1963—2009年金塔綠洲變化對綠洲景觀格局的影響

鞏 杰，謝余初，高彥凈，孫 朋，錢大文

蘭州大學西部環境教育部重點實驗室, 蘭州 730000

1963—2009年金塔綠洲變化對綠洲景觀格局的影響

鞏 杰，謝余初*，高彥凈，孫 朋，錢大文

蘭州大學西部環境教育部重點實驗室, 蘭州 730000

內陸河流域綠洲與荒漠景觀之間的相互作用與影響機制是干旱區景觀地理學的重要內容之一。綠洲時空變化及其對區域景觀格局影響的研究，對流域綠洲管理和環境保護具有重要的指導意義和科學價值。以中國西北干旱區內陸河流域水土資源開發的典型代表區域——金塔綠洲為例，基于5期不同的衛星遙感數據，利用數理統計模型及景觀指數等方法開展綠洲變化過程、趨勢、空間分布格局和景觀結構特征變化研究。結果表明：(1)1963—2009年間金塔綠洲主要以擴張為主，綠洲面積增加了167.37 km2，綠洲與荒漠間相互轉化劇烈，呈現出非平衡-平衡-極端不平衡的趨勢狀態。綠洲變化主要體現在西壩鄉、羊井子灣鄉的綠洲外延擴張和在三合鄉-中東-大莊子鄉、金塔鎮-中東鎮、古城鄉等地的綠洲內部填充合并。(2)近46 a來金塔綠洲景觀的分形特征、離散程度和破碎化程度趨于減小，各景觀斑塊則趨于簡單和均勻化。(3)綠洲變化在一定程度上影響著綠洲景觀格局，導致景觀結構趨于均勻化和密集化，綠洲斑塊鑲嵌體表現出散布-擴張-破碎-融合擴展的變化過程。

干旱區; 綠洲變化; 時空變化; 景觀結構; 金塔綠洲; 多源遙感影像

綠洲作為我國干旱區的人類活動與社會發展的基本場所，其面積僅占我國干旱區面積的4%—5%，卻集中了該區域90%以上的人口與95%以上的社會財富[1]。干旱區特殊的水、土、氣、生過程及人類活動干擾，使得近幾十年來綠洲擴張(綠洲化)與退縮(荒漠化)過程變動較為頻繁、受擾動的程度增大[2]。綠洲化與荒漠化過程是干旱區的兩個最基本地理過程，也是干旱區環境變化的直接體現，其中綠洲化過程對人類的生存和社會發展具有更為直接的影響作用[3- 4]。綠洲化是干旱區由于人與自然因素共同作用所導致的由荒漠向綠洲轉變的過程，是以強化生物過程、提高土地生產力為中心的自然因素與人為因素綜合作用所導致的荒漠向綠洲轉變的過程[1,5- 6]。隨著人們在綠洲區生產活動及綠洲環境管理的不斷深入，綠洲也在不斷地變化著，這不僅包括綠洲內部結構和生態過程的變化，也體現在綠洲的擴張和退縮等方面。尤其是近百年以來,受強烈人類活動的影響，使得綠洲的變化尤為突出[3- 5,7]。綠洲時空變化在地理空間上表現為動態的面狀分布，并具有時空尺度上的數和量的變化特征，因此，開展綠洲擴張與退縮時空變化過程及其特征與規律研究，探討綠洲水土資源利用和持續發展途徑，已成為當前綠洲研究的核心問題之一[8- 10]。

