蘇 凱 孫小婷 王茵然 陳 龍 岳德鵬

(1.北京林業(yè)大學(xué)精準(zhǔn)林業(yè)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100083; 2.臺(tái)灣大學(xué)地理環(huán)境資源學(xué)系， 臺(tái)北 10617)

0 引言

目前，全球范圍內(nèi)都面臨著環(huán)境破壞和退化的威脅,不合理的經(jīng)濟(jì)開發(fā)加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化[1]。在過去的一個(gè)世紀(jì)里，特別是在干旱地區(qū)，隨著土地開發(fā)規(guī)模和強(qiáng)度的急劇增加，土地荒漠化問題日趨嚴(yán)重[2-5]。中國是世界上土地荒漠化嚴(yán)重的國家之一,最新普查和調(diào)研結(jié)果表明，荒漠化土地面積為261.16萬km2，沙化土地172.12萬km2，近4億人口受到土地荒漠化的影響[6]。有研究表明，我國因荒漠化造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約為人民幣1 281.41億元[7]。為保障我國生態(tài)安全，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，在主體功能區(qū)劃基礎(chǔ)上提出了“兩屏三帶” 國家生態(tài)屏障方案[8]。研究者對(duì)國家生態(tài)屏障區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)行了相關(guān)研究，如王靜等[9]通過對(duì)南方丘陵山地帶NDVI的時(shí)空變化研究，認(rèn)為實(shí)施生態(tài)工程是植被覆蓋度顯著提升的重要原因；辛良杰等[10]研究指出，在內(nèi)蒙古防沙屏障帶，高程對(duì)草地NPP降低的影響力大于降水量與氣溫；王曉峰等[11]從國家尺度研究了“兩屏三區(qū)”生態(tài)系統(tǒng)格局變化及其影響因素。

北方防沙屏障帶作為“兩屏三帶” 國家生態(tài)屏障區(qū)的重要組成部分，對(duì)北方地區(qū)防治荒漠化、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義，在我國生態(tài)安全戰(zhàn)略格局中具有重要地位[12]。雖然有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)格局時(shí)空變化的研究成果和研究方法較多，但針對(duì)北方防沙屏障帶的生態(tài)系統(tǒng)格局演變的研究較少[13]。國家自然資源部(環(huán)境保護(hù)部)曾開展“全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調(diào)查與評(píng)估”項(xiàng)目[14-15]，進(jìn)行“國家生態(tài)屏障帶生態(tài)環(huán)境十年評(píng)估”，但在近10年中，受全球變化及人類活動(dòng)的影響，屏障帶生態(tài)已經(jīng)出現(xiàn)較大變化，已有研究結(jié)果不足以為新的決策提供支撐。定量掌握北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)狀況及結(jié)構(gòu)功能的時(shí)空變化特征，特別是研究其生態(tài)系統(tǒng)正向與逆向轉(zhuǎn)換變化趨勢，評(píng)估生態(tài)保護(hù)對(duì)其發(fā)揮生態(tài)保障功能的作用，可為后續(xù)北方防沙屏障帶監(jiān)測與評(píng)估提供科學(xué)基礎(chǔ)，對(duì)于其管理決策及績效評(píng)估考核具有重要意義[16-19]。

本文以北方防沙屏障帶為研究區(qū)，利用GIS與RS技術(shù)，根據(jù)2005、2010、2015年的MODIS遙感影像，提取7類生態(tài)系統(tǒng)類型及其空間分布數(shù)據(jù)，從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)正向與逆向轉(zhuǎn)換、景觀指數(shù)變化等方面分析北方防沙屏障帶2005—2015年生態(tài)系統(tǒng)格局及其變化，掌握近10年北方防沙屏障帶生態(tài)環(huán)境狀況、動(dòng)態(tài)變化和發(fā)展趨勢，以期為北方防沙屏障帶的生態(tài)保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)和生態(tài)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

