基于水資源分區(qū)的柴達(dá)木盆地土地利用景觀研究

景觀結(jié)構(gòu)是景觀異質(zhì)性的突出表現(xiàn)，也是不同規(guī)模下不同生態(tài)過(guò)程的結(jié)果。景觀格局的變化和發(fā)展是自然、生物和社會(huì)要素相互作用的結(jié)果,它影響并決定了景觀的各種功能,如景觀的生產(chǎn)功能、生態(tài)功能和美學(xué)功能等。通過(guò)對(duì)景觀空間格局的分析,有助于了解景觀要素的形狀、大小、數(shù)量和空間組合;分析影響生物物種分布、動(dòng)物遷徙、河流徑流和土壤侵蝕等生態(tài)過(guò)程和邊緣效應(yīng),探討景觀格局和生態(tài)過(guò)程的相互關(guān)系。因此,景觀空間格局分析是景觀生態(tài)學(xué)研究的核心之一。柴達(dá)木盆地是典型的荒漠綠洲景觀,其中水是這一景觀最重要的控制因素,荒漠綠洲景觀的形成與水有著密切的聯(lián)系。賈寶全認(rèn)為綠洲是在干旱氣候條件下形成的,在荒漠背景基質(zhì)上以天然徑流為依托,具有較高第一性生產(chǎn)力且以中生或旱中生為主體植被類(lèi)型的中小尺度非地帶性景觀。綠洲景觀結(jié)構(gòu)及組成類(lèi)型的空間分布嚴(yán)格受到河流廊道影響,它的發(fā)展與維持完全依賴于更高一級(jí)尺度上的外來(lái)徑流,一般以河流廊道為核心,帶狀分布著主要荒漠綠洲景觀。因此,本研究在對(duì)柴達(dá)木盆地的景觀進(jìn)行分析時(shí),結(jié)合水資源分布狀況,把柴達(dá)木盆地的荒漠綠洲景觀劃分7個(gè)區(qū)域。同時(shí)運(yùn)用地理信息系統(tǒng)(GIS)和景觀空間格局分析工具,對(duì)各個(gè)分區(qū)的景觀指數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,定量地比較分析柴達(dá)木盆地景觀空間格局。通過(guò)對(duì)柴達(dá)木盆地景觀空間格局的研究,有助于了解干旱區(qū)景觀格局與自然生態(tài)過(guò)程和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)之間的關(guān)系,對(duì)于柴達(dá)木盆地土地資源合理利用、景觀生態(tài)設(shè)計(jì)以及生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)都具有重要意義。1柴達(dá)木盆地概況柴達(dá)木盆地地跨35°00′～39°20′N(xiāo),90°16′～99°16′E,海拔2675～3350m,是我國(guó)著名的內(nèi)陸山間盆地。柴達(dá)木盆地的地貌呈現(xiàn)多中心環(huán)狀地貌格局,這種格局不僅影響盆地的氣候,而且使水、熱分配產(chǎn)生差異,進(jìn)而影響盆地內(nèi)土地資源的形成與利用方式。柴達(dá)木盆地具有典型的大陸性荒漠氣候特性。盆地海拔較高,年平均氣溫低,氣溫年較差、日較差都很大。由于盆地深居內(nèi)陸,四周環(huán)山,降水稀少,向西逐漸降低。但日照時(shí)間長(zhǎng),太陽(yáng)輻射強(qiáng),僅次于西藏中部和西南部,是我國(guó)輻射資源最豐富的地區(qū)之一。柴達(dá)木盆地總面積約2.75×105km2,盆地主體為青海省海西州蒙古族藏族自治州所轄,其面積2.47×105km2,占青海省土地總面積的34.18%。整個(gè)盆地?fù)碛械铝罟?、察汗烏蘇、香日德、諾木洪、格爾木等幾個(gè)綠洲農(nóng)業(yè)區(qū),在青海省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中具有舉足輕重的地位;同時(shí)擁有豐富的鹽湖資源,以及石油、天然氣、鉛、鋅、石棉等金屬和非金屬礦產(chǎn)資源,具有極重要的開(kāi)發(fā)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。