黃土丘陵區(qū)生態(tài)退耕中的景觀格局演變及其地形驅(qū)動

劉栩如, 張 琳, 楊 磊, 邱 揚(yáng), 王 軍

(1.北京師范大學(xué) 地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院, 北京 100875; 2.中國科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境研究中心　城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085; 3.國土資源部 土地整理中心, 北京 100812)

?

黃土丘陵區(qū)生態(tài)退耕中的景觀格局演變及其地形驅(qū)動

劉栩如1, 張 琳1, 楊 磊2, 邱 揚(yáng)1, 王 軍3

(1.北京師范大學(xué) 地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院, 北京 100875; 2.中國科學(xué)院 生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085; 3.國土資源部 土地整理中心, 北京 100812)

黃土丘陵區(qū)大規(guī)模生態(tài)退耕對該區(qū)域土地利用、景觀格局及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生了重要影響?；谝巴庹{(diào)查和GIS分析，以典型黃土丘陵小流域大南溝為例，分析了1975—2007年生態(tài)退耕前后土地利用結(jié)構(gòu)變化、景觀格局演變及其地形驅(qū)動。結(jié)果表明流域大規(guī)模退耕前有小面積棄耕現(xiàn)象，耕地和荒草地稍有減少，林地增加，斑塊數(shù)量增加，景觀格局趨于復(fù)雜，破碎化嚴(yán)重。2000年大規(guī)模退耕以后，耕地大量減少，退耕地和荒草地約占流域面積75%，林地增加，各景觀類型形狀趨于簡單、分布趨于均勻和集中。隨退耕年限增加，林地持續(xù)增加，存在小面積的復(fù)墾現(xiàn)象，流域景觀結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜，但整體格局趨于合理。相對海拔和坡度是生態(tài)退耕最重要的兩個地形驅(qū)動因子，大規(guī)模退耕后，耕地和果園趨向于中低海拔和坡度較緩的區(qū)域分布，荒草地基本不變，退耕地和林地趨向于高海拔和較陡的區(qū)域分布。

黃土丘陵區(qū); 生態(tài)退耕; 土地利用; 景觀格局; 地形驅(qū)動

生態(tài)退耕是以生態(tài)恢復(fù)為目標(biāo)，把人為干擾強(qiáng)烈的農(nóng)地轉(zhuǎn)化為林草地的過程，包括自然棄耕和人工恢復(fù)兩種方式[1]。生態(tài)退耕不僅影響土地利用的時空格局，還是土壤侵蝕、土壤質(zhì)量、土壤水分、植被演替等生態(tài)過程和功能的重要影響因素[2]。黃土丘陵溝壑區(qū)地形破碎，溝壑縱橫，是我國水土流失最為嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū)之一[3-4]，生態(tài)退耕是該地區(qū)脆弱生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的有效措施，也是影響該區(qū)域土地利用變化的重要政策措施[5]。2000年以來黃土高原大規(guī)模退耕還林還草工程的實(shí)施，對該地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)及景觀格局產(chǎn)生重要影響，成為黃土高原景觀格局與生態(tài)過程研究的一個重點(diǎn)問題[6-10]。生態(tài)退耕的驅(qū)動力是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)論題之一，針對不同尺度上生態(tài)退耕的驅(qū)動力已進(jìn)行了一定的探討[11]，生態(tài)退耕的時空格局及其驅(qū)動因子的研究已取得了一些成果[12-14]，但多數(shù)停留在二維階段，仍有諸多問題需要研究[1]。黃土丘陵區(qū)的地貌特征決定了地形是該地區(qū)土地利用的重要影響因素，針對景觀格局演變的地形因素探討是了解生態(tài)退耕驅(qū)動力的一個重要方面。本文以典型黃土丘陵區(qū)小流域陜西安塞縣大南溝為例，將土地利用變化與景觀格局過程結(jié)合起來，研究1975—2007年生態(tài)退耕過程中土地利用結(jié)構(gòu)和景觀格局演變及其地形驅(qū)動因子，嘗試從水平和垂直三維空間探索其空間分異特征，進(jìn)一步揭示景觀演變驅(qū)動機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)土地利用變化動態(tài)的總體掌握，以期探討生態(tài)退耕過程的時空格局及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，為黃土高原土地可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1　研究方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省延安市安塞縣大南溝小流域(109°16′—109°18′E，36°54′—36°56′N)，屬延河一級支流，流域面積3.46 km2，海拔為1 075～1 370 m。多年平均降水量549 mm，其中75%的降雨集中在6—9月份，年際變率達(dá)74.5%。研究區(qū)為典型的黃土丘陵溝壑地貌，土壤類型為黃土母質(zhì)發(fā)育而成的黃綿土，土質(zhì)疏松，抗蝕抗沖性差，土壤侵蝕嚴(yán)重。流域土地利用主要有耕地、果園/經(jīng)濟(jì)林地、林地、灌木地、退耕地、荒草地。

