新疆艾比湖濕地LUCC對景觀格局演變的影響①

孫 倩，阿麗亞·拜都熱拉，依力亞斯江·努爾麥麥提

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新疆艾比湖濕地LUCC對景觀格局演變的影響①

孫 倩1，阿麗亞·拜都熱拉1，依力亞斯江·努爾麥麥提2

(1 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052；2 新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046)

以新疆艾比湖濕地保護(hù)區(qū)為研究區(qū)，采用1990年10月5日、2000年9月25日和2015年9月13日TM/ETM+影像，以土壤實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立適宜的土地利用分類體系，分析了25 a間研究區(qū)的土地利用動(dòng)態(tài)變化，以及景觀格局的時(shí)空演變，從而深入探討了土地利用變化對景觀格局演變的影響。結(jié)果表明：①25 a間，研究區(qū)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.97%，且呈現(xiàn)逐年降低趨勢，土地利用類型隨著時(shí)間的推移，變化由劇烈逐步驅(qū)于平衡狀態(tài)。1990—2000年間，林地和水田的面積增加，中輕度鹽漬地和極重度鹽漬地面積依然呈現(xiàn)明顯的上升趨勢；2000—2015年間，水體面積明顯減少，沙漠面積急劇增加，重度鹽漬地和極重度鹽漬地面積呈現(xiàn)增加趨勢。②25 a間研究區(qū)景觀格局發(fā)生了很大的變化。蔓延度持續(xù)減小，分散與并列指數(shù)顯著增加，景觀的延展性下降，導(dǎo)致景觀破碎化加劇。Shannon多樣性指數(shù)和Shannon均勻度指數(shù)均呈現(xiàn)穩(wěn)步增加趨勢，這說明景觀的異質(zhì)性程度呈現(xiàn)上升趨勢。③土地利用變化改變了景觀格局，導(dǎo)致景觀分散與并列指數(shù)增加，蔓延度降低，均勻度增加，研究區(qū)景觀整體先向破碎化發(fā)展，后略有所好轉(zhuǎn)，逐步向穩(wěn)定優(yōu)化的趨勢發(fā)展，但總體的鹽漬化和荒漠化趨勢依然嚴(yán)峻。該研究進(jìn)一步提出了改良方案，對研究區(qū)土地資源的合理利用和可持續(xù)發(fā)展研究具有重要意義。

土地利用/土地覆被；景觀格局；艾比湖濕地；鹽漬化

土地利用/覆被變化(LUCC)對區(qū)域景觀的組成和結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)烈的影響，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量和物種多樣性也有顯著的影響[1-2]。采用RS和GIS技術(shù)對土地利用變化和景觀格局時(shí)空變化進(jìn)行分析是當(dāng)前景觀生態(tài)學(xué)研究的主要方法之一。景觀是土地利用/覆被變化的標(biāo)志，不僅適用于任意空間尺度，流域尺度的土地利用變化能對更大尺度的自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響[3]。土地利用變化對景觀格局演變的影響和二者之間相互作用的研究，對土地資源的可持續(xù)發(fā)展和受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。

