生態(tài)移民安置區(qū)景觀(guān)格局的尺度效應(yīng)分析
——以紅寺堡區(qū)為例

孔福星， 王亞娟,2， 劉小鵬,2， 王 鵬， 陳 曉

(1.寧夏大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 銀川 750021; 2.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評(píng)價(jià)與環(huán)境調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 銀川 750021)

景觀(guān)生態(tài)學(xué)是20世紀(jì)60年代興起的一門(mén)新興學(xué)科，它主要研究空間格局、生態(tài)學(xué)過(guò)程與尺度之間的相互關(guān)系。隨著景觀(guān)生態(tài)學(xué)的不斷發(fā)展，尺度效應(yīng)成為近20 a景觀(guān)生態(tài)學(xué)的研究熱點(diǎn)[1-4]。景觀(guān)生態(tài)學(xué)的尺度是研究某一物體和現(xiàn)象所采用的空間和時(shí)間單位，也可指某一現(xiàn)象或過(guò)程在空間和時(shí)間所涉及的范圍和發(fā)生的頻率。對(duì)于景觀(guān)生態(tài)學(xué)的研究來(lái)說(shuō)尺度的選擇尤為重要，尺度的選擇對(duì)景觀(guān)格局分析結(jié)果影響很大。尺度選擇過(guò)大，往往導(dǎo)致大量細(xì)節(jié)被忽略；尺度選擇過(guò)小，就會(huì)陷入局部，容易忽略總體規(guī)律[5-7]。景觀(guān)生態(tài)學(xué)把尺度分為幅度和粒度。查新近年來(lái)景觀(guān)格局尺度的文章，發(fā)現(xiàn)對(duì)粒度的研究比較多。如韓蓉等[8]研究了粒度變化對(duì)瑪納斯河流域土地利用景觀(guān)格局尺度的影響，發(fā)現(xiàn)瑪納斯河流域適宜計(jì)算的粒度范圍為400～2 000 m。馬振剛等[9]研究了化德縣農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)土地利用的粒度效應(yīng),得出10～20 hm2的范圍最適宜。陳永林等[10]研究了長(zhǎng)沙市土地利用格局變化的空間粒度效應(yīng)，得出90 m是分析空間粒度的最佳值。研究幅度時(shí)可以保持粒度不變，改變研究樣本的面積[11]。鄔建國(guó)等[12]提出兩種幅度推繹方法，即由研究區(qū)中心向外推繹，采用正方形或圓來(lái)劃分幅度。或由研究區(qū)一角向外推繹，采用正方形劃分幅度。這兩種方法在之前的研究中得到了廣泛應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，岳文澤等[13]借鑒粒度推繹原理提出一種新的幅度推繹方法，即用固定大小的正方形網(wǎng)格與研究區(qū)進(jìn)行疊置，計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的景觀(guān)指數(shù)，通過(guò)改變網(wǎng)格大小，計(jì)算每個(gè)幅度下景觀(guān)指數(shù)的空間分布格局。已有極少數(shù)學(xué)者對(duì)此方法進(jìn)行了研究[14-16]。

生態(tài)移民是指將重要生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)環(huán)境惡劣無(wú)法生存地區(qū)、生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞的地方的人遷移到環(huán)境承載力好的地方，從而實(shí)現(xiàn)遷出區(qū)可持續(xù)發(fā)展的一種重要手段[17]。紅寺堡1998 年開(kāi)始安置來(lái)自寧夏南部地區(qū)的貧困群眾，已經(jīng)成為全國(guó)最大的生態(tài)移民安置區(qū)，移民的不斷遷入，使該地景觀(guān)生態(tài)系統(tǒng)遭受到巨大的破壞。文章從尺度方面研究紅寺堡在不同幅度下的規(guī)律性，探究紅寺堡景觀(guān)研究的最佳尺度，同時(shí)為生態(tài)移民安置、景觀(guān)優(yōu)化等提供借鑒和參考。