故柴達(dá)木盆地素有“聚寶盆”之稱(chēng),是青海省乃至中國(guó)西北地區(qū)今后的重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)。2數(shù)據(jù)和方法2.1柴達(dá)木盆地土地利用景觀類(lèi)型分類(lèi)系統(tǒng)本研究以海西州1995年土地詳查繪制的1∶50萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖和水資源分區(qū)圖作為基本分析圖件,應(yīng)用Arc/Info8.0對(duì)相關(guān)圖件進(jìn)行數(shù)字化,產(chǎn)生矢量數(shù)據(jù)文件,然后將它們轉(zhuǎn)換為柵格形式,每個(gè)柵格面積為100m×100m,最后得到不同水資源分區(qū)的土地利用景觀柵格圖?？紤]到所研究的區(qū)域尺度較大,景觀類(lèi)型的劃分采用了土地利用現(xiàn)狀一級(jí)分類(lèi)系統(tǒng),將柴達(dá)木盆地土地利用景觀類(lèi)型分為耕地、園地、林地、草地、水域和沼澤、城鎮(zhèn)工礦用地、未利用土地7種。由于景觀空間分析的結(jié)果嚴(yán)格地受制于尺度選擇,因此,為能在相同尺度上揭示研究區(qū)不同自然地帶的景觀空間格局特征及其與自然和人為活動(dòng)的關(guān)系,同時(shí)考慮水資源在荒漠—綠洲景觀形成中的重要作用,本文根據(jù)水資源分區(qū)情況將研究區(qū)劃分為:茫崖冷湖荒漠區(qū)、魚(yú)卡河大小柴旦區(qū)、巴音河德令哈區(qū)、那棱格勒烏圖美仁區(qū)、格爾木區(qū)、柴達(dá)木河都蘭區(qū)、都蘭河希賽區(qū)7個(gè)區(qū)。2.2柴達(dá)木盆地景觀格局目前用于描述景觀格局的指數(shù)很多,但許多景觀指數(shù)之間不滿足相互獨(dú)立的統(tǒng)計(jì)性質(zhì),也就是說(shuō)有些景觀指數(shù)之間具有高度的相關(guān)性?？紤]到景觀是一個(gè)由異質(zhì)的斑塊—廊道—基質(zhì)所組成的鑲嵌體,而斑塊則是景觀格局中最普遍的形式,所以本文欲從斑塊和景觀鑲嵌體兩個(gè)方面對(duì)柴達(dá)木盆地各分區(qū)的景觀格局進(jìn)行分析。根據(jù)文獻(xiàn),結(jié)合研究目的,對(duì)于斑塊選取了7個(gè)指數(shù),在景觀水平上也選用7個(gè)指數(shù),對(duì)其中具有代表性的指數(shù)作如下分析,其它指數(shù)的計(jì)算均采用FRAGSTATS的公式和計(jì)算方法。(1)生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)它所度量的是景觀的組分,可以作為確定景觀中優(yōu)勢(shì)元素的依據(jù)之一,也是決定景觀中的生物多樣性、優(yōu)勢(shì)種和數(shù)量等生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)的重要因素。其公式為:ΡLAΝD=n∑j=1aijA×100%(1)PLAND=∑j=1naijA×100%(1)式中,i為斑塊類(lèi)型;j為斑塊的數(shù)目;aij是第i類(lèi)斑塊中第j個(gè)的面積;A是總的景觀面積。(2)景觀mps的測(cè)定它所代表的是一種平均狀況,在景觀格局分析中可以指示景觀的破碎程度,一個(gè)具有較小MPS值的景觀比一個(gè)具有較大MPS值的景觀更破碎。計(jì)算公式如下:ΜΡSi=n∑j=1aijni(110000)MPSi=∑j=1naijni(110000);MPS=AΝ(110000)(2)AN(110000)(2)式中,i,j,aij,A意義同上;N為景觀中斑塊總數(shù)。(3)人為景觀特征是反映景觀格局總體特征的重要指標(biāo),它在一定程度上也反映了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響。