1.2數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)研究區(qū)歷史及現(xiàn)在的土地利用狀況，結(jié)合野外考察，將研究區(qū)土地利用劃分為耕地、果園林地、林地/灌木地、退耕地、荒草地。其中耕地包括坡耕地和梯田，退耕地則是耕地退耕后形成的退耕幼林地，林地包括成熟喬木林地(成林刺槐林地和楊樹林地)和灌木林地(檸條林地)，果園則是蘋果園地，荒草地則主要是溝谷內(nèi)的多年荒草地。

收集了大南溝小流域1975年和1997年兩期航空相片以及1997年1∶1萬地形圖，其中1975年航片比例尺為1∶1萬，焦距114 mm，1997年航片比例尺為1∶3.5萬，焦距153 mm。1975年土地利用數(shù)據(jù)由航片目視解譯獲得。1998年土地利用數(shù)據(jù)是以1∶1萬地形圖為底圖，結(jié)合1997年航片解譯結(jié)果，經(jīng)1998年8—10月野外調(diào)查，采用對坡勾繪的方法獲取。在1998年土地利用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分別于2002年、2004年、2005年和2007年在1∶1萬地形圖上采用對坡勾繪的方法獲取該年土地利用數(shù)據(jù)。6個時期的1∶1萬土地利用數(shù)據(jù)分別反映了大南溝小流域大規(guī)模退耕前(1975—1998年)、大規(guī)模退耕時期(1998—2002年)、大規(guī)模退耕后(2002—2007年)生態(tài)退耕的時間序列。

1.3景觀格局演變研究方法

在ArcGIS 9.3中由1∶1萬地形圖生成5 m分辨率DEM，由DEM數(shù)據(jù)減去流域出口海拔得到流域相對海拔數(shù)據(jù)，流域的相對海拔范圍為0～285 m，用1∶1萬DEM生成流域的坡度圖、坡向圖作為流域的地形因子數(shù)據(jù)。應(yīng)用ArcGIS 9.3空間分析工具將各時期土地利用數(shù)據(jù)與地形因子數(shù)據(jù)疊加，進(jìn)行各時期土地利用結(jié)構(gòu)統(tǒng)計、土地利用轉(zhuǎn)置以及景觀格局演變的地形驅(qū)動因素分析。景觀格局指數(shù)可定量反映景觀結(jié)構(gòu)組成及其空間配置特征，本研究在ArcGIS 9.3中將6個時期土地利用矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為1 m分辨率柵格數(shù)據(jù)，采用景觀格局分析軟件Fragstats 3.3對6個時期景觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行景觀格局分析，所采用景觀格局指數(shù)及其意義參見文獻(xiàn)[15—16]。

