分類號密級UDC編號中國科學院碩士學位研究生學位論文黑河流域景觀結構與景觀變化研究指導教師：程國棟研究員中國科學院院士中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所申請學位級別理學碩士學科專業(yè)名稱自然地理學（地理信息系統(tǒng)與遙感方向）論文提交日期1999年12月10日論文答辯日期2000年1月日學位授予單位中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所答辯委員會主席AnalysisontheLandscapeStructureandChangeoftheHeiheRiverBasin,NorthwestChinaAdissertationsubmittedtoColdandAridRegionsEnvironmentandEngineeringResearchInstitute(CAREERI)ChineseAcademyofSciences(CAS)ForthedegreeofMasterofSciencePresentedbyLuLingAcceptedontherecommendationofProfessorChengGuodongColdandAridRegionsEnvironmentandEngineeringResearchInstituteCASJanuary,2000致謝光陰似箭，轉眼間三年的碩士研究生學習階段已接近尾聲。在這三年中，我最感幸運的是遇著了一位令人敬慕的好導師，他就是程國棟院士。導師知識淵博，目光敏銳，因而能時刻把握學科發(fā)展的前沿，不斷為我們指點前進的方向；導師治學嚴謹，一絲不茍，正是他的嚴格要求才使我們每一位學生都能在各自的研究領域取得不斷進步；特別是導師人格高尚，胸懷博大，幾十年來扎根西北，將他寶貴的青春和杰出的才華奉獻給了這片貧瘠的土地，這些都將是我永遠學習的榜樣和追求的人生境界。導師工作繁忙，但總不忘擠出時間來與學生們暢談科學與理想，教導我們做人的道理；他那充滿信任與鼓勵的目光，是我們每一位學生勤奮學習，勇攀科學高峰的永恒動力，因為這目光會令無所事事或滯步不前的人感到羞愧與汗顏。本篇論文的完成，自始至終都傾注著導師大量的心血。論文的選題，提綱的擬訂直到具體的每一章每一節(jié)，都是在導師的悉心指導下完成。導師多次對我說，與遙感和地理信息系統(tǒng)相結合的生態(tài)學研究在西北干旱區(qū)這片廣闊的土地上將大有前途。導師的話將激勵我在景觀生態(tài)學與遙感領域更加勇于探索。謹向導師致以崇高的敬意和誠摯的感謝！特別感謝肖洪浪老師、龔家棟老師和安黎哲博士，他們不但慷慨地為我提供論文需要的各種數(shù)據(jù)和資料，還在具體工作中給予我耐心的指導?？梢哉f，沒有他們的熱心幫助，我的論文就不可能順利完成。同時，我還要感謝徐中民、王根緒、郭曉寅等師兄，他們給我提供大量的參考文獻，教我研究方法，使我深受啟發(fā)，獲益斐淺。衷心感謝師母張幼芬女士，多年來她給予我在生活和學習上無微不至的關心與照顧。同時，感謝教育處王正文老師三年來對我的研究生學業(yè)的關心和幫助，這些都是我能夠按時完成各門學習課程并順利畢業(yè)的重要保證。最后，我還要衷心感謝我的每一位家人（包括我可愛的不滿四歲的女兒李麓含之），感謝他們三年來對我的學業(yè)自始至終的理解、支持和幫助，使我解除了許多后顧之憂，順利完成了這篇畢業(yè)論文。中國科學院碩士研究生學位論文黑河流域景觀結構與景觀變化研究I黑河流域景觀結構與景觀變化研究摘要水是中國西北干旱區(qū)內陸河流域生態(tài)環(huán)境的主要控制因素，流域內經(jīng)濟需水，生態(tài)需水和有限的水量三者之間的相互矛盾，構成了西北地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。因此，以流域為單元開展研究是十分必要的。同時，干旱區(qū)的生態(tài)環(huán)境演變，也很好地反映在景觀的變化上。黑河流域是典型的干旱區(qū)內陸河流域。流域內包括不同的自然地理單元，山區(qū)水源帶、綠洲帶和戈壁荒漠帶既是自成體系的生態(tài)系統(tǒng)又互相聯(lián)系，它們構成了一個完整的水-經(jīng)濟-生態(tài)復合系統(tǒng)。本論文選取黑河流域為研究單元，采用景觀生態(tài)學的理論和方法研究流域的生態(tài)環(huán)境變化，將能為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學依據(jù)。本論文使用GIS技術和景觀結構分析軟件FRAGSTATS，以黑河流域90年代后期1：50萬土地利用圖和黑河流域中游地區(qū)80年代前期1：50萬土地類型圖為基礎，進行流域景觀制圖，劃分出六個景觀地帶；利用FRAGSTATS在流域尺度上計算了各景觀地帶的面積、拼塊密度和大小、邊緣、形狀、最近距離、多樣性、蔓延度和散布等景觀結構指標。同時，在地理信息系統(tǒng)支持下，建立黑河流域中游地區(qū)近20年間景觀元素轉移矩陣并編制拼塊類型轉換圖。分析結果表明：1流域內景觀分異強烈，不同的景觀地帶都具有獨特的景觀結構特征：山區(qū)的景觀結構特征突出表現(xiàn)為連通性強，拼塊形狀復雜。綠洲荒漠區(qū)的景觀結構特征表現(xiàn)為，綠洲主要沿河流和渠道分布，是鑲嵌在荒漠基質上的景觀異質體。綠洲是干旱區(qū)景觀結構最復雜，類型最豐富，景觀多樣性最高的地區(qū)，但不同地帶的綠洲區(qū)其景觀結構也有顯著的差異。在走廊綠洲景觀地帶，以耕地為主的人工綠洲已成為最主要的景觀元素之一；而黑河下游的弱水三角洲景觀地帶，景觀破碎度強，是一個極易受到干擾的地區(qū)?；哪途G洲的過渡地帶的景觀類型的共同的結構特征是拼塊破碎、呈團聚狀分布，它們是荒漠生物多樣性的體現(xiàn)，并對阻滯沙漠化和土壤侵蝕有及其重要的作用，應特別注意保護。在極端干旱的北部中國科學院碩士研究生學位論文黑河流域景觀結構與景觀變化研究II阿拉善高平原，裸露戈壁是景觀模地，占據(jù)絕對優(yōu)勢，蔓延度極高，其它類型是面積相對很小的異質鑲嵌體。2黑河流域中游地區(qū)的各類景觀元素在近20年間盡管發(fā)生了十分復雜的結構變化和相互轉換，但整體景觀仍保持荒漠化景觀與綠洲景觀強烈分異的鮮明格局。人類有目的性的干擾活動改變了干旱區(qū)有限的水資源的分布與分配，導致本地區(qū)荒漠化過程和綠洲化過程的矛盾斗爭激烈，而綠洲與荒漠的交錯地帶是這兩個過程強弱之勢對立發(fā)展的最敏感部位。3黑河流域中游地區(qū)是整個流域中受人類活動影響最強烈的地區(qū)，走廊綠洲景觀地帶的香農多樣性指數(shù)和香農均度指數(shù)的下降，充分證明人類對本地區(qū)景觀的管理和改造程度的不斷加強。其結果一方面是顯著提高了本地區(qū)的社會和經(jīng)濟效益，另一方面也降低了本地區(qū)景觀異質性以及生物生境的多樣性，導致局部地區(qū)生態(tài)環(huán)境效益的下降。