類型;各景觀類型間斑塊密度值差距較大,斑塊形狀指數(shù)差異較明顯,總體上較簡單;研究區(qū)域景觀異質(zhì)性和多樣性較高,各景觀類型所占比例差異較大,農(nóng)田和林地占有較大優(yōu)勢。該區(qū)域景觀破碎化程度較小,特別是西部地區(qū)地形起伏較大,人類干擾活動相對較小。

以灤河流域為研究區(qū)域,基于swat模型模擬1976-2012年灤河流域的水沙過程,分析2000年京津風(fēng)沙源治理項目實施前后流域產(chǎn)水產(chǎn)沙時空格局變化;研究1980-2010年流域景觀格局變化特征,揭示景觀格局變化的水沙響應(yīng);應(yīng)用spearman相關(guān)分析法分析流域景觀格局變化對水沙過程的影響.結(jié)果表明:與20世紀(jì)80年代相比,2010年流域林地和建設(shè)用地增加,其他用地類型減小;流域景觀集中程度提高、連通性變優(yōu)、優(yōu)勢斑塊顯著、形狀趨于規(guī)則、多樣性減少、破碎化程度降低、景觀類型向非均衡方向發(fā)展;流域年均地表徑流減少9mm,產(chǎn)水量增加5.44mm,產(chǎn)沙減小1.59t/hm2;地表徑流減少區(qū)域占全流域89.32％,產(chǎn)水量增加區(qū)域占76.71％,產(chǎn)沙量減少區(qū)域占93.89％;地表徑流、產(chǎn)水、產(chǎn)沙與林地面積呈負(fù)相關(guān),產(chǎn)水與草地面積呈正相關(guān),地表徑流、產(chǎn)沙與農(nóng)業(yè)用地面積呈正相關(guān);地表徑流、產(chǎn)水、產(chǎn)沙與景觀形狀、shannon\"s均勻度、景觀分離度呈正相關(guān),與蔓延度、最大斑塊指數(shù)呈負(fù)相關(guān);產(chǎn)水、產(chǎn)沙與斑塊密度和shannon\"s多樣性指數(shù)呈正相關(guān);工程治理后,流域年均徑流量與產(chǎn)沙量顯著下降,產(chǎn)水產(chǎn)沙高值區(qū)顯著縮小,產(chǎn)沙關(guān)鍵區(qū)域仍需治理.

選擇2007年的landsat-5影像和2016年的landsat-8影像,對徐州故黃河流域內(nèi)的景觀格局進(jìn)行分析,結(jié)果表明,徐州故黃河流域的耕地面積減少,建設(shè)用地增加明顯,林地和水體景觀面積略有增加,景觀變得破碎化,穩(wěn)定性下降。建議今后在人類的活動中,增加林地和水體面積,提高故黃河的生態(tài)服務(wù)功能。

在gis、rs技術(shù)與景觀格局分析軟件fragstats支持下,采用多樣性、優(yōu)勢度和均勻度等景觀格局指數(shù),分析景電灌區(qū)1987、1991、1999年和2003年土地利用景觀格局變化。結(jié)果表明:土地利用類型總的變化趨勢為草地、戈壁、沙地和鹽堿地呈減少趨勢;耕地、林地、居民點呈增加趨勢,耕地的大幅度增加使得景電灌區(qū)的景觀基質(zhì)由1987年的戈壁和草地變?yōu)?003年的戈壁和耕地。耕地、戈壁、草地和沙地土地類型的平均斑塊面積較大,林地、鹽堿地和居民點等類型的平均斑塊面積較小。隨著人類對灌區(qū)的開發(fā)、建設(shè)和利用,景觀優(yōu)勢度減少,景觀多樣性和景觀均勻度有所增加?？傮w上各指數(shù)都與人為活動有很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。