2　結(jié)果與分析

2.1生態(tài)退耕中土地利用結(jié)構(gòu)的演變

由表1可知，大規(guī)模退耕前流域內(nèi)主要為耕地(56.89%)和荒草地(33.64%)。在大規(guī)模退耕前已有退耕地出現(xiàn)，且占到流域面積的10.80%，表明在政策性退耕之前已有自然棄耕現(xiàn)象。1975—1998年林地和果園面積有所增加。大規(guī)模退耕以后，耕地面積大幅度減少，2002年以后耕地面積比例均低于9%，退耕地和荒草地則各占流域面積的1/3以上，林地面積則有較大幅度的增加。

表11975-2007年土地利用結(jié)構(gòu)%

土地利用類型1975年1998年2002年2004年2005年2007年耕地56.8944.506.628.528.246.81退耕地010.8037.4736.3736.6538.86荒草地33.6429.5738.2737.5237.4737.46林地8.3712.7715.3715.3215.3815.38果園1.102.362.272.272.261.49

由表2可知，大規(guī)模退耕前，有部分荒草地(11.87%)和林地(7.07%)轉(zhuǎn)化為耕地；耕地和荒草地是林地的主要來源，表明這一階段林地面積和位置發(fā)生了變化；果園主要由荒草地開墾而來。大規(guī)模退耕時期土地利用結(jié)構(gòu)變化較大，退耕地中72.72%來源于耕地；荒草地和林地面積增加，其中荒草地面積的增加主要來源于耕地(20.56%)，林地面積的增加主要來自荒草地(28.55%)和耕地(23.44%)；2002年果園有54.5%來源于耕地，表明果園的分布位置發(fā)生了變化。大規(guī)模退耕以后流域土地利用結(jié)構(gòu)變化較小，2002—2004年耕地面積稍有增加，原因是出現(xiàn)了小面積的復(fù)墾，其他土地類型的位置和面積均變化較小，至2007年，部分坡耕地再次退耕，期間還伴有小面積荒草地復(fù)墾。總體而言，2004—2007年土地利用格局變化不大，2004年以后土地利用格局基本呈穩(wěn)定狀態(tài)，1975—2004年土地利用轉(zhuǎn)置基本代表了研究區(qū)大規(guī)模生態(tài)退耕前后的土地利用轉(zhuǎn)換狀況。

表21975-2007年土地利用轉(zhuǎn)入的比例%

土地利用類型時間1998年耕地退耕地荒草地林地果園耕地退耕地荒草地林地果園1975年79.98011.877.071.0893.16006.84020.11073.535.311.0538.10040.0421.86017.95063.615.3713.07土地利用類型時間2002年耕地退耕地荒草地林地果園耕地退耕地荒草地林地果園1998年68.580.2211.948.7610.5072.7221.630.015.330.3120.565.8963.018.851.6923.442.7428.5542.702.5754.50012.2910.7722.44土地利用類型時間2004年耕地退耕地荒草地林地果園耕地退耕地荒草地林地果園2002年77.7212.509.210.5700100.0000000.0899.9200000100.0000000100.00

2.2土地利用格局演變的地形驅(qū)動

黃土丘陵區(qū)地形破碎、溝壑縱橫的地貌特征，決定了地形是該地區(qū)土地利用的關(guān)鍵制約因子，其中相對海拔、坡度、坡向是3個比較重要的因素。由圖1可以看出，大規(guī)模退耕前耕地在各海拔范圍分布較為均勻，大規(guī)模退耕后分布高度逐漸降低，表明退耕使得耕地逐漸趨向于中、低海拔處分布?；牟莸刂饕植荚跍涎鼐€以下的陡坡上，各時期分布高度變化不大，說明溝谷荒草地受退耕影響較小。溝沿線以上區(qū)域在大規(guī)模退耕前多為坡耕地，2000年以后全部退耕，轉(zhuǎn)化為退耕地，因而退耕地多集中于高海拔區(qū)域。林地的分布高度在退耕前呈降低趨勢，大規(guī)模退耕以后基本不變，而果園在退耕后則沒有變化。1975年耕地和林地主要分布高度為75～225 m，荒草地主要在195 m以下，果園主要分布在135 m以下。1998年自發(fā)退耕的區(qū)域主要在中上坡，其他土地利用類型變化不大。2002年以后，各土地利用高度分布變化不大，耕地集中在75～165 m的中下坡，90%以上的退耕地分布相對海拔在105 m以上，多于95%的荒草地分布在195 m以下的中下坡，林地集中在105～255 m的中坡和中上坡，果園集中在75～165 m的中坡和中下坡。