一般來(lái)說(shuō),受人類(lèi)活動(dòng)干擾小的自然景觀的分?jǐn)?shù)維值高,而受人類(lèi)活動(dòng)影響大的人為景觀的分?jǐn)?shù)維值低。其計(jì)算公式為:AWΜΡFDi=n∑j=1[(2ln0.25pijlnaij)(aijn∑j=1aij)]AWMPFDi=∑j=1n[(2ln0.25pijlnaij)(aij∑j=1naij)]AWΜΡFD=m∑i=1n∑j=1[(2ln0.25pijlnaij)(aijA)](3)AWMPFD=∑i=1m∑j=1n[(2ln0.25pijlnaij)(aijA)](3)式中,i,j,aij,A意義同上;pij為斑塊ij的周長(zhǎng)。(4)確定斑塊的面積可以度量同類(lèi)型斑塊間的鄰近程度以及景觀的破碎度,如MPI值小,表明同類(lèi)型斑塊間離散程度高或景觀破碎程度高;MPI值大,表明同類(lèi)型斑塊間鄰近度高,景觀連接性好。其計(jì)算公式如下:ΜΡΙi=n∑j=1n∑s=1aijsh2ijsniMPIi=∑j=1n∑s=1naijsh2ijsni;ΜΡΙ=m∑i=1n∑j=1n∑s=1aijsh2ijsΝ(4)MPI=∑i=1m∑j=1n∑s=1naijsh2ijsN(4)式中,i,j,N的意義同上;s為定距離內(nèi)的斑塊數(shù)目;hijs為給定距離之內(nèi)的斑塊ijs之間的距離;aijs為離斑塊ij指定距離內(nèi)的同類(lèi)斑塊ijs的面積。離斑塊ij指定距離內(nèi)同類(lèi)斑塊ij與斑塊ij的距離。(5)景觀多樣性指數(shù)是一種基于信息理論的測(cè)量指數(shù),它能反映景觀異質(zhì)性。SDI的大小反映景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化。當(dāng)景觀為均質(zhì)時(shí),其多樣性指數(shù)為0,當(dāng)各景觀類(lèi)型所占比例相等時(shí),其景觀的多樣性為最高;各景觀類(lèi)型所占比例差異增大,則景觀的多樣性下降。其計(jì)算公式如下:SDΙ=-m∑i=1[pi×lnpi](5)SDI=?∑i=1m[pi×lnpi](5)式中,pi是第i類(lèi)斑塊體占景觀總面積的比例;m是研究區(qū)景觀斑塊體的類(lèi)型總數(shù)。(6)下法院里的直地帶性植被ij描述景觀空間格局最重要的指標(biāo)之一。IJI對(duì)那些受到某種自然條件嚴(yán)重制約的生態(tài)系統(tǒng)的分布特征反映顯著,如山區(qū)的各種生態(tài)系統(tǒng)顯著受垂直地帶性的作用,其分布多呈環(huán)狀,IJI值一般較低;而干旱區(qū)中的許多過(guò)渡植被類(lèi)型受制于水的分布與多寡,彼此鄰近,IJI值一般較高。其單位為百分比,范圍:0<IJI≤100。ΙJΙi=-m1∑k=1[(eikm1∑k=1eik)ln(eikm1∑k=1eik)]ln(m-1)×100(6)式中,i,m意義同上;k=1,...,m表示斑塊類(lèi)型;eik表示與類(lèi)型為k的斑塊相鄰的斑塊ij的邊長(zhǎng)。3柴達(dá)木盆地景觀格局指數(shù)計(jì)算根據(jù)柴達(dá)木盆地水資源空間分布的差異性(表1),并結(jié)合土地利用狀況,得到柴達(dá)木盆地各分區(qū)土地利用景觀柵格圖。利用景觀分析軟件FRAG-STATS對(duì)各區(qū)域進(jìn)行景觀格局指數(shù)的計(jì)算。斑塊類(lèi)型的各景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2,景觀水平上的指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)各分區(qū)的結(jié)果分析如下:3.1平均鄰近指數(shù)及斑塊大小該區(qū)年降水量是整個(gè)柴達(dá)木盆地最低的,僅有65mm,而年蒸發(fā)量卻高達(dá)1723mm。景觀類(lèi)型以草地和由荒漠組成的未利用土地為主,占全區(qū)總面積的99.22%,是該區(qū)域的優(yōu)勢(shì)景觀。