林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)對(duì)磴口縣景觀格局演變及重心遷移的影響

張啟斌，岳德鵬，于 強(qiáng)，呂 奇，尹 波，馬 歡，李 寧

(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，北京 100083)

林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)對(duì)磴口縣景觀格局演變及重心遷移的影響

張啟斌，岳德鵬*，于 強(qiáng)，呂 奇，尹 波，馬 歡，李 寧

(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，北京 100083)

選取內(nèi)蒙古巴彥淖爾市磴口縣為研究區(qū)，以多種景觀格局分析方法研究了林業(yè)生態(tài)工程背景下2000—2014年縣域景觀格局演變特征，以“包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”與“不包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”2種情形下的景觀轉(zhuǎn)移概率為不同規(guī)則，利用CA/Markov模型模擬了2021年縣域景觀格局演化狀況，著重分析了2種情形下景觀重心遷移特征。結(jié)果表明：2000—2014年間縣域林地、水體、建筑用地明顯增加，沙地明顯減少；林地、沙地、建筑用地、水體動(dòng)態(tài)度較高，各景觀類(lèi)型交錯(cuò)地區(qū)有較高的景觀動(dòng)態(tài)度；水體與林地重心遷向縣域西南，沙地向?yàn)跆m布和沙漠腹地回退明顯。當(dāng)預(yù)測(cè)規(guī)則中包含林業(yè)生態(tài)工程引起的轉(zhuǎn)移概率時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，2021年各景觀類(lèi)型將呈現(xiàn)出生態(tài)較為和諧的演化趨勢(shì)，反之景觀格局則會(huì)出現(xiàn)一定程度的惡化。研究結(jié)果表明，林業(yè)生態(tài)工程對(duì)縣域生態(tài)保護(hù)與荒漠化防治具有決定性作用，是生態(tài)環(huán)境改善的主要原因。

林業(yè)生態(tài)工程；景觀格局演變；重心遷移；磴口縣；CA/Markov模型

景觀生態(tài)學(xué)的核心問(wèn)題之一是景觀格局與生態(tài)過(guò)程間的相互關(guān)系[1-2]。景觀格局反映各景觀要素的空間分布特征與演變趨勢(shì)，并對(duì)生態(tài)過(guò)程產(chǎn)生重要影響[3]。土地沙化及水土流失作為干旱區(qū)典型的2種生態(tài)過(guò)程，受景觀格局變化的影響較大。以景觀生態(tài)學(xué)的原理與方法分析景觀格局演變趨勢(shì)，對(duì)區(qū)域水土保持方案的制定與實(shí)施具有重要意義。

景觀格局一方面受生態(tài)過(guò)程控制，另一方面受到人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)烈影響。林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)作為人類(lèi)活動(dòng)的一種，自實(shí)施以來(lái)較明顯地改變了我國(guó)西部地區(qū)的景觀格局，并且在保持水土、改善生態(tài)環(huán)境、提高植被覆蓋率、維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定等方面發(fā)揮了重要作用[4-5]。我國(guó)的林業(yè)重點(diǎn)工程自二十世紀(jì)八九十年代開(kāi)始陸續(xù)啟動(dòng)，包括天然林保護(hù)工程、退耕還林工程、“三北”防護(hù)林工程以及京津風(fēng)沙源治理工程等，生態(tài)建設(shè)取得整體惡化趨緩、局部治理趨好的良好效果[6]。

