半干旱区农牧交错带平原景观空间格局分析——以凉城县.pdf

第 13 卷 第 1 期 干 旱 区 资 源 与 环 境Vol. 13 No. 1 1999 年 3月 Journal of Arid Land Resources and EnvironmentMar. 1999半干旱区农牧交错带平原景观空间格局分析 ——以凉城县岱海西岸为例刘俊平( 呼和浩特市水资源局 010010)提 要本文运用景观生态学的原理和方法, 借助航片, 编制景观生态图( 1∶1 万) ,并选取基本参数、 空间特征指数, 从景观的二维水平方面定时研究了半干旱区农牧交错带平原区景观空间格局, 结果表明: 该地区以旱地、 水浇地、 草地为主, 居 民工矿用地、 林地、 园地、 水域占地为辅的典型农牧景观, 斑块表现出显著的非随机格局人类影响强烈的班块, 一般形状规则, 边界整齐, 廊道连通性好而较规则; 反之, 形状狭窄, 边界复杂而不规则 关键词 半干旱区景观 空间格局景观是由相互作用的生态系统以相似的形式重复出现, 并具有高度空间分异的区域〔 1〕景观生态空间格局分析是景观生态学的核心之一〔 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 〕景观 的空间特征是功能和动态变化的基础, 是景观规划、 管理的依据。

空间特征主要由景观要素的可感特征, 即景观要素的类型、 数量、 大小、 形状、 边缘特征、 位置等所决定是自然、 经济和社会要素相互作用的结 果 进行空间格局分析, 就是在似乎无序的景观上发现潜在的有意义的有序或规律为人类的生存和发展提供决策1 研究方法1. 1 研究区概况研究区选在半干旱高原地区封闭内陆湖岱海的西岸平原地区, 面积为 98. 06km2该区是气候温湿, 土壤肥沃, 人口集中, 交通便利, 经济文化发达的社会—自然—经济复合体的敏 感区域, 农牧界线在这一地区频繁摆动, 成为历代民族冲突, 政权更替的必争之地〔 9〕, 大部分景观被人类土地利用所影响, 据有人〔 10〕研究, 该地区的生产潜力很大, 所以探讨该区域的景观空间特征, 有着尤为重要的现实和历史意义1. 2 技术路线 利用航空像片作为底图, 在充分分析该地景观特征的基础上, 划分了景观要素班块( 旱地、 水浇地、 草地、 林地、 居民工矿用地、 水域占地和未利用地) 和廊道( 林带、 道路、 沟渠、 田坎) 判读调绘, 然后将各要素线转绘到 1∶1万地形图上, 编制出该地区景观生态图在已绘制的景观生态图上, 首先对以下基本参数进行量算, 即班块的种类、 面积、 数量、 边缘长度、 相邻接边长度、 最长轴长度; 廊道的种类、 长度、 宽度、 面积等。

然后, 运用下列空间格局定量指标进行分析形状指标: 表征形状的指标有多种〔 10. 11. 12. 13〕 本文采用斑块实际面积与相应最长轴长度 为直径的圆的面积之比表示〔 11〕:Sij=A(Lmax 2)2·P其中: Sij—第 i 类第 j 块班块的形状指数A—斑块的实际面积 Lmax—斑块最长轴长度Sij的理论值为 0- 1. 00, Sij越接近于 1. 00, 形状越趋于加圆; Sij越接近于 0, 形状越不规则 破碎度:( 1)密度: 用单位面积上的班块数目( n/ km2) 或单位面积的斑块面积( ha/ km2) 来表示;相邻度: 表示景观破碎程度和斑块边缘的复杂性Fij= nij/ Ni其中: nij—为第 i 类班块与第 j 类斑块相交长度Ni—为第 i 类斑块边缘的总长度分维数〔 5〕表示斑块周边长的复杂性, 是班块几何定量的一种量度, 其模型为: A= KPDA—斑块面积 P—斑块周边长 D—分维数 K—常数 应用面积和周长数据, 以 1/ 4 周长作为测定周长的长度指标, 对各种类型的斑块进行Log( 1/ 4) : LogA 的线性回归分析, 回归斜率的 2 倍等于分维数。