其中,草地的斑塊平均大小是柴達(dá)木盆地中最高的,未利用土地的斑塊平均高達(dá)34681.71hm2,反映了這兩種類(lèi)型的斑塊粒徑粗大,連通性好。在平均鄰近指數(shù)方面,草地和未利用土地的值遠(yuǎn)比水域和城鎮(zhèn)工礦用地高得多,反映了它們的景觀破碎程度較低,而水域和城鎮(zhèn)工礦用地的景觀破碎程度較高,集聚程度低。城鎮(zhèn)工礦用地的面積僅占很小的比例,但其平均斑塊周長(zhǎng)面積比卻是該區(qū)中最大的,說(shuō)明這一類(lèi)型斑塊零星散布在主要的斑塊類(lèi)型之間,反映人類(lèi)活動(dòng)對(duì)本地區(qū)的影響很小。從景觀水平上看,該景觀區(qū)的平均斑塊大小最大,具有較高的平均斑塊周長(zhǎng)面積比,同類(lèi)斑塊間距離較近,聚集分布,連通性好;景觀豐度較低,但均勻性好,多樣性指數(shù)不高,具有較高的蔓延度。3.2對(duì)景觀類(lèi)型的連通性分析該區(qū)的優(yōu)勢(shì)景觀也是草地和未利用土地,它們分別占29.87%,69.33%。其中未利用土地所占的比值是整個(gè)柴達(dá)木盆地中最高的,同時(shí)它的平均斑塊大小較高,說(shuō)明了該景觀類(lèi)型的連通性好;草地的平均斑塊大小不是很高,但分形指數(shù)的值較高,說(shuō)明該景觀類(lèi)型的破碎程度比未利用土地的大,形狀復(fù)雜。水域和城鎮(zhèn)工礦用地兩個(gè)景觀類(lèi)型所占的比例小,僅占0.78%,但斑塊的類(lèi)型較多,它們分散鑲嵌在荒漠景觀之中;水域的斑塊個(gè)數(shù)少,平均鄰近指數(shù)為0,而且平均斑塊周長(zhǎng)面積比在本景觀區(qū)是最小的,說(shuō)明它們分布很離散。從景觀水平上,本區(qū)的Shannon多樣性指數(shù)是最低的,蔓延度指數(shù)和散布與并列指數(shù)也不高,但平均鄰近指數(shù)卻最高,說(shuō)明該景觀區(qū)的景觀豐度較低,連通性好。3.3平均斑塊大小及鄰近指數(shù)在該景觀區(qū)中,水分條件較好,年降水量?jī)H次于都蘭河希賽區(qū),蒸發(fā)量為柴達(dá)木盆地中最小的,所以類(lèi)型數(shù)量比前兩個(gè)景觀區(qū)多。未利用土地所占的比例下降為40.53%,草地所占的比例略有上升;這兩種景觀類(lèi)型在本區(qū)中仍占有優(yōu)勢(shì)地位,它們的平均斑塊大小以及平均鄰近指數(shù)都較高,說(shuō)明這兩個(gè)景觀類(lèi)型斑塊粒徑粗大,景觀破碎程度較低,連通性強(qiáng)。耕地、林地、水域以及城鎮(zhèn)工礦用地等所占的比例為4.07%,其中耕地和城鎮(zhèn)工礦用地平均鄰近指數(shù)較小,說(shuō)明這些斑塊類(lèi)型離散分布于優(yōu)勢(shì)景觀中,且周?chē)陌邏K類(lèi)型少。林地和水域的斑塊數(shù)量較多,所占的比例較大,是該景觀區(qū)中重要的景觀類(lèi)型,它們的散布與并列指數(shù)較高且均大于50,說(shuō)明這些景觀周?chē)渌坝^類(lèi)型相對(duì)多一些,而且分布也比較均勻。在景觀水平上,有較高的分形指數(shù),景觀多樣性指數(shù)明顯高于前兩個(gè)景觀區(qū),反映了該區(qū)域的景觀類(lèi)型較為豐富,景觀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,人類(lèi)活動(dòng)比較強(qiáng)烈。3.4草地和熔礦操作場(chǎng)區(qū)該區(qū)年降水量121.8mm,蒸發(fā)量達(dá)1543.2mm,其景觀類(lèi)型稍有不同。以荒漠為主的未利用土地占58.57%,草地占30.84%。它們的平均斑塊大于其它斑塊,說(shuō)明它們的景觀破碎程度低,未利用土地的鄰近指數(shù)為該景觀區(qū)內(nèi)最高值,其次為草地,反映它們?cè)诳臻g上的分布比較集中,連通性好。城鎮(zhèn)工礦用地僅有一個(gè)斑塊,反映了人類(lèi)的活動(dòng)在這一景觀區(qū)中有限。