北方防沙屏障帶從西往東由塔里木防沙屏障帶、河西走廊防沙屏障帶和內(nèi)蒙古防沙屏障帶構(gòu)成，呈細(xì)長的帶狀橫跨我國北部[20](圖1)。其中塔里木防沙屏障帶位于新疆維吾爾自治區(qū)塔克拉瑪干荒漠北部；河西走廊防沙屏障帶位于甘肅河西走廊地帶，包括甘肅省和青海省部分區(qū)縣；內(nèi)蒙古防沙屏障帶包含遼寧省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)和河北省部分區(qū)縣。共涉及7個(gè)省區(qū)的102個(gè)縣市，總面積89.06萬km2，位于干旱半干旱地帶，年降雨量在30～450 mm，從東到西逐漸減少；年均氣溫為-1.9～13.5℃；屏障帶內(nèi)土壤粗砂含量高， 土壤有機(jī)質(zhì)較低，以荒漠化土地為主；北方防沙屏障帶風(fēng)速較大，據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年平均揚(yáng)沙速度(大于5 m/s)在6.5～8 m/s[4]。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of research area

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究土地覆蓋數(shù)據(jù)來源于MODIS的土地利用產(chǎn)品，來源于美國國家航空航天局(NASA)官網(wǎng)(https:∥ladsweb.nascom.nasa.gov/search)[21]。在該土地覆蓋數(shù)據(jù)中基本的土地覆蓋分類包含了國際地圈生物圈計(jì)劃(International Geosphere Biosphere Programme，IGBP)定義的17類，其中包括11個(gè)自然植被類型、3個(gè)土地開發(fā)和鑲嵌的地類和3個(gè)非草木土地類型定義類。通過投影轉(zhuǎn)換、圖像鑲嵌、裁剪等進(jìn)行圖像的預(yù)處理，對(duì)IGBP的土地覆蓋分類體系進(jìn)行重分類，提取研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)類型信息，見表1。

1.3 研究方法

1.3.1生態(tài)系統(tǒng)格局轉(zhuǎn)移矩陣

生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣能直觀反映研究初期階段和末期階段的生態(tài)系統(tǒng)分類結(jié)構(gòu)[21]，體現(xiàn)了研究期間內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)類型的轉(zhuǎn)變狀況[22]。不同類別的景觀面積占比為

表1 北方防沙屏障帶一級(jí)生態(tài)系統(tǒng)分類體系Tab.1 Classification system of the first-class northern sand control barrier belt

(1)

式中Pij——生態(tài)系統(tǒng)分類體系中基于各級(jí)分類的第i類生態(tài)系統(tǒng)在第j年的面積比例

Sij——生態(tài)系統(tǒng)分類體系中基于各級(jí)分類的第i類生態(tài)系統(tǒng)在第j年的面積

TS——評(píng)價(jià)區(qū)域總面積

n——生態(tài)系統(tǒng)的類型數(shù)

1.3.2PNTIL模型

正向和逆向轉(zhuǎn)換指數(shù)(PNTIL)模型可分析生態(tài)系統(tǒng)格局的演變趨勢[23]?；诟魃鷳B(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生物多樣性，將生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換劃分為正向變化和逆向變化，建立生態(tài)系統(tǒng)正向/逆向轉(zhuǎn)換規(guī)則(表2)，利用北方防沙屏障帶2005—2015年生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣，對(duì)北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)PNTIL進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。正向轉(zhuǎn)換率越大表示生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定；逆向轉(zhuǎn)換率越高表示生態(tài)系統(tǒng)越脆弱。生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換指數(shù)計(jì)算公式為

LCTRi,k=100(ΔSi,k/Si)/t (2)

式中LCTRi,k——第i個(gè)區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)類型向k個(gè)方向的轉(zhuǎn)換率

Si——第i個(gè)區(qū)域內(nèi)所有生態(tài)系統(tǒng)總面積

t——時(shí)間

ΔSi,k——向k類型轉(zhuǎn)換的總面積；k=1表示區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)正向轉(zhuǎn)換率，k=2表示區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)逆向轉(zhuǎn)換率