圖1　土地利用與相對海拔的關(guān)系

大規(guī)模退耕前各景觀類型多集中在陡坡區(qū)域，緩坡區(qū)域的比例相對較少(圖2)，其中1998年陡坡地開發(fā)利用最為嚴(yán)重。大規(guī)模退耕后，荒草地、退耕地和林地的坡度分布變化不大，均集中于陡坡地，耕地則主要集中在7°～25°的區(qū)域，且趨向于緩坡地，陡坡耕地大幅度減少，耕地在空間分布上的結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化。果園的坡度分布和變化趨勢類似于耕地，退耕以后超過70%的果園集中在25°以下區(qū)域，且主要分布在梯田上。

由圖3可知，大規(guī)模退耕前，耕地、林地和荒草地多分布于北坡、東北坡和東坡，退耕地以東北向和東向坡較多，1975年果園主要分布在西北坡，而1998年果園多分布于南坡、西南坡和西坡。大規(guī)模退耕以后，耕地、林地、荒草地的坡向分布沒有大的變化，退耕地在各坡向均勻分布，這與退耕地大都位于山頂溝沿線以上有關(guān)，果園坡向發(fā)生較大變化，多分布在東坡和東北坡。

2.3景觀格局的演變

1975年流域有耕地斑塊5個，1998年增至33個，破碎度由1.44變?yōu)?.52。大規(guī)模退耕以后，2002年耕地斑塊減少為9個，但在2004—2005年又有復(fù)墾現(xiàn)象，耕地斑塊數(shù)增加到2007年的23塊，破碎度達(dá)到6.63，此階段耕地平均斑塊面積減小。荒草地主要分布在坡度大、人類活動難以到達(dá)的地區(qū)，除1998年分布較為集中外，其他各時期空間分布變化均較小。由表3可以看出，1975—1998年林地面積增加，破碎程度增加，邊界趨于復(fù)雜，1998—2002年邊界密度減小，形狀趨于規(guī)則，2002年以后呈穩(wěn)定態(tài)勢。果園在流域中的比重較小，1998年前面積和數(shù)量均有增加，2002年以后分布格局變化不大，隨著2006年一塊果園的廢棄，聚集程度有所增加。

圖2　土地利用與坡度的關(guān)系

景觀形狀指數(shù)和分維數(shù)能反映景觀類型空間分布的復(fù)雜程度，景觀類型空間分布越復(fù)雜，這兩項(xiàng)指數(shù)越高；分離度指示景觀中不同斑塊個體的分離程度，斑塊越離散，分離度越高。

大規(guī)模退耕前耕地形狀指數(shù)和分維數(shù)高于退耕后，分離度則在大規(guī)模退耕后顯著增加，表明大規(guī)模退耕前耕地斑塊面積大、形狀復(fù)雜，連片集中分布，大規(guī)模退耕后耕地形狀趨于簡單，但分布分散。大規(guī)模退耕對退耕地的空間分布格局影響顯著，其中邊界密度和形狀指數(shù)呈增大趨勢，而分離度明顯降低，表明退耕地面積增加、分布趨于集中，斑塊形狀趨于復(fù)雜?；牟莸?975—2007年各項(xiàng)指數(shù)變化不大，尤其是大規(guī)模退耕后變化極小，反映出生態(tài)退耕對荒草地的空間格局沒有大的影響。相比1975年和1998年，大規(guī)模退耕后林地景觀形狀指數(shù)、分維數(shù)、分離度均減小，所以林地形狀趨于規(guī)則，分布趨于集中。果園面積較小、分布分散，分離度較大，退耕后僅2007年稍有變化。

