伊洛河流域河南段景觀格局特征及變化研究

摘 要：【目的】研究伊洛河流域河南段景觀格局的時空變化特征，對其生態系統穩定性、保護流域生態安全具有重要意義?！痉椒ā恳?000年、2010年、2020年Globeland30地表覆蓋數據為基礎，利用SRTMDEM提取伊洛河流域河南段的范圍，采用Fragstats軟件得到伊洛河流域河南段類型水平和景觀水平共9種景觀格局指數?！窘Y果】耕地和林地是伊洛河流域的基質景觀類型。根據類型水平上的指數變化?？梢詫⒕坝^類型分為三類：第一類為林地、草地和水體，在近20年中表現為破碎度逐漸下降；第二類為耕地和濕地，破碎度增加；第三類為人造地表，破碎程度先增加后減小?！窘Y論】景觀水平上的指數變化表明近20年來伊洛河流域整體景觀的破碎度呈下降趨勢，異質性減小，生態趨于良好，流域內存在優勢類型，景觀連通性較好，且保持穩定狀態。

關鍵詞：伊洛河流域；Globeland30；景觀格局

中圖分類號：P933" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）02-0097-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.02.018

Study on Characteristics and Changes of Landscape Pattern in Henan Section of Yiluo River Basin

MA Xiao1，2" " SHI Penghui1，2" " CUI Jian1，2" " WU Huizhi1，2

（1.Henan Academy of Geology，Zhengzhou 450001，China;2.Geological Remote Sensing Centre of National

Engineering Lab for Satellite Romote Sensing Applications，Zhengzhou 450001，China）

Abstract：[Purposes] This paper studies the temporal and spatial variation characteristics of landscape pattern in the Henan section of the Yiluo River Basin， which has important guiding significance for the stability of its ecosystem and the protection of the ecological security of the basin. [Methods] This paper is based on Globeland30 land cover data from 2000， 2010 and 2020.SRTMDEM was used to extract the extent of the Henan section of the Yiluo River Basin. By Fragstats software， nine landscape pattern index were obtained at class-level and landscape-level in the Henan section of Yiluo River Basin. [Findings] The index shows that cultivated land and forest are substrates in the Yiluo River basin.According to the exponential changes at the class-level， landscape types can be divided into three categories. The first category is forest， grassland and water body， showing a gradual decline in fragmentation in the past 20 years;The second category is cultivated land and wetland with increasing fragmentation; The third type is artificial surface， and the degree of fragmentation first increases and then decreases. [Conclusions] The exponential changes at the landscape level indicate that the landscape fragmentation of the Yiluo River Basin has decreased in the past 20 years.The heterogeneity decreases and the ecology tends to be good.There are dominant types in the Yiluo River Basin， and the landscape connectivity is good and remains stable.

Keywords：yiluo river basin;globeland30;landscape pattern

0 引言

景觀（landscape）即“風景”“區域”，指某地的人造或自然景色，地理學中的景觀表示某一區域的整體形象，包括了外貌、形象和可視性等多重含義［1］。景觀生態學主要研究景觀的空間格局、生態過程和動態演化等［2］，作為一門交叉學科吸收了現代地理學和系統科學的知識，近幾十年來發展迅速，其原理和方法已在諸多領域得到應用［3］。景觀格局是景觀生態學研究的核心問題之一，近年來有大量學者運用景觀生態學的理論方法，研究了不同區域、不同尺度和不同土地利用類型下的景觀格局問題，取得了豐碩的成果。徐建華等［4］以上海市中心城區為研究對象，運用空間統計分析方法，研究了城市景觀格局的空間尺度效應。周華榮等［5］以塔里木河中下游河流廊道區域為例，從景觀水平和斑塊水平上分析主要景觀格局指數，揭示了河流廊道的輻射效應和特點。姜琦剛等［6］利用遙感和GIS手段分析三江平原濕地的分布現狀、時空變化規律，從動態度和景觀格局指數量化變化方面進行研究。胡翠華等［7］利用3S技術與景觀生態學相結合的方法，從斑塊基本特征、形狀特征、聚集與分布特征等方面研究了小相嶺山系的植被景觀格局特征。宮兆寧等［8］利用長時間序列遙感影像，選取斑塊總面積、分維度、優勢度和聚集度等典型景觀格局指數研究了北京濕地20多年的景觀格局演變，并分析了其演變機制。程舒鵬等［9］利用土地利用柵格數據，基于景觀格局指數，采用梯度分析法，研究了黃河下游寬河段沿岸縣域、灘區和滯洪區內的景觀格局特征。

伊洛河是黃河中游下段一級支流［10］，相關學者已對該區域做過一些研究，如對伊河流域上游的景觀格局與生態系統服務進行研究［11］，對伊洛河流域中部洛寧縣的森林景觀格局開展相關研究［12］，但缺少流域整體尺度的景觀格局研究。基于此，本研究利用Globeland30地表覆蓋數據和景觀格局指數，分析河南省境內的伊洛河流域近20年景觀格局特征，以期為該區域生態建設提供參考。