1.3.3景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)，同時(shí)又是包括干擾在內(nèi)的各種生態(tài)過程在不同尺度上作用的結(jié)果，采用單一研究方法或單一指數(shù)不能全面客觀地反映景觀格局動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜性，同時(shí)不同景觀指數(shù)之間往往存在相關(guān)性[24]， 在利用PNTIL模型評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換趨勢的基礎(chǔ)上，通過定量分析，評(píng)估景觀格局及其變化可以綜合反映生態(tài)環(huán)境狀況。因此本研究通過借鑒學(xué)者研究成果并結(jié)合研究區(qū)實(shí)際特點(diǎn)，在類型水平上分別選取斑塊個(gè)數(shù)(NP)、斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)、平均斑塊面積(AREA_MN)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、某類斑塊所占百分比(PLAND)；在景觀水平上選取斑塊個(gè)數(shù)(NP)、斑塊密度(PD)、邊界密度(ED)、平均斑塊面積(AREA_MN)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、蔓延度(CONTAG)、修正的辛普森均勻度指數(shù)(MSIEI)、聚集度(AI)等景觀格局指數(shù)對(duì)北方防沙屏障帶景觀格局特征變化進(jìn)行綜合分析[25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征

從生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成來看(圖2)，北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型中草地和荒漠分布最廣，其面積約為60萬km2。草地主要分布在塔里木防沙屏障帶的北部、河西走廊防沙屏障帶的中部、內(nèi)蒙古防沙屏障帶的大部分區(qū)域。塔里木防沙屏障帶內(nèi)的荒漠幾乎分布在其南部的塔克拉瑪干荒漠，其他地區(qū)荒漠分布較少；河西走廊防沙屏障帶荒漠主要分布在東南角，為甘新庫姆塔克荒漠，中部零星分布；內(nèi)蒙古防沙屏障帶荒漠主要分布在西南區(qū)域，少量分布在東北地區(qū)，自西向東依次為騰格里荒漠、烏蘭布和荒漠、巴丹吉林荒漠、庫布齊荒漠、毛馬索沙地、渾善達(dá)克沙地和科爾沁沙地?；哪吔缣幰彩巧址植嫉闹饕獏^(qū)域；農(nóng)田集中分布在內(nèi)蒙古；城鎮(zhèn)占比在1%～2%，零星分布于地勢平坦地區(qū)，少有分布于山區(qū)與平原交界處；濕地主要分布在德令哈市、剛察縣和海晏縣，其他地區(qū)呈點(diǎn)狀離散分布，占0.1%～0.2%，以水系為主；裸地和濕地所占面積較少，在8%～10%之間，分布無明顯規(guī)律。

圖2 北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of ecosystem in study area

圖3為北方防沙屏障帶土地利用類型面積及變化率對(duì)比。10年間，北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成變化趨勢較為明顯。森林類型在2010—2015年增幅明顯，總計(jì)面積擴(kuò)增了46 221 km2；城鎮(zhèn)所占面積比例雖小，但是變化率非常高；草地在2005—2010年、2010—2015年均呈上升趨勢，但其在2010—2015年間增幅更為明顯；濕地、耕地和裸地總體均呈減少趨勢；10年間荒漠面積持續(xù)減少，減少32 749 km2，表明治沙效果明顯。

圖3 北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型變化面積與變化率Fig.3 Change area and rate of landscape types in northern sand control barrier belt

從分屏障帶來看，在河西走廊防沙屏障帶，其草地在2010—2015年增幅明顯(圖4)，總計(jì)面積擴(kuò)增了16 049 km2；城鎮(zhèn)所占面積比例雖小，但是變化率非常高，達(dá)到91.83%；荒漠面積持續(xù)減少，10年間減少6 457 km2，治沙效果明顯；森林、濕地、農(nóng)田和裸地總體均呈減少趨勢。

圖4 河西走廊防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型變化面積與變化率Fig.4 Change area and rate of landscape types in Hexi Corridor sand control barrier belt