近年來，干旱區綠洲變化研究受到學術界的廣泛關注，已成為全球變化、土地覆被變化與干旱區可持續發展中的研究熱點之一[6,9]。目前，國內外學者針對于干旱區綠洲變化過程的研究主要體現在綠洲土地利用與土地覆被變化[2,10- 12]、綠洲化與荒漠化作用機理及其驅動機制[13- 15]、綠洲景觀格局變化及生態效應[16- 18]等方面，但由于數據源時段較短且連續性不一致，其研究多集中在有衛星遙感影像數據的近30年，且多以行政界限為參考劃分綠洲范圍，而較長時期(如近50 年)的研究報道較為鮮見。另外，基于流域單元的較長時間和小尺度綠洲的時空變化與環境效應研究，尤其是針對綠洲時空變化與景觀格局相互影響的研究相對薄弱。因此，本文以北大河流域尾閭綠洲——金塔綠洲為例，基于RS、GIS 技術及景觀生態學方法，采用一套數理統計模型來分析研究綠洲的面積、速度、方向、趨勢狀態及其空間展布形式等時空變化特征，旨在系統分析近50年來內陸河尾閭綠洲變化與景觀格局響應，為區域綠洲社會經濟與環境可持續發展，綠洲景觀管理及人類活動調控提供科學依據。

1 研究區概況

金塔綠洲地處河西走廊中部的北大河下游尾閭，是典型的灌溉農業綠洲。綠洲南北長約46 km，東西寬約20—35 km，大致介于97°58′—99°20′ E，39°47′—40°17′ N，海拔1200—1300 m，屬于溫帶荒漠氣候與暖濕帶荒漠氣候過渡區。冬季寒冷，夏季炎熱，風沙多。1月份平均最低氣溫是-9.3 ℃，7月份平均最高氣溫為24.1 ℃，年平均降雨量約為59.5 mm，多集中在7—9 月，年潛在蒸發量約為2567.1 mm，全年日照時數約3193.2 h左右，無霜期145—160 d。金塔綠洲地勢平坦，是干旱區綠洲土地開發與整理的重要區域之一。金塔綠洲包括金塔、三合、東壩、大莊子、古城、中東、西壩和羊井子灣等8個鄉鎮，總人口為124 029 人(截至2009年)。金塔縣83.35%的農田和果園分布在金塔綠洲之內，是甘肅省重要的糧棉商品生產基地[13]。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源及處理

金塔綠洲時空變化研究是基于1963—2009年的遙感數據開展的，分別選用1963年的Keyhole衛星存檔相片(由美國60年代KeyHole系列照相偵察衛星所拍，本研究采用的是KH- 4型衛星拍攝的相片，地面分辨率2—3 m[13])，1973年的 Landsat MSS，1986、1999和2009年TM/ETM+遙感影像進行解譯獲得綠洲圖件(詳細的影像數據信息見表1)。利用ERDAS IMAGE 圖像處理軟件和地形圖對上述影像進行幾何校準輻射校正和圖像增強等預處理，即，用1∶100 000地形圖對1999年的ETM+ 影像進行幾何校正后作為參考圖像，采用二次多項式轉換方程對Keyhole衛星存檔相片和TM影像進行糾正。為了使各不同分辨率遙感影像具有可比性，用雙線性內插法將Keyhole衛星存檔相片進行重采樣到分辨率為80 m80 m，Landsat MSS、TM影像則采用最鄰近內插法[19- 20]來處理。在綜合考慮遙感影像數據光譜信息和紋理特征的基礎上，參考與研究區自然條件類似的已知區域建立對應判讀標志，對研究區綠洲與荒漠進行劃分界定，并將研究區土地覆被類型分為耕地、林地、灌叢、草地、水域、居民建設用地、鹽堿地、裸地、沙地和戈壁荒灘等10種。其中，戈壁荒灘含低覆蓋草地(其植被覆蓋度≤15%)視為荒漠。根據研究需要，將鹽堿地、裸地、沙地和戈壁荒灘劃為荒漠；耕地、草地、林地、灌叢、水體和城鎮建設用地等6種地類歸為綠洲。按照上述分類系統，在ENVI 4.6軟件FX模塊采用面向對象的影像特征提取方法對1963年的衛星相片和1973年的MSS影像進行綠洲提??；對1986、1999和2009年3期遙感影像(Landsat TM /ETM+)則是利用自動閾值法對研究區綠洲進行提取，即通過圖像增強將目標地物與背景區分開，并在MATLAB中編程計算出目標物與背景這兩類間的方差達到最大時的值，由此將目標物提取出來[21]，并建立拓撲關系，并對居民點、水體等地類進行目視解譯。最后，對各個時期影像解譯的結果進行目視解譯修正，生成各個時期綠洲分布圖形數據。通過2009和2010年的兩次野外實地驗證工作，即，利用GPS采點、地形圖驗證及高分辨率影像對分類結果(如，Google Earth的衛星影像)及與當地老年原住民訪談(訪談原住民多為50至70歲的老農，以便于對早期影像和土地利用情景進行核對)，利用分類后對比方法(post-classification comparison)在同一個比例尺下對誤提或漏提的綠洲進行目視判讀修改與驗證[22- 23]。同時利用1∶50 000地形圖(1960年)和1∶100 000地形圖(1972年)、植被分布圖(1∶100萬)、1989年和2000年的金塔縣土地利用圖以及走訪當地百姓進行綠洲實地調查對各個時期綠洲分布精度進行評價(表2)。