1　研究區(qū)概況

紅寺堡位于毛烏素沙漠邊緣，是寧夏中部干旱帶的核心區(qū)，它由鹽池縣、同心縣、青銅峽市、中寧縣、利通區(qū)等周邊縣(市)行政面積調(diào)整組合而成。位于東經(jīng)105°43′45″—106°42′50″，北緯37°28′08″—37°37′23″，現(xiàn)轄2鎮(zhèn)3鄉(xiāng)，62個(gè)行政村，國(guó)土總面積2 767 km2，紅寺堡地形以坡丘陵為主，平均海拔1 345 m，屬中溫帶干旱氣候區(qū)，年平均氣溫在8.4℃，晝夜溫差大，降雨量為277 mm，且集中在7—9月，相對(duì)濕度達(dá)到52%。紅寺堡區(qū)是寧夏唯一全縣域生態(tài)移民安置區(qū)，也是國(guó)內(nèi)最大的異地生態(tài)移民安置區(qū)。截至2015年底，全區(qū)總?cè)丝谶_(dá)197 350人，其中回族人口達(dá)62.64%。

2　研究方法

2.1　數(shù)據(jù)處理方法

本研究以紅寺堡區(qū)2015年Landsat/TM數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，分辨率為30 m，有7個(gè)波段。將Landsat/TM影像進(jìn)行波段合成、幾何精矯正、裁剪、利用軟件ENVI并結(jié)合google earth進(jìn)行解譯。遙感影像Kappa系數(shù)在0.9以上，并利用野外調(diào)查修正初步解譯圖中的的錯(cuò)誤圖斑，最終得到研究區(qū)2015年的土地利用矢量數(shù)據(jù)。

首先利用ArcGIS的格網(wǎng)索引要素生成(1 km×1 km，2 km×2 km，3 km×3 km，4 km×4 km，5 km×5 km)的網(wǎng)格，用每個(gè)網(wǎng)格切割紅寺堡區(qū)2015年景觀(guān)矢量圖。1 km×1 km生成了2 975張矢量圖，2 km×2 km生成了797張矢量圖，3 km×3 km生成了372張矢量圖，4 km×4 km生成了224張矢量圖，5 km×5 km生成了152張矢量圖。將切割出來(lái)的矢量圖轉(zhuǎn)成柵格圖，矢量轉(zhuǎn)柵格時(shí)，柵格大小固定為30 m。利用Fragstats 3.4軟件計(jì)算每張柵格圖的景觀(guān)指數(shù)。這樣在不同幅度下每個(gè)網(wǎng)格中都有一個(gè)景觀(guān)指數(shù)值，將每個(gè)網(wǎng)格的值賦給網(wǎng)格的中心點(diǎn)。并將結(jié)果導(dǎo)入GS+(美國(guó)Gamma Design Software)，利用半變異函數(shù)分析不同幅度下景觀(guān)指數(shù)的空間異質(zhì)性和空間依賴(lài)性，根據(jù)半變異函數(shù)的擬合效果分析出紅寺堡的最佳幅度。最后利用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)分析模塊中的普通克里金插值(Ordinary Kriging)，繪制不同幅度下2015年紅寺堡景觀(guān)多樣性指數(shù)和斑塊密度的空間分布圖。

2.2　半變異函數(shù)計(jì)算

半變異函數(shù)(又稱(chēng)半方差分析或變異距分析)是地統(tǒng)計(jì)學(xué)中的一種分析方法，它是關(guān)于數(shù)據(jù)點(diǎn)的變異值和數(shù)據(jù)點(diǎn)距離的函數(shù)，它彌補(bǔ)了地統(tǒng)計(jì)學(xué)中沒(méi)有考慮觀(guān)測(cè)值空間位置的欠缺[18-19]，可以表示為：

(1)

半變異函數(shù)γ(h)是一個(gè)單調(diào)遞增函數(shù)，當(dāng)h=0時(shí)，γ(0)=CO，CO稱(chēng)為塊金值，它表示隨機(jī)部分引起的空間異質(zhì)性。隨著h的增大，γ(h)單調(diào)遞增，當(dāng)h超過(guò)某個(gè)值后，γ(h)不再繼續(xù)增加，而是成為一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的值，這個(gè)值稱(chēng)為基臺(tái)值CO+C，變異函數(shù)達(dá)到基臺(tái)值時(shí)的h稱(chēng)為變程AO，反映了數(shù)據(jù)空間自相關(guān)的極限距離。基臺(tái)值和塊金值的差值C表示空間自相關(guān)引起的空間異質(zhì)性。CO/(CO+C)則反映了隨機(jī)因素引起的空間異質(zhì)性占總空間異質(zhì)性的比重[20]，如果比值<25%，說(shuō)明系統(tǒng)空間相關(guān)性很強(qiáng)，如果比例在25%～75%，表明系統(tǒng)空間相關(guān)性中等；若>75%說(shuō)明系統(tǒng)空間相關(guān)性很弱[21-22]。

