景观生态规划与设计：半干旱农业景观空间结构演变规律及其机理的典型研究.ppt

半干旱农业景观空间结构演变规律及其机理的典型研究 以河北省康保县为例1工作提要选择典型的中国北方农牧交错区，即河北省康保县作为研究区域，利用野外调查资料、遥感资料和社会经济统计数据，以景观生态学理论为基础，借鉴国内外农业景观研究和土地利用/土地覆盖研究的经验，在遥感和GIS技术支持下，对康保地区近十几年来农业景观的格局和功能变化状况进行了分析，着重探讨了康保地区农业景观变化的生态过程和空间规律，以及自然变化和人类活动影响半干旱地区农业景观的机制，并在此基础上指导农业景观合理化调整2研究目的u分析康保地区近十几年来农业景观变化状况，着重探讨自然变化和人类活动影响半干旱地区农业景观的规律与机制，并依此作为区域农业可持续发展的理论基础和科学依据，在此基础上指导农业景观合理化调整3研究内容u研究区基本农业景观类型及其生态评价；u研究区农业景观空间结构及其演变；u农业景观变化的驱动力4研究方法u地面调查和遥感资料的处理；u各时期土地覆盖图的景观生态学分析 ；u土地覆盖状况与社会经济因素的对应分析；u系统分析农业景观变化与自然因素和人类社会经济因素的关系5康保县地理背景u康保县地处我国北方著名的农牧交错带，是河北省坝上地区最深入内蒙古高原的县。

1925年建县，坝下和内地汉人大量涌入到建国初期农业结构已变为以种植业为主，广泛种植春小麦、莜麦、马铃薯和胡麻，稳定的草原生态系统逐渐被脆弱的农田生态系统所代替u全县土地总面积3365.9km2，耕地面积176.4万亩（1998年），总人口28.1万（1998年），其中农业人口25.7万人，人口密度83人/ km2，是全省人口密度较小的县之一 6康保县自然地理u康保县山系属阴山余脉，北部镶黄旗大山横贯康保东西，将全县分成南北两个流域u全年多受蒙古高压所控制，形成了多风少雨、气候干燥、无霜期短、十年九旱的气候特点u康保的植被属于半干旱草原类型，从山地到洼地依次为栗钙土和发育面积不大的斑块状草甸土、盐土三个土类7康保县社会经济特点u农业落后，工业基础很薄，第三产业发展缓慢落后的农业是经济的主体，属于张家口地区乃至河北省最为贫穷落后的县份之一8土地覆盖的分区解译u依照卫星影像上表现的影像色调、饱和度和纹理特征，并参照实地调查结果（土壤、植被和盛行风向，降水和温度的空间分异），借助DEM高程栅格文件和TIN坡度坡向矢量文件，将康保县划分为3个不同类型农业景观分区在区内进行自动分类，合并之后进行统计。

u分区处理减轻了像元集合中的同谱异物和同物异谱现象，从而大大提高了分类精度 9景观类型的划分10农业景观各组分面积变化u 耕地面积总体上占康保县总面积的一半，在1993年和2000年分别略有上升和下降；林地和草地面积总体上升，1993年稍稍降低在1993年耕地面积相对于林地和草地占据了优势u在不同覆盖程度的草地景观面积分析中，基本上是高、中覆盖度的草地降低，而低覆盖度的草地升高，反映了草地覆盖的退化u尽管水体占景观总体面积比例不大，但水体面积直线下降，2000年水体面积不到1987年的一半u城建用地变化总体上升，在1993-2000年之间变化尤为明显u沙化土地和裸地面积变化则呈直线上升趋势，表明了干旱、盐碱、风沙和植被退化过程在近十几年内发展很快11农业景观组分之间的转移u耕地变动相对于其他类型景观组分比较大，景观组分之间的比例趋向均匀，两个时段相比耕地转移的强度增加了近一倍；u在两个时段内，林地向草地、城建用地的转移比例上升了，而向耕地的转移比例下降了；u高覆盖度草地87-93-00年之间经历了较大的变动，人类垦殖水肥条件好的高覆盖草甸是其流失的最主要原因；u中覆盖度草地也受到人类较大规模的垦殖；u低覆盖草地在覆盖面积不断上升的同时，空间动态变化比较显著，相当部分的低覆盖度草地被垦殖为耕地，而且草地覆盖度的良性恢复也占了较大的比例；u向盐碱裸地和低覆盖度草地的转化是水体转移的主要路径，并且这种转移在93年以后更加明显；u87-93年有较小部分的沙地转移为低覆盖草地。

