2000—2020年喀什地區(qū)景觀格局變化特征

摘要 利用喀什地區(qū)2000、2010和2020年Landsat-7影像數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS技術(shù)分析喀什地區(qū)2000—2020年景觀格局變化特征。結(jié)果表明，2000—2020年，耕地、林地和草地景觀破碎化程度較高，林地、草地和水域景觀趨于不穩(wěn)定狀態(tài)，耕地、林地和水域最大斑塊指數(shù)上升，耕地、林地和草地景觀不規(guī)則性較高，耕地、林地、草地和水域各景觀類型之間的聯(lián)系較為復(fù)雜；2000—2020年景觀動態(tài)變化分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)景觀破碎化程度較大，景觀形狀趨于復(fù)雜，景觀多樣性、穩(wěn)定性和景觀格局的異質(zhì)性呈上升趨勢；各景觀類型優(yōu)勢度分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)受人為活動干擾作用相對較強且對環(huán)境的調(diào)控能力較弱。

關(guān)鍵詞 景觀格局；變化特征；喀什地區(qū)

中圖分類號 P901? 文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2023）14-0055-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.14.014

作者簡介 馬鋼（1987—），男，河南南陽人，工程師，在讀博士，從事土地工程、生態(tài)學(xué)、草學(xué)領(lǐng)域研究。

區(qū)域內(nèi)的土地利用變化會對生態(tài)環(huán)境、氣候變化和生物多樣性等產(chǎn)生影響，對人類與自然環(huán)境的關(guān)系起到重要作用［ 1］，目前已成為全球共同關(guān)注的熱點問題［ 2］。溫室效應(yīng)、全球氣候變暖等問題不斷加劇，現(xiàn)如今已成為人類所面臨著最為嚴峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和人們對土地的過度開發(fā)利用，導(dǎo)致人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境日益惡化，水土資源短缺、生物量大量縮減、土地荒漠化、土壤鹽漬化及生物多樣性降低等一系列的生態(tài)問題頻發(fā)［ 3］。

生態(tài)環(huán)境是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，同時不合理的人類活動也會反作用于生態(tài)環(huán)境，影響生態(tài)環(huán)境的組成、結(jié)構(gòu)及其功能，嚴重時則會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)生系統(tǒng)退化或病變［ 4］。人類活動作用于生態(tài)環(huán)境，最直接的方式是通過改變土地利用方式影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。土地利用的變化會引起區(qū)域內(nèi)物質(zhì)能量循環(huán)發(fā)生巨大的變化，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來重大影響，并產(chǎn)生明顯的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)［ 5］。自1995年推出土地利用/土地覆被變化（LUCC）計劃以來，土地利用變化的生態(tài)環(huán)境影響就已經(jīng)成為眾多國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點問題［ 6］，其研究主要包含土地利用及其驅(qū)動力［ 7］、空間格局［ 8］、土地利用變化分析［ 9］等。隨著RS和GIS技術(shù)的迅速發(fā)展及研究的不斷深入，許多學(xué)者用多種遙感指數(shù)對不同區(qū)域及各種類型的生態(tài)環(huán)境進行研究［ 10-12］，研究尺度大到洲際，小到縣域，為多尺度生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測提供了有效手段［ 13-15］，使生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價理論和方法逐步得到完善。土地利用/覆蓋變化不僅記錄了人類對土地的利用和改造狀況，同時還反映了區(qū)域景觀時空動態(tài)變化的過程［ 16］，因此，土地利用/覆被變化與景觀格局研究密不可分［ 17］。景觀斑塊的類型、形狀、大小、數(shù)量和空間組合既是景觀功能質(zhì)量的差異、各種干擾因素相互作用的結(jié)果，又影響著整個區(qū)域的生態(tài)過程和邊界效應(yīng)［ 18-20］。近年來，對于景觀動態(tài)變化的研究很多，但關(guān)于喀什地區(qū)景觀動態(tài)變化的研究很少。隨著人口增加和經(jīng)濟發(fā)展，流域內(nèi)土地利用/土地覆蓋變化及其景觀生態(tài)效應(yīng)均十分顯著，因此分析喀什地區(qū)景觀格局動態(tài)變化特點，對于流域生態(tài)環(huán)境保護和資源可持續(xù)利用具有重要意義。該研究結(jié)合2000、2010和2020年3期遙感影像數(shù)據(jù)對喀什地區(qū)景觀格局變化進行分析，為干旱區(qū)綠洲水土資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展建設(shè)提供技術(shù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)西部（35°20′～40°18′N、73°20′～79°57′E），地處中國中緯度大陸腹地、西北內(nèi)陸干旱區(qū)，東臨塔克拉瑪干大沙漠，東北與阿克蘇地區(qū)柯坪縣、阿瓦提縣相連（圖1）。該區(qū)面積達16.2萬km2，邊境線總長888 km，南北長535 km，東西寬750 km［ 21］。