表1 研究中所選用的遙感數據信息Table 1 The information of the remote sense data used in this study

表2 土地覆被類型的描述及其精度評價Table 2 Description of land-use/cover types and accuracy assessment of the classified images

2.2 綠洲時空變化過程分析方法及模型

2.2.1 綠洲動態變化分析

(1)綠洲面積變化及其凈變化速度

綠洲變化是一個累計過程，面積變化能直觀地反映研究時段內綠洲變化程度，其凈變化速度能描述綠洲累計過程中綠洲退縮或擴張的速度，是通過當年的面積減去其前一年的面積并除以前一年的面積，采用幾何平均法能定量描述研究區域一定時間范圍內綠洲年平均增長速度[11- 12]，其表達式分別為：

ΔU=Ub-Ua

(1)

(2)

(2)綠洲擴張與退縮過程雙向動態變化指數

描述綠洲擴張(綠洲新增面積)和退縮(綠洲減少面積)方向相向的變化，用以表征綠洲與荒漠相互轉化的劇烈程度[24]。表達式為：

(3)

式中,ΔUout為研究時段內綠洲內第i類土地利用類型轉移為荒漠面積之和，即轉移面積；ΔUin為同時期荒漠轉變為綠洲的面積之和，即新增面積；Ua和Ub同上。

2.2.2 綠洲變化趨勢狀態指數模型

存在狀態是指綠洲在空間位置上是否表現為劇烈的增減變化，在一定程度上能反映綠洲系統是否穩定和變化趨勢[13,17]:

Ps=(L-D)/(L+D)

(4)

式中，Ps指綠洲狀態指數，L指綠洲的增加量，D指綠洲的減少量；當 0

2.2.3 綠洲空間分布格局分析

(1) 綠洲重心遷移模型

重心遷移模型能夠具體反映研究對象在空間演變的過程。綠洲的空間變化可以用其重心在各個方向上的分布變化來反映，通過計算比較研究期間綠洲分布的重心空間位置，可以直接反映研究時段內綠洲的空間動態變化特征。第t年綠洲重心坐標(經緯度)可表示為[25]：

(5)

式中，X、Y分別表示綠洲分布重心的經緯度坐標；Ci表示第i個綠洲斑塊的面積；Xi、Yi分別表示第i個綠洲斑塊分布重心的經緯度坐標。

(2) 綠洲化荒漠化轉化過程模型

轉移矩陣能較好地描述綠洲和荒漠之間相互轉化的關系，用以定量描述綠洲擴張或退縮的動態變化[13]。其數學表達式為：

(6)