近幾十年，人類出于自身生存和發(fā)展的需要，對土地資源進(jìn)行了無節(jié)制、無序的開發(fā)利用活動(dòng)，導(dǎo)致人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境遭受不同程度的破壞，出現(xiàn)諸如土壤鹽堿化、土地荒漠化、水土流失等一系列生態(tài)環(huán)境問題，而土地利用/覆被研究為環(huán)境生態(tài)的保護(hù)作出了不可磨滅了的科學(xué)貢獻(xiàn)[4]。土地利用/覆被的變化能客觀表現(xiàn)地表景觀格局，也能反映時(shí)空動(dòng)態(tài)變化過程[5]。許多學(xué)者從不同的角度研究了土地利用/覆被變化，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法，從區(qū)域整體景觀格局水平和土地利用類型水平兩個(gè)角度，描述了土地利用變化的景觀格局特征[6-7]；運(yùn)用CLUE-S模型、馬爾科夫模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型等，基于多年的土地利用/覆被的時(shí)空變化情況，實(shí)現(xiàn)了不同地域范圍內(nèi)的土地利用/覆被變化的模擬和預(yù)測[8-10]。面對諸多復(fù)雜的土地退化問題，學(xué)者們也將土地利用/覆被的動(dòng)態(tài)變化分析和生態(tài)景觀變化分析結(jié)合起來，為生態(tài)退化的敏感性、脆弱性、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評估提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為生態(tài)修復(fù)提供了定量的依據(jù)[11-13]。土地利用的變化會(huì)進(jìn)而改變土壤的養(yǎng)分循環(huán)，從而引起土壤養(yǎng)分的積累或流失，相對而言自然植被的時(shí)空變化和土壤系統(tǒng)的營養(yǎng)循環(huán)能力較好，而耕地的變化導(dǎo)致的土壤養(yǎng)分循環(huán)能力會(huì)明顯減弱[14-15]。將土地利用/覆被與景觀生態(tài)結(jié)合在一起，進(jìn)行一系列的深入研究，探討土地利用和景觀生態(tài)過程的相互關(guān)系，利用地表景觀格局變化和土地利用變化對未來氣候進(jìn)行預(yù)測等也都成為目前的研究熱點(diǎn)之一[16-18]。

本文以艾比湖濕地保護(hù)區(qū)為研究靶區(qū)，以多時(shí)相遙感數(shù)字圖像為主要資料源，參考各類專題圖、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料，借助3S技術(shù)，以2015年遙感影像同期野外實(shí)地觀測和土壤樣品的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立適宜的土地利用分類體系，進(jìn)行了1990—2015年25 a間研究區(qū)土地利用時(shí)空變化的研究，并選取16個(gè)生態(tài)景觀指標(biāo)，探討了研究區(qū)景觀格局的時(shí)空演變，深入剖析了土地利用變化對生態(tài)景觀格局的影響，提出了相應(yīng)的改良意見，以對艾比湖濕地保護(hù)區(qū)今后的治理和規(guī)劃提供重要的參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

艾比湖濕地自然保護(hù)區(qū)位于新疆精河縣西北準(zhǔn)噶爾盆地西南，地理位置44°30' ~ 45°09' N，82°36' ~ 83°50' E，是這一區(qū)域的匯水中心。西北方向鄰近著名的風(fēng)口阿拉山口，流域南、西、北三面環(huán)山，其中西北部是天山山系最北分支阿拉套山，山脊線海拔3 000 m，北部是準(zhǔn)噶爾西部山地中的瑪依力山，山勢較低，最高峰海拔2 609 m，而艾比湖位于該流域的中部偏北，湖的西北部為阿拉套山和瑪依力山之間寬約10 km的谷地。第四紀(jì)末次冰期后，隨著氣候向干旱轉(zhuǎn)變，湖泊逐漸收縮，夏季降水稀少，冬季異常干燥寒冷，年平均氣溫6.6 ~ 7.8℃，多年平均降水量116.0 ~ 169.2 mm。受西風(fēng)環(huán)流以及蒙古高壓和西伯里亞冷空氣的影響，艾比湖地區(qū)表現(xiàn)為典型的中溫帶干旱大陸氣候，以干旱少雨、氣溫變化劇烈為特征，是一個(gè)典型干旱區(qū)內(nèi)陸封閉綠洲子系統(tǒng)，也是集濕地、水文、強(qiáng)氣流和人類活動(dòng)過程于一體的綜合區(qū)域[19-20]。研究區(qū)主要以干旱荒漠植物種類為主，北部、東部及南部戈壁上分布有天然梭梭林，保護(hù)區(qū)內(nèi)分布有大面積的蘆葦和芨芨草，湖濱鹽沼澤地有鹽穗木群系、鹽節(jié)木群系、鹽角草群系、鹽爪爪等群系分布。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

