3S技術支持下的瀘沽湖流域景觀格局變化研究

譚志衛(wèi)，趙　潤，李　俊

(云南省環(huán)境科學研究院，云南高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室，云南 昆明 650034)

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3S技術支持下的瀘沽湖流域景觀格局變化研究

譚志衛(wèi)，趙潤，李俊

(云南省環(huán)境科學研究院，云南高原湖泊流域污染過程與管理重點實驗室，云南 昆明 650034)

采用1974、1993及2011年的3期經過校正處理的TM衛(wèi)星影像為數據源，通過監(jiān)督分類與人工目視糾錯的方法獲取3期土地利用數據，運用Fragstats 軟件分析瀘沽湖流域內40a的景觀格局變化特征。結果表明：①建筑用地景觀面積不斷增加，增加的面積主要靠農地、林地、草地的轉入；農地景觀面積凈減少0.9km2；水體面積相對穩(wěn)定；林地與草地發(fā)生了約30km2的相互轉化。②建筑用地、林地、農地的斑塊形狀指數增加，說明斑塊形狀越來越復雜。③景觀中的優(yōu)勢度減少，各拼塊類型在流域景觀中呈不均衡化趨勢分布的特征。

3S技術；景觀格局；變化研究；瀘沽湖

景觀格局(Landscape pattern)指景觀的空間結構特征，是景觀組成單元的類型、數目及空間分布與配置，是景觀異質性在空間上的綜合表現[1]。景觀格局的研究是景觀生態(tài)學研究的核心內容和熱點問題之一[2-3]，空間格局、生態(tài)過程與尺度之間的相互作用也是景觀生態(tài)學研究的核心問題之一[4]，而流域作為一個完整的自然地理單元，流域內景觀格局是在自然與人類活動的長期相互作用過程中演變而成的[5]。本文選用瀘沽湖流域為研究對象，揭示流域內生態(tài)環(huán)境與空間異質性特征，及與景觀格局變化相關的流域資源環(huán)境問題，對全面了解瀘沽湖景觀格局變化，強化流域景觀生態(tài)環(huán)境保護具有十分重要的意義。

1　研究區(qū)概況

瀘沽湖為長江流域上游湖泊，位于云南省西北部和四川省西南部的兩省交界處，是我國第三大深水湖泊。湖面面積57.7km2，其中云南境內30.3km2。流域面積247.6km2，云南部分107km2。最大水深105.3m，平均水深38.4m，蓄水量22.2億m3，主要入湖河流有6條，入湖河流源近流短，呈現出明顯的季節(jié)性，湖水主要靠雨水和臨時性的溝溪匯水和區(qū)間坡面漫流補給。瀘沽湖云南部分屬麗江地區(qū)寧蒗縣永寧鄉(xiāng)落水行政村，主要居住著摩梭人、彝族和普米族。

2　研究方法

2.1數據準備及處理

采用1974年4月、1993年1月、2011年2月10日的3期TM衛(wèi)星影像(分辨率為30M)作為數據源。利用Arcview、Arcmap及Erdas軟件進行數據相關處理。

2.2土地利用遙感解譯分類

根據實際需求，本次建立的景觀分類體系為林地、農地、水域、建筑用地及草地。

本文利用ERADS軟件，采用5、4、3波段組合，運用監(jiān)督分類解譯與人工目視糾錯相結合的方法獲取土地利用數據，并通過現場調查與分析，把2011年土地利用數據調整成2013年土地利用現狀數據。

2.3景觀指數選取

本文中根據實際需要選取了斑塊密度指數(PD)、最大形狀指數(LSI)、斑塊分維數(PARFAC)、多樣性指數(SHDI)、均勻度指數(SHEI)和優(yōu)勢度指數(D)，指數計算采用Fragstats軟件。

3　結果與分析

3.1土地利用變化分析

從3期景觀類型分布情況及面積統(tǒng)計來看，瀘沽湖流域景觀類型變化以林地景觀、水域景觀、農地景觀、草地景觀為主，建筑用地景觀面積大幅度增加，以犧牲農地景觀為代價，農地景觀減少，林地景觀增加，水域景觀變化不大。詳見表1、圖1。

建筑用地面積在1974—2013年不斷增加。前20a建筑用地面積增加了0.5km2，后20a建筑用地面積快速增加，共增加了4.23km2，面積比例從0.49%增長到0.69%，再增長到2.40%。分析原因，建筑用地景觀面積的增長是以占用農地、林地及其它用地得來的。農地景觀面積凈減少0.9 km2，兩個階段減少量相當。