式中,S為研究區面積，i研究初期土地利用類型，i=1(綠洲)或2(荒漠)；j為研究末期的土地利用類型，j=1(綠洲)或2(荒漠)。

2.3 綠洲景觀特征指數分析

綠洲景觀特征和空間格局變化不僅是大小、形狀不一的綠洲斑塊在空間上的景觀異質性的具體體現，也是各種生態過程在不同尺度上作用的結果。綠洲擴張與退縮過程深深地影響著綠洲斑塊的大小、形狀和連接度，進而間接影響著綠洲穩定性及其可持續發展潛力。因此，理解和建立綠洲時空變化過程對景觀格局之間的相互影響關系就顯得極其重要。根據研究需要和景觀指數的特點，分別選取綠洲形狀和分維數、分離度、破碎化指數等來分析綠洲景觀結構和空間變化[18,26- 27]，并探討綠洲變化與景觀格局變化的關系。

(1)綠洲形狀指數(LSI)與面積加權斑塊分維指數(AWMPFD)

描述綠洲變化過程中綠洲形狀和分維特性，揭示不同規模綠洲產生和變化的隱性特征，綠洲形態變化的復雜性，可通過景觀格局分析軟件Fragstats3.3計算獲得。

(2)綠洲景觀分離度(DIVISION)

描述綠洲(或荒漠)景觀中不同斑塊個體空間分布的離散程度，可通過Fragstats3.3軟件計算獲得，其計算公式為：

(7)

式中,aij為景觀類型ij面積，i=1(綠洲)或2(荒漠)，Ai為景觀類型i的總面積，N為景觀中的斑塊總數。

(3)景觀破碎度(Ci)

指綠洲景觀類型在給定時間和給定性質上被分割的破碎程度，在一定程度上反映出人為因素對綠洲景觀的干擾程度[28]，其計算公式為：

Ci=ni/Ai

(8)

式中，Ai為綠洲景觀類型i的總面積，ni為綠洲景觀類型i的斑塊數。

3 結果與分析

3.1 綠洲時空變化過程

3.1.1 1963—2009年金塔綠洲變化速度與趨勢分析

圖1可知，1963—1973年間，金塔綠洲面積變化及其變化速度較快，其面積變化量和綠洲累計動態度高達49.53 km2和15.45%。綠洲與荒漠間相互轉化劇烈且頻繁，其綠洲化荒漠化雙向變化動態度較高(1.56%)，綠洲處于非平衡的狀態。1973—1986年間綠洲變化速度相對較小(其綠洲累計動態度僅為0.24%)，但總體上綠洲面積仍保持持續增長的態勢，綠洲與荒漠間的相互轉化也很劇烈，表現為綠洲面積擴張且抵消了荒漠擴大的面積，其整體變化趨勢趨于平衡且相對穩定(k值僅為-0.63%)。1986—1999年間，金塔綠洲面積呈現退縮的狀況，荒漠化過程大于綠洲化過程，但綠洲與荒漠間轉化趨向于平緩。1999—2009年綠洲面積快速增長，其綠洲面積變化量及其累計變化速度均達到最大。至2009年，綠洲面積達523.17 km2，綠洲與荒漠間相互轉化過程劇烈且頻繁，綠洲擴張速度遠大于退縮速度，綠洲處于極端不平衡狀態(圖1)。整個研究期間，金塔綠洲面積總體呈現穩定增長的趨勢，綠洲規模逐漸擴大，綠洲化過程大于荒漠化過程，綠洲變化趨勢呈現表現出非平衡—平衡—極端不平衡的起伏波動變化。

圖1 1963—2009年間金塔綠洲面積、動態度及趨勢狀態指數變化Fig.1 The change of area and dynamic degree of Jinta oasis from 1963 to 2009

3.1.2 1963—2009年金塔綠洲空間變化分析

圖2 1963—2009年金塔綠洲重心遷移變化及綠洲擴張與退縮區域空間分布圖Fig.2 The change of barycenter and oasification area, desertification area in Jinta oasis from 1963 to 2009