文章最后指出，GIS技術和景觀結構分析軟件相結合是研究景觀結構及其變化的有效方法和工具，但需要注意三個問題：即在使用FRAGSTATS的柵格版本時，要特別注意尺度的影響；謹慎解釋把流域景觀作為一個封閉的系統(tǒng)處理時所帶來的誤差；對數(shù)據(jù)源的選擇與處理要有統(tǒng)一的標準。中國科學院碩士研究生學位論文黑河流域景觀結構與景觀變化研究IIIAnalysisontheLandscapeStructureandChangeoftheHeiheRiverBasin,NorthwestChinaAbstractWaterresourceisthemainfactortoinfluencethedevelopmentofecosystemsintheinlandriverbasinsofthearidregions,northwestChina.Theshortageofwaterresourceandthecontradictionofwaterresourceallocationbetweeneconomyandecosystemhasconstitutedasevereconstrainttothesustainabledevelopmentoftheseregions,soitisessentialtotakethebasinscaleasthestudyunit.Inthemeanwhile,landscapechangecansignificantlyreflectstheevolutionofeco-environmentinaridregions.Therefore,theauthorselectstheHeiheRiverBasin,whichisatypicalinlandriverbasininthearidregionofnorthwestChinaandiscomposedofdifferentecosystemssuchasmountain,oasis,desert,andgobiasthecasestudyarea,andusesthetheoryandmethodoflandscapeecologytostudytheeco-environmentalchangeinthebasin.TostudythelandscapestructureandchangeintheHeiheRiverBasin,firstly,GISandalandscapestructureanalysisprogram,FRAGSTATSarecombinedtocompiletwolandscapemapsbasedona1:500,000landusemapofthewholebasininthelater90sanda1:500,000landtypemapofthemiddlepartofthebasinintheearly80s.Then,atotalofsixlandscapezonesaredividedandvariouslandscapemetricsofeachzoneincludingareametrics,patchdensityandsizemetrics,edgemetrics,shapemetrics,nearest-neighbormetrics,diversitymetrics,andcontagionandinterspersionmetricsarecalculatedusingFRAGSTATS.Lastly,GISisusedtocalculatethetransitionmatrixoflandscapeelementsandapatchtypetransitionmapiscompiled.Theresultsshowthat1.Thecharacteristicsoflandscapestructureinthemountainousareaof中國科學院碩士研究生學位論文黑河流域景觀結構與景觀變化研究IVtheHeiheRiverBasindisplayahighconnectivityandcomplexpatchshapes.Thecharacteristicsoflandscapestructureoftheoasis-desertareaarethattheoases,withthemostcomplexlandscapestructure,richestpatchtypes,andhighestdiversity,aredistributedalongriversandchannels,andareheterogeneousmosaicofpatchesembeddedinthematrixelement,desert.Thelandscapestructuresofoasesindifferentzonesarevariedgreatly.IntheHexiCorridorOasisZone,theartificialoasisdominatedbyirrigatedfarmlandareoneofthemostimportantlandscapeelements,whereasintheRuoshuiRiverDeltaZone,thepatchesarefragmentedandthelandscapeiseasilytobedisturbed.Inthetransitionalareabetweenoasisanddesert,thepatchtypes,meadow,salinizedmeadow,saltdesert,andmarsh,arefragmentedandclusteredtogether.Thesekindsofpatchtypesreflectthebio-diversityinthearidregionandplayanimportantroleinresistingthedesertificationinthearea,sotheymustbeprotectedcarefully.IntheextremelyaridareaintheDesertZoneoftheNorthernAlxaHighPlain,thebaregobiismatrixwithabsolutedominanceandveryhighcontagion,whileothertypesinthezoneareonlyheterogeneousmosaicsembeddedinthematrixwithverysmallpercentage.2.Duringthepast20years,thelandscapeinthemiddlepartoftheHeiheRiverBasinhasundertookacomplexchangeoflandscapestructureandaapparenttransitionoflandscapecomposition,butthelandscapeinawholestilldisplaysapatternofsharplycontrastbetweenoasislandscapeanddesertlandscape.Thehum