回歸系數(shù)r2和殘差RSS是評(píng)價(jià)函數(shù)模擬效果的兩個(gè)指標(biāo)，r2越大，RSS越小，則擬合效果越好。

2.3　景觀(guān)指數(shù)的選取

研究表明，斑塊密度指數(shù)和景觀(guān)多樣性指數(shù)對(duì)幅度變化有明顯的響應(yīng)，因此文章選取了這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行研究。

2.3.1斑塊密度指數(shù)斑塊密度(PD)表示單位面積景觀(guān)的斑塊數(shù)，斑塊密度反映了景觀(guān)的被分割的破碎化程度，同時(shí)也反映了在人類(lèi)的影響下，景觀(guān)空間異質(zhì)性的程度。PD越大，破碎化的程度越高[23]，其計(jì)算公式如下：

(2)

式中：N為景觀(guān)中總的斑塊數(shù)；A為景觀(guān)總面積(m2);PD為斑塊密度(個(gè)/km2)。PD>0，無(wú)上限，并受到柵格大小的限制，當(dāng)每一個(gè)柵格代表一個(gè)獨(dú)立的斑塊時(shí)，PD取得最大值。

2.3.2Shannon多樣性指數(shù)景觀(guān)多樣性指數(shù)反映一個(gè)區(qū)域內(nèi)，景觀(guān)類(lèi)型的均勻化和復(fù)雜化程度[24-25]。多樣性指數(shù)的大小與不同景觀(guān)類(lèi)型所占的面積百分比和景觀(guān)類(lèi)型數(shù)目?jī)蓚€(gè)因素有關(guān)。如在一個(gè)研究區(qū)內(nèi)，土地利用程度越高，破碎化程度越高，計(jì)算出的SHDI越大，如果整個(gè)景觀(guān)中只有一個(gè)斑塊，SHDI=0。

(3)

式中:Pi為i類(lèi)景觀(guān)的面積占景觀(guān)總面積的比例;m為景觀(guān)類(lèi)型總數(shù)。該指標(biāo)取值范圍，SHDI≥0，無(wú)上限。

3　結(jié)果與分析

3.1　研究區(qū)景觀(guān)的基本特征

研究區(qū)7種土地利用類(lèi)型面積中最大是草地，面積為1 932.756 km2，占總面積的比例為70.632%；其次為耕地和林地，面積分別為14.203%和7.049%；其他景觀(guān)類(lèi)型面積都比較小，均未超過(guò)總面積的10%。建設(shè)用地，未利用地，沙地，水域，其面積分別為105.571 km2，59.429 km2，34.597 km2，22.489 km2，占總面積的比例分別為3.858%，2.172%，1.264%，0.822%(表1)。

3.2　幅度變化對(duì)景觀(guān)指數(shù)空間變異性的影響

3.2.1景觀(guān)多樣性指數(shù)通過(guò)ArcGIS計(jì)算1 km，2 km，3 km，4 km，5 km幅度下SHDI的Moran′I，發(fā)現(xiàn)Moran′I值分別為0.624 8，0.614 3，0.620 3，0.574 8，0.527 7，說(shuō)明5個(gè)幅度下SHDI都存在空間自相關(guān)。不同幅度下景觀(guān)多樣性指數(shù)隨著幅度的變化具有一定程度的相似性，在假設(shè)各向同性的前提下，得到不同幅度下的景觀(guān)多樣性變異函數(shù)的函數(shù)及參數(shù)。

表1　各類(lèi)型景觀(guān)面積及所占的比例

多樣性指數(shù)的大小與各景觀(guān)類(lèi)型占研究區(qū)總面積的比例和景觀(guān)類(lèi)型數(shù)目?jī)蓚€(gè)因素有關(guān)。當(dāng)幅度太小時(shí)，如果斑塊面積太大，大于一個(gè)網(wǎng)格的面積。那么可能出現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)格里面只有一個(gè)斑塊，使得很多網(wǎng)格的景觀(guān)多樣性指數(shù)為0。當(dāng)幅度增加時(shí)，一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的斑塊數(shù)相應(yīng)增加。景觀(guān)多樣性還與研究區(qū)景觀(guān)類(lèi)型的分布以及破碎度有關(guān)。從表2可知，各個(gè)幅度下多樣性指數(shù)的參數(shù)是有區(qū)別的，最優(yōu)擬合模型均為指數(shù)模型。