林地景觀面積在1974—2013年表現為先減少后增加。前20a，林地面積減少了29.05 km2，減少率為20.92%，后20a林地面積增加了26.27km2，增長率為23.93%，最終凈減少1.78 km2。草地面積在1974—2013年表現為先增加后減少。前20a增加了29.46km2，后20a減少了30.60 km2，最終凈減少1.14 km2。林地與草地景觀的變化主要為兩者的相互轉化，而轉化的原因主要受當時的社會發(fā)展水平、生活方式及政策導向影響。20世紀70—80年代瀘沽湖流域還處于生產水平低、社會發(fā)育程度參差不齊的狀態(tài)，很多區(qū)域還保持著刀耕火種、游牧游耕的生活方式，致使林地大量轉化為草地(牧草地)。而近20a，隨著社會經濟及旅游業(yè)的發(fā)展，刀耕火種、游牧游耕的生活方式基本消失，建筑用地大面積擴張，加上瀘沽湖當地政府實施“林業(yè)生態(tài)保護”、“水土流失治理”、“生態(tài)環(huán)境的整治”等工程，大量的草地又退草還林，使得林地面積增長。

表1　1974—1993—2013瀘沽湖流域景觀類型轉移矩陣表

3.2景觀格局變化分析

將景觀生態(tài)學的理論與方法應用于瀘沽湖流域景觀結構變化的研究中，從景觀空間格局變化的某些特征分析主要各地類動態(tài)變化的規(guī)律。景觀格局指數是景觀空間格局和異質性的定量描述。通過對不同時期同一景觀類型的景觀格局定量分析，可以反映瀘沽湖景觀結構的變化趨勢以及所受到的干擾程度。

3.2.1景觀生態(tài)指數分析

斑塊密度指數。從表2可以看出，建筑用地景觀的斑塊密度增加。主要原因為當地經濟發(fā)展及旅游業(yè)的興起，大量的建筑拔地而起，而在現場調查中發(fā)現當地的建筑用地建設基本上是當地農戶自發(fā)在自家宅基地上隨意修建，毫無整體規(guī)劃概念，因此導致建筑用地的斑塊密度與斑塊數增加。農地、林地、草地景觀的斑塊密度在前后20a表現為先增加后減少，說明農地、林地、草地在前20a異質性增大，破碎度增加，而后20a，隨著流域內人類對瀘沽湖生態(tài)的保護， “林業(yè)生態(tài)保護”、“水土流失治理”、“生態(tài)環(huán)境的整治”等工程的實施，農地、林地、草地越來越趨向聚集、成片分布，這種變化也與分維數的變化相一致。

斑塊形狀指數。1974—2013年，建筑用地、農地與林地的斑塊形狀指數在增加，說明這3類型斑塊的形狀越來越復雜。隨著社會發(fā)展及當地旅游業(yè)的興起，并在規(guī)劃概念不強的條件下，大量無規(guī)劃的建筑用地導致建筑用地與被占用的農地與林地的形狀均向不規(guī)劃方向發(fā)展。水域的斑塊形狀變化不大；草地的斑塊形狀呈先增加后減少的變化趨勢，說明前20a無序的刀耕火種的生活方式導致斑塊向不規(guī)劃方向發(fā)展，而后20a在政府指導下，被占用的草地被用來植樹造林，草地又向規(guī)劃方向發(fā)展。

分維數指數。從總體上看，1974—2013年各類景觀分維數值大部分在1.2～1.5，反映了不同景觀的幾何形狀比較復雜的特點，人為因素干預比較大。建筑用地、農地的分維數在減少，這是因為這幾類景觀受規(guī)劃改造的影響大，人類利用改造越多的地方，其分維值越小，反之越大；林地與草地的分維值先增加后減少；水域的分維數值略有增加，變化不大，因為在研究期間瀘沽湖面積與狀況變化不大，說明受干預程度小。

表2　湖瀘湖流域景觀生態(tài)指數

3.2.2景觀類型多樣性分析

如表3所示，1974—2013年瀘沽湖流域景觀多樣性指數(SHDI)與均勻度指數(SHEI)表現為先增加后減少，優(yōu)勢度(D)指數表現為先減少后增加。

前20a，多樣性指數增加了0.1636，均勻度增加了0.1016，表明研究區(qū)的景觀多樣性在毀林開荒的影響下不斷增加，各斑塊類型在景觀中趨于均勻分布。后20a多樣性指數減少了0.1048，均勻度減少了0.0651，表明研究區(qū)的景觀多樣性隨著人類開發(fā)活動的強烈干預(湖泊流域保護相關活動及旅游開發(fā)等)，各景觀類型的分布不均勻程度在增加。

前20a，優(yōu)勢度減少了0.1636，反映了研究區(qū)各景觀類型所占的比例差異在減少。后20a優(yōu)勢度增加了0.1048，反映了研究區(qū)各景觀類型所占的比例差異在不斷加大，即一種或者少數幾種景觀占優(yōu)勢的地位在明顯降低，該流域內林地面積增加是優(yōu)勢度指數變化的重要原因。優(yōu)勢度總體上表現出與多樣性及均勻度相一致的趨勢。