由表4可知，1975—1998年流域斑塊數(shù)增加了45個，多為原有大斑塊破碎形成，使得斑塊邊界密集、景觀形狀趨于復(fù)雜、平均斑塊面積減小、破碎程度加劇。大規(guī)模退耕以后，2002年流域斑塊數(shù)最少、邊界密度最低、形狀最為規(guī)則、破碎程度最低。之后的復(fù)墾現(xiàn)象使得耕地斑塊增加，導(dǎo)致流域整體景觀邊界密度增加、形狀趨于復(fù)雜。隨著再次退耕，至2007年流域斑塊數(shù)目趨于減少，形狀趨于簡單，破碎程度降低。蔓延度能考慮斑塊類型之間的相鄰關(guān)系，反映景觀組分的空間配置特征。流域在1975年蔓延度最大，表明各景觀類型空間配置最為集中，而退耕之后，蔓延度減小，各景觀類型分散分布于整個流域。

圖3　土地利用與坡向的關(guān)系

表31975-2007年各土地利用/景觀類型的斑塊特征

土地利用類型年份斑塊數(shù)/個平均斑塊面積/(hm2/個)邊界密度/(m·hm-2)破碎度景觀形狀指數(shù)分維數(shù)分離度1975539.45139.921.4410.511.153.131998334.68146.319.5211.821.1327.17耕地200292.5525.302.604.571.101062.722004310.9541.968.946.691.08990.492005271.0639.317.796.381.09993.202007231.0331.456.635.611.091154.751975———————1998132.8845.523.757.601.15411.30退耕地2002621.65107.671.7310.501.157.742004718.02108.512.0210.721.178.242005914.12110.452.6010.831.158.1720071310.37119.363.7511.181.137.581975716.66112.192.029.131.1919.071998251.28131.500.5811.341.2311.56荒草地2002622.12101.451.737.761.137.312004621.69110.491.738.521.137.622005621.66111.201.738.581.137.642007621.65111.281.738.591.137.65

續(xù)表3

土地利用類型年份斑塊數(shù)/個平均斑塊面積/(hm2/個)邊界密度/(m·hm-2)破碎度景觀形狀指數(shù)分維數(shù)分離度1975122.7451.083.467.721.14549.871998172.6066.614.908.681.14318.47林地2002192.8063.345.487.541.1183.642004192.8063.985.487.621.1184.372005192.8163.835.487.591.1184.282007192.8163.835.487.591.1184.28197513.825.650.282.501.178242.64199851.6412.941.443.921.116940.19果園200251.589.971.443.081.095693.15200451.589.971.443.081.095693.15200551.589.971.443.081.095693.15200741.307.031.152.671.108670.36

表41975-2007年流域整體景觀格局變化

格局指標(biāo)1975年1998年2002年2004年2005年2007年斑塊數(shù)目/個257045686665邊界密度/(m·hm-2)151.97201.44153.87167.45167.38166.48景觀形狀指數(shù)8.5710.888.669.299.299.25平均斑塊面積/(hm2/個)13.874.957.715.105.255.33最大斑塊指數(shù)/%56.5529.4136.9736.2236.1636.28破碎度7.2020.1912.9819.6119.0318.74分維數(shù)1.161.141.111.101.101.11分離度2.687.753.583.763.763.63蔓延度/%64.1857.1758.3457.2757.3858.85斑塊豐富度(個·hm-2)1.151.441.441.441.441.44Shannon多樣性指數(shù)0.94471.31221.2891.31891.31531.2689Shannon均勻度指數(shù)0.68150.81530.80090.81950.81720.7884