在1 km幅度下，塊金值CO為0.046 8，基臺(tái)值CO+C為0.154 6，塊金值與基臺(tái)值的比率CO/CO+C為0.302 7，其反映景觀(guān)多樣性指數(shù)的空間異質(zhì)性有69.73%是空間自相關(guān)貢獻(xiàn)的，而有30.27%是由隨機(jī)因素貢獻(xiàn)的；在2 km幅度下，塊金值CO為0.031 4，基臺(tái)值CO+C為0.187 8，塊金值與基臺(tái)值的比率CO/CO+C為0.167 2，其反映景觀(guān)多樣性指數(shù)有16.72%是由隨機(jī)因素貢獻(xiàn)的；在3 km幅度下，塊金值為0.030 7，基臺(tái)值CO+C為0.201 4，塊金值與基臺(tái)值的比率CO/CO+C為0.288 4；4 km幅度下，塊金值CO為0.033 1，基臺(tái)值CO+C為0.220 5，塊金與基臺(tái)值的比率CO/CO+C為0.150 1；5 km幅度下，塊金值CO為0.022 1，基臺(tái)值CO+C為0.208 2，塊金與基臺(tái)值的比率CO/CO+C為0.106 1。1 km幅度下25%

從1 km到5 km隨著幅度的增加，變程加大，說(shuō)明多樣性指數(shù)在更大范圍內(nèi)都存在著空間依賴(lài)性。從1 km到5 km塊金與基臺(tái)的比值CO/CO+C逐漸減小。按照半變異函數(shù)的理論，當(dāng)幅度加大時(shí)，半變異函數(shù)的塊金值不斷增加，塊金效應(yīng)也增強(qiáng)。但是根據(jù)擬合結(jié)果，3 km幅度下的塊金值CO比1 km和2 km幅度下的塊金值CO小，說(shuō)明1 km和2 km幅度對(duì)于研究區(qū)來(lái)說(shuō)太小，破壞了景觀(guān)的整體結(jié)構(gòu)。5 km幅度下，塊金值比較小，塊金與基臺(tái)值的比率也比較小，表明在樣本數(shù)目較少的情況下，較小范圍的變異逐漸被忽略，系統(tǒng)空間相關(guān)性增強(qiáng)。綜合紅寺堡的土地利用狀況以及半變異函數(shù)模擬效果，文章認(rèn)為3 km幅度是比較合適的尺度。

表2　不同幅度下景觀(guān)多樣性半變異函數(shù)的參數(shù)

3.2.2斑塊密度指數(shù)計(jì)算1 km，2 km，3 km，4 km，5 km幅度下PD的Moran′I，分別為0.079 2，0.067 9，0.034 9，0.044 0，0.005 7，說(shuō)明5個(gè)幅度下PD的Moran′I，存在空間自相關(guān)。在2 km幅度下，擬合模型為高斯模型，其他幅度下擬合效果均為指數(shù)模型。景觀(guān)斑塊密度指數(shù)在不同幅度下半變異函數(shù)的參數(shù)見(jiàn)表3。

在1 km幅度下塊金值CO為8.79，基臺(tái)值CO+C為27.71，塊金值和基臺(tái)值的比例CO/CO+C為0.317 2，說(shuō)明斑塊密度指數(shù)的空間異質(zhì)性有31.72%是由隨機(jī)因素提供的，有68.28%是由空間自相關(guān)部分提供的。在2 km幅度下塊金值CO為68.062 1，基臺(tái)值CO+C為325.5，塊金值和基臺(tái)值的比例CO/CO+C為0.209 1。3 km幅度下，塊金值CO為2.05，基臺(tái)值CO+C為9.845，塊金值和基臺(tái)值的比例為0.208 2。4 km幅度下，塊金值為0.15，基臺(tái)值為7.309，塊金值和基臺(tái)值的比例CO為0.020 5。5 km幅度下，塊金值為0.111 4，基臺(tái)值為6.629，塊金值和基臺(tái)值的比例CO/CO+C為0.016 8。1 km幅度下25%