1.2.1 數(shù)據(jù)的預(yù)處理和不同程度鹽漬地的區(qū)分 該研究將GPS、RS、GIS手段有效地結(jié)合起來，對采用的影像進(jìn)行了輻射校正、幾何精校正、影像鑲嵌和裁剪等預(yù)處理。其中，幾何校正時(shí)精度要求是均方差均在0.5個(gè)像元以內(nèi)。

本文所選取的遙感影像成像時(shí)間均在9月中下旬至10月上旬之間，時(shí)間較為接近，此時(shí)新疆艾比湖濕地各類植物生長狀況處于相對旺盛的階段，各類鹽漬地均處于積鹽期，所有地物的特征均較為相似，基于此所進(jìn)行的一系列生態(tài)景觀研究具有較好的可比性。

采用GPS定位的方法，在研究區(qū)的鹽漬地上選取了80個(gè)采樣點(diǎn)，布點(diǎn)時(shí)兼顧了各種分類地物類型，滿足地物類型的代表性和布點(diǎn)的均勻性，使采樣點(diǎn)盡可能遍及研究區(qū)內(nèi)各種類型的地物上，以便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2015年9月進(jìn)行慣例性野外考察，并采集了鹽漬地0 ~ 10 cm土壤表層樣品。

對采集的鹽漬土土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干，碾碎，過1 mm孔徑篩，土樣均配置土水比1∶5的浸提液，經(jīng)過充分振動(dòng)和浸泡使土壤鹽分充分溶解，從而進(jìn)行土壤鹽分及其組分(含鹽量、CO2– 3、HCO– 3、Cl–、SO2– 4、Ca2+、Mg2+、Na+和K+)的測定[21]。參考干旱區(qū)鹽漬化土壤信息提取的相關(guān)研究，結(jié)合采樣點(diǎn)表層土壤實(shí)測含鹽量數(shù)據(jù)對鹽漬地土壤鹽漬化程度進(jìn)行區(qū)分，如表1所示。

表1 鹽漬地分級表

1.2.2 土地利用/覆被分類體系的建立 基于表1分類標(biāo)準(zhǔn)將采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)劃分到所在的鹽漬地類別中，然后利用采樣點(diǎn)的坐標(biāo)將各種鹽漬地的樣點(diǎn)輸入到遙感未分類的圖像上，以樣點(diǎn)為中心的附近3×3像元范圍內(nèi)選擇顏色、光譜曲線特征和紋理特征相近的像元作為分類樣本，從而建立不同程度鹽漬地的分類體系?；趯?shí)地考察建立遙感影像的分類體系。

土地利用/覆被分類采用的是中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫中土地利用1∶100 000二級分類系統(tǒng)，同時(shí)也充分結(jié)合野外考察時(shí)該濕地保護(hù)區(qū)的特征，將該研究區(qū)劃分為林地(A)、水田(B)、水體(C)、濕地(D)、戈壁(E)、中輕度鹽漬地(F)、重度鹽漬地(G)、極重度鹽漬地(H)、沙漠(I)和其他(J)。

1.2.3 土地利用/覆被動(dòng)態(tài)度分析 采用土地資源數(shù)量變化模型來分析研究區(qū)的土地利用/覆蓋動(dòng)態(tài)變化，該指標(biāo)能夠通過土地利用/覆蓋特征，來定量研究某一土地類型動(dòng)態(tài)數(shù)量變化，也可以用來預(yù)測未來土地變化的趨勢[22-23]。

1)單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度。單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度表達(dá)的是某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，其表達(dá)式為：

式中：表示研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；ab分別是研究期初和研究期末某一種土地利用/覆被類型的數(shù)量；為研究時(shí)段長。

2)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)綜合考慮了研究時(shí)段內(nèi)土地利用/覆被類型之間的轉(zhuǎn)移，其意義在于反映土地利用/覆被變化的劇烈程度。其表達(dá)式為：

