【word】 淮河流域中游湿地景观格局指数变化分析

【word】 淮河流域中游湿地景观格局指数变化分析 淮河流域中游湿地景观格局指数变化分析 安徽农业科学,JournalofAnhuiAgri.Sci.2011,39(25):15463—15466责任编辑朱淼责任校对况玲玲 淮河流域中游湿地景观格局指数变化分析 胡巍巍(韩山师范学院旅游管理系,广东潮州521041) 摘要利用淮河流域中游2o世纪50年代的地形图和1980,2000年的遥感影像图分别提取,解译得到各时期的土地利用图和基于湿地 二级分类的各湿地类型分布图,运用景观指数分析方法对淮河流域中游湿地景观生态变化进行分析评价.分析结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:1950,1980 年湿地景观格局指教变化大,1980,2000年湿地景观格局指数变化很小.这些湿地景观格局指数的变化总体上说明淮河流域中游湿地 格局由多样化,复杂性转为单一化,破碎性,湿地系统组分急剧减少,过渡带大量消失,湿地景观的连通性,异质性大大减弱,湿地系统的 完整性,均衡性不复存在,从而导致湿地生态服务功能下降或不能得到充分利用. 关键词淮河流域中游;湿地;景观格局指数 中图分类号P33文献标识码A文章编号0517—6611(2011)25—15463—04 ChangesofWetlandLandscapePatternIndexesintheMiddleReachesoftheH uaiheVaHey 删 Wei.wei(DepartmentofTourismManagement,HanshanNormalUniversity,Chaozhou,Guangdong521o41) AbstractReliefmaPofthemiddlereachesoftheHuaiheValleyin1950s.remotesensingimagesof1980and2o()oareutilizedtoabs~aet andinterpretlandusemapsofthestudyareaindifierentperiodsandalSOthedistributionmapofdifierentwetlandtypesonthebasisofsecond— aryclassificationofwetland.Landscapeindexanalysisisapplledtoanalyzeandevaluateecologicalchangesofwetlandlandscapesinthemid- diereachesoftheHuaiheValley.Theanalysisresultsshowthatlandscapepatternindexeschangegreatlyfrom1950sto1980,butchange slighdvsince1980.Suchachangetrenddemonstratesthatwetlandlandscapesinthestudyareachangefrom”diversifiedandcomplicate”to “unitaryandfragmented”.wetlandsystemhasdrastically—reducingcompo nents,agreatIlumberoftransitionalzonesareextinct,connectivity andheterogeneityofwetlandlandscapesarelargelyreduced,integrityandbalanceofwetlandsystemiSbroken,asaresult,ecologicalservice functionsofwetlandaredegradedorcannotbefullyutilized. KeywordsThemiddlereachesoftheHuaiheValley:Wetland:Landscapepatternindex 湿地与森林,海洋一起并称为全球三大生态系统,湿地 具有巨大的调蓄洪水,调节气候,控制污染,减少土壤侵蚀, 美化环境,维护生物多样性,提供生物生产力等生态服务功 能….淮河流域水系复杂,湖泊众多,现有湿地面积330.2 万hm,包括河流湖泊,滩地和人工湿地(水库坑塘,水 田)-3J.位于淮河干流沿岸洪泛平原上的行蓄滞洪区也是 洪泛湿地的一部分. 淮河流域是我国的重要农业基地,农业人口占86.1%. 自古以来人们就一直在和旱涝灾害作斗争.经过数千年, 已在淮河流域先后兴建了许多水利工程.