洋河流域土地利用景觀格局的粒度效應

[目的]為揭示流域土地利用方式與氣候變化的響應機制,并制定氣候變化的適應策略。[方法]以2000和2015年金錢河流域的遙感影像為數據源,利用遙感影像處理方法對影像進行分類,采用疊置分析得到2000和2015年的土地利用方式轉移矩陣；利用fragstats軟件在景觀格局分析中采用了景觀格局數量分析方法,在類型水平和景觀水平上分別選取不同景觀指數,系統(tǒng)分析了金錢河流域土地利用方式景觀格局變化的時空特征。[結果]近15年來金錢河流域的土地利用類型均發(fā)生明顯變化,草地、林地、建設用地的面積增加,分別增加了620.33、386.58、45.32km~2,而水域、未利用地和耕地面積分別減少了555.34、452.71、44.17km~2。景觀格局分析結果表明,林地和水域面積始終占據優(yōu)勢,耕地和建設用地面積明顯增加且破碎程度降低,分布呈現集中化,水域周邊的景觀要素增多。[結論]流域內水域面積減少明顯,其主要原因是降水變化以及人為活動的影響；草地面積增多,主要轉入類型為水域,多為斷流的河流以及變小的河道；林地面積的增多以及耕地面積的基本平衡與政府施行的退耕還林、林地耕地保護政策有很大關系,因此短時間內政府政策的導向是土地利用變化的主要驅動因素。在景觀格局的數量分析上研究區(qū)的破碎程度降低,景觀呈均衡化趨勢發(fā)展。

科學認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。以1970—2010年伊洛河流域5期遙感影像數據為基礎,利用gis信息技術與空間分析技術,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、土地利用綜合指數和土地利用動態(tài)度模型3個指標,分析了近40a來研究區(qū)的土地利用/覆被變化特征。結果表明,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。

朱溪河小流域屬全國水土流失重點治理小流域,研究流域內的土地利用景觀格局,對流域生態(tài)修復具有重要意義。基于\"3s\"技術,應用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行定量分析。結果表明:整個流域多樣性指數和均勻度指數偏低,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,但無明顯破碎化現象,流域景觀比較完整。

應用gis,rs技術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景觀格局的空間分布,并根據構建的景觀彈性度指數分析了研究區(qū)域的景觀生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。結果表明,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,較為復雜且不穩(wěn)定,但無明顯破碎化現象。片內黃河源頭區(qū)域景觀多樣性和彈性度相對較低;片內黃河干流區(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。

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技術和景觀生態(tài)學分析方法,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)變化情況進行分析,結果表明:(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,隨著經濟社會發(fā)展及城鎮(zhèn)化進程加快,建設用地面積持續(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雜性在緩慢下降;(3)研究區(qū)內耕地、林地、草地等景觀類型為優(yōu)勢景觀,水域和建設用地景觀類型的優(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,經濟社會發(fā)展較為緩慢,城鎮(zhèn)化水平還比較低。

運用景觀生態(tài)學原理,借助gis技術,選取景觀指數對豫西黃河流域土地利用景觀格局進行分析。結果表明,林地和以旱地為主的農業(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,斑塊形狀指數差異較明顯,總體上較簡單;研究區(qū)域景觀異質性和多樣性較高,各景觀類型所占比例差異較大,農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。

運用遙感與地理信息系統(tǒng)技術,對半城子水庫流域2000年和2005年的2期遙感影像數據進行解譯判讀,結合土地利用動態(tài)度模型和景觀生態(tài)學數量方法分析了流域土地利用和景觀格局的變化。結果表明: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土地利用類型;②研究期內,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顯示針葉林斑塊形狀最復雜,混交林的異質性較高;④景觀水平的格局指數顯示,區(qū)域景觀破碎化程度加劇,多樣性增加,均勻度增強。

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

以地理信息系統(tǒng)和景觀生態(tài)學為研究方法,以深圳市為研究區(qū)域,應用fragstats3.3軟件計算研究區(qū)各景觀指標,結果表明:林地是景觀的背景基質,其它景觀類型充當斑塊功能;交通運輸用地斑塊數量最大,破碎化程度最大;園地斑塊數量最少,板塊之間距離最大;林地景觀斑塊形狀最復雜,商服用地和園地比較簡單;研究區(qū)各景觀類型所占面積比例差異較大,景觀多樣性水平和均勻程度均較低.