式中：LU為監(jiān)測起始時(shí)間第類土地利用類型面積；?LU為監(jiān)測時(shí)段第類土地利用類型轉(zhuǎn)為非類土地利用類型面積的絕對值；為監(jiān)測時(shí)段長度。當(dāng)?shù)臅r(shí)段設(shè)定為年時(shí)，LC 的值就是該研究區(qū)土地利用年綜合變化率[24-25]。

1.2.4 景觀格局指數(shù)的計(jì)算 常用的景觀格局指數(shù)主要包括兩種，分別是類型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)[26]。在ENVI 5.0軟件平臺(tái)上獲取遙感影像信息提取圖，輔以ArcGIS 10.0進(jìn)行信息提取圖的格式轉(zhuǎn)換，以.grid格式在FRAGSTATS 4.2平臺(tái)進(jìn)行景觀指數(shù)的計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

本文主要采用計(jì)算機(jī)分類與目視解譯相結(jié)合的分類方法，基于所建立的適宜的分類體系，采用監(jiān)督分類方法中的最大似然分類法，將3期影像進(jìn)行分類。最大似然法能夠假定每個(gè)地物類型的光譜模式的正態(tài)分布，從而對影像進(jìn)行分類處理[27]。該分類方法是較為典型且應(yīng)用最廣的監(jiān)督分類方法。

2.1 研究區(qū)土地利用/覆被動(dòng)態(tài)變化

3期影像分類后總精度分別為94.3%、89.5% 和96.7%，為后期生態(tài)景觀的綜合分析提供了有力的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。分類圖如圖1所示。

1990—2015年土地利用/覆被的動(dòng)態(tài)變化如表2所示。

艾比湖曾經(jīng)像一把保護(hù)傘維持著該地區(qū)乃至整個(gè)新疆北部的生態(tài)平衡。在1990—2015年25 a間，地表植被主要是以荒漠植被、耐鹽耐旱植被為主，且地表鹽分含量較大。湖面面積呈現(xiàn)先增加后縮小的趨勢，土壤鹽分逐步積累，鹽漬化趨勢嚴(yán)峻。

1990—2000年，研究區(qū)各類土地利用/覆被面積發(fā)生了很大變化，且變化速度較快，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度達(dá)1.9%。不同土地利用方式的生態(tài)環(huán)境有很大差異，水田一般分布在坡度較緩、水源較好的地方[28]。在研究區(qū)內(nèi)，水田的動(dòng)態(tài)度最大，高達(dá)122.8%，這一現(xiàn)象歸因于當(dāng)?shù)卣谶@10 a間，實(shí)施開墾和改良中輕度鹽漬地的措施，導(dǎo)致人為的干擾因素被驅(qū)動(dòng)，加大了耐鹽作物的種植，既增加水田面積，還能改善土壤鹽漬化現(xiàn)象；同時(shí)，森林保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，大力推行植樹造林的措施，使得林地面積顯著增加。但是，林地和水田的面積增加，并沒有明顯改善研究區(qū)土壤鹽漬化的情況：中輕度鹽漬地和極重度鹽漬地面積依然呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，唯有重度鹽漬地面積有所減少，伴隨著濕地面積的減少，艾比湖水鹽的運(yùn)移，大量鹽分隨蒸發(fā)而在土壤表面結(jié)晶。

2000—2015年，研究區(qū)各類土地利用/覆被面積變化速度較前10 a有所減慢，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為1.6%。自艾比湖濕地開設(shè)保護(hù)區(qū)后，人為的破壞力降低，濕地得以修復(fù)，濕地面積增加，但是惡化的趨勢依然沒有扭轉(zhuǎn)。研究區(qū)水體面積明顯減少，呈現(xiàn)干縮趨勢，導(dǎo)致地下水位下降，從而加速了荒漠化進(jìn)程，沙漠面積急劇增加，其動(dòng)態(tài)度高達(dá)46.1%。湖濱植被的恢復(fù)進(jìn)程遭到破壞，在一定程度上也加劇了土壤風(fēng)蝕帶來的負(fù)面影響。重度鹽漬地和極重度鹽漬地呈現(xiàn)增加趨勢?？衫猛恋氐纳郴?、鹽漬化情況加劇，給周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)造成了很大損失。