1 研究區概況

伊洛河是伊河與洛河的簡稱，洛河發源于陜西省渭南市，伊河發源于河南省欒川縣，兩河現今于河南省偃師市交匯，并于鞏義市注入黃河。本研究研究區域為河南省境內的伊洛河流域（如圖1所示），地理坐標介于東經110°35'11.357\"E～113°10'9.035\"E，北緯33°40' 0.847\"N～34°53'43.001\"N，流域面積為15 820.34 km2。伊洛河流域屬暖溫帶大陸性季風氣候，多年平均氣溫為13 ℃［13］，多年平均降水量約為690 mm。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究所利用的數據包括柵格數據和矢量數據，其中柵格數據有Globeland30地表覆蓋數據、DEM數據，矢量數據主要是中國地級市行政界線數據和流域邊界數據（見表1）。Globeland30數據是國家基礎地理信息中心分發的全球地表覆蓋數據，空間分辨率為30 m，2020年數據的總體精度達85.72%，包括10個一級類，本次研究伊洛河流域內共涉及6個一級類，分別為耕地、林地、草地、水體、濕地和人造地表。DEM數據為SRTMDEM，空間分辨率為90 m。

數據處理主要包括流域生成和柵格裁剪，流域生成借助ArcGIS10.8平臺的ArcToolbox工具箱中Spatial analyst tools工具集里的hydrology模塊，數據為STRMDEM，依次進行填洼，流向計算，并利用盆地工具生成全流域，最后用行政區劃裁剪全流域，得到河南省境內的伊洛河流域矢量。利用生成的流域矢量對獲取的GlobeLand30分別進行裁剪，得到2000年、2010年和2020年3個時期伊洛河流域的地表覆蓋柵格（如圖2所示）。數據的空間參考為WGS1984，UTM投影。

2.2 研究方法

景觀格局是指大小和形狀不一的斑塊在空間上的分布組合，是自然因素和人類活動在不同時空尺度下相互耦合的結果，是景觀異質性的重要表現［14］。通常用景觀格局指數來量化研究區域的景觀格局，且從尺度上分為斑塊、類型和景觀三個水平。本研究從類型水平和景觀水平對伊洛河流域的景觀格局進行研究，選擇了斑塊總面積、斑塊面積占比、最大斑塊指數、平均斑塊面積、斑塊數量、斑塊密度、蔓延度指數和香農多樣性指數等景觀格局指數進行分析，各指數具體含義見表2。

3 數據結果

3.1 類型水平

將進行裁剪過的2000年、2010年、2020年的geotiff格式的地表覆蓋數據導入Fragstats4.2軟件，計算得到各個指數見表3。

由表3可知，2000年，在斑塊總面積和斑塊面積占比上，耕地和林地占比最大，耕地占比為45.33%，林地占比為41.42%，其次為草地、人造地表和水體，濕地占比最小。從平均斑塊面積來看，耕地最大，濕地次之，人造地表和林地均較大，水體和草地較小。從最大斑塊指數來看，耕地和林地較大且明顯高于其他土地利用類型。從斑塊數量和斑塊密度來看，草地的斑塊數量最多，密度最大，其次為林地，耕地、人造地表和水體的斑塊數量和密度相近，濕地的斑塊數量最低，密度最小。

2010年，耕地仍為占比最大的土地利用類型，占比為43.14%，其次為林地，占比為42.27%。平均斑塊面積耕地仍最大，其次為濕地，林地和人造地表。同樣，耕地和林地具有較大的最大斑塊指數，明顯高于其他土地利用類型，草地的斑塊數量和斑塊密度仍最大，但相較于2000年有明顯下降；其次為林地，同樣較2000年有明顯下降；而耕地和人造地表的斑塊數量和斑塊密度有大幅上升，尤其是人造地表，斑塊數量和斑塊密度上升近一倍；濕地的斑塊數量和斑塊密度也有大幅上升，但由于其占比較小，在景觀中表現不明顯；水體基本不變。

2020年，林地的面積占比已經高于耕地，達到41.92%，耕地為41.62%，人造地表占比也超過草地，達到8.42%，草地為6.91%，水體和濕地面積也有所增加。平均斑塊面積耕地仍最大，其次為濕地、林地、水體和人造地表，草地最小。最大斑塊指數林地和耕地仍顯著高于其他土地利用類型，但耕地的最大斑塊指數有明顯下降。同樣，相較于2000年和2010年，林地和草地的斑塊數量和斑塊密度仍持續下降，耕地的斑塊數量持續上升，人造地表的斑塊數量和斑塊密度較2010年有小幅下降，水體和濕地的斑塊數量和斑塊密度下降明顯。

3.2 景觀水平

從景觀水平來看，伊洛河流域在斑塊密度和斑塊數量及邊緣密度方面在三個時段均呈現明顯的下降趨勢（見表4）。平均斑塊面積則在三個時段呈上升趨勢，蔓延度指數在三個時段變化不大，均呈現高值特征，香農多樣性指數在三個時段有小幅的增加。