烏蘭布和沙漠位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，是防沙治沙的前沿地帶。磴口縣處于烏蘭布和沙漠與河套平原交接的要沖地帶，東依黃河，西接狼山，地理位置關(guān)鍵，生態(tài)環(huán)境脆弱，土壤風(fēng)蝕強(qiáng)烈，土地沙化及水土流失風(fēng)險(xiǎn)較高，同時(shí)縣域引黃水量充足，地下水豐富，工程建設(shè)潛力較大，是林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)的重點(diǎn)地區(qū)。先前針對(duì)磴口縣的有關(guān)研究多從當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度展開(kāi)，主要包括荒漠綠洲景觀演變與驅(qū)動(dòng)力分析、水資源等環(huán)境承載力分析以及生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)等，針對(duì)西部林業(yè)生態(tài)工程對(duì)景觀格局影響的研究仍較為缺乏。以?xún)?nèi)蒙古巴彥淖爾市磴口縣為研究區(qū)，從景觀流轉(zhuǎn)與重心遷移的角度，借助GIS分析方法與CA/Markov模型，對(duì)林業(yè)生態(tài)工程背景下縣域景觀格局演變特征進(jìn)行分析，并構(gòu)建“包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”與“不包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”2種情形下的景觀轉(zhuǎn)移概率矩陣與景觀轉(zhuǎn)移概率圖，模擬2種情形下磴口縣2021年景觀格局特征，重點(diǎn)分析不同景觀類(lèi)型幾何重心的遷移，以研究林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)對(duì)當(dāng)?shù)鼐坝^格局演變的影響，為后續(xù)生態(tài)保護(hù)政策的制定與實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古巴彥淖爾市磴口縣地處107°05′E、40°13N′，內(nèi)蒙古自治區(qū)西南部，面積4 166.6 km2?？h域西側(cè)背靠狼山山脈，黃河流經(jīng)縣域東緣，域內(nèi)河套平原與烏蘭布和沙漠由東北向西南逐漸過(guò)渡。土地沙化風(fēng)險(xiǎn)較高，屬典型的荒漠綠洲交錯(cuò)區(qū)，生態(tài)區(qū)位極為關(guān)鍵。年均氣溫7.6 ℃，年均降雨量144.5 mm，年均蒸發(fā)量2 397.6 mm；年均風(fēng)速3 m·s-1，瞬時(shí)最大風(fēng)速達(dá)28 m·s-1，風(fēng)蝕強(qiáng)烈。黃河流經(jīng)縣域總里程52 km2，徑流量310億m3，地表水體總面積24.1 km2。自二十世紀(jì)八九十年代，陸續(xù)開(kāi)展了包括天然林保護(hù)、退耕還林(還草)、“三北”防護(hù)林等生態(tài)保護(hù)工程，土地沙化進(jìn)程得到一定遏制，生態(tài)環(huán)境得到較大改善。

1.2 數(shù)據(jù)獲取與處理

以研究區(qū)2000、2007、2014年夏季少云的遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，其中2014年的影像來(lái)自Landsat-8 OLI傳感器，2000與2007年的遙感影像來(lái)自Landsat-5 TM傳感器。影像經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，根據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》中的土地利用一級(jí)分類(lèi)體系，結(jié)合研究區(qū)特點(diǎn)，建立分類(lèi)體系(表1)。對(duì)分類(lèi)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲數(shù)據(jù)消除和錯(cuò)分地區(qū)修改，得到研究區(qū)30 m×30 m分辨率最終分類(lèi)結(jié)果(圖1)，解譯結(jié)果經(jīng)實(shí)地驗(yàn)證，分類(lèi)結(jié)果精度良好。

本研究涉及的DEM數(shù)據(jù)為來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云的ASTER GDEM第一版本(V1)數(shù)據(jù)，拼接并裁剪后得到研究區(qū)DEM?？h域坡度、坡向數(shù)據(jù)均基于該DEM數(shù)據(jù)在ArcMap 10.2中處理生成。

表1 磴口縣景觀分類(lèi)體系

Table 1 Landscape classification system in Dengkou County

景觀類(lèi)型Landscapetype所包含土地利用類(lèi)型Landusetypeincluded耕地Cultivatedland水澆地、旱地Irrigatedland,dryland水體Water河渠、湖泊、水庫(kù)、坑塘、灘地Rivers,lakes,reservoirs,pitsorponds,beaches林地Forestryland有林地、灌木林地、疏林地及其他林地Forestedland,shrubland,otherforestland建筑用地Constructionland道路、居民點(diǎn)及其他人工交建筑用地Roads,residentialpoints,otherman-madelandforconstruction沙地Desert沙地、戈壁、鹽堿地、裸土地、裸巖石質(zhì)地Sandylands,gobi,saline-alkaliland,bareland,uncoveredrocks山地Mountain磴口縣域西側(cè)狼山山脈分布區(qū)域LangMountainareaonthewestsideofDengkouCounty

A、B、C分別代表2000、2007、2014年景觀類(lèi)型分布。圖2同F(xiàn)ig. A, B, C represented the distribution of landscape types in 2000, 2007, 2014 in Dengkou County, respectively. The same as in Fig. 2圖1 磴口縣歷年景觀類(lèi)型分布圖Fig.1 Historical landscape type distribution of Dengkou County