景觀多樣性指景觀單元在結(jié)構(gòu)和功能方面的多樣性，反映了景觀類型的豐富性和異質(zhì)性程度，景觀多樣性指數(shù)用來度量生態(tài)結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜的程度，指數(shù)越高生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜。斑塊豐富度表示單位面積斑塊類型的豐富程度，是景觀類型多樣性的體現(xiàn)。均勻度反映不同景觀類型分配的均勻程度，均勻度越大，表明各景觀類型比例分布越均勻。流域大規(guī)模退耕前斑塊豐富度是1.15，退耕地的出現(xiàn)使得斑塊豐富度穩(wěn)定在1.44。1975—1998年Shannon多樣性和均勻度指數(shù)增加，表明景觀結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜但分布趨于均勻。2002年和2007年多樣性和均勻度指數(shù)低于2004年和2005年，這是由于2004年和2005年流域復(fù)墾較為嚴(yán)重，使得景觀多樣性較高，隨著退耕年限的增加，坡耕地復(fù)墾現(xiàn)象減少，流域景觀多樣性降低，破碎度降低，景觀聚集程度增加，流域景觀結(jié)構(gòu)趨于合理。

3　結(jié) 論

(1) 1975—2007年，大南溝小流域土地利用結(jié)構(gòu)及景觀格局發(fā)生劇烈變化，流域耕地不斷減少，而退耕地和林地不斷增加且分布趨于集中；荒草地受地形因子影響總體變化不大；果園面積和分布位置在退耕前后有較大變化。大規(guī)模退耕以后流域景觀形狀趨于規(guī)則，聚集程度增大，破碎程度降低，整體格局趨于合理。

(2) 通過景觀格局演變與地形因子的分析發(fā)現(xiàn)各時期景觀類型的空間分布格局受相對海拔和坡度影響較大，其中耕地分布格局變動最大，荒草地和林地較為穩(wěn)定。大規(guī)模退耕前耕地散布于整個流域，退耕后向低海拔、坡度較緩的地方集中。退耕地廣泛分布于溝沿線以上、坡度較陡的原坡耕地區(qū)域，分布的海拔較高。荒草地主要集中在溝沿線以下、坡度較大的地方。林地則有向高海拔分布的趨勢。果園的分布格局總體上趨向于低海拔的緩坡地帶。

[1]邱揚(yáng),張英,韓靜,等.生態(tài)退耕與植被演替的時空格局[J].生態(tài)學(xué)雜志,2008,27(11):2002-2009.

[2]Yang L, Chen L, Wei W, et al. Comparison of deep soil moisture in two re-vegetation watersheds in semi-arid regions[J]. Journal of Hydrology,2014,513(11):314-321.

[3]Shi H, Shao M. Soil and water loss from the Loess Plateau in China[J]. Journal of Arid Environments,2000,45(1):9-20.

[4]邱揚(yáng),傅伯杰,王勇.土壤侵蝕時空變異及其與環(huán)境因子的時空關(guān)系[J].水土保持學(xué)報,2002,16(1):108-111.

[5]冉圣宏,呂昌河,王茜.生態(tài)退耕對安塞縣土地利用及其生態(tài)服務(wù)功能的影響[J].中國人口·資源與環(huán)境,2010,20(3):111-116.

[6]傅伯杰,邱揚(yáng),王軍,等.黃土丘陵小流域土地利用變化對水土流失的影響[J].地理學(xué)報,2002,57(6):717-722.

[7]Chen L, Wei W, Fu B, et al. Soil and water conservation on the Loess Plateau in China: review and perspective[J]. Progress in Physical Geography,2007,31(4):389-403.

[8]楊開寶,劉國彬,吳發(fā)啟,等.黃土高原典型小流域綜合治理的水文生態(tài)效應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報,2008,28(5):2042-2051.