在內(nèi)蒙古防沙屏障帶(圖5)，森林類型在2010—2015年增幅明顯，總計(jì)擴(kuò)增了25 688 km2；在2005—2010年、2010—2015年草地呈上升趨勢，但其在2010—2015年間增幅更為明顯；隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城鎮(zhèn)面積增長迅速；濕地、農(nóng)田呈減少趨勢，但濕地的變化率較大，達(dá)到58.05%；荒漠面積持續(xù)減少，10年間減少18 822 km2，治沙效果明顯。

圖5 內(nèi)蒙古防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型變化面積與變化率Fig.5 Change area and rate of landscape types in Inner Mongolia sand control barrier belt

塔里木防沙屏障帶(圖6)，在2010—2015年森林類型增幅明顯，總計(jì)面積擴(kuò)增了21 417 km2；在2005—2010年、2010—2015年草地、濕地和裸地呈減少趨勢，但其在2010—2015年間減幅更為明顯；農(nóng)田和城鎮(zhèn)總體均呈增加趨勢；荒漠治理取得一定成效，10年間荒漠面積減少7 057 km2。

圖6 塔里木防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型變化面積與變化率Fig.6 Change area and rate of landscape types in Tarim sand control barrier belt

2.2 北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)景觀格局演變分析

2.2.1生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移類型和轉(zhuǎn)換方向

受氣候變化、人類活動(dòng)等外界干擾因素作用，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定變化，各類型之間產(chǎn)生了類型轉(zhuǎn)換。2005—2010年間，農(nóng)田轉(zhuǎn)出約占總面積的4.32%，其中主要流向草地和森林，面積分別為5 385.7、23 857.3 km2，這表明重要生態(tài)功能區(qū)的退耕還林工程取得顯著效果。城鎮(zhèn)用地面積逐年穩(wěn)定增加，且有轉(zhuǎn)換速度呈逐漸加快趨勢，增加面積主要來自于農(nóng)田，約為2 165.8 km2。約有20 864.1 km2的荒漠轉(zhuǎn)換為草地，1 428.6 km2的荒漠轉(zhuǎn)換為森林，治沙效果明顯。另一方面，有24 238.1 km2草地、5 546.3 km2森林轉(zhuǎn)為農(nóng)田。 由此可見，屏障區(qū)內(nèi)在濫砍濫伐、墾荒復(fù)耕等行為仍存在，仍有2 518.2 km2農(nóng)田、20 204.2 km2草地轉(zhuǎn)為荒漠，由此可見，農(nóng)用地撂荒，草地過度開發(fā)等活動(dòng)仍是造成荒漠化因素。2010—2015年間，草地、農(nóng)田、荒漠等轉(zhuǎn)換程度較前期劇烈。農(nóng)田的轉(zhuǎn)出約占總面積的5.83%，其中主要流向草地和森林，面積分別為11 802.7、31 263.8 km2，同時(shí)有草地29 048.6 km2、森林6 564.8 km2轉(zhuǎn)換為農(nóng)田，總體來說退耕還林工程仍取得一定效果。城鎮(zhèn)用地面積逐年穩(wěn)定增加，且有轉(zhuǎn)換速度逐漸加快的趨勢，增加面積主要來自于農(nóng)田，約為5 489.4 km2。約有53 331.4 km2的荒漠轉(zhuǎn)換為草地，12 387.7 km2的荒漠轉(zhuǎn)換為森林。2005—2015年間，森林與草地、草地與農(nóng)田、城鎮(zhèn)與農(nóng)田、荒漠與草地，這4組類型之間的相互轉(zhuǎn)換較多。同時(shí)可以看出，這10年間各地類之間的轉(zhuǎn)換比例不大但比較明顯。北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣及各子屏障帶的轉(zhuǎn)移方向見表3、圖7～10。

2.2.2生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移趨勢

運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)正向和逆向轉(zhuǎn)換指數(shù)(PNTIL)模型計(jì)算出2005—2010年、2010—2015年各生態(tài)系統(tǒng)正向逆向轉(zhuǎn)換率，如表4所示；同時(shí)進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，得到2005—2010年、2010—2015年屏障區(qū)各區(qū)縣正向和逆向轉(zhuǎn)換率并利用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分級(jí)，如圖11所示。