1.3 研究方法

1.3.1 景觀格局轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)與密度分析

將景觀轉(zhuǎn)移矩陣看作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在分析不同景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)移數(shù)量的基礎(chǔ)上增加對(duì)于轉(zhuǎn)移方向的考慮，將各景觀類(lèi)型當(dāng)作節(jié)點(diǎn)，以各景觀類(lèi)型間的轉(zhuǎn)移當(dāng)作邊，轉(zhuǎn)移量的大小當(dāng)作邊的屬性，繪制景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)[7]。利用ArcMap 10.2的空間分析模塊，計(jì)算景觀格局轉(zhuǎn)移的空間密度[8-9]。

1.3.2 景觀格局動(dòng)態(tài)度

單一景觀類(lèi)型動(dòng)態(tài)度[10]的計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

Aic=Aia+Aib。

(3)

式(1)～(3)中：t1為監(jiān)測(cè)期初；t2為監(jiān)測(cè)期末；Aia為第i種景觀類(lèi)型在t1到t2時(shí)間段內(nèi)的轉(zhuǎn)出速率；Aib為第i種景觀類(lèi)型在t1到t2時(shí)間段內(nèi)的新增速率；Aic為第i種景觀類(lèi)型在t1到t2時(shí)間段內(nèi)的總動(dòng)態(tài)度；Ui為監(jiān)測(cè)時(shí)段t1到t2之間，第i種景觀類(lèi)型未變面積，km2；U(i,t1)為第i種景觀類(lèi)型在監(jiān)測(cè)期初的面積，km2；U(i,t2)為第i種景觀類(lèi)型在監(jiān)測(cè)期末的面積，km2。

1.3.3CA/Markov模型

將元胞自動(dòng)機(jī)與馬爾科夫鏈結(jié)合可得到CA/Markov模型，既可提高景觀模擬精度，又可充分考慮空間因素[11-12]。利用該模型，構(gòu)建“包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”與“不包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”兩種情形下的景觀轉(zhuǎn)移概率矩陣，并生成與之相應(yīng)的空間轉(zhuǎn)移概率圖，在上述2種條件下分別預(yù)測(cè)2021年磴口縣景觀格局，通過(guò)對(duì)比預(yù)測(cè)結(jié)果分析林業(yè)生態(tài)工程對(duì)未來(lái)縣域景觀格局的影響，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

(1)分別計(jì)算“包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”與“不包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”兩種情形下的景觀轉(zhuǎn)移概率矩陣。

(2)計(jì)算景觀空間轉(zhuǎn)移概率。在轉(zhuǎn)移概率矩陣與各景觀類(lèi)型空間適宜性圖集[13]的基礎(chǔ)上，增加對(duì)景觀空間轉(zhuǎn)移概率的考慮。分別對(duì)包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量與不包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量?jī)煞N情形下的景觀空間轉(zhuǎn)移密度進(jìn)行歸一化處理，作為對(duì)應(yīng)情況的景觀空間轉(zhuǎn)移概率。

(3)確定元胞自動(dòng)機(jī)濾波器。采用5×5濾波器定義鄰域，即某元胞在下一時(shí)刻的演化狀態(tài)，由以該元胞為中心的5×5個(gè)元胞空間內(nèi)其他元胞的狀態(tài)決定。

(4)確定元胞演化適宜性圖集。根據(jù)《水土保持工作條例》，結(jié)合磴口縣域環(huán)境特點(diǎn)，評(píng)價(jià)各景觀類(lèi)型在縣域空間的適宜度，并生成景觀轉(zhuǎn)移適宜性圖集，具體規(guī)則設(shè)置如表2所示。

(5)以C#為編程語(yǔ)言，在.NetFrameWork4.0框架下編寫(xiě)模擬程序，完成2種情形下的模擬，程序的具體算法如下。①確定縣域首個(gè)像元當(dāng)前景觀類(lèi)型Ci，基于元胞自動(dòng)機(jī)鄰域規(guī)則以及景觀演變適宜性圖集確定當(dāng)前像元將要演化成的景觀類(lèi)型Cj；②確定該像元處縣域景觀空間轉(zhuǎn)移概率R1，并生成一隨機(jī)數(shù)R2，通過(guò)R1與R2的大小比較確定演變是否發(fā)生；③根據(jù)景觀格局轉(zhuǎn)移概率矩陣確定演化期初與演化期末由Ci演變?yōu)镃j的景觀面積T，將T與迭代次數(shù)作比，得到此次迭代中Ci到Cj的演化面積Tij，若此次迭代中Ci到Cj的總演化面積小于Tij，則演化發(fā)生，否則不發(fā)生；④以同樣的運(yùn)算步驟遍歷所有像元，之后進(jìn)入下一迭代過(guò)程，直至迭代次數(shù)完成。

