水土保持彈性景觀功能與景觀異質(zhì)性關(guān)系研究

楊峰 吳卿 何洪名

摘 要：異質(zhì)性是景觀生態(tài)系統(tǒng)的基本特征，是影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與景觀生態(tài)功能的重要因素。水土保持彈性景觀功能是水土保持與景觀生態(tài)研究的新領(lǐng)域，分析景觀異質(zhì)性與水土保持彈性景觀功能之間的關(guān)系，可為景觀生態(tài)保護(hù)與水土保持規(guī)劃提供依據(jù)。以出山店水庫(kù)大壩以上至92 m水位庫(kù)區(qū)尾水上游第一條流域面積大于100 km2的支流為研究區(qū)，基于3S技術(shù)進(jìn)行人機(jī)交互解譯并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，獲得研究區(qū)耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域和未利用地等6類(lèi)景觀要素圖斑16 686個(gè)，進(jìn)而分析斑塊平均面積Ai、景觀優(yōu)勢(shì)度Di、景觀要素斑塊相對(duì)密度PDi與水土保持彈性景觀功能ET之間的關(guān)系。結(jié)果表明：水土保持彈性景觀功能ET與斑塊平均面積Ai、景觀優(yōu)勢(shì)度Di之間具有正相關(guān)關(guān)系，即斑塊平均面積Ai、景觀優(yōu)勢(shì)度Di越大水土保持彈性景觀功能ET越大;水土保持彈性景觀功能ET與景觀要素斑塊相對(duì)密度PDi具有負(fù)相關(guān)關(guān)系，即PDi值越大ET值越小。

關(guān)鍵詞：水土保持;彈性景觀功能;景觀異質(zhì)性;出山店水庫(kù)

中圖分類(lèi)號(hào)：S157.2;TV62 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.017

Abstract： Heterogeneity is the basic characteristic of landscape ecosystem and an important factor affecting ecosystem stability and landscape ecological function. The elastic landscape function of soil and water conservation is a new field based on soil and water conservation and landscape ecological research. The relationship between landscape heterogeneity and elastic landscape function of soil and water conservation can provide basis for landscape ecological protection and soil and water conservation planning. Taking the first tributary of the upper reaches of the tailwater in the upper reaches of the reservoir area above the dam to 92 m of the Chushandian Reservoir as an example， based on 3S technology， 16 686 landscape elements including cultivated land， woodland， grassland， construction land， obtained the water area and unused land， then the relationship between the average plaque area Ai， landscape dominance Di， relative density of landscape element patches PDi and the elastic landscape function of soil and water conservation ET was analyzed. The results show that there is a positive correlation between the elastic landscape function of soil and water conservation ET and plaque area Ai， landscape dominance Di， which is the larger Ai， Di with the larger ET. There is a negative correlation between the ET and the PDi ，which is， the larger PDi value with the smaller ET value.

Key words： soil and water conservation; elastic landscape function; landscape heterogeneity; Chushandian Reservoir