表3　1974—2013年流域景觀類型多樣性指數

3.3瀘沽湖流域景觀結構改變對生態(tài)系統(tǒng)功能的影響分析

(1)流域的面山區(qū)域，研究期間林地面積先減少后增加，而草地先增加后減少。前20a當地無序的刀耕火種毀林方式使林地大量消失，也使占優(yōu)勢的常綠闊葉林遭到了前所未有的破壞，生物多樣性降低，生態(tài)系統(tǒng)越來越脆弱。后20a雖然在政府干預下，林地面積有所增加，但林地植被主要為云南松林，整個森林系統(tǒng)呈現闊葉林向針葉林的逆向演替，森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到極大影響。

(2)流域的湖盆區(qū)，建筑用地不斷增加對生態(tài)系統(tǒng)的影響。建筑用地不斷增加主要受當地經濟發(fā)展與人口增加影響，經濟發(fā)展與人口增加在后20a表現尤為突出。例如GDP， 1995年為0.021億元，到2013年增加到0.290億元，2013年比1995年增加了約14倍；常住人口，1995年為0.214萬人，到2013年增加到0.307萬人，人口增加了50%；旅游人數， 2012年人數為1995年的18倍。而人口的增加最終導致流域的污染增加。根據《瀘沽湖流域水污染綜合防治“十一五”、“十二五”規(guī)劃》，2010年TN與TP的入湖量是2004年的2.5倍，入湖污染的增加也是湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的潛在威脅。

3.4結論

40a瀘沽湖流域景觀格局變化如下：

(1)建筑用地景觀面積不斷增加，林地與草地景觀發(fā)生了大面積的相互轉化。

(2)建筑用地、林地、農地的斑塊形狀指數都有所增加，說明這3類型的斑塊的形狀越來越復雜。建筑用地、農地的分維數在減少，主要是人類規(guī)劃改造的原因所致。

(3)瀘沽湖流域景觀多樣性指數與均勻度指數表現為先增加后減少，優(yōu)勢度指數表現為先減少后增加。說明景觀中的優(yōu)勢度減少，各拼塊類型在流域景觀中呈均衡化趨勢分布的特征。

(4)流域面山區(qū)域林地中植被類型向單一方向發(fā)展影響森林生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；湖盆區(qū)建筑用地增加，而影響其增加的驅動——常住人口、GPD、旅游人數的大量增加帶來的污染影響水生態(tài)系統(tǒng)功能的正常運行，對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是潛在威脅。

[1]鄔建國. 景觀生態(tài)學-格局、過程、尺度與等級[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[2] Forman R T T, Godron M. Landscape Ecology[M]. New York，1986

.[3] 肖篤寧. 國際景觀生態(tài)學研究的最新進展-第五屆景觀生態(tài)世界大會介紹[J]. 生態(tài)學雜志, 1999, 18(6): 75-76.

[4] Wu J, Marceat D. Modelling complex ecological systems: anintroduction[J]. Ecological Modelling,2002(153):1-6.

[5]葉延瓊，陳國階.GIS支持下的岷江上游流域景觀局分析[J].長江流域資源與環(huán)境,2006,15(1):112-115.

Dynamic Change of Landscape Pattern in the Lugu Lake Wetland Based on 3S Technology

TANZHI-wei, ZHAO Run，Li Jun

(Yunnan Institute of Environmental Science, Yunnan Key Laboratory of Pollution Process and Management of Plateau Lake -watershed, Kunming Yunnan 650034 ,China)

Base on the date source of the corrected TM satellite imagery of three periods in the year of 1974, 1993, and 2011 in the LuguLake watershed, supervised classification and artificial visual error correction method were applied to obtain the land use date. Then, Fragstats software was used to analyze the changes of the landscape pattern in 40 years. The results showed that the area of construction land has increased mainly by the transfer of the area of farmland, forest land, and grassland. Farmland area decreased 0.9km2. Water area was relatively stable. Forest land and grassland transformed reciprocally about 30km2. The shape indices of construction land, forest land, and land patch of farmland increased, which meant that the patch shape has become more and more complex. Landscape dominance index decreased. Each patch type in the watershed landscape showed a trend of imbalanced distribution.

3S technology; landscape pattern; change; Lugu Lake

2016-05-11

云南省科技計劃項目(2013FD077)，云南省生物多樣性保護專項資金<瀘沽湖、洱海、撫仙湖三大高原湖泊水生態(tài)調查與評估>。

譚志衛(wèi)(1982-)，女，碩士研究生。

X87

A

1673-9655(2016)05-0107-04