由圖1和圖2可知，1963—1973年間金塔綠洲呈現快速增長的趨勢，其荒漠轉為綠洲的年均面積分別為13.84 km2/a，綠洲重心偏向西北方位，其遷移距離最長(2.12 km)(圖2A)；綠洲擴張區域主要發生在西壩鄉、以板井灘—生地灣農場—前進村—金馬村、晨光村—西紅村—北海子鹽場等鄉村；綠洲萎縮區主要在三合鄉北部的冰草洼村至東壩鎮和大莊子鄉一帶。1973—1986年間金塔綠洲面積持續增長，且呈現先慢后快的態勢，至1986年達到一個小高峰(386.40 km2)，綠洲重心方位為南偏東，遷移距離為1.19 km。此期間除了西壩鄉的生地灣農場外，綠洲變化劇烈區域主要是沿西干渠方向的金塔鎮建國村—上三分村—官營溝村—頭號村、東干渠方向上的營泉—天生場和下新壩村—頭墩大隊一帶(圖2B和C)。1986—1999年間綠洲變化起伏波動較大，表現為先減少后增加的峰谷狀[13]，總體呈現下降的趨勢，其退縮面積達109.83 km2，且主要發生在下述4個區域：西壩鄉北部的北海子鹽場，生地灣農場及其周邊的荒漠草灘，東北方向的東壩鎮和大莊子鄉的天然綠洲及綠洲荒漠過渡帶，中東鎮沙漠森林公園北面的荒草過渡帶等(圖2D)。而綠洲擴張區域主要是羊井子灣鄉(主要原因是移民和土地開墾與整理等)。對于整個金塔綠洲，移民安置區和新開墾地塊多是對原有棄耕地的復墾和開荒整地，且多是村落之間及其邊緣地區和條件較好的荒草地被開墾。因而，該時段綠洲邊界不穩定，其重心向東南方向遷移，遷移距離為1.56 km。1999—2009年間綠洲又快速擴張， 綠洲化面積達最大(184.33 km2)，年均擴張速度為16.76 km2/a，遠大于荒漠化速度(0.91 km2/a)，但綠洲重心位置相對偏移較小，其遷移僅0.43 km，這說明1999—2009年間綠洲在各個方向上均有變化且較均勻。從空間上看，東壩鎮、古城鄉、中東鎮和金塔土地開發整理示范區(即場站機關轄屬的綠洲)等鄉鎮轄區綠洲變化較大，綠洲新增面積以“星斗填充式”為主，多發生在綠洲內部的荒灘或綠洲的邊緣上，或遠離主體老綠洲(如沙邊子井、沙棗樹井和三個鍋莊等)，其形狀大小不一(圖2E)。整個研究期間里，綠洲重心遷移的大致方向是先朝金塔縣的西北方向，后折向東南，再迂回向北遷移，近46年來綠洲重心位置整體向南遷移，其遷移距離為1.97 km(圖2A)。

3.2 綠洲景觀特征變化

綠洲面積規模與空間格局的變化直接導致綠洲景觀格局變化。由表3和圖1可知，1963—2009年間綠洲規模不斷擴大，面積比例由18.02%增至29.87%。綠洲的形狀指數(LSI)總體呈現下降的趨勢，總體上綠洲景觀幾何形狀趨于簡單化，斑塊不規則程度逐漸下降。1963—2009年間，面積加權平均分維數(AWMPFD)數值均低于1.30，且呈現波動狀，表明綠洲分形特征邊緣周長較簡單，綠洲面積變化對綠洲幾何形狀復雜程度影響不顯著(表3)。同時，也間接地說明綠洲斑塊數量、規模與邊緣特征也影響著綠洲景觀分形特征變化[29- 30]。