異質(zhì)性是景觀生態(tài)系統(tǒng)的基本特征，是影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與景觀生態(tài)功能的重要因素。有關(guān)學(xué)者對(duì)景觀生態(tài)特征與景觀功能等已開(kāi)展了大量研究，如：鄔建國(guó)[1]提出了景觀生態(tài)基本理論與模型;布仁倉(cāng)等[2]將黃河三角洲劃分為30個(gè)景觀類(lèi)型，對(duì)景觀特征進(jìn)行了量化分析;葛燕等[3]對(duì)如何將景觀設(shè)計(jì)融入水庫(kù)生態(tài)建設(shè)中進(jìn)行了分析;王世巖等[4]對(duì)黃河西霞院水庫(kù)建設(shè)前后生態(tài)景觀進(jìn)行了對(duì)比分析;夏臻等[5]通過(guò)調(diào)整用地比例、提高景觀多樣性等措施，探討了南京新濟(jì)江心洲島作為新興景觀載體的利用途徑;馮璐等[6]提出了基于模塊-網(wǎng)絡(luò)-維度框架體系的彈性景觀基礎(chǔ)理論;Gilberto[7]對(duì)生態(tài)景觀脆弱性、彈性和適應(yīng)能力之間的聯(lián)系進(jìn)行了研究;Aschonitis等[8]對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值穩(wěn)定性和敏感性評(píng)價(jià)的彈性敏感系數(shù)進(jìn)行了研究;王云霞等[9]構(gòu)建生態(tài)彈性力指標(biāo)體系，并分析評(píng)價(jià)了北京地區(qū)生態(tài)彈性力發(fā)展?fàn)顩r;孫意菲等[10]運(yùn)用模糊物元模型，對(duì)三江平原沼澤濕地生態(tài)環(huán)境彈性度及分布規(guī)律進(jìn)行了研究。景觀異質(zhì)性是生態(tài)景觀研究的主要內(nèi)容，水土保持彈性景觀功能是水土保持與景觀生態(tài)研究的新領(lǐng)域，本文以河南省出山店水庫(kù)為例，分析了景觀異質(zhì)性指標(biāo)與水土保持彈性景觀功能的關(guān)系，以期為景觀生態(tài)保護(hù)與水土保持規(guī)劃提供技術(shù)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

（1）自然概況。研究區(qū)為出山店水庫(kù)大壩以上至92 m水位庫(kù)區(qū)尾水上游第一條流域面積大于100 km2的支流，面積為958.09 km2，地貌類(lèi)型主要為低山、丘陵、崗地和河谷，土壤類(lèi)型主要為水稻土和黃棕壤;屬北亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，年降水量800～1 200 mm，多年平均氣溫為15.0 ℃;植被以落葉針闊葉林為主，常綠針闊葉林與落葉針闊葉林并存，具有南北方樹(shù)種草種兼?zhèn)涞奶攸c(diǎn);生態(tài)系統(tǒng)主要有森林、灌叢、草地、農(nóng)田、河流、村鎮(zhèn)等類(lèi)型;水土流失以水力侵蝕為主，輕度及以上土壤侵蝕面積占總面積的11.49%。

（2）景觀要素。以小流域（面積大于5 km2）或小流域片（面積小于5 km2的幾條小流域連片）為單元，將研究區(qū)劃分為33個(gè)景觀單元。對(duì)2018年分辨率為2 m的GF-2遙感影像與1∶5萬(wàn)DEM進(jìn)行鑲嵌套合，基于3S技術(shù)進(jìn)行人機(jī)交互解譯及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，獲得研究區(qū)耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域和未利用地等6類(lèi)景觀要素圖斑16 686個(gè)，其中耕地2 111個(gè)、林地2 917個(gè)、草地605個(gè)、水域6 967個(gè)、建設(shè)用地3 491個(gè)、未利用地595個(gè)，見(jiàn)表1。

2 景觀異質(zhì)性與水土保持彈性景觀功能

2.1 景觀要素與異質(zhì)性特征指標(biāo)

（1）斑塊平均面積。景觀單元中景觀要素斑塊規(guī)模平均水平用景觀要素斑塊面積算術(shù)平均值表征，計(jì)算公式為式中：Ai為第i類(lèi)景觀要素斑塊平均面積;Ni為第i類(lèi)景觀要素斑塊總數(shù);Aij為第i類(lèi)景觀要素第j斑塊的面積。

（2）斑塊密度。斑塊密度包括景觀斑塊密度PD和景觀要素斑塊密度PDi兩個(gè)特征指標(biāo)，PD為單位面積景觀要素的斑塊數(shù)，PDi為單位面積第i類(lèi)景觀要素的斑塊數(shù)，計(jì)算公式分別為式中：M為景觀要素的種類(lèi)數(shù);A為景觀單元總面積（即研究區(qū)總面積）。