1 km和2 km幅度下，塊金值較大，表明在較小尺度內(nèi)空間變異程度較大。從2 km到5 km，變程都比較大，說(shuō)明多樣性指數(shù)在更大范圍內(nèi)都存在著空間依賴(lài)性。從1 km幅度到5 km幅度，塊金值和基臺(tái)值的比例CO/CO+C也逐漸減小，表示隨機(jī)部分引起的空間異質(zhì)性占總的空間異質(zhì)性比例減小，空間自相關(guān)引起的空間異質(zhì)性占總的空間異質(zhì)性比例增加。

當(dāng)幅度較小時(shí)，一個(gè)網(wǎng)格可能只有一個(gè)或幾個(gè)少數(shù)的斑塊，那么斑塊密度程度必然較低。較小的尺度顯示了更細(xì)微的變異。當(dāng)幅度增加時(shí)，掩蓋了小尺度的變異，顯示了整體的變化，尺度過(guò)大就會(huì)損失太多信息。因此考慮模擬效果和樣本數(shù)量，3 km是紅寺堡比較合適的尺度。

表3　不同幅度下斑塊密度半變異函數(shù)的參數(shù)

3.3　幅度變化對(duì)景觀(guān)指數(shù)的空間格局的影響

3.3.1多樣性指數(shù)

(1) 在1 km幅度下，景觀(guān)多樣性指數(shù)空間格局細(xì)節(jié)變化較多，呈現(xiàn)圈層分布。由于草地和耕地是大片分布的，被幅度分割的網(wǎng)格面積小于斑塊面積時(shí)，該幅度只存在一種景觀(guān)類(lèi)型，則多樣性指數(shù)就為0。總體來(lái)說(shuō)，草地分布較廣的區(qū)域景觀(guān)類(lèi)型單一，多樣性指數(shù)較低。耕地廣布的區(qū)域，人口分布較多，景觀(guān)類(lèi)型也豐富，多樣性指數(shù)較高(圖1A)。

(2) 在2 km幅度下，景觀(guān)多樣性指數(shù)空間格局非常復(fù)雜，各高值中心從內(nèi)到外依次顯示高值—低值—高值—低值。幾個(gè)高值中心出現(xiàn)在紅寺堡鎮(zhèn)中部，太陽(yáng)山鎮(zhèn)東南部，柳泉鄉(xiāng)中部、新莊集鄉(xiāng)中部和東南部。這些區(qū)域都是在人口分布集中，工業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)(這些區(qū)域匯聚了寧夏弘德包裝材料有限公司、中國(guó)石化、漁光湖旅游區(qū)、寧夏綠苑公司，居民區(qū)以及相應(yīng)的配套設(shè)施)，屬于城市化快速發(fā)展時(shí)期，土地改造強(qiáng)度大，自然景觀(guān)被嚴(yán)重破化，有多種土地利用類(lèi)型，斑塊破碎化程度比較高。幾個(gè)低值中心分布在大河鄉(xiāng)中部，新莊集鄉(xiāng)南部，太陽(yáng)山鎮(zhèn)中部、柳泉鄉(xiāng)西北部，這些區(qū)域人口較少，大面積草地分布，土地利用類(lèi)型比較單一，大部分地區(qū)只有草地這一種土地利用類(lèi)型(圖1B)。

(3) 在3 km幅度下，景觀(guān)多樣性指數(shù)空間格局已經(jīng)沒(méi)那么復(fù)雜，兩個(gè)主要的高值中心(紅寺堡鎮(zhèn)和柳泉鄉(xiāng)中心)還在，太陽(yáng)山鎮(zhèn)東南部和新莊集鄉(xiāng)西南部的高值中心發(fā)生了轉(zhuǎn)移。和2 km幅度相比，在大河鄉(xiāng)西部增加了一個(gè)高值中心，幾個(gè)低值中心的位置沒(méi)有發(fā)生明顯轉(zhuǎn)移。這時(shí)，紅寺堡區(qū)中部地區(qū)和周邊地區(qū)的空間格局差異更明顯的突顯出來(lái)了(圖1C)。

(4) 在4 km幅度下，景觀(guān)多樣性指數(shù)的空間格局更加簡(jiǎn)單，這時(shí)更加明顯的表現(xiàn)為城市開(kāi)發(fā)帶和未開(kāi)發(fā)或開(kāi)發(fā)程度較低地帶的區(qū)別。由紅寺堡中部向南，向北和向西逐漸減小，向東依次顯示高值—低值—高值—低值。太陽(yáng)山鎮(zhèn)東南部的高值中心又發(fā)生了轉(zhuǎn)移，總體趨勢(shì)為逐漸向東南部移動(dòng)，大河鄉(xiāng)西部的高值中心未發(fā)生明顯轉(zhuǎn)移，幾個(gè)低值中心仍未發(fā)生轉(zhuǎn)移(圖1D)。