該區(qū)氣候主要為高原干旱、半干旱大陸性氣候，高寒、干旱，日照時間長，太陽輻射強；雨熱同季，降水量小，蒸發(fā)量大；日溫差大，年溫差大；氣候地理分布差異大，氣候特征垂直變化較為明顯［ 22］。植被資源較為貧乏，主要以草本植物圓葉鹽爪爪（Kalidium schrenkianum）和絹蒿（Artemisiaka schgaricum）居多，而白刺（Nitraria tangutorum Bobr）、小蓬（Nanophyton erinaceum）、狗尾草（Setaria viridis）、鹽生草（Halogeton glomeratus）分布較少，灌木植物主要以檉柳（Tamarix chinensis Lour）和鹽穗木（Halostachys belangeriana）為主，植被特征整體較為單一，甚至存在單個樣地?zé)o樣本現(xiàn)象［ 23］。

1.2 數(shù)據(jù)來源

通過美國陸地衛(wèi)星（Landsat-7）數(shù)據(jù)集，選取成像時間分別為2000、2010和2020年的土地利用覆被數(shù)據(jù)矢量圖文件。根據(jù)全國土地利用/覆蓋分類系統(tǒng)，參考Tan等［ 24］的方法對其進行土地利用解譯并結(jié)合該區(qū)域地理變化特征，將其劃分為6個一級分類，即耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用土地。

1.3 指標(biāo)選取

選取斑塊個數(shù)（NP）、聚集度指數(shù)（AI）、面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、散布與并列指數(shù)（IJI）、分離度指數(shù)（SPLIT）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）9個表征景觀格局變化指標(biāo)進行分析。利用景觀優(yōu)勢度（DO）對景觀及其各覆被類型的優(yōu)勢地位進行分析，其計算過程如下：