該區(qū)的徑流量在整個(gè)柴達(dá)木盆地中是最大的,使得水域和林地所占的比例有較大提高,它們共占10.59%。這些斑塊類(lèi)型的平均斑塊周長(zhǎng)面積比都較低,散布與并列指數(shù)較高,說(shuō)明這兩種斑塊類(lèi)型的景觀破碎度較高,離散分布在其它斑塊類(lèi)型中,分布較均勻。景觀水平上,該區(qū)的斑塊平均大小僅次于茫崖冷湖荒漠景觀區(qū),平均斑塊周長(zhǎng)面積比為最低,僅為29.09,蔓延度指數(shù)在該區(qū)中為最低,反映了該區(qū)的景觀類(lèi)型分布較為聚集;Shannon多樣性指數(shù)為整個(gè)景觀區(qū)中最高,平均鄰近指數(shù)也比較高,說(shuō)明該區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、類(lèi)型比較豐富、異質(zhì)性較強(qiáng)。3.5景觀破碎程度的測(cè)度格爾木景觀區(qū)的景觀類(lèi)型較多,其中未利用土地仍占優(yōu)勢(shì),其次是草地。它們的斑塊平均大小遠(yuǎn)比其它景觀類(lèi)型大,而且它們的平均斑塊分形指數(shù)也較高,說(shuō)明這些占優(yōu)勢(shì)的景觀類(lèi)型斑塊粒徑粗大,連通性好,景觀的破碎程度低。耕地、城鎮(zhèn)工礦用地的斑塊個(gè)數(shù)少,所占面積也不大,但它是人類(lèi)生產(chǎn)、生活的主要環(huán)境。它們的平均斑塊都較小,反映了景觀破碎程度較高,受人類(lèi)活動(dòng)影響較大。同時(shí)耕地的散布與并列指數(shù)最高,反映了水在耕地和林地的分布中起主要作用。在景觀水平上,Shannon多樣性指數(shù)較大,蔓延度指數(shù)和散布與并列指數(shù)較高,景觀具有較高的多樣性,類(lèi)型豐富,景觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3.6各地域景觀連接性分析該區(qū)年徑流量達(dá)10.37×108m3,且地下水資源豐富,可利用水資源總量最高。由于該區(qū)水分條件好,景觀類(lèi)型豐富,含蓋了所有的類(lèi)型。草地景觀占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),比例高達(dá)62.98%,其平均鄰近指數(shù)最大,景觀連接性好,景觀破碎程度低。耕地、園地和城鎮(zhèn)工礦用地的分形指數(shù)均較小,而平均斑塊較大,說(shuō)明它們的景觀破碎程度較高,離散分布于其它斑塊類(lèi)型之間。林地和水域與沼澤類(lèi)型的景觀由于水資源比較豐沛,它們的平均斑塊較大,粒徑較粗。在景觀水平上,其分形指數(shù)為整個(gè)柴達(dá)木盆地景觀區(qū)中最高,也有較高的景觀多樣性指數(shù),反映了該區(qū)的斑塊形狀復(fù)雜,分布離散,景觀類(lèi)型豐富,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,異質(zhì)性強(qiáng)。3.7斑塊長(zhǎng)度面積比都蘭河希賽景觀區(qū)的年降水量是整個(gè)柴達(dá)木盆地中最高的,區(qū)內(nèi)河流不多,但單位面積擁有的水資源量最多,所以該區(qū)的水分條件優(yōu)越。該區(qū)除園地之外擁有所有景觀類(lèi)型,優(yōu)勢(shì)景觀的草地占72.40%,其平均斑塊周長(zhǎng)面積比為全區(qū)最大,同時(shí)也有較高的分形指數(shù),反映了草地類(lèi)型的粒徑粗、連通性強(qiáng)。未利用土地所占的比值僅有15.05%,而且平均斑塊不是很大,平均鄰近指數(shù)、平均斑塊周長(zhǎng)面積比不高,這些都說(shuō)明了未利用土地在該景觀區(qū)中分布不均勻,景觀連接性不是很好。耕地和城鎮(zhèn)工礦用地以及水域與沼澤的斑塊數(shù)少,分形指數(shù)和平均鄰近指數(shù)都小,分布上是離散鑲嵌在其它類(lèi)型的景觀之中。林地在該區(qū)中占了9.71%,其斑塊個(gè)