1.3.4 景觀格局重心遷移分析

景觀格局重心遷移分為平面重心遷移、坡度重心遷移以及垂直重心遷移，分別用以研究土地利用在平面位置、坡度及高程上的變化[14]。本研究只針對(duì)區(qū)域內(nèi)景觀格局的平面重心進(jìn)行研究，分析地理二維時(shí)空內(nèi)不同景觀類(lèi)型的演化過(guò)程。景觀平面重心的計(jì)算模型為：

表2 各景觀類(lèi)型空間適宜度評(píng)價(jià)因子

Table 2 Spatial suitability evaluation factors of each landscape type

景觀類(lèi)型Landscapetype因子Factors適宜性條件Suitabilitycondition耕地Cultivatedland坡度Slope越小越適宜,適宜度上限為25°Thesmallerthemoreappropriate,andupperlimitofsuitabilityis25°與當(dāng)前景觀距離Distancefromthecurrentlandscape越小越適宜Thesmallerthemoreappropriate建筑用地Constructionland與主要道路距離Distancefromthemainroad越小越適宜Thesmallerthemoreappropriate坡度Slope越小越適宜,適宜度上限為15°Thesmallerthemoreappropriate,andupperlimitofsuitabilityis15°與當(dāng)前景觀距離Distancefromthecurrentlandscape越小越適宜Thesmallerthemoreappropriate林地Forestryland坡度Slope越小越適宜,適宜度上限為30°Thesmallerthemoreappropriate,andupperlimitofsuitabilityis30°坡向Aspect南向、東北、西北設(shè)置為0.5,東南西南為1,東西兩向設(shè)置為0.75,北向設(shè)置為0.25Setsouthaspect,north-eastandnorth-westaspectto0.5,south-eastandsouth-westto1,eastandwestto0.75,andnorthaspectto0.25與當(dāng)前景觀距離Distancefromthecurrentlandscape越小越適宜Thesmallerthemoreappropriate水體Water與當(dāng)前景觀距離Distancefromthecurrentlandscape越小越適宜Thesmallerthemoreappropriate山地Mountain當(dāng)前景觀分布區(qū)域?yàn)?,其他區(qū)域?yàn)?Setthecurrentlandscapeareato1,andtheotherareato0沙地景觀Desert不設(shè)置適宜度Didnotsettheappropriatedegree

(4)

(5)

式(4)～(5)中，Xt、Yt分別為第t年某種景觀類(lèi)型分布重心的橫縱坐標(biāo)；Cti為第t年該景觀類(lèi)型第i個(gè)斑塊的面積，km2；Xi、Yi分別為第i個(gè)斑塊的幾何重心坐標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 磴口縣景觀格局流轉(zhuǎn)過(guò)程與空間轉(zhuǎn)移密度分析

由景觀格局轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)可知，2000—2014年間各景觀類(lèi)型間的轉(zhuǎn)移關(guān)系共有24種(圖2-C)，其中，林地、耕地、沙地與建筑用地間的互相轉(zhuǎn)移累計(jì)貢獻(xiàn)率占整個(gè)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)的78.06%，決定了該時(shí)段內(nèi)縣域景觀格局的整體變化特征。14 a間：耕地向林地轉(zhuǎn)移184.77 km2，占整個(gè)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)的12.39%；沙地向林地轉(zhuǎn)移320.37 km2，占整個(gè)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)的21.49%，在所有沙地向林地的轉(zhuǎn)移面積中，林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)起到了決定性作用，建設(shè)面積幾乎包含了所有沙地向林地的轉(zhuǎn)移；林地向耕地景觀轉(zhuǎn)移196.31 km2，占整個(gè)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)的13.17%；耕地向建筑用地轉(zhuǎn)移124.86 km2，占整個(gè)轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)的8.37%。不同時(shí)段內(nèi)，研究區(qū)景觀格局表現(xiàn)出了不同的轉(zhuǎn)移情況：2000—2007年，上述4種景觀類(lèi)型累計(jì)轉(zhuǎn)移貢獻(xiàn)率為69.26%，其中沙地向林地轉(zhuǎn)移占30%，是該時(shí)段內(nèi)磴口縣景觀格局變化最鮮明的特點(diǎn)(圖2-A)；2007—2014年上述4種景觀類(lèi)型的累計(jì)貢獻(xiàn)率為79.91%，呈上升趨勢(shì)，其中沙地向林地的轉(zhuǎn)移仍