现在,整个流域受 人类活动的累积影响非常强烈并且淮河流域水旱灾害的风 险丝毫没有降低,水污染问题越来越严重,这一现象在中游 地区更为突出.淮河水旱灾害固然有自然方面的原因,但人 类不合理的干预活动无疑会产生负面影响.正是由于人类 的干预活动,使淮河流域湿地生态服务功能下降或不能得到 充分利用,从而不利于从根本上解决淮河治理的难题. 淮河自河源至洪河口为上游段,洪河口至洪泽湖为中游 段,洪泽湖以下为下游段.该研究选取中游段作为研究区, 具体研究范围如图1中虚线所示.中游河湖湿地广布,类型 多样,水旱灾害和水污染问题最严重,为受人类活动影响相 对强烈的地区.淮河中游河湖湿地水空间巨大,在历史上是 淮河上,中游洪水滞蓄回旋的地区,对有效削减洪峰,保证淮 北大堤安全起重要作用.该研究主要分析1950,2000年50 年间在人类的干预下,运用景观格局指数方法去分析评价淮 河流域中游湿地景观格局的变化,我出中游湿地景观生态系 基金项目国家重点基础研究发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目资助”湿地系统水生态过 程与格局耦合机理”(2006CB403301);韩山师范学院博士启 动项目”淮河流域中游湿地景观格局演变研充”. 作者简介胡巍巍(1970一),男,安徽怀宁人,副教授,博士,从事资源 环境,景观生态的研究,E—mail:hz一7@126.con. 收稿日期20114)5—24 统生态服务功能退化的原因,为恢复和保护湿地,充分发挥 湿地强大的生态服务功能提供理论依据,为从根本上解决淮 河治理的难题和流域的可持续发展提供科学支持. 图1研究区范围 Fig.1Locationmapofthestudyarea 1研究方法 将20世纪50年代,1980年,2000年研究区的土地利用 数据进行对比分析. 2.1数据获取用于提取研究区湿地景观信息的数据源类 型主要包括遥感影像,地形图等.研究区1980年和2000年 的土地利用图由相同季节的TM卫星遥感影像解译获得,减 少了由于植被的不同带来的误差,为解译提供了统一的标 准.对于无法获得遥感影像的时段,则用地形图替代,包括 覆盖研究区的2O世纪5O年代1:10万地形图20幅,地形图 图幅编号为9—50—89,9—50—100,9—50—105,9—50—112,950. 117,9-50—124,9-50—128,9—50—137,9-50—138. 1.2景观格局指数分析方法景观格局指数是指能够高度 浓缩景观格局信息,反映其结构组成和空间配置特征的定量 指标J.在景观格局变化分析中,将景观的空间特征与时间 过程联系起来,采用景观格局指数来定量描述是最常用的研 究方法.景观格局指数对景观格局特征的定量表征,可从3 15464安徽农业科学2011生 个层次水平上进行,即斑块水平指数,斑块类型水平指数以 及景观水平指数.斑块水平上的指数包括与单个斑块面积, 形状,边界特征以及距其他斑块远近有关的一系列简单指 数,它是其他水平景观指数技术的基础,本身对了解整个景 观结构不具有很大的解释价值J.因此,该研究对淮河流域 中游湿地景观格局的研究中未计算这一水平上的景观指数. 在斑块类型水平上,因同一类型往往包括许多斑块,计算其 相关统计学特征亦很有意义.此外,景观水平上的景观多样 性指数和聚集度指数是对景观异质性的优质度量. 采用国际上最流行的景观空间格局分析软件包Fragstats 进行景观格局指数的计算.Fragstats可以计算60多种景观 指数,由于几乎所有指数都是基于斑块面积和周长计算的, 必然存在一定的局限性.如许多指数间高度相关,同一指数 随尺度不同而变化,生态学意义模糊等.该研究在前人研究 成果基础上,考虑格局指数独立性原则,以保证指数之间不 存在高度相关性,但不排除保留个别虽有一定相关性但意义 不明确的指数,并且在某一特定尺度上,尽可能选择生态学 意义明确的格局指数.经筛选确定了类型级别上的景观格 局指数表征模型,密度指标——斑块数(NP),斑块密度 (PD),面积指标——最大斑块所占景观面积比例(LPI),斑 块分离度(SPLIT);分布构型指标——斑块结合度指数(CO— HESION),聚合度指数(AT).景观级别水平上增加了分布构 型指标——蔓延度指数(CONTAG),香农多样性指数(SH- DI),香农均匀度指数(SHEI).所有景观指数都由Fragstats 3.3软件计算获得,各景观指标模型的计算公式及对应生态 学意义可参阅相关文献-o. 