但93-00年沙地的空间转移有所变化，原有的沙地得到了控制，重新转移为耕地和草地，新的沙化中心迅速形成12农业景观组分空间分布的变化u1350-1400m是康保农业生产最发达的地区林地面积在上述范围内的上升表明农田防护林的建设随着经济发展得到了逐步的加强；低覆盖度草地的海拔分布中心持续上升，说明低覆盖度草地更倾向于占据海拔1350m以上的波状高原和低山丘陵，与此同时，高覆盖度草地的海拔分布中心持续下降u 分布在5以上的耕地面积在三个时段依次为总土地面积的1.26%，1.07%和0.58%，呈现明显的递减趋势，而相应坡度上的低覆盖度草地却依次呈0.22%，0.88%，2.01%的上升趋势；5以上的高覆盖度草地和中等覆盖度的草地面积按照时间单调递减，表明坡地上的草地覆被质量在近十几年来有了明显的下降；城建用地和沙地在5以上的区域从无到有 总体而言，农业土地利用在向温度、水分条件更为合适的地区集中；坡地上的草地覆被质量在近十几年来有了明显的下降人类开始加大对坡地的利用强度，沙漠化过程也逐渐波及到坡地13农业景观格局的指数分析u斑块面积的变化：可以看出耕地的平均斑块面积和周长在93-00年有了较大程度的减小，相应的斑块数目有了很大程度的增加。

这表明农田景观总体的破碎化程度显著增加u指数变化：低覆盖度草地、沙地、裸地的分维指数都成单调上升趋势，林地的分维指数单调下降，碎裂化指数单调上升，反映了形状规则的人工林比例的上升，以及人工林在空间上的分散农田景观和优良草场的破碎化程度显著增加；草地景观的退化和土地沙化不但表现为低覆盖度草地/沙地斑块面积的扩散，而且表现为新的斑块的增加；城镇居民点、交通和建设用地在87-93年这一阶段曾经出现过土地利用相对分散的格局；耕地的形状指数在三个时段内是单调增加的，这反映了耕地形状更加趋向于长条状，有利于农业机械的耕作14农业景观格局的指数分析u整体景观指数变化：景观蔓延度随时间变化不大，景观多样性指数呈上升趋势，相应的景观优势度呈下降趋势u景观分区对比：通过对海拔和地理位置不同的三个景观分区景观指数进行计算可以看出，三个地区的景观多样性指数在3个时段内均呈北部、东部向南部区依次上升，相应的，景观优势度指数在这三个地区依次下降，表明三个地区的景观格局有着明显而稳定的区别，即随着海拔的增高和地貌的复杂化，各景观组分的比例逐渐变得不均衡 15典型景观演替阶段分析景观观演替阶阶段干草原阶阶段旱作耕地阶阶段沙化瘠薄耕地阶阶段沙地阶阶段主要干扰扰人力开垦干旱、风蚀风蚀、沙化风力、重力搬运植被干草原耐寒旱作物耐寒旱作物零星草灌土壤干草原栗钙土耕作栗钙土瘦耕作栗钙土，土层变薄并碱化，有机质、含水量下降沙砾质栗钙土、浮沙栗钙土生物生产产力高高、较高，但抗灾能力弱低，农业灾害频繁极低景观观格局开阔的高原干草原，湖泊斑块和季节性河流廊道分布其间形状规则的农田斑块逐渐蔓延和变多，最终占据景观主要成分，草地斑块镶嵌于耕地景观之中。

基质生态功能和生产力退化，在局部地区出现基质向斑块的转化，水体变小或消失基质属性完全改变，并通过生态流向斑块和廊道蔓延，草地斑块最终消失，整体景观均质化，多样性丧失16农业景观变化的驱动因素构成17农业景观变化的自然驱动因素u降水减少，波动较大：干旱是作物和牧草生长的主要自然限制因子；降水稀少导致土壤淋溶作用减弱，使得盐分更容易通过蒸发滞留土壤表层，使土壤盐碱化；降水的大幅度波动容易形成旱灾和暴雨灾害，对景观生态系统形成急剧的干扰；降水稀少对天然和人工水体的面积和生态环境具有决定性影响；冰雹通过对农作物和牲畜的物理伤害间接影响土地利用和农业景观的变化 u温差上升：所有作物的生长期都不能超过康保县无霜期的上限100天，决定了康保的复种指数小于1；温度的自然分异控制了农作物在康保的分布，作物品种的选择，以及生物生产量的大小；从近十几年的康保温度情况来看，年均温呈波动趋势，但气温年较差则呈上升趋势 18农业景观变化的自然驱动因素u风蚀严重：大风通过促使土壤水分的强烈蒸发，使得土壤颗粒松散，土壤颗粒和沙砾更容易为风力所侵蚀和搬运，使土壤向瘠薄化方向发展；风沙侵蚀威胁到风向的下游地区，沙丘移动和沙尘暴对耕地和草地形成覆盖和掩埋；强烈的风动力还对农作物的生长发育产生损害。