(5) 5 km幅度下多樣性指數(shù)的空間分布格局和4 km幅度差距不大。除太陽(yáng)山鎮(zhèn)南部多樣性增加外，其他區(qū)域無(wú)明顯變化(圖1E)。

從1 km到5 km，各個(gè)幅度下的空間格局發(fā)生了顯著的變化。隨著幅度的增加，被網(wǎng)格分割的面積之間增大，多樣性程度也相應(yīng)增加，不過(guò)還要考慮景觀(guān)類(lèi)型和破碎化特征。尺度較小時(shí)能揭示更多的細(xì)節(jié)特征，尺度增加時(shí)，細(xì)節(jié)特征逐漸被掩蓋，大尺度變異特征凸顯。

3.3.2斑塊密度指數(shù)由斑塊密度指數(shù)的公式1可知在斑塊數(shù)等同的條件下，網(wǎng)格中的研究區(qū)面積越小，PD越大。在研究PD時(shí)，在同一幅度下必須保證每個(gè)網(wǎng)格中所占有的研究區(qū)面積是一樣大的。對(duì)研究區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格分割時(shí)，研究區(qū)外圍網(wǎng)格中的樣本面積小于網(wǎng)格面積，因此外圍這些網(wǎng)格沒(méi)有研究意義。因此，文章在對(duì)PD進(jìn)行克里金插值時(shí)，剔除了外圍斑塊面積不完整的網(wǎng)格，只對(duì)剩余的網(wǎng)格進(jìn)行空間插值。

(1) 在1 km幅度下，斑塊密度指數(shù)的空間分布較為復(fù)雜。景觀(guān)類(lèi)型較單一，景觀(guān)連續(xù)性好，破碎度低的區(qū)域，斑塊密度就小。斑塊密度較低的地方主要以草地為主。主要位于大河鄉(xiāng)和新莊鄉(xiāng)交界處、太陽(yáng)山鎮(zhèn)中部、柳泉鄉(xiāng)西北部、新莊集鄉(xiāng)南部、新莊集鄉(xiāng)和太陽(yáng)山鎮(zhèn)交界處。斑塊密度較高的區(qū)域，主要位于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，人口分布集中的區(qū)域。高值中心較多，空間變異特征明顯(圖2A)。

(2) 在2 km幅度下呈現(xiàn)較為明顯的圈層分布。有5個(gè)較明顯的高值中心，分別位于紅寺堡鎮(zhèn)中部、柳泉鄉(xiāng)中部、太陽(yáng)山鎮(zhèn)東南部、大河鄉(xiāng)和紅寺堡鎮(zhèn)交界的地方、新莊集鄉(xiāng)東南部。幾個(gè)高值中心由內(nèi)到外依次為高值—低值—高值—低值。在聚落發(fā)展過(guò)程中，會(huì)逐漸向外圍擴(kuò)大，對(duì)土地需求大，土地會(huì)被切割成各種類(lèi)型，土地破碎化程度高，斑塊數(shù)量就多。除了新莊集鄉(xiāng)東南部這個(gè)高值中心外，其他高值中心都在人口比較集中，工農(nóng)業(yè)都比較發(fā)達(dá)的地區(qū)。新莊集鄉(xiāng)東南部的那個(gè)高值中心和其他幾個(gè)高值中心不同的是，它不是在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，它位于羅山自然保護(hù)區(qū)，森林廣布。出現(xiàn)高值的原因在于，森林斑塊破碎，斑塊數(shù)量較多。和1 km幅度相比，幾個(gè)低值中心未發(fā)生明顯轉(zhuǎn)移(圖2B)。