綠洲景觀分離度(DIVISION)數值表現為先降后升再降的趨勢，表明近46年來綠洲總體趨向于集中，密集程度逐漸增大，斑塊個體的離散程度下降。但在1973—1986、1986—1999年間綠洲景觀分離度呈增長趨勢，主要是由于該時期人工綠洲面積不斷擴張與集中，同時綠洲過渡帶的天然灌叢荒草地不斷受到荒漠化和土地開墾與整理行為的干擾，致使其破碎化和空間分布的離散程度增大。2002年以后，綠洲面積增加明顯，大斑塊綠洲不斷兼并周邊零散的小斑塊，且新開墾與復墾綠洲多分布在綠洲內部的荒灘和(或)綠洲邊緣區，綠洲趨向于集中化，內部結構更趨復雜化；同時天然綠洲或轉變為人工綠洲，或緊密連并到耕地或林地中，或是退化為鹽堿地或荒灘、稀疏草地(覆蓋率低于5%)[13]，大大降低綠洲景觀空間離散程度。綠洲景觀破碎度值變化在1963年時最大(1.457)，1973年時最小(0.171)，這可能是由不同分辨率的遙感數據源造成的；但綠洲景觀破碎化程度與景觀形狀指數變化趨勢基本一致，總體上隨著綠洲面積的增長而呈現下降的態勢，表明綠洲擴張過程中面積規模的增大與綠洲景觀破碎化密切相關(表3)。

表3 金塔綠洲景觀空間格局特征及其回歸方程Table 3 The spatial pattern eigenvalue in Jinta Oasis and its regression equation

4 討論

(1)干旱區綠洲研究是一個多學科交叉的復雜研究領域，要探討較長時間尺度綠洲時空變化，就必須要對時間和空間跨度較大的不同數據源數據開展處理和分析。本研究的數據源來自不同衛星傳感器，其空間分辨率及其光譜信息不一致(如1963年的Keyhole衛星相片分辨率2.7 m，而1973年的Landsat MSS的分辨率僅為80 m，其他Landsat TM/ETM+數據的分辨率為30 m)，即在綠洲提取過程中閾值的設置與不同影像中地物解譯的標志(如形狀、顏色、紋理等)必然存在著一定的差異。本研究通過對影像進行重采樣，并在同一比例尺下進行影像解譯過程，且通過相關資料(如地形圖、土地利用現狀圖及土地利用數據變更數據庫、Google Earth衛星影像等)和多次野外實地調查以及與當地居民訪談驗證等方式來核查解譯數據，試圖盡可能地減小不同數據源影像的解譯誤差，提高影像解譯結果的準確度，分析表明，解譯的數據結果能很好地滿足本研究分析需要。但由于多源遙感數據之間存在著本質上的差異性，致使綠洲景觀特征變化上仍存在著一定的誤差[31]，這也是研究中景觀形狀指數、分離度和破碎度在1963年的值較高，1973年的值較低，而同源數據間(1986—2009年)則較好地反映了綠洲景觀結構變化的緣故。因此，如何降低不同數據源間帶來的誤差，減少遙感圖像“同物異譜”或“同譜異物”的現象，以提高分類結果的精度和研究結果的準確性，仍將是今后研究需要突破的一個重要內容[23,31]。

(2)綠洲變化包含綠洲內部屬性和時空格局變遷兩個方面，綠洲的屬性變化可以看作是綠洲的演化，即綠洲內部組分、結構和功能的變化過程；綠洲時空格局變遷，則可以看成是綠洲在時間尺度上的空間格局變遷，體現在綠洲與外圍荒漠的相互作用、相互博弈的時空變化過程，即綠洲的擴張(綠洲化)與退縮(荒漠化)。綠洲變化過程中，其時空格局的變遷不僅是綠洲內部屬性變化狀況的反映，而且是綠洲時空演變過程中最直觀的體現。因此，在現有數據源能滿足研究的需要的前提下，從整體性和系統性角度出發，將綠洲視為單一的地理景觀單元[30]，結合數理統計模型從綠洲面積量的變化、速度、趨勢狀態和空間分布格局，是反映和分析較長時間序列的綠洲時空格局變化的一種有效手段[17]。