u土壤和地形的空间分异：岩石类型决定了康保低山丘陵和缓坡丘陵区土壤质地较粗，草原开垦之后容易沙化、瘠薄化；而谷地、盆地和平原区，粘土地不利于林木成长；地理位置和波状起伏的地形条件和气候干旱、植被破坏、农业耕作和灌溉的共同作用产生盐碱化；康保北部和东部的丘陵区土壤呈沙壤质，在地表植被受到破坏的情况下，容易形成风沙活动迎风坡和凸起的地方容易受到风蚀的作用，而洼地则容易产生风积过程；疏缓丘陵占全县总面积的70%，坡度因素容易造成康保东部和北部的丘陵地区土壤的重力侵蚀，在夏季集中降水所形成的暴雨作用下，缺乏植被保护的土壤容易流失，切割耕地和草地，造成景观破碎化 19农业景观变化的人为干扰农业垦殖与灌溉：87-93年间，康保县有475.63km2的草地转化为耕地，占93年耕地总量的25.6%而康保县2000年的耕地有25.96%来源于93年以后草地的开垦过度放牧：过度放牧大大降低了植株的高度和植被盖度，土壤板结、干旱、腐殖质减少，地表抵抗风蚀能力变差，土壤颗粒逐渐变粗，出现斑点状覆沙；过度放牧还通过改变草地生境使得草种结构劣化，草地生产量降低，在巨大的牲畜放牧压力下形成正反馈，从而进一步推动了草地退化的范围和速度。

20农业景观变化的人为干扰聚落和工业、交通建设：草地、耕地是康保城建用地的主要选择对象，93-00年之间，耕地有15.94km2，中覆盖度草地有13 km2，低覆盖度草地有22.76 km2转移为城建用地，占2000年城建用地总量的45.7% 林草生态工程：林业生态工程对于康保地区景观格局的改造体现在从1987-2000年，林地的斑块数目一直呈增加趋势，康保1987-2000年林地的分维指数单调下降，而碎裂化指数单调上升，反映了形状规则的人工林比例的上升，以及人工林的分布在空间上的分散化人工造林同样需要选择适合林木生长的立地条件，挤占了相当数量的草山草坡，例如87年的高覆盖度草地有10%以上到93年转变为林地，而93年的耕地、高覆盖度草地和中覆盖度草地分别有9.46%，9.11%，5.63%转变为2000年的林地 21农业景观变化的驱动机制22农业景观变化的影响因素间接驱动力个体行为层次u贫富状况生存条件恶恶劣：康保县作为河北省经济最为落后的县份之一，农业人口25.7万，占全县总人口的90%以上，农民人均纯收入在河北省138个县中位居136位（河北经济年鉴1999） 生存型经济福利驱动”构成了广大农村个体行为层次的间接驱动力的主要特征。

贫困首先造成农业土地投入不足，栗钙土开垦之后肥力迅速降低；土地产出不足又驱动着人们不断开垦新的耕地，土地生产力的退化发展到一定程度，农业耕作甚至难以补偿投入的成本，往往导致弃耕；贫困压力大大提高人们对生活的贴现率，加重了农民的只看重现在，而漠视未来的价值取向 u价值值取向持续发续发 展意识识弱，略有改变变：由于人们珍惜土地意识薄弱，城乡聚落的发展往往占据海拔、坡度和农业自然条件的有利位置，选择靠近原来聚落的肥沃的农田或草地，随着农村人口的增长，农村聚落内部公共空间拥挤 ，环境变差，于是聚落向周边耕地发展，导致许多地方原有聚落的空心化，在87-93年之间比较明显；个体层次上的行为正在发生改变，93-00年间，城建用地向其他景观类型的转化强度明显变大，转移强度依次是耕地、低覆盖度草地、中覆盖度草地、裸地和林地可以看出，93年以后人们在选择新的聚落和建设用地的同时，更加重视废弃聚落和建设用地的利用了 23农业景观变化的影响因素间接驱动力社会行为层次u人口压压力人口持续增长，职业多样化：人口因素对土地利用程度变化的影响，是人类社会经济因素。