即: D= 2tgAD 的理论范围为 1. 0- 2. 0其中, 1. 0 代表形状最简单的正方形, 2. 0 代表同等面积下 周长最复杂的图形分布指标: 国内外学者对系统的分布度量有不少方法〔 1, 5, 11, 12, 14, 15, 16〕 本文采用执行指标 ( Executive Scale or Execution index)〔 14〕, 该指标应用了“ 近邻分析” 、 “ 引力理论” 以及“ 概率论” 的基本概念, 把包含有点的两个最近“ 样方” 间的距离作为计算依据设计的, 其模型:E=Da ( Da)p=2h12DH = 1{ 〔 ( dij+ △d)min〕 H ·Pi 1- pi} ( Da)u 2n/ A 其中: Da—全部网络内各含点面积单元之间, 两两组合的最近邻接之实际距离之和;( dij) min—表示在不同方位角 H ( 共 8 个方向, 即: 0, P/ 4, P / 2⋯⋯3P / 2, 7P / 4) 时, 最相邻接的那一对含点面积单元之间的距离并规定: 在垂直方向上, 相对距离取 1; 在斜线方向上, 距离取2 ;△d—为距离增量 规定: 在垂直方向上, 每隔开一个空白面积单元时, △d 为12; 在斜线方向上, 每隔开一个空白面积单元时, △d 为(2 )2;h—表示在统一网络中, 能够构成最近邻接状况的总数目( 即构成最近邻接面积单元的 总“ 对数” ) ;pi—为第 i 个含点面积单元的对应的概率值;( Da) P—理想分布下的 Poisson 分布其各含点面积单元之间的距离总和;( Da) u—网络中, 每个面积单元均含有一个点时, 所得到的实际距离总和;83第 1 期 刘俊平 半干旱区农牧交错带平原景观空间格局分析A—面积单元 a 乘以其数目 C , 即: A= aC。

E 尺度以 Poisson 理想分布为中心( 此时, E= 1. 00) , 分别向两个级端方向呈连续地对 称地展开 上限 E= 2. 00, 下限 E= 0. 00, 趋于上线表示在二维空间的分布具有更加分散、 更加均匀的趋势; 趋于下线表示在二维空间的分布具有更加聚合、 更加集簇的趋势 在该研究区的景观生态图( 1∶1 万) 上, 以 1×1 平方公里的正方形作为“ 面积单元” ( 样方) , 从左上角开始, 依次划分统一的网络, 网络数目确定为 9×9 个样方, 即取其中 81 平方公里的区域分析使网络中面积单元数目与所转换的总的数目相等将景观中各类斑块作为研究内容, 绘制出各类斑块的空间分布图谱( 图 2) , 以此进行斑块的宏观分布评价 图斑与线状物的量算, 采用手工和数字化仪相结合的方法, 统计、 分析借助计算机进行2 结果与分析对景观内各斑块种类、 面积、 数量的统计( 表 1) 发现:表 1 斑块种类面积、 数量、 统计表T ab. 1 Statistics of area,mumber and type about patches斑块水浇地旱地园地林地草地居民工矿用地水域占地未利用地 平均合计面积(ha)1715. 75 5084. 9975. 43334. 61 1472. 92854. 65210. 6956. 96-9806. 00数量( 块)44-111221721821122-564占总面积( % )17. 5051. 850. 773. 4115. 028. 722. 150. 58-100最长轴均长( 百米)8. 74-4. 483. 394. 112. 3914. 378. 37--密度(n/km2)0. 45-0. 111. 241. 751. 850. 110. 225. 75-均面积( ha)38. 99-6. 862. 748. 594. 7019. 152. 598. 37-注: 斑块内包括廊道旱地面积占总面积的 51. 85% , 所以确定景观的基质为旱地( 如果某种景观要素占景观 面积 50%以上, 那么它很可能就是基质( Curtis, 1956; Share et. al, 1981) , 其它斑块水浇地、园地、 林地、 草地、 居民工矿用地、 水域占地和未利用地均视为旱地上的镶嵌体。