对解译得到的不同时期各景观分布的矢量空间数据在 Arcinfo环境下进行栅格化处理,在Fragst~3.3下调入各时 期景观分布栅格数据,设置相关参数文件,选取所需耍的景 观指数进行分析计算. 2淮河中游湿地景观格局指数变化分析 由于主要是分析湿地景观格局指数变化,除了按土地利 用一级分类对准河中游景观格局指数进行总体上的分析外, 主要对湿地进行二级分类,然后基于二级湿地类型进行湿地 景观格局指数变化分析. 2.1基于一级分类淮河流域中游景观格局指数分析对景 观格局指数的分析从两方面进行,首先对整个景观镶嵌体进 行景观格局指数分析,再进一步对各湿地景观类型景观格局 指数变化规律进行详细分析. 2.1.1景观镶嵌体景观格局指数分析.分析3个时期淮河 中游地区景观镶嵌体各景观格局指数(表1).由于1980, 2000年景观格局比较稳定,相应地各景观格局指数变化也很 小,而1950,1980年变化大.20世纪50年代LPI为整个研 究时期内的最大值,而NP,PD,SHDI和SHEI指数则为整个 研究时期内的最小值,说明该时期组成景观镶嵌体的各景观 斑块类型在整个景观镶嵌体中的面积分布极不均衡.LPI, CONTAG较大说明优势景观旱地面积占有绝对优势,占到研 究区总面积的83.81%,它作为研究区的基质景观类型,在景 观中呈现出较好的连通性,但从数值上看,CONTAG值只有 78.907,说明旱地景观没有呈现良好的连接性,与其绝对优 势面积比例不一致.另外,COHESION和AI指数高说明景 观中斑块之间的联系度,聚合度较高.SHDI,SHEI相对较小 说明该时期淮河中游景观镶嵌体的多样性和空间异质性最低, NP,PD最小说明景观破碎化程度低,整体性最强. 表1基于一级分类的景观镶嵌体景观格局指数 Table1Patternindex~oflandscapemosai~based0nthep~marylandusedassi ficafion 1980年以后,各景观类型相对于20世纪50年代发生显 着变化,大量的旱地转化为水田和人居地,面积比例下降到 54.26%,但旱地仍然为第一大景观类型.水田,人居地面积 比例分别上升到24.21%,12.76%,到2000年时,三大景观 类型面积比例分别是53.29%,24.16%,13.3%.随着大量 的旱地转化为其他的土地利用类型,景观斑块类型数量大量 增加,表现为NP,PD,SHDI,SHEI景观指数值大幅增长,差不 多都增长了一倍,说明景观的破碎化程度明显增高,均匀度 增强,景观多样性,异质性也明显增强,整体性下降.LPI, CONTAG指数下降,到1980年分别只有21.405,64.029,到 2000年时则只有21.225和63.836,说明随着旱地向其他土 地利用类型的转化,景观破碎度增加,旱地景观大斑块优势 度进一步下降,景观的连接性也有所下降.COHESION,AI 指数略有下降,但仍保持较高的数值,说明研究区景观的联 系性,聚合度仍然较高. 2.1.2单一湿地景观要素景观格局指数分析.该研究只分 析天然湿地和人工湿地水田的景观格局指数变化.由表2 可知研究期间水田景观的NP,PD指数增长,但PD指数值都 较小,说明景观破碎度虽然上升,但破碎度都不高.随着成 片的水田增加,不仅水田面积增长了,而且LPI大幅上升, SPLIT大幅下降,说明水田景观虽然斑块数量增加,但以大斑 块增加为主,还有一些小斑块并人大斑块,大斑块比重增加, 优势度明显上升.COHESION指数略有上升,AI指数略有下 降,水田景观联系度略有上升,聚集度略有下降,但总体水平 都在97以上,属于高水平. 与其他景观类型不同的是湿地景观的NP大幅度减少, 由4623减少到1980年的1589,PD也由0.144下降到 0.050,说明湿地景观的破碎度下降,原因可能有3方面,一 是大量小湖泡,沟渠湿地的消失;二是两期数据解译精度的 差异,20世纪50年代用的是1:10万地形图,而1980,2000年 用的是分辨率为30m的TM遥感影像;三是解译时人为因素 的影响.但LPI下降,SPLIT上升,说明并没有增加大斑块, 大斑块的优势度下降.COHESION指数略有下降,但都维持 在99以上,说明湿地景观的联系性很高,这正体现了湿地的 39卷25期胡巍巍淮河流域中游湿地景现格局指数变化分析15465 表2基于一级分类的单一湿地景观要素景观格局指数 Table2Patternindexesofindividualwetlandlandscapedemen~ basedOiltheprimarylanduSeclassification 显着特征.AI指数有所上升,说明随着小湖泡的消失,湿地 景观的破碎度下降,聚集度上升. 