(3) 在3 km幅度下，斑塊密度指數(shù)的空間分布趨于簡(jiǎn)單，總體趨勢(shì)沒(méi)有變，但是最高值中心發(fā)生了轉(zhuǎn)移。在2 km幅度下，最高值出現(xiàn)在羅山保護(hù)區(qū)，在3 km幅度下最高值出現(xiàn)在紅寺堡鎮(zhèn)中部。有兩個(gè)高值中心，紅寺堡鎮(zhèn)中部和柳泉鄉(xiāng)中部，高值中心從內(nèi)到外逐漸減小。紅寺堡鎮(zhèn)是紅寺堡區(qū)的經(jīng)濟(jì)中心，交通發(fā)達(dá)，人口居住密集，土地被切割的最破碎，因此相同面積內(nèi)的斑塊數(shù)也最多，斑塊密度也最大。柳泉鄉(xiāng)鎮(zhèn)也是一個(gè)新崛起經(jīng)濟(jì)發(fā)力鎮(zhèn)，耕地分布較廣，人口密集，配套設(shè)施齊全，土地破碎，因此斑塊密度也較大。幾個(gè)低值中心沒(méi)有發(fā)生明顯轉(zhuǎn)移。這時(shí)候更加突出的表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)與周邊欠發(fā)達(dá)地區(qū)的區(qū)別(圖2C)。

(4) 在4 km幅度下，斑塊密度指數(shù)的空間分布更加趨于簡(jiǎn)單，而且圈層邊界更加光滑。和3 km幅度相比，大河鄉(xiāng)西部、新莊集鄉(xiāng)中部、太陽(yáng)山鎮(zhèn)西南部和東南部這些小的高值中心更加凸顯出來(lái)了。幾個(gè)低值中心依舊沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)移(圖2D)。

(5) 5 km幅度下，斑塊密度的空間分布和4 km幅度趨同，沒(méi)有太大差別。不同幅度下，斑塊密度指數(shù)的空間分布也不同。小幅度破壞了斑塊原有的空間形狀，誤差比較大，在圖上會(huì)出現(xiàn)一些突變。比如在2 km幅度下，羅山附近的高值區(qū)，在3 km，4 km和5 km的空間分布圖中并沒(méi)有出現(xiàn)(圖2E)。

圖1　不同幅度下景觀(guān)多樣性的空間格局

圖2　不同幅度下斑塊密度的空間格局

4　結(jié) 論

(1) 隨著幅度的增加，多樣性指數(shù)的空間格局發(fā)生了變化；個(gè)別高值中心發(fā)生了轉(zhuǎn)移，低值中心未發(fā)生明顯轉(zhuǎn)移；多樣化程度增加。不同幅度下，多樣性指數(shù)的最高值都出現(xiàn)在市中心。斑塊密度指數(shù)的空間格局也發(fā)生了變化；高值中心發(fā)生了轉(zhuǎn)移，由于1 km和2 km幅度的尺度太小，空間分布圖上差異性較大；低值中心沒(méi)有發(fā)生轉(zhuǎn)移。

(2) 景觀(guān)多樣性指數(shù)和斑塊密度指數(shù)和人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)。市區(qū)景觀(guān)類(lèi)型多樣，破碎度大。人類(lèi)活動(dòng)較少的區(qū)域，景觀(guān)比較連續(xù)，多樣性小，破碎度低。小幅度下，景觀(guān)指數(shù)的空間變異最復(fù)雜。隨著幅度增加，景觀(guān)指數(shù)的空間分布趨于簡(jiǎn)單，局部細(xì)節(jié)逐漸被掩蓋，宏觀(guān)變化逐漸凸顯。

(3) 半變異函數(shù)揭示了景觀(guān)指數(shù)的空間變異特征。總體來(lái)看，隨機(jī)因素在總空間變異所占比重較小，空間自相關(guān)所占比重較大。隨著幅度增加，塊金值與基臺(tái)值的比值逐漸減小，說(shuō)明說(shuō)明隨機(jī)部分引起的空間異質(zhì)性不斷減弱,而空間自相關(guān)造成的空間異質(zhì)性不斷加強(qiáng)。

(4) 對(duì)于紅寺堡來(lái)說(shuō)1 km和2 km幅度的尺度太小，使得總體規(guī)律被局部規(guī)律所掩蓋。4 km和5 km幅度太大，損失了太多空間格局規(guī)律信息。綜合考慮樣本數(shù)量、研究區(qū)面積和半變異函數(shù)的擬合效果，認(rèn)為3 km幅度是研究紅寺堡景觀(guān)格局比較合適的幅度。

(5) 景觀(guān)多樣性指數(shù)和斑塊密度指數(shù)具有尺度依賴(lài)性，不同幅度下得到的結(jié)果差異很大，因此在景觀(guān)生態(tài)學(xué)的研究中絕不能忽視尺度對(duì)景觀(guān)格局的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷小彤.西北地區(qū)農(nóng)村居民點(diǎn)景觀(guān)格局指數(shù)的尺度效應(yīng)及其最佳粒度選擇分析:以西安市為例[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2016，37(12):149-154.