(3)綠洲景觀特征是綠洲結構變化的外在形式體現，綠洲時空變化又必然會影響綠洲結構的變化。綠洲變化是一個非常復雜的過程，其時空分布格局受到多方面因素的影響。金塔綠洲是河西走廊的典型農業綠洲，近幾十年來綠洲景觀格局變化的主要受人文社會因素的影響，即人口變化、政策、可利用水資源的開發、社會經濟發展、科技科學技術以及人們文化修養、思想觀念、受教育程度等其他因素的影響，且在各個不同時期內其作用大小也不同[13]。本研究主要考慮金塔綠洲整體的擴張與退縮的變化過程及其與綠洲景觀格局的關系，結果表明1963—2009年間綠洲面積波動起伏變化較大，總體呈現增長的趨勢[13]，對綠洲景觀的影響深刻，表現為綠洲斑塊幾何形狀趨向于規則與簡單化、破碎化程度下降的態勢，其綠洲面積比重變化狀況與景觀形狀指數和破碎度相關性較大，但對綠洲斑塊面積加權分維數和景觀分維數不顯著。這可能是由于綠洲內部組分、結構等變化(如耕地、林地、城鎮建設用地、天然綠洲(灌叢草灘)、道路與渠系的建設、土地利用方式(如耕種方式))對綠洲景觀斑塊特征變化有著重要的影響[17]。同時，可用水資源量是影響干旱區綠洲時空分布及其景觀特征變化的首要制約因素，其可開采利用的數量與分布狀況直接影響著地表覆被類型與變化趨勢，進而影響著綠洲景觀格局的變化。金塔綠洲是以灌溉渠系和地下水抽取灌溉形成的農業綠洲，目前已經逐漸形成了以鴛鴦池水庫及灌渠為主的，實行引蓄結合、渠庫相連、調劑余缺等的灌溉網絡體系，很大程度上影響著綠洲生產活動和景觀格局變化。因此，水資源及灌溉渠系分布格局也是決定綠洲景觀結構的變化主要影響因子[17,28]，在后期的研究中應注意加強該方面的研究分析。另外，也可能是由于研究時段間隔較大，數據樣本量較少，且部分景觀指數對二元景觀反映存在不規律現象[32]，各不同綠洲景觀格局指標之間的相關性及其對不同格局系列在不同水平上反應及其效應有待進一步研究。

5 結論

1963—2009年金塔綠洲以擴張的態勢為主，并在2009年綠洲達到最大(523.17 km2)。研究期間，綠洲擴張速度遠大于退縮速度，綠洲與荒漠間的相互轉化過程劇烈且頻繁，且以1963—1973年間綠洲與荒漠的轉化最劇烈。綠洲變化趨勢主要呈現為非平衡—平衡—極端不平衡的起伏波動狀態，綠洲重心位置發生較大變化。

近46年來金塔綠洲變化直接影響著綠洲景觀結構，主要表現為綠洲形狀分維特征趨于簡單化和規則化，綠洲分散程度和破碎化程度總體呈現減少的態勢，致使綠洲斑塊鑲嵌體的呈現出散布—擴張—破碎—融合擴展的復雜過程，綠洲趨于集中和密集化。

金塔綠洲變化影響著綠洲景觀特征變化，但綠洲化與各個景觀指數之間并不存在顯著的相關性，這可能是綠洲內部組分、結構、人類活動對區域水土資源利用程度以及文章數據樣本量有關。本研究對綠洲內部組分與結構變化對綠洲景觀格局的影響探討涉及較少，在下一步研究中，建議加強并深入探討綠洲土地利用/覆被變化與綠洲景觀結構與功能的關系及其生態環境效應評價研究，這也是綠洲學及干旱區土地變化科學研究的一個重要方向。

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Spatio-temporal change and its effects on landscape pattern of Jinta Oasis in Arid China from 1963 to 2009