面积百分比为: 水浇地 17. 50%, 草地 15. 02%, 居民工矿用地8. 72% , 林地 3. 41%, 水域占地 2. 15%, 园 地和未利用地分别为 0. 77%和 0. 58% 农、 林、 牧、 居民及其它的用地结构比为7. 0∶0. 3∶1. 5∶0. 9∶0. 3, 农业用地占绝对优势, 水浇地占农业用地的 25. 2%, 旱地占 74. 8%斑块的平均面积为 8. 37ha, 其中, 水浇地的平均面积最大 38. 99ha, 这说明人类对高产稳产田是集约经营的; 水域系统主要由流经该区域的季节性河流组成, 数量有限, 所以平均 面积也较大, 每条为 19. 15ha; 其它的较小, 草地 8. 50h, 园地 6. 86ha, 居民工矿用地 4. 7ha,林地2. 74ha, 未利用土地 2. 95h 通过各类斑块的面积——频数分布图( 图1) 展示了单个斑块面积大小的分布, 水浇地大于 100ha 的有 4 块面积占水浇地面积一半以上, 1- 10ha 为 21 块, 小于 1ha 只有 2 块; 园地 1- 2ha 为 4 个, 最大的为 48. 02h 是苗圃, 而最大的果园为 7.44ha; 林地斑块主要集中在 2. 0ha 以下, 有 84 块, 占林地总块数的 69% , 其中小于 0. 5ha 有34 块, 0. 5- 1. 0ha 有 27 块, 1- 2. 0ha 有 23 块, 20. 00ha 以上只有 2 块, 最大的是 20. 08ha;草地 2. 00ha 以上为 104 块, 占草地总块数的 60% , 而小于 0. 25ha 有 39 块, 0. 25- 0. 50ha 为 19 块, 大于 120ha 的有 1 块, 面积是 239. 00ha; 居民工矿用地 小于 0. 50ha 的有 105 块占该地总块数的 58%, 0. 5- 3. 00ha 的有 37 块, 大于 50ha 的只有 1 块, 为 352. 9ha, 是县城84干 旱 区 资 源 与 环 境第 13 卷图 1 面积——频率分布图Fig. 1 maps of area- -frequency85第 1 期 刘俊平 半干旱区农牧交错带平原景观空间格局分析和一个乡政府所在地; 水域占地 2. 0- 5. 0ha 的有 3 个, 5- 10ha 的 3 个, 大于 20ha 的 3 个, 最大的三个是两条大河及岱海海面的一小部分, 其中最大的为 103. 75ha; 对未利用地, 小于1. 0ha 的有 8块, 1- 5. 0ha 有 9块, 大于10ha 的只有一个, 为 10. 82ha。

若抛开面积大小, 就斑块的绝对数目看, 居民工矿用地及草地, 林地最多, 水浇地相对三者较少, 园地和水域相当 有限总之, 景观的结构表现出空间镶嵌格局由表 2 可知, 廊道占景观面积的 4. 14%, 平均每公顷为 85. 1米, 平均宽度为 4. 6 米 道路在景观内分布最多, 占廊道的 45. 39% , 平均每公顷为 39. 5 米; 其次为林带, 占 24. 64% ,平均每公顷 16. 9 米; 沟渠、 田坎分别占 19. 21%和 10. 76%从廊道在基质和斑块内分布统 计( 表 3) 更细致地可看出: 水浇地中, 廊道分布最多, 平均每公顷为 134. 61 米, 其中: 林带39. 15 米, 道路 54. 33 米, 沟渠 31. 85 米, 田坎 9. 28 米, 林带和沟渠居其它斑块类型之首, 道路在林地中分布较密, 为70. 15%/ ha, 田坎在基质旱地中最多 同一廊道在不同斑块内的宽 度也有差别林带在水浇地和旱地中较宽, 道路在园地和水浇地较宽各类斑块的形状。