2.2基于湿地二级分类的湿地景观格局指数分析 2.2.1景观镶嵌体湿地景观格局指数分析.将表3与表1 比较可看出,各指数数值和变化趋势与一级分类的基本一 致,这里不再赘述.NP,PD,SHDI值稍大,从景观的一级分 类到基于湿地的二级分类,斑块数增加,所以NP,PD,SHDI 值增大.LPI值完全一致,是因为景观镶嵌体的LPI值就是 基质景观旱地的LPI值,而旱地没有进行二级分类.SHEI 值稍小,COHESION,AI值基本一致,也体现了其内在的合理 性.3个时期的CONTAG指数值都相应提高,说明基于湿地 二级分类的景观连接性增强,这是因为主要湿地河流湖泊的 表3基于二级分类的淮河流域中游景观镶嵌体湿地景观格局指数 Table3Patternindexesofwetlandlandscapemosaicsbasedonthesecondary wetlandclassification 连通性较强的缘故. 2.2.2单一湿地景观格局指数分析.从表4可看出各个时 期各湿地的PD指数值都很小,说明各湿地景观的整体性都 较强,破碎度都较小,这是湿地景观的共同特点.另外各个 时期的LPI指数值也普遍较小,说明研究区各湿地大斑块优 势度都很低.. 表4基于二级分类的单一湿地景观格局指数 Table4Patternindexesofindividualwetlandlandscapedementsbasedonthes econdarywetlandclassification 1950,1980年,湖泊的NP,SPLIT大幅减少,PD相应减 小,但数值都很小,说明这期间随着大量的小湖泡消失,湖泊 萎缩,景观异质性较低,景观破碎度低且下降,体现了湖泊的 整体性,连通性强的特点.LPI较小且呈下降趋势,说明湖泊 大斑块优势度小且有萎缩趋势.COHESION和AI指数值高 且略有上升,说明随着景观破碎度的降低,景观的聚集度,联 系度相应上升. 河流的NP同样大幅减少,PD也相应减小,说明这期间 随着大量沟渠湿地消失,景观破碎度降低,异质性下降.PD 数值都很低,是河流景观连通性强的缘故.这期间河流的 LPI值减少较多,是因为河道被挤占,面积减少,所以大斑块 优势度下降.SPLIT值大幅上升,是因为河流大斑块的比例 下降,虽然有一定数量的小河道干枯消失,但其面积比例很 小,大河流的面积比例大,这是河流景观的显着特征.所以 随着一些较大河流河道的萎缩,LPI下降,SPLIT上升.研究 区河流的SPLIT值与湖泊的变化完全相反. 滩地的面积,NP和PD值基本没变,但其在这期间时空 变化大,景观格局发生了明显改变.LPI值南0.279下降到 0.031,SPLIT值大幅上升,说明大斑块数量减少,小斑块数量 增加.COHESION和AI值均下降说明随着大斑块的减少, 滩地景观的聚集度,联系性下降. 水库坑塘的NP值减少明显,相应PD值下降,但水库坑 安徽农业科学2011年 塘的面积却增加了,说明大斑块所占面积比例较大且数量增 长了,而小水库坑塘所占面积比例较小.主要是小水库坑塘 的大量萎缩消失导致了NP值的减少,相应LPI值上升, SPLIT值大幅下降.COHESION值从84.477上升到97.981, AI值从76.357上升到93.467,增加明显,说明随着小斑块的 消失,大斑块比例的增长,景观的聚集度,联系度明显增强. 由于研究区沼泽地到1980年全部消失,所以无法分析 其景观格局指数的变化. 3结语 高强度的人类干预活动改变了淮河流域湿地水空间格 局,湿地格局由多样化,复杂性转为单一化,破碎性,湿地系 统组分急剧减少,过渡带大量消失,湿地景观的连通性,异质 性大大减弱,湿地系统的完整性,均衡性不复存在,湿地生态 服务功能下降或不能得到充分利用,从而不利于从根本上解 决淮河水旱灾害与水污染治理的难题. 参考文献 [1]杨峰,崔保山,黄国和.黄淮海地区湿地水生态过程,水环境效应及 生态安全调控[J].地球科学进展,2006,11(21):1119—1125. [2]黄永生,赵元刚,曲春娟.淮河流域湿地状况及保护对策探讨[J].治 淮,2003(7):16—17. [3]吴培任,张炎斋,胡裕明.淮河流域湿地现状及保护对策[J].治淮,2006 (2):16一l7. [4]水利部淮河水利委员会,《淮河志》编纂委员会淮河综述志[M].北 京:科学出版社,2006. [5]濮静娟.遥感图象目视解译原理与方法[M].北京:科学出版社,1992. [6]邬建国.景观生态学——格局,过程,尺度与等级[M].