GONG Jie, XIE Yuchu*, GAO Yanjing, SUN Peng, QIAN Dawen

KeyLaboratoryofWesternChina′sEnvironmentalSystems(MinistryofEducation),LanzhouUniversity,Lanzhou730000,China

Oasis was a small and medium scale zonal ecological landscape, and the basic places to sustain human activities and developments in the arid area. Under the influence of the increasing human activities and the change of global climate, oasis change (Oasification and desertification) was not only the most direct reflect of environmental change in the arid area, but also was one of the most active research fields of land degradation and regional sustainable development. Recently, the interaction mechanism between oasis change and landscape pattern had been regarded as an important content of regional environmental change research in arid areas. In China, oases were mainly distributed in temperate and warm temperate desert areas, but only took up 4%—5% of the total area of the northwestern China. However, more than 90% of the population and 95% of social wealth were concentrated within these oases. Jinta oasis located in the Hexi Corridor in arid northwestern China, was not only a typical oasis with long agricultural history, but also was an agro-pastoral transitional zone and ecologically fragile area. Due to the rapid growth of population, economic pressure and excess exploitation using the resources, the ecological environment and sustainable development of Jinta oasis were greatly affected. Therefore, we took Jinta oasis as a case to study oasis spatio-temporal change from 1963 to 2009 and its influence on the landscape pattern. Based on Keyhole satellite photograph in the 1963, Landsat MSS images in the 1973, TM and ETM images from 1986 to 2009, the land cover were divided into two categories: oasis and desert. Oasis included farmland, grassland, woodland, water and residential area which based on classification criteria of Chinese National Technical Standard for Land-Use Survey; desert included salinized land, bare land, desert, Gobi and low coverage grassland which the vegetation cover degree ≤ 15%.The results were tested by the field investigation, the GPS sampling and interview with local people. After then, the process, trend and spatial pattern change in Jinta oasis and the characteristic of landscape pattern changes were analyzed by a set of mathematical statistical models and indice of landscape ecology. The results showed that: Jinta oasis was being in an unbalanced state, oasis scale and area expanded gradually with an increase of 167.37km2during the period of 1963—2009. Simultaneously, the area of Jinta oasis achieved its maximum with 523.17km2in 2009. The conversion between oasis and non-oasis was frequent and violent and showed a state of imbalance-balance-extreme imbalance condition, although the degree of conversion was different in different periods. And then, most change of the oasis happened as the reclamation of abandoned land and desert area, especially in the inner and outer marginal area of oasis, such as Yangjingziwan township, Xiba township, Sanhe-Dongba -Dazhuangzi township zone, Jinta-Zhongdong township zone. The area, size and spatial distribution of oasis influenced by human activity had resulted in fundamental changes of oasis landscape pattern. The fractal characteristics, dispersion degree and fragmentation of Jinta oasis were decreased, and the oasis landscape tended to be simple and uniform. All in all, in the latest 46 years, the spatio-temporal change of Jinta oasis drove the change of local landscape pattern to the decrease of the diversity, complex structure and landscape heterogeneity.

arid area of China; oasification; spatio-temporal processes; landscape pattern; jinta oasis; multiple-resource satellite images

中央高?；究蒲袠I務費專項資金資助(lzujbky- 2013-m02); 教育部“春暉計劃”科研項目(Z2011028)

2013- 04- 08;

日期:2014- 04- 03

10.5846/stxb201304080639

*通訊作者Corresponding author.E-mail: xieych09@lzu.edu.cn

鞏杰，謝余初，高彥凈，孫朋，錢大文.1963—2009年金塔綠洲變化對綠洲景觀格局的影響.生態學報,2015,35(3):603- 612.

Gong J, Xie Y C, Gao Y J, Sun P, Qian D W.Spatio-temporal change and its effects on landscape pattern of Jinta Oasis in Arid China from 1963 to 2009.Acta Ecologica Sinica,2015,35(3):603- 612.