有最高的貢獻(xiàn)率(圖2-B)。綜上，在林業(yè)生態(tài)工程的持續(xù)實(shí)施下，十幾年來(lái)磴口縣域尺度上景觀格局發(fā)生了較為明顯的演變，大量沙地與部分耕地被治理為林地，同時(shí)水體面積逐年增加，林業(yè)生態(tài)工程效果顯著。

由景觀格局空間轉(zhuǎn)移密度分析可知，2000—2014年間，景觀變化熱點(diǎn)區(qū)域總體呈斑點(diǎn)狀分布，密度較高地區(qū)與耕地、林地、沙地景觀的邊緣分布大致相同(圖3)，這表明沙地與林地景觀交錯(cuò)處仍面臨較高的沙化風(fēng)險(xiǎn)。不同時(shí)段景觀類(lèi)型演變的空間集聚特征又有不同特點(diǎn)：2000—2007年，轉(zhuǎn)移密度最大值為24.5364，且演變多發(fā)生于縣域中部(圖3-A)；2007—2014年，景觀轉(zhuǎn)移密度最大值為24.4566，其空間分布向東略有遷移(圖3-B)，這主要由退耕還林等政策以及東部水體面積增加引起，去除該時(shí)段內(nèi)由林業(yè)生態(tài)工程造成的轉(zhuǎn)移發(fā)現(xiàn)，縣域轉(zhuǎn)移密度最大值下降了0.2，沙漠邊緣地區(qū)轉(zhuǎn)移密度明顯減少(圖3-C)，表明生態(tài)工程建設(shè)對(duì)縣域沙地向生態(tài)用地的轉(zhuǎn)化發(fā)揮了關(guān)鍵作用；2000—2014年，景觀格局轉(zhuǎn)移空間集聚度最高(圖3-D)，這主要是由于2000與2014年相隔年限較長(zhǎng)導(dǎo)致，密度較高部分主要集中于奈倫湖、狼山山前、沙漠邊緣以及縣域東部耕地與林地交錯(cuò)處，綜合反映了十幾年間縣域景觀格局轉(zhuǎn)移特點(diǎn)。各時(shí)段內(nèi)景觀格局演變的集聚特征表現(xiàn)出與水體景觀演變的正相關(guān)性，這主要是由于磴口縣處于干旱區(qū)，其他景觀的分布受水體的影響很大，因此在磴口縣進(jìn)行的各項(xiàng)生態(tài)保護(hù)與景觀優(yōu)化措施，應(yīng)著重考慮水體景觀的影響。

2.2 磴口縣景觀格局動(dòng)態(tài)度分析

經(jīng)景觀格局動(dòng)態(tài)度分析可知， 2000—2007年，水體與建筑用地動(dòng)態(tài)度為同期最大(圖4)，均超過(guò)20%，且新增速率明顯高于轉(zhuǎn)移速率。水體較高的新增速率主要是因?yàn)闀r(shí)段內(nèi)當(dāng)?shù)卮罅﹂_(kāi)展植被恢復(fù)與水土保持工程，建筑用地較高的轉(zhuǎn)移速率反映出磴口縣城市化進(jìn)程對(duì)土地的需求，同時(shí)兩種景觀基礎(chǔ)面積較小，較小的絕對(duì)面積變化即會(huì)引起動(dòng)態(tài)度的較大變化(圖5)。林地與沙地的動(dòng)態(tài)度較上述兩種景觀類(lèi)型明顯較小，但沙地的轉(zhuǎn)出速率為同期最大(圖4)，且由于這兩種景觀類(lèi)型面積基數(shù)大，其實(shí)際轉(zhuǎn)移面積遠(yuǎn)大于其他景觀類(lèi)型(圖5)。林地的新增速率則明顯高于轉(zhuǎn)移速率，反映出該景觀類(lèi)型的增加趨勢(shì)。

圖2 磴口縣景觀格局轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)Fig.2 Landscape pattern transfer network in Dengkou County