DO=（An+At）×12+Bi2×100%（1）

式中，An為斑塊頻率，At為斑塊密度，Bi為景觀比例。

1.4 數(shù)據(jù)分析 該研究采用Envi 5.3軟件對遙感數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換、鑲嵌、投影轉(zhuǎn)換及研究區(qū)提取等處理，并對質(zhì)量較差數(shù)據(jù)以及缺失的像元進行平滑等預(yù)處理，結(jié)合研究區(qū)特有的生態(tài)環(huán)境特點［ 25］，利用ArcGIS 10.7軟件對土地利用數(shù)據(jù)進行重分類分析［ 26］；利用Fragstats 4.2對影像進行景觀指標(biāo)計算與分析［ 27］，利用Microsoft excel 2019對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與處理［ 28］，利用Origin 2017分析其變化趨勢［ 29］。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀類型指數(shù)變化特征 從2000—2020年研究區(qū)各景觀類型指數(shù)變化（圖2）可以看出，除水域外，其他各景觀類型在2000—2020年斑塊個數(shù)（NP）均呈增加趨勢，耕地由633增加至1 014，增加了60.19%；林地由566增加至945，增加了66.96%；草地由1 688增加至1 855，增加了9.89%；表明在整個研究時段，研究區(qū)耕地、林地和草地景觀破碎化程度較大。2000—2020年研究區(qū)耕地聚集度指數(shù)（AI）呈上升趨勢，增加了5.8%，表明在整個研究時段耕地景觀趨于穩(wěn)定；林地、草地和水域AI總體均呈下降趨勢，分別降低了2.39%、0.81%、0.07%，表明在整個研究時段林地、草地和水域景觀趨于不穩(wěn)定。耕地、林地和水域的最大斑塊指數(shù)（LPI）在整個研究時段總體均呈上升趨勢，分別增加了186.5%、35.22%、0.17%；草地的LPI降低了28.61%，表明草地最大斑塊指數(shù)不斷下降。耕地、林地和草地的景觀形狀指數(shù)（LSI）均呈上升趨勢，整個研究時段分別增加了8.49%、44.93%、4.32%；水域的LSI呈下降趨勢，整個研究時段減少了0.14%，表明在整個研究時段內(nèi)耕地、林地和草地景觀不規(guī)則性提高，而水域景觀不規(guī)則性降低。耕地、林地、草地和水域的散布與并列指數(shù)（IJI）均呈上升趨勢，分別增加了7.74%、11.58%、3.85%、2.34%，表明各景觀類型之間的聯(lián)系較為復(fù)雜。

2.2 景觀指數(shù)動態(tài)變化特征

由表2可知，研究區(qū)斑塊個數(shù)（NP）和分離度指數(shù)（SPLIT）在2000—2020年整體呈增加趨勢，說明在該研究時段內(nèi)整體景觀破碎化程度較大；面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）在2000—2020年整體呈增加趨勢，說明景觀形狀趨于復(fù)雜；散布與并列指數(shù)（IJI）在2000—2020年整體呈增加趨勢，說明該研究時段內(nèi)各景觀類型的相互關(guān)系較為復(fù)雜。 景觀多樣性指數(shù)在2000—2020年呈增加趨勢，香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）和香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）分

別增加了6.70%、22.78%，其增長幅度較低，表明在該研究時段內(nèi)，研究區(qū)整體景觀多樣性、穩(wěn)定性和景觀格局的異質(zhì)性呈上升趨勢。

2.3 景觀優(yōu)勢度變化特征

由圖3可知，2020年研究區(qū)內(nèi)草地景觀優(yōu)勢度（DO）最高，為27.56%，說明草地景觀相對面積較大，連通性程度高，已符合“模地”判定的標(biāo)準(zhǔn)，是該區(qū)的模地；其次是耕地，其景觀優(yōu)勢度為15.30%，說明該區(qū)受人為活動干擾相對較大；水域景觀優(yōu)勢度為14.32%；林地、建筑用地和未利用地的景觀優(yōu)勢度較低，分別為6.78%、6.67%和6.34%，說明林地、建筑用地和未利用地對該區(qū)生態(tài)環(huán)境調(diào)控能力較弱。

綜上所述，近年來研究區(qū)受人為活動干擾作用相對較強，草地是該區(qū)“模地”景觀，其優(yōu)勢度最高，而林地、建筑用地和未利用地對環(huán)境的調(diào)控能力較弱。因此，該區(qū)本底自然條件較差、生態(tài)體系空間結(jié)構(gòu)合理性較差。

3 結(jié)論

（1）2000—2020年，喀什地區(qū)耕地、林地和草地景觀破碎化程度較高，林地、草地和水域景觀趨于不穩(wěn)定狀態(tài)，耕地、林地和水域最大斑塊指數(shù)上升，耕地、林地和草地景觀不規(guī)則性較高，耕地、林地、草地和水域各景觀類型之間的聯(lián)系較為復(fù)雜。

（2）2000—2020年景觀指數(shù)動態(tài)變化分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)景觀破碎化程度較大，景觀形狀趨于復(fù)雜，景觀多樣性、穩(wěn)定性和景觀格局的異質(zhì)性呈上升趨勢。

（3）各景觀類型優(yōu)勢度分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)受人為活動干擾作用相對較強且對環(huán)境的調(diào)控能力較弱。

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