北京:高等教 育 出胚-j土,2000. [7]WANGAH,ZHANGSQ,ZHANGB.AstudyOnthechall8esofspatial patternofwetlandintheSanjingPlain[J].ActaEcologlcaSinica,2OO3, (2)>237—243. [8]DINGSY,HANGGF.Landscapepatternchangeofreoonalriverin HenanProvinceinthewetlandalongtheYellowlasttwodecades[J].Acta 661. Geo$raphicaSiniea,2004,59(5):653— [9]张金屯,邱扬,郑凤英.景观格局的数量研究方法[J].山地,200O, 18(4):346—352. [10]杜林芳,中祥,刘东云,等.天津滨海新区湿地景观格局变化研究 [J].安徽农业科学,2010,38(10):5439—5442,5460. (上接第15449页) 童 年份Year 图3北京市1975—2002年各景观组分的NDVI Fig.3NDVIofeachlandscapecomponentofBeijingfrom1975 to20O2 4结论和讨论 (1)北京市1975,2002年27年间由于城市化速度较 快,景观生态组分结构变化较大,半自然景观组分下降,人文 景观组分迅速增加,半自然景观大量转变为人文景观.与 1975年相较,2002年的人文景观中有66.82%来自于半自然 景观,说明城市建设用地主要占用的是耕地;自然景观组分 中有10.67%变成了半自然景观组分,21.30%变成了人文景 观组分,半自然景观中有16.12%变成自然景观组分, 66.82%变成了人文景观组分,人文景观组分基本上没变化, 这说明人类干扰活动比较强烈.同时在不同的时段,景观组 分之间景观类型的转变也比较频繁,主要存在于不同景观类 型的交界区域,由于人类活动改变了用地方式,导致景观处 于不稳定状态.景观组分转换比例较大的是半自然景观组 分,说明半自然景观组分是北京市的一种相对不稳定的景观 类型. (2)虽然北京市1975—2002年景观变化较大,城市化加 快,但北京市市域内的自然景观略有增加,水体面积大量增 加,城市绿地增加,植被覆盖度也得以增加,说明北京市的生 态环境质量正在提高,城市内部的环境质量也得到改善. 参考文献 [1]RIEBSAMEE,MEYERB,TURNERLII.ModelingLandUseandLand CoverasPartofGlobalEnvironmentalChange[J].ClimaticChange,1994, 28:45—64. [2]高志强,刘纪远,庄大方.基于Rs和GIS的中国土地利用/土地覆盖的 现状研究[J].遥感,1999,3(2):134—138. [3]龙花楼,李秀彬.长江沿线样带土地利用格局及其影响因子分析[J]. 地理,2001,56(4):417—425. [4]顾牵沐北京土地利用/覆盖变化机制研究[J].自然资源,1999,14 (4):307—312. [5]何春阳,史培军,陈晋,等.北京地区城市化过程与机制研究[J].地理 ,2OO2,5”/(3):363—371. [6]徐小黎,史培军,何春阳.北京和深恻市化比较研究[J].地球科学进 展,2OO2,17(2):221—228. [7]王静爱,何春阳,董艳春,等.北京城乡过渡区土地利用变化驱动力分 析[J].地球科学进展,2002,17(2):201—209. [8]鲁奇,战金艳,任国柱.北京近百年城市用地变化与相关社会人文因素 简论[J].地理研究,2001,20(6):687-697. [9]刘盛和,吴传钧,沈洪泉.基于GIS的北京城市土地利用扩展模式【J]. 地理,2000,55(4):407—415. [10]申海建,郭荣中,江艺明,等.基于Rs和GIS的土地利用变化对生态 系统眼务价值的影响一以北京市为例[J].安徽农业科学,2OO8,36 (11):4781—4783. [11]郭锦,张晓丽,赵丽琼,等.基于3S技术的j 研究[J].安徽农业科学,2O09,31(17):8264-8266,8277. [12]WENGQH,LOCP.SpatialAnalysisofUrbanGrowthImpactsonVege- tativeGreennesswithLandsatTMData[J].G删oInternational,2001, 16(4):17—25. [13]史培军,宫鹏,李晓兵,等.土地利甩/覆盖变化研究的方法与实践 [M].北京:科学出版社,2000:76—84.