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)學原理和gis技術,對各類用地進行土地利用變化分析。選取斑塊數量、斑塊密度、聚集指數、最大斑塊指數、景觀形狀指數、蔓延度指數、香農多樣性指數、香農均勻度指數8個指數進行分析,研究黃石市近15年的景觀格局的發(fā)展規(guī)律。結果表明:農田、建設用地面積增加,林地、水域面積基本保持不變,裸地數量大量減少,景觀連接性減弱,破碎度增加,景觀格局復雜性增加,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,加強對草原文化遺址的保護具有重要的意義。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、土地利用轉移矩陣及景觀格局指數等指標對元上都遺址區(qū)域近30年土地利用和景觀格局的變化進行分析。結果表明,1)草地是元上都遺址最主要的土地利用類型,在研究時間段內面積波動變化；2)近30年,元上都遺址草地、林地、農田之間相互轉化頻繁,伴隨著景觀指標的不斷變化；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)建設工程的大力開展以及農牧民生產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具有重要的作用。

運用gis技術和景觀分析軟件fragstat方法,依照自然地貌特點,研究了揚州地區(qū)土地利用及其景觀格局特征。土地利用分析表明:研究區(qū)自然地貌類型簡單,主要由平原區(qū)和丘陵區(qū)組成。平原區(qū)面積和斑塊數量占絕對優(yōu)勢,分別占83.54%和73.71%;區(qū)內95%以上的耕地、水體、草地面積分布在平原區(qū)。整個景觀組分中耕地面積最大,占總面積的68%。區(qū)內水網密布,天然河湖面積大,水體占總面積的19%。居民點數量最多,分別占總面積和總斑塊數量的11%和61%。林地和草地面積僅各占1%。景觀格局分析表明:研究區(qū)景觀多樣性和景觀優(yōu)勢度高,景觀均勻度指數不高,土地類型分配不均勻,在整個區(qū)域內表現為水田、居民點和湖泊為主要的土地類型,水田占有絕對優(yōu)勢。根據平原區(qū)和丘陵區(qū)景觀格局分析及其地貌特征指出:發(fā)展平原區(qū)林、農、牧、副復合經營的商品林建設,以低丘崗地植被恢復為主加強丘陵區(qū)生態(tài)公益林建設,以及在整個區(qū)域加強和完善城市森林建設和\"三網\"防護林體系建設應成為揚州現代林業(yè)發(fā)展的重點。

基于大連市2005年土地利用圖形數據,選用生態(tài)意義較明確的景觀特征指數,從斑塊和景觀兩個水平上定量研究了大連市土地利用的景觀空間格局。結果表明:旱地景觀是大連地區(qū)面積最大、分布最廣、連續(xù)性最強的基質景觀,其面積比例為40.21%,斑塊個數比例為7.62%,平均斑塊面積高達5.53km2/個;林地和城鄉(xiāng)用地景觀的面積比例也較大,分別為39.28%和12.89%,水田、草地和水域的面積比例較小,分別為3.54%、1.83%和1.96%;灘涂、沼澤地及未利用土地的景觀面積比例均不足1%。

以1975年和2005年的土地利用圖為基礎圖件,以各個縣市為研究單位,提取各個縣市的土地利用數據,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影像數據,應用rs、gis軟件和景觀生態(tài)學方法,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。結果表明,拜泉縣以農田和建設用地為主,林地大幅度增加,各土地利用類型相互轉移,從1979年到2001年,農田面積減少了15.53%,林地、水體、草地、建設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。運用分維數、優(yōu)勢度指數、破碎度指數、多樣性指數等景觀指數分析了拜泉縣景觀格局變化過程,斑塊數總體呈增加趨勢,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技術對1988、1997年和2005年衛(wèi)片和航片進行了提取、分類和分析,并計算了景觀格局指數,分析了近20年來土地利用及景觀格局變化。結果表明:耕地基本沒有變化,河流水體、農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。