由表4可以看出，從2005—2015年，森林、草地、濕地生態(tài)系統(tǒng)的逆向轉(zhuǎn)換率均大于正向轉(zhuǎn)換率，這可能表示在2005—2015年北方防沙屏障帶面臨較為嚴(yán)重的生態(tài)破壞、環(huán)境退化等問題；而農(nóng)田、城鎮(zhèn)、荒漠及裸地生態(tài)系統(tǒng)正向轉(zhuǎn)換率高于逆向轉(zhuǎn)換率，表明生態(tài)防治等工程取得了一定進(jìn)展，在2005—2015年北方防沙屏障帶生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)趨勢。所有生態(tài)系統(tǒng)中，城鎮(zhèn)和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)正向轉(zhuǎn)換率明顯高于其他生態(tài)系統(tǒng)，表明通過實(shí)施退耕還林還草、限制經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng)范圍等政策對(duì)生態(tài)系統(tǒng)變化影響程度巨大。

從分布上來看(圖11)，2005—2010年正向轉(zhuǎn)換程度高的地區(qū)集中分布在河西走廊防沙屏障帶和內(nèi)蒙古防沙帶的西部地區(qū)，此處也是退耕還林還草、三北防護(hù)林重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域，而其他區(qū)域正向轉(zhuǎn)換程度低。2010—2015年大部分區(qū)域正向轉(zhuǎn)換程度高，然而塔里木防沙屏障帶內(nèi)的阿克蘇市、阿合奇縣、阿圖什市、柯坪縣、烏什縣、拜城縣，河西走廊防沙屏障帶內(nèi)的德令哈市、天峻縣以及內(nèi)蒙古防沙屏障帶內(nèi)的鑲黃旗環(huán)境改善狀況較差；在研究時(shí)段內(nèi)，北方防沙屏障帶內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)逆向轉(zhuǎn)換普遍較低、轉(zhuǎn)換程度較高的地區(qū)零星分布，這類地區(qū)主要特點(diǎn)為經(jīng)濟(jì)開發(fā)力度較大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)迅速，城鎮(zhèn)化水平較高，故逆向轉(zhuǎn)換程度較高。

2.3 北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)景觀格局變化特征

2.3.1類型尺度

北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)景觀格局類型尺度的景觀指數(shù)如表5所示。草地斑塊數(shù)量最多，其余由多到少依次為森林、農(nóng)田、荒漠、城鎮(zhèn)、濕地、裸地。草地的邊緣密度最大，其余由大到小依次為農(nóng)田、荒漠、森林、裸地、濕地、城鎮(zhèn)。斑塊密度上來說，草地的斑塊密度較高，其次為森林，城鎮(zhèn)和荒漠基本持平，裸地密度最低。荒漠的平均斑塊面積最高，其余由高到低依次為草地、裸地、農(nóng)田、森林、濕地、城鎮(zhèn)。草地與荒漠是主要生態(tài)系統(tǒng)景觀類型，這兩種生態(tài)系統(tǒng)類型所占比例超過64%。草地與農(nóng)田的景觀形狀指數(shù)最大，其次是森林。

表3 2005—2015年北方防沙屏障帶轉(zhuǎn)移矩陣Tab.3 Transfer matrix of northern sand control barrier belt in 2005—2015 km2

圖7 北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換情況Fig.7 Ecosystem transfer in northern sand control barrier belt

圖8 河西走廊防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換情況Fig.8 Ecosystem transfer in Hexi Corridor sand control barrier belt

圖9 內(nèi)蒙古防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換情況Fig.9 Ecosystem transfer in Inner Mongolia sand control barrier belt

圖10 塔里木防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)換情況Fig.10 Ecosystem transfer in Tarim sand control barrier belt