A表示2000—2007年，B表示2007—2014年，C表示2007—2014年去除林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)面積后的轉(zhuǎn)移密度，D表示2000—2014年Fig. A represented the period from 2000 to 2007. Fig. B represented the period from 2007 to 2014. Fig. C represented the transfer density from 2007 to 2014 when the transfer area caused by forestry ecological project was not considered. D represented the period from 2000 to 2014圖3 磴口縣景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)移密度分布圖Fig.3 Landscape transfer density in Dengkou County

圖4 磴口縣各景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)移速率變化Fig.4 Landscape transfer rate in Dengkou County

2007—2014年，各景觀類(lèi)型的動(dòng)態(tài)度與上一時(shí)段較為相似，水體與建筑用地的動(dòng)態(tài)度依然為同期最大，但耕地的轉(zhuǎn)移速率上升較明顯，新增速率明顯下降，總的動(dòng)態(tài)度超過(guò)了沙地與林地，該結(jié)果表明有大面積的耕地轉(zhuǎn)移為其他景觀類(lèi)型，反映出該時(shí)段內(nèi)研究區(qū)城鎮(zhèn)化速率的加快對(duì)于耕地的占用以及退耕還林等工程的效果。

綜上，2000—2014年，縣域景觀格局的演變包含生態(tài)工程建設(shè)與城鎮(zhèn)化2個(gè)主題：一方面縣域生態(tài)環(huán)境改善較為明顯，水體與林地景觀大幅增加，沙地大量轉(zhuǎn)出；另一方面城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快使得建筑用地?cái)U(kuò)張占用部分耕地。因此，在縣域生態(tài)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)注意協(xié)調(diào)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系。

圖5 磴口縣各景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)移面積變化Fig.5 Landscape transfer area in Dengkou County

2.3 CA/Markov預(yù)測(cè)下的景觀格局重心轉(zhuǎn)移分析

對(duì)研究區(qū)2000、2007、2014年以及2021年2種預(yù)測(cè)結(jié)果下的各景觀類(lèi)型進(jìn)行重心遷移分析，結(jié)果如圖6所示。2000—2014年，林地與水體景觀的重心遷移最為明顯。林地景觀在2000—2007年間重心向東南遷移，距離達(dá)到8.58 km，這主要由呼仁陶勒蓋、紅房子、補(bǔ)隆烏蘇等地的造林工程造成；在2007—2014年間又低速向東北方向遷移，這主要是由黃河及其周邊水域的退耕還林工程引起。水體在2000—2007年向西南快速轉(zhuǎn)移(1.2 km·a-1)，之后又以相當(dāng)?shù)乃俣认驏|南漂移，這與研究時(shí)段內(nèi)磴口縣西南部水土保持工作力度的加大以及縣域東南奈倫湖的建設(shè)關(guān)系密切。2000—2014年，耕地與沙地重心遷移速率與遷移方向均較為相似，然而其驅(qū)動(dòng)力卻不盡相同：耕地的重心遷移主要受水體影響，縣域西南干旱區(qū)大量的水土保持與調(diào)水工程改造了部分不宜林耕的土地，如敖倫布拉格鎮(zhèn)、巴嘎包爾陶勒蓋等；而沙地的重心遷移則表現(xiàn)出向?yàn)跆m布和沙漠回縮的趨勢(shì)，反映出林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)的成效。建筑用地首先向西稍有偏移，之后向東南移動(dòng)(0.3 km·a-1)，主要受磴口縣城鎮(zhèn)化進(jìn)程影響。十幾年來(lái)，山地景觀的重心位置基本未有變化。

利用CA/Markov模型在2種情境下對(duì)2021年縣域景觀格局進(jìn)行模擬，所得結(jié)果如圖7所示。

對(duì)于2014—2021年，圖中實(shí)心圓點(diǎn)與黑色箭頭表示轉(zhuǎn)移概率中包含林業(yè)生態(tài)工程因素時(shí)的模擬結(jié)果，空心原點(diǎn)與灰色箭頭表示轉(zhuǎn)移概率中去除林業(yè)生態(tài)工程因素時(shí)的模擬結(jié)果From 2014 to 2021, the solid dotes and the black arrow represented the predicted results when the effects of the forestry ecological project were taken into consideration, while the hollow dotes and the gray arrow represented the predicted results when the effects of the forestry ecological project were not taken into consideration圖6 各景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)移重心示意Fig.6 Landscape barycenter migration diagram