基于gis技術和景觀生態(tài)學理論,利用寧武縣第二次土地調查的相關數據,對寧武縣的土地利用景觀格局進行了定量分析。結果表明:寧武縣優(yōu)勢景觀為有林地、其他草地和旱地,分別占到全縣總面積的33.3%、26.4%和26%。其他景觀類型面積較小,多數景觀面積所占比例不足1%。各景觀類型之間面積差異較大,這與當地自然條件和人為干擾有關。寧武縣整體景觀破碎度、多樣性和均勻度指數分別是0.094、1.6175和0.509,說明寧武縣景觀發(fā)育較為成熟,異質性較強。根據以上結果分析,在寧武縣景觀生態(tài)規(guī)劃方面給出了建議。

利用1976年landsatmss、1989年landsattm、2000年landsatetm+和2010年tm遙感影像,運用gis和景觀生態(tài)學方法,分析了1976—2010年疏勒河中游玉門市土地利用/覆被和景觀格局的變化.結果表明:1976—2010年間,玉門市土地利用類型轉移的主要方向是草地和戈壁轉化為耕地、耕地轉化為建設用地、草地轉化為戈壁;土地利用變化經歷了\"緩慢變化-急劇變化-顯著變化\"的過程,景觀密度持續(xù)增大,最大斑塊指數先增大后減小,面積加權形狀指數增大,形狀趨于不規(guī)則;斑塊間的最鄰近距離減小,景觀逐漸向具有多種要素的密集格局演變,更加破碎;不同斑塊間的分離度減小;景觀的多樣性和均勻度先減小后增加.農業(yè)人口增長和經濟發(fā)展是研究區(qū)土地利用/覆被變化的最直接驅動力,氣候和政策因素也是重要的影響因素.

針對溈水流域土地景觀格局分布給河流水質造成的影響,做了簡單的論述.土地利用類型與空間分布形式,在一定程度上影響著水體水質污染狀況.景觀格局分布能夠反映出人類活動行為,通過景觀指數,能夠明確水質變化,科學預測水體水質變化.

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的景觀格局進行分析,結果表明,徐州故黃河流域的耕地面積減少,建設用地增加明顯,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)服務功能。

景觀格局與土地利用空間結構密切相關。運用景觀多樣性、優(yōu)勢度、均勻度和破碎度等景觀生態(tài)學指標,對水西景區(qū)景觀格局及其用地現狀進行了分析。結果表明:水西用地類型多樣性較高,以林地占優(yōu)勢,林地破碎度低,森林景觀較完整,但空閑地和建筑用地受人類活動干擾大,破碎度高,在一定程度上影響了水西的景觀格局。

利用環(huán)渤海區(qū)域1985年、1995年和2000年3期tm衛(wèi)星遙感解譯數據,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行了模擬分析。結果表明:耕地是區(qū)域主導的景觀類型,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、建設用地景觀類型之間的互動轉換關系;兩個時段土地利用景觀斑塊數、斑塊密度、邊界密度、多樣性指數、聚集度和均勻度指數的變化表現為先增后減的過程,分維數、蔓延度指數和分離度的變化呈現出先減后增的過程。1985年～2000年土地利用景觀斑塊數、分維數、多樣性指數、分離度和均勻度指數處于降低趨勢,而斑塊密度、邊界密度、蔓延度和聚集度指數呈現出增大趨勢,反映了該區(qū)域內土地利用景觀類型之間存在較大差異,各組分的復雜性降低,大斑塊增多,各景觀之間的不均勻性增大,不穩(wěn)定性增強。