[9]朱戰(zhàn)強(qiáng),劉黎明,張軍連.退耕還林對寧南黃土丘陵區(qū)景觀格局的影響:以中莊村典型小流域?yàn)槔齕J].生態(tài)學(xué)報,2010,30(1):146-154..

[10]Fu B J, Wang Y F, Lu Y H, et al. The effects of land-use combinations on soil erosion: A case study in the Loess Plateau of China[J]. Progress in Physical Geography,2009,33(6):793-804.

[11]黃淑玲,周洪建,王靜愛,等.中國退耕還林(草)驅(qū)動力的多尺度分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2010,24(4):112-116.

[12]何方,吳楠,李玲,等.淮河流域上游山丘區(qū)景觀格局動態(tài)變化研究[J].水土保持研究,2009,16(1):32-38.

[13]郭程軒,徐頌軍,巫細(xì)波.佛山市景觀格局變化及其動力梯度分析[J].水土保持通報,2011,31(1):238-243.

[14]谷長磊,劉琳,邱揚(yáng),等.黃土丘陵區(qū)生態(tài)退耕對草本層植物多樣性的影響[J].水土保持研究,2013,20(5):99-103.

[15]邱揚(yáng),楊磊,王軍,等.黃土丘陵小流域景觀格局指數(shù)的粒度效應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2010,21(5):1159-1166.

[16]侯志華,馬義娟.黃土高原汾河流域地表景觀演變特征研究[J].水土保持研究,2013,20(2):92-98.

The Effects of Ecological Cropland-Conversion on Landscape Pattern Change and Its Topography Driving in Loess Hilly Region

LIU Xuru1, ZHANG Lin1, YANG Lei2, QIU Yang1, WANG Jun3

(1.SchoolofGeography,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China; 2.StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China; 3.LandConsolidationandRehabilitationCenter,MinistryofLandandResources,Beijing100812,China)

Significant effects of large-scale ecological cropland-conversion on land use, landscape pattern and its ecosystem service have taken place in the loess hilly region. A typical small catchment in loess hilly region, Da′nangou Catchment, was chosen, and the filed investigation and GIS analysis were combined to analyze the land use structure change, landscape pattern change and its topography driving during the period from 1975 to 2007. The results showed that the spontaneous shift of farmland occurred before large-scale ecological cropland-conversion, during this period, area of cropland and waste-grassland reduced a little while forestland increased. The number of patches became more, the landscape pattern became more complex and fragmentation became more serious. In 2000, area of cropland reduced greatly, the proportion of natural waste-grassland and abandoned land was 75% of the area of the whole catchment, and forestland increased after the implementation of large-scale ecological cropland conversion. Shape of all landscape types became simple and the distribution became homogeneous and concentration. With the increase of ecological cropland-conversion years, area of forestland increased continuously, but small area of cultivation occurred during this period. Meanwhile, landscape structure became more complex, but whole landscape pattern became more reasonable. Relative altitude and slope were the two most important topography impact factors on the ecological cropland conversion. After the implementation of large-scale ecological cropland conversion, the distribution of cropland and orchard tends to area with the lower altitude and gentle slope, and natural waste-grassland had no significant changes, while the distribution of abandoned land and forestland tends to the area with higher altitude and steep slope.

loess hilly region; ecological cropland-conversion; land use; landscape pattern; topography driving

2014-12-11

2015-03-10

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30970503,41401209,41390462)

劉栩如(1988—),女,遼寧本溪人,碩士研究生,研究方向?yàn)橹参锏乩砼c景觀生態(tài)。E-mail:421254495@qq.com

邱揚(yáng)(1969—),男,四川仁壽人,博士,副教授,主要從事景觀生態(tài)、干擾生態(tài)與植物生態(tài)、土地侵蝕與水土保持研究。E-mail:qiuyang69@263.net

Q14; F301.24

A

1005-3409(2016)01-0103-07