A為包含林業(yè)生態(tài)工程轉(zhuǎn)移概率的預(yù)測(cè)結(jié)果，B為不包含林業(yè)生態(tài)工程轉(zhuǎn)移概率的預(yù)測(cè)結(jié)果Fig. A represented the predicted results when the effects of the forestry ecological project were taken into consideration. Fig. B represented the predicted results when the effects of the forestry ecological project were not taken into consideration圖7 不同轉(zhuǎn)移概率下磴口縣2021年景觀格局預(yù)測(cè)Fig.7 Simulation results of landscape pattern under different transfer probabilities in Dengkou County in 2021

對(duì)比2種模擬結(jié)果中的景觀重心遷移特點(diǎn)可知，林地與水體的重心變化在2種預(yù)測(cè)結(jié)果中差別最為明顯，其次為沙地與耕地(圖6)。當(dāng)景觀轉(zhuǎn)移概率中包含林業(yè)生態(tài)工程引起的景觀轉(zhuǎn)移時(shí)，林地重心偏向西北，表明該情形下縣域西北處的生態(tài)環(huán)境將有所改善，沙地與耕地重心則繼續(xù)向西南偏移，表明該情形下沙地依然呈回退趨勢(shì)；當(dāng)景觀轉(zhuǎn)移概率中去除林業(yè)生態(tài)工程引起的景觀轉(zhuǎn)移時(shí)，林地重心遷向北偏東，表明此情形下縣域東北的生態(tài)環(huán)境相較其他地區(qū)將有更明顯的改善，沙地與耕地遷向東北，表明該情形下沙地有可能發(fā)生回侵。

3 小結(jié)

本研究利用多種景觀格局分析方法，研究了林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)背景下磴口縣景觀格局變化特征，并構(gòu)建“包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”與“不包含林業(yè)生態(tài)工程景觀轉(zhuǎn)移數(shù)量”2種情形下的景觀轉(zhuǎn)移概率矩陣與景觀轉(zhuǎn)移概率圖，基于CA/Markov模型模擬2種情形下磴口縣2021年景觀格局特征，著重分析了各景觀類(lèi)型重心變化。結(jié)果表明，林業(yè)生態(tài)工程實(shí)施14 a來(lái)(2000—2014)，縣域景觀格局發(fā)生了較明顯的改善，林地、水體增加明顯，沙地呈回退趨勢(shì)，且工程對(duì)于未來(lái)縣域生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善將發(fā)生重要作用。

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(責(zé)任編輯 高 峻)

Effects of forestry ecological projects on landscape pattern evolution and migration of barycenter in Dengkou County

ZHANG Qibin, YUE Depeng*, YU Qiang, LYU Qi, YIN Bo, MA Huan, LI Ning

(CollegeofForestry,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

To explore the influence of forestry ecological project on the local environment, the landscape evolution characteristics of Dengkou County during 2000 and 2014 were studied using multifarious landscape analysis methods. On the basis, the landscape pattern of Dengkou County in 2021 was simulated using CA/Markov model under the following conditions: either with or without the landscape transfer probabilities caused by forestry ecological project. Then, the transfer characteristics of the barycenter of landscape types under each simulation condition were analyzed. It was shown that during the 14 years studied, the area of water, forestry land and construction land increased obviously, while the area of desert decreased apparently. Forestry land, desert, construction land and water had higher dynamic degrees. The landscape dynamic degrees in the border area of different landscape types were relatively high. The barycenter of water and forestry migrated to the south-west of the county and the barycenter of desert migrated back to the hinterland of the Ulanbuh Desert markedly. The simulation results with the landscape transfer probabilities caused by forestry ecological project indicated that the landscape pattern of Dengkou County would show an ecofriendly trend of evolution, while the landscape would deteriorate without the landscape transfer probabilities caused by forestry ecological project. The study results indicated that the forestry ecological project played key role in environment improvement in Dengkou County.

forestry ecological project; landscape pattern evolution; barycenter migration; Dengkou County; CA/Markov model

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.02.12

2016-05-30

國(guó)家自然科學(xué)基金(41371189)；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD16B00)

張啟斌(1990—)，男，山東泰安人，博士研究生，主要研究方向?yàn)樗帘３峙c荒漠化防治。E-mail：bin0538@outlook.com

*通信作者，岳德鵬，E-mail：yuedepeng@126.com

P901

A

1004-1524(2017)02-0261-09