表4 北方防沙屏障帶各生態(tài)系統(tǒng)類型正/逆向轉(zhuǎn)換率Tab.4 Forward/reverse conversion rate in northern sand control barrier belt

圖11 北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換率分布示意圖Fig.11 Distributions of conversion rate in northern sand control barrier belt

從表5可知，北方防沙屏障帶內(nèi)的荒漠景觀所占比例減小的同時(shí)，平均斑塊面積也在減小，而斑塊數(shù)量、形狀指數(shù)、邊緣密度則在增加，而森林、草地的變化趨勢與荒漠正好相反，這說明這10年間荒漠的面積在縮小的同時(shí)，大型的荒漠斑塊逐漸被林、草地分割成多個(gè)斑塊，使得荒漠破碎度增加。城鎮(zhèn)的斑塊數(shù)和斑塊密度在2005—2015年間增幅較為明顯，表明這個(gè)時(shí)期的城市化進(jìn)程較為迅速，使得城鎮(zhèn)的數(shù)量增加。農(nóng)田大體呈現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，說明農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在10年間變動(dòng)較小。而濕地和裸地的景觀比例、斑塊數(shù)量、斑塊密度等指數(shù)變化明顯，2005—2015年呈減小趨勢，表明濕地和裸地可能面臨較大壓力。

河西走廊防沙屏障帶、內(nèi)蒙古防沙屏障帶、塔里木防沙屏障帶內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)景觀格局在類型尺度的景觀指數(shù)特征與北方防沙帶的基本相同，但仍存在地區(qū)差異(圖12～14)。

在河西走廊防沙屏障帶，草地與荒漠是主要生態(tài)系統(tǒng)景觀類型，這兩種生態(tài)系統(tǒng)類型所占比例超過69%；內(nèi)蒙古防沙屏障帶內(nèi)草地則是主要生態(tài)系統(tǒng)景觀類型，所占比例超過40%；而在塔里木防沙屏障帶荒漠是主要生態(tài)系統(tǒng)景觀類型，所占比例超過42%。河西走廊防沙屏障帶、塔里木防沙屏障帶，草地的邊緣密度最大，其余由大到小依次為荒漠、裸地、森林、農(nóng)田、濕地、城鎮(zhèn)。塔里木防沙屏障帶內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)的景觀形狀指數(shù)均最小，表明在塔里木防沙屏障帶內(nèi)各生態(tài)系統(tǒng)的景觀形狀相對(duì)較規(guī)則。在景觀格局指數(shù)變化趨勢上，河西走廊防沙屏障帶內(nèi)森林所占比例在下降，而草地所占比例增加迅速。塔里木防沙屏障帶內(nèi)森林所占比例增加更為明顯。

表5 景觀格局指數(shù)Tab.5 Landscape pattern index

圖12 河西走廊防沙屏障帶景觀格局指數(shù)Fig.12 Landscape pattern index in Hexi Corridor sand control barrier belt

圖13 內(nèi)蒙古防沙屏障帶景觀格局指數(shù)Fig.13 Landscape pattern index in Inner Mongolia sand control barrier belt

圖14 塔里木防沙屏障帶景觀格局指數(shù)Fig.14 Landscape pattern index in Tarim sand control barrier belt

2.3.2景觀尺度

從區(qū)域整體角度出發(fā)，在景觀水平上選取利用斑塊數(shù)、斑塊密度、邊界密度、平均斑塊面積等8個(gè)指數(shù)對(duì)北方防沙屏障帶地的景觀格局特征及變化進(jìn)