[2]Wu J. Hierarchy and scag: Extrapolating information along a scalinling ladder[J]. Canadian Journal of Remote Sensing, 1999,25(4):367-380.

[3]Lu Y, Fu B. Ecological scale and scaling[J]. Acta Ecologica Sinica, 2001,21(12):2096-2105.

[4]陳利頂,李秀珍,傅伯杰,等.中國(guó)景觀(guān)生態(tài)學(xué)發(fā)展歷程與未來(lái)研究重點(diǎn)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2014，34(12):3129-3141.

[5]Levin S A. The problem of pattern and scale in ecology[J]. Ecology, 1992,73(6):277-326.

[6]劉媛媛,劉學(xué)錄.甘肅永登縣土地利用景觀(guān)格局的空間尺度效應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2016，27(4):1221-1228.

[7]李雙成,蔡運(yùn)龍.地理尺度轉(zhuǎn)換若干問(wèn)題的初步探討[J].地理研究,2005，24(1):11-18.

[8]韓蓉,唐湘玲.瑪納斯河流域近14年多尺度粒度變化對(duì)土地利用景觀(guān)格局的影響[J].水土保持研究,2017，24(2):194-201.

[9]馬振剛,李黎黎,許學(xué)工,等.北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)土地利用的粒度效應(yīng)研究:以化德縣為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2016，30(5):92-98.

[10]陳永林,謝炳庚,李曉青.長(zhǎng)沙市土地利用格局變化的空間粒度效應(yīng)[J].地理科學(xué),2016，36(4):564-570.

[11]劉鐵冬,許大為.景觀(guān)生態(tài)學(xué)案例分析：河流景觀(guān)格局與生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)[M].北京:科學(xué)出版社,2015.

[12]鄔建國(guó).景觀(guān)生態(tài)學(xué)：格局、過(guò)程、尺度與等級(jí)[M].北京:高等教育出版社,2007.

[13]岳文澤,徐建華,徐麗華.基于遙感影像的城市土地利用生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究:以城市熱環(huán)境和植被指數(shù)為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2006，26(5):1450-1460.

[14]杜秀敏,黃義雄,葉功富.廈門(mén)市景觀(guān)格局的尺度效應(yīng)分析[J].測(cè)繪科學(xué),2010，35(4):71-73.

[15]楊曉玲.江蘇東臺(tái)圍墾區(qū)景觀(guān)格局變化及其尺度效應(yīng)研究[D].南京:南京師范大學(xué),2011.

[16]杜秀敏.廈門(mén)市景觀(guān)格局尺度效應(yīng)與形成機(jī)制研究[D].福州:福建師范大學(xué),2009.

[17]楊顯明,米文寶,齊拓野,等.寧夏生態(tài)移民效益評(píng)價(jià)研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2013，27(4):16-23.

[18]衛(wèi)春陽(yáng),徐丹丹,董凱凱,等.遙感影像空間格局變異函數(shù)分析研究進(jìn)展[J].地球信息科學(xué)學(xué)報(bào),2017，19(4):540-548.

[19]張濤,吳劍鋒,林錦,等.變異函數(shù)模型對(duì)滲透系數(shù)克里格插值的影響研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2016，43(4):1-7.

[20]王政權(quán).地統(tǒng)計(jì)學(xué)及在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,1999.

[21]董立寬,方斌.茶園土壤重金屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度下空間異質(zhì)性分析:以江浙優(yōu)質(zhì)名茶種植園為例[J].地理研究,2017，36(2):391-404.

[22]魏陽(yáng),丁建麗,王飛,等.新疆瑪納斯流域非農(nóng)業(yè)種植地鹽堿性空間變異特征[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2016，36(23):7655-7666.

[23]鄭新奇,付梅臣.景觀(guān)格局空間分析技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[24]徐新良,龐治國(guó),于信芳.土地利用、覆被變化時(shí)空信息分析方法及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2014.

[25]何東進(jìn).景觀(guān)生態(tài)學(xué)[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2013.