近25a來,受自然環(huán)境和人類活動的影響,陜西省關(guān)中地區(qū)土地利用及景觀格局發(fā)生了明顯變化。以陜西省1990—2015年4期30m柵格土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用gis技術(shù)和景觀生態(tài)學(xué)方法,對研究區(qū)土地利用和景觀格局時空變化特征及其驅(qū)動力進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）研究區(qū)土地利用類型以耕地、林地和草地為主,其中耕地面積最大,1990、2000、2010、2015年分別占46.25%、45.81%、44.73%和43.94%;（2）研究期內(nèi),耕地、草地面積持續(xù)減少,其中耕地減少面積較大,減少了12.79×104hm^2,林地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地面積均呈增加趨勢,城鄉(xiāng)工礦居民用地面積增加了14.94×104hm^2,增加幅度69.88%,未利用土地減少0.58×104hm^2,減少幅度38.16%;（3）由于人類活動干預(yù),研究區(qū)土地利用類型相互轉(zhuǎn)化頻繁,主要表現(xiàn)為耕地轉(zhuǎn)為城鄉(xiāng)工礦居民用地、草地和林地,草地去向和來源主要為耕地和林地,林地去向和來源主要為耕地和草地等;（4）研究區(qū)景觀形狀指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)分別從204.6934、1.7746、0.5741上升到211.8055、1.8518、0.5991,表明景觀破碎化程度升高,異質(zhì)性增加;（5）研究區(qū)土地利用景觀格局變化的驅(qū)動因素是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展及區(qū)域政策和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

利用環(huán)渤海區(qū)域1985年、1995年和2000年3期tm衛(wèi)星遙感解譯數(shù)據(jù),在gis和景觀格局分析軟件支持下,對該區(qū)域1985年～2000年的土地利用景觀格局及其變化進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明:耕地是區(qū)域主導(dǎo)的景觀類型,1985年、1995年和2000年耕地分別占景觀類型總面積的55.96%、53.70%和55.64%;林地、建設(shè)用地是區(qū)域優(yōu)勢景觀類型,林地分別占景觀類型總面積的21.12%、22.13%和20.95%,建設(shè)用地分別占景觀類型總面積的10.48%、11.83%和11.70%;1985年～1995年、1995年～2000年兩個時期,林地和建設(shè)用地景觀的變化趨勢是先增加后減少,與耕地景觀變化趨勢正好相反,在一定程度上反映了耕地與林地、建設(shè)用地景觀類型之間的互動轉(zhuǎn)換關(guān)系;兩個時段土地利用景觀斑塊數(shù)、斑塊密度、邊界密度、多樣性指數(shù)、聚集度和均勻度指數(shù)的變化表現(xiàn)為先增后減的過程,分維數(shù)、蔓延度指數(shù)和分離度的變化呈現(xiàn)出先減后增的過程。1985年～2000年土地利用景觀斑塊數(shù)、分維數(shù)、多樣性指數(shù)、分離度和均勻度指數(shù)處于降低趨勢,而斑塊密度、邊界密度、蔓延度和聚集度指數(shù)呈現(xiàn)出增大趨勢,反映了該區(qū)域內(nèi)土地利用景觀類型之間存在較大差異,各組分的復(fù)雜性降低,大斑塊增多,各景觀之間的不均勻性增大,不穩(wěn)定性增強(qiáng)。

依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)基本原理,應(yīng)用spss軟件、arcgis軟件和景觀格局分析軟件fragstates對隴縣1989～2009年土地利用景觀格局的變化和空間分布進(jìn)行研究,并根據(jù)各景觀類型的景觀格局指數(shù)計算結(jié)果對該區(qū)土地利用景觀格局進(jìn)行分析評價。結(jié)果表明,隴縣主要景觀類型為林地、耕地和草地,林地和建設(shè)用地保持穩(wěn)定而迅速增長,草地和未利用地呈現(xiàn)逐漸減少趨勢;人類活動使水域、未利用地更為分散,建設(shè)用地、園地更為集中;景觀多樣性降低,破碎化程度減緩,斑塊形狀的復(fù)雜程度并未發(fā)生大幅度的變化,人類活動對景觀格局的影響保持在一定范圍內(nèi)。