（3）優(yōu)勢(shì)度。優(yōu)勢(shì)度反映種群在群落結(jié)構(gòu)中的地位和作用，第i類(lèi)景觀要素的優(yōu)勢(shì)度用Di表示，優(yōu)勢(shì)度越高景觀受其控制程度越高，景觀中若不存在顯著優(yōu)勢(shì)度景觀要素則表明景觀異質(zhì)性較高。優(yōu)勢(shì)度與景觀要素相對(duì)密度、頻率、蓋度有關(guān)，計(jì)算公式為

式中：DPi為第i類(lèi)景觀要素的相對(duì)密度，DPi=第i類(lèi)景觀要素斑塊數(shù)/景觀中斑塊總數(shù);DFi為第i類(lèi)景觀要素的相對(duì)頻度，DFi=第i類(lèi)景觀要素斑塊出現(xiàn)樣點(diǎn)數(shù)/景觀網(wǎng)格樣點(diǎn)總數(shù);DCi為第i類(lèi)景觀要素相對(duì)蓋度，DCi=第i類(lèi)景觀要素總面積/景觀總面積。

2.2 水土保持彈性景觀功能

式中：ET為水土保持彈性景觀功能，閾限為0～5，其值越大表明土壤侵蝕越輕微、生態(tài)環(huán)境越優(yōu)良、生態(tài)生產(chǎn)功能越強(qiáng)，其值越小說(shuō)明土壤侵蝕越嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境越惡劣、生態(tài)生產(chǎn)功能越弱;SWij為第i個(gè)水土保持彈性景觀單元第j類(lèi)彈性景觀要素的土壤流失量，t/a;EPih為第i個(gè)水土保持彈性景觀單元第h個(gè)生態(tài)保護(hù)指標(biāo)值;NPPij為第i個(gè)水土保持彈性景觀單元第j類(lèi)彈性景觀要素的凈第一性生產(chǎn)力，kg/（hm2·a）;n為水土保持彈性景觀單元數(shù)，本研究n=33;m為水土保持彈性景觀要素?cái)?shù)，本研究m=4;k為生態(tài)保護(hù)功能指標(biāo)數(shù)，本研究k=5。

2.3 計(jì)算結(jié)果及分析

研究區(qū)33個(gè)景觀單元的景觀要素與異質(zhì)性特征指標(biāo)Ai、PDi、Di和水土保持彈性景觀功能ET計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知：斑塊平均面積Ai最大的景觀要素類(lèi)型為耕地、最小的為水域，景觀要素斑塊密度PDi最大的景觀要素類(lèi)型為水域、最小的為耕地，優(yōu)勢(shì)度Di最大的景觀要素類(lèi)型為耕地、最小的為未利用地，水土保持彈性景觀功能ET最大的景觀要素類(lèi)型為耕地、最小的為未利用地。

按景觀異質(zhì)性指標(biāo)從小到大的順序繪制柱狀圖并與水土保持彈性景觀功能ET值進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖1。由圖1可以看出：水土保持彈性景觀功能ET與斑塊平均面積Ai、景觀優(yōu)勢(shì)度Di之間具有正相關(guān)關(guān)系，即斑塊平均面積Ai、景觀優(yōu)勢(shì)度Di越大水土保持彈性景觀功能ET越大;水土保持彈性景觀功能ET與景觀要素斑塊密度PDi具有負(fù)相關(guān)關(guān)系，即PDi越大ET越小。

3 結(jié) 語(yǔ)

水土保持彈性景觀功能ET與斑塊平均面積Ai、景觀優(yōu)勢(shì)度Di之間具有正相關(guān)關(guān)系，即斑塊平均面積Ai、景觀優(yōu)勢(shì)度Di越大水土保持彈性景觀功能ET越大;水土保持彈性景觀功能ET與景觀要素斑塊密度PDi具有負(fù)相關(guān)關(guān)系，即PDi越大ET越小。

反映景觀要素與景觀異質(zhì)性的指標(biāo)很多，本研究選擇可直接量化的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并初步分析了景觀異質(zhì)性指標(biāo)與水土保持彈性景觀功能ET的關(guān)系，ET與其他景觀特征指標(biāo)的相關(guān)性有待進(jìn)一步研究。

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