行了分析(表6)。結(jié)果顯示：在研究時(shí)段內(nèi)，斑塊數(shù)量、斑塊密度的變化大致同步，呈減少趨勢，而平均斑塊面積則呈先減少后增加趨勢。邊界密度指標(biāo)直接反映了景觀破碎化程度，可以看出10年間邊界密度逐漸減小，即表示景觀被邊界割裂程度變低，說明北方防沙屏障帶的生態(tài)過程活躍度有所減小。景觀形狀指數(shù)反映了斑塊的復(fù)雜程度，形狀指數(shù)越大，斑塊形狀就越不規(guī)則，曲折程度就越高，反之斑塊形狀越規(guī)則越平滑。2005—2015年間，景觀形狀指數(shù)呈先上升后下降趨勢，景觀形狀指數(shù)上升表明景觀斑塊形狀不規(guī)則化增強(qiáng)，易受周圍景觀的影響，后一階段景觀形狀指數(shù)下降，說明景觀斑塊形狀趨于規(guī)則化。2005—2015年間蔓延度略有增加，說明景觀破碎化程度減弱，聚集度變大，而景觀破碎化降低，景觀異質(zhì)性略有減小。景觀內(nèi)各組分所占比例越均勻，均勻度越接近1。

表6 北方防沙帶景觀格局指數(shù)Tab.6 Landscape pattern index in northern sand control barrier belt

從分屏障帶來看，在研究時(shí)段內(nèi)，河西走廊防沙屏障帶內(nèi)斑塊的平均斑塊面積表現(xiàn)為增加的趨勢；內(nèi)蒙古防沙屏障帶內(nèi)的斑塊數(shù)量在不斷減少，形狀指數(shù)卻不斷增大；塔里木防沙屏障帶內(nèi)的斑塊數(shù)量、斑塊密度、形狀指數(shù)是所有防沙屏障中最小，卻擁有最大的平均斑塊面積，同時(shí)，塔里木防沙屏障帶內(nèi)斑塊的斑塊數(shù)量增加，蔓延度指數(shù)卻表現(xiàn)出相反的趨勢(表7)。

表7 北方防沙屏障帶景觀格局指數(shù)Tab.7 Landscape pattern index in northern sand control barrier belt

3 結(jié)論

(1)北方防沙屏障帶生態(tài)系統(tǒng)類型主要以草地和荒漠為主。2010—2015年間生態(tài)系統(tǒng)整體呈穩(wěn)定狀態(tài)，屏障帶內(nèi)森林面積增幅明顯，荒漠面積持續(xù)減少，10年間治沙效果明顯；城鎮(zhèn)面積增長迅速，表明城市化進(jìn)程有所加快。從分屏障帶來看，內(nèi)蒙古防沙屏障帶荒漠面積明顯減少，塔里木防沙屏障帶森林面積增長迅速，而河西走廊防沙屏障帶草地面積明顯增長。

(2)2005—2015年，森林、草地、濕地生態(tài)系統(tǒng)的逆向轉(zhuǎn)換率均大于正向轉(zhuǎn)換率，說明在此期間北方防沙屏障帶面臨較為嚴(yán)重的生態(tài)破壞、環(huán)境退化等問題；農(nóng)田、城鎮(zhèn)、荒漠及裸地生態(tài)系統(tǒng)正向轉(zhuǎn)換率高于逆向轉(zhuǎn)換率，表明生態(tài)改善工程取得了一定進(jìn)展；城鎮(zhèn)和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)正向轉(zhuǎn)換率明顯高于其他生態(tài)系統(tǒng)，說明實(shí)施退耕還林還草、限制經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng)范圍等政策對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響較大。2005—2015年北方防沙屏障帶的生態(tài)環(huán)境在朝好的方向發(fā)展，且2010—2015年間生態(tài)環(huán)境變好趨勢優(yōu)于2005—2010年間生態(tài)環(huán)境變好趨勢。

(3)基于景觀格局指數(shù)分析可知，2005—2015年間，北方防沙屏障帶生態(tài)總體向好，治沙效果明顯，但局部仍面臨較大的壓力。在景觀水平上，北方防沙屏障帶斑塊數(shù)量、斑塊密度呈減少趨勢，平均斑塊面積呈現(xiàn)先減少、后增加趨勢，景觀形狀指數(shù)呈現(xiàn)先上升、后下降趨勢，蔓延度略有增加；在類型水平上，荒漠景觀整體呈現(xiàn)破碎化萎縮的趨勢特征，森林、草地向形狀簡單化的方向發(fā)展。