4 討論

4.1 流域總體特征

從以上分析來看，三個時段中耕地和林地具有相似的特征，其斑塊總面積、斑塊面積占比和最大斑塊指數均較大，且明顯高于其他土地利用類型，是伊洛河流域的基質。草地在三個時段內，無論是斑塊總面積、斑塊面積占比和最大斑塊指數，均呈下降趨勢；人造地表在三個時段內，斑塊總面積和斑塊面積占比持續增大；水體和濕地在三個時段內，斑塊總面積和斑塊面積占比也呈持續增加態勢。

4.2 景觀破碎程度

斑塊個數、斑塊密度和斑塊平均面積是景觀生態學中衡量破碎度的重要指標，其中，斑塊個數、斑塊密度越大，斑塊平均面積越小，則景觀破碎化越劇烈［15］。三個時段內根據斑塊個數、斑塊密度和斑塊平均面積的變化情況，可以將地表覆蓋分為三類：第一類為林地、草地和水體，其斑塊個數、斑塊密度均呈逐漸下降，斑塊平均面積在三個時段則逐漸升高（如圖3所示）。第二類為耕地和濕地，在三個時段內，其斑塊個數、斑塊密度均升高，斑塊平均面積則呈下降狀態。第三類為人造地表，其斑塊個數、斑塊密度在2000—2010年呈劇烈升高趨勢，2010—2020年則呈小幅下降趨勢。這表明從類型水平上看，伊洛河流域內，林地、草地和水體的破碎度呈下降趨勢，耕地和濕地的破碎度表現為增加趨勢，人造地表的破碎度呈先增加后減小的趨勢。

從景觀水平來看，三個時段的斑塊數量、斑塊密度和邊緣密度均呈下降趨勢，說明近30年，伊洛河流域從流域整體來說，景觀的破碎度呈下降趨勢，生態趨于良好，三個時段內的蔓延度指數雖然在2010年呈下降趨勢，但指數均大于60，香農多樣性指數在三個時段內基本保持穩定，說明流域內的優勢類型在保持景觀穩定狀態起到了十分重要的作用，且流域的景觀連接性良好。

5 結論

本研究利用2000年、2010年和2020年Globeland30地表覆蓋數據，分析了伊洛河流域的景觀格局及變化。研究表明：耕地和林地是伊洛河流域的基質；近20年來流域內林地、草地和水體的破碎度呈下降趨勢，耕地和濕地的破碎度表現為增加，人造地表的破碎度呈先增加后減小的趨勢；近20年來伊洛河流域整體景觀的破碎度呈下降趨勢，景觀異質性減小，生態趨于良好，流域內的優勢類型對保持景觀穩定狀態起到了十分重要的作用。

參考文獻：

［1］白光潤.地理科學導論［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］肖篤寧，李秀珍.當代景觀生態學的進展和展望［J］.地理科學，1997（4）：69-77.

［3］傅伯杰，呂一河，陳利頂，等.國際景觀生態學研究新進展［J］.生態學報，2008（2）：798-804.

［4］徐建華，岳文澤，談文琦.城市景觀格局尺度效應的空間統計規律：以上海中心城區為例［J］.地理學報，2004（6）：1058-1067.

［5］周華榮，肖篤寧，周可法.干旱區景觀格局空間過程變化的廊道效應：以塔里木河中下游河流廊道區域為例［J］.科學通報，2006（S1）：66-72.

［6］姜琦剛，崔瀚文，李遠華.東北三江平原濕地動態變化研究［J］.吉林大學學報（地球科學版），2009，39（6）：1127-1133.

［7］胡翠華，黃尤優，劉守江，等.四川小相嶺山系植被景觀的斑塊特征分析［J］.云南植物研究，2009，31（6）：529-536.

［8］宮兆寧，張翼然，宮輝力，等.北京濕地景觀格局演變特征與驅動機制分析［J］.地理學報，2011，66（1）：77-88.

［9］程舒鵬，孫煜航，姜晗琳，等.黃河下游寬河段沿岸地區土地利用景觀格局特征［J］.北京大學學報（自然科學版），2020，56（3）：479-490.

［10］倪用鑫，余鐘波，呂錫芝，等.近50年伊洛河流域徑流演變歸因分析［J］.水利水運工程學報，2022（1）：59-66.

［11］位賀杰，楊一鳴，熊廣成，等.伊河流域上游欒川縣景觀格局與生態系統服務研究［J］.河南科學，2021，39（8）：1298-1309.

［12］丁圣彥，錢樂祥，曹新向，等.伊洛河流域典型地區森林景觀格局動態［J］.地理學報，2003（3）：354-362.

［13］劉松韜，張東，李玉紅，等.伊洛河流域河水來源及水化學組成控制因素［J］.環境科學，2020，41（3）：1184-1196.

［14］丁圣彥，梁國付.近20年來河南沿黃濕地景觀格局演化［J］.地理學報，2004（5）：653-661.

［15］徐夢林，李冠衡，鞠鯉懋.基于ENVI技術下的蒙山風景區景觀格局動態評估與分析［J］.北京林業大學學報，2019，41（10）：107-120.