在arcgis軟件和景觀指數(shù)統(tǒng)計學(xué)軟件fragstats3.3的支持下,以1986年、1995年和2002年三個時期的土地利用覆蓋數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源,以景觀生態(tài)學(xué)的原理和方法為基礎(chǔ),利用景觀格局指標(biāo)分析了長株潭地區(qū)的景觀格局現(xiàn)狀和存在的問題。研究結(jié)果表明:1986年到2002年間景觀格局主要集中在水田、草地、林地、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地和未利用地等景觀類型之間相互轉(zhuǎn)換。從城鎮(zhèn)用地、和農(nóng)村居民用地的顯著轉(zhuǎn)化可以看出,近年來,長株潭地區(qū)的城鎮(zhèn)化速度不斷加快,建設(shè)用地和農(nóng)村居民用地面積不斷擴(kuò)張,說明長株潭地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快,但同時要注意增強(qiáng)長株潭地區(qū)的景觀穩(wěn)定性和抗干擾性能,促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

以北京市大興區(qū)為例,以1993、20012、007年3期土地利用圖為基礎(chǔ),對城市邊緣區(qū)的土地利用景觀格局變化情況進(jìn)行了分析。首先對3期土地利用圖進(jìn)行統(tǒng)計分析,得到了各類土地利用類型的面積變化情況,在此基礎(chǔ)上,利用景觀格局分析軟件fragstas分別計算三個時期土地利用圖的景觀指數(shù)。結(jié)果表明:①大興區(qū)的景觀類型主體是耕地和建設(shè)用地。從1993-2007年,大興區(qū)的土地利用類型面積發(fā)生了很大的變化,其中,耕地面積持續(xù)減少,林地、建設(shè)用地面積持續(xù)增加,園地、草地、水域、荒土地面積先增加后減少;②大興區(qū)景觀格局的總體破碎化程度逐年增加,斑塊形狀相似性變小,形狀越來越不規(guī)則,景觀分離度持續(xù)增加,各類景觀組分面積比例差別在逐漸縮小,景觀中各組分分配越來越均勻,某一種或幾種景觀組分占優(yōu)勢的情況越來越小;③耕地、園地、林地、草地、水域及荒土地呈現(xiàn)出較為一致的變化規(guī)律,即景觀的破碎程度加大,分離度增大,形狀變得越來越不規(guī)則,并且分布越來越分散。建設(shè)用地的變化規(guī)律略有不同,建設(shè)用地的景觀破碎度增加,但是形狀變得規(guī)則,并且分布變得相對聚集。

基于皂市水電站評價區(qū)2000年和2010年landsat-tm影像遙感數(shù)據(jù),在圖像處理軟件的支持下,結(jié)合野外實地考察,獲得了土地利用現(xiàn)狀圖。通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,研究了評價區(qū)近10年來土地利用和景觀格局的動態(tài)變化。研究表明:林地和灌草地是評價區(qū)內(nèi)的主要土地利用類型;其中灌草地和耕地面積減少的比例最多,分別為1.69%和1.57%;水域和建設(shè)用地有所增加,其中水域的面積增加了1230.76hm2,是增長面積最多的土地利用類型。變化的原因主要是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口數(shù)量的增長及國家政策的實施。在組成景觀生態(tài)系統(tǒng)的各類組分中,模地是景觀的背景區(qū)域,它在很大程度上決定了景觀的性質(zhì),對景觀的動態(tài)起著主導(dǎo)作用。在本工程評價區(qū)各拼塊的優(yōu)勢度值中,林地是評價區(qū)內(nèi)的模地,對景觀具有控制作用的生態(tài)體系部分。建庫后土地利用格局發(fā)生了變化,其中水域拼塊因水庫蓄水使其重要性提高,其優(yōu)勢度由水庫蓄水前的4.57%上升到7.68%。