總之，25 a間，研究區(qū)綜合土地利用動(dòng)態(tài)度為0.97%，且呈現(xiàn)逐年降低趨勢，土地利用類型隨著時(shí)間的推移由變化劇烈逐步驅(qū)于平衡狀態(tài)，研究區(qū)濕地資源的利用和保護(hù)也從盲目逐步過渡到理性。綠洲面積的增加，并沒能改善當(dāng)?shù)厝说纳姝h(huán)境。地下水位正逐年下降，許多地方已不適宜于人類居住。沙漠和戈壁的動(dòng)態(tài)度始終較大，沙漠面積總體增加，戈壁面積總體減少，重度鹽漬地和極重度鹽漬地面積也急劇增加，證明了目前人類很難開發(fā)和利用沙漠、戈壁等土地資源，荒漠化、鹽漬化進(jìn)程依然無法得到有力控制。而水體的面積先增加后減少，很大程度取決于自然情況，而人工的因素較少，艾比湖水面擴(kuò)大后又縮小，高水位運(yùn)行期間所形成的鹽漬地在水位下降后，導(dǎo)致稀疏的荒漠植被大量枯死；氣候越發(fā)干燥，土壤水鹽含量的變化，導(dǎo)致土地裸化，并且進(jìn)一步遭受風(fēng)蝕。所以，需要加大水利設(shè)施建設(shè)，合理利用水資源，進(jìn)一步采取淡水注入艾比湖，種植吸鹽植被降低鹽分含量等一系列有效措施迫在眉睫。

圖1 研究區(qū)不同時(shí)間LUCC圖

表2 土地利用/覆被的動(dòng)態(tài)變化(hm2)

注：A為耕地；B 為水田；C 為水體；D 為濕地；E 為戈壁；F 為中輕度鹽漬地；G 為重度鹽漬地；H 為極重度鹽漬地；I 為沙漠；J 為其他；K為單一土地利用動(dòng)態(tài)度；LC為綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。

2.2 研究區(qū)景觀格局特征變化及其對生態(tài)環(huán)境的影響

在景觀格局的評價(jià)和預(yù)測中，景觀類型的定量分析是非常有價(jià)值的工具和有潛力的手段[29]。根據(jù)景觀指數(shù)的特點(diǎn)，可選擇生態(tài)學(xué)意義明確、足以描述景觀異質(zhì)性特征的景觀指數(shù)。很多景觀指數(shù)可以運(yùn)用軟件，在很短的時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算和分析[30]。選取的景觀格局指數(shù)要高度濃縮艾比湖濕地保護(hù)區(qū)的生態(tài)變化情況，充分反映艾比湖濕地保護(hù)區(qū)生態(tài)景觀結(jié)構(gòu)、功能及過程變化。本文選用了景觀面積(TA),反映景觀整體斑塊分化程度的斑塊密度(PD)、分散與并列指數(shù)(IJI)，描述單個(gè)要素指標(biāo)的斑塊數(shù)量(NP)、斑塊所占景觀面積的比例(PLAND)斑塊形狀指數(shù)(LSI)，描述景觀聚集程度的聚集度(AI)、斑塊聚集指數(shù)(CONESION)、蔓延度(CONTAG)、平均景觀粘合度指數(shù)(CONTIG-MN)，描述景觀中各組分分配破碎程度的景觀破碎度指數(shù)(LCI)、平均周長面積(MPA)、豐富度指數(shù)(PRD)，反映景觀要素的多少和各景觀要素所占比例變化的Shannon多樣性指數(shù)(SHDI)，描述景觀中各組分分配均勻程度的Shannon均勻度指數(shù)(SHEI)。以上生態(tài)景觀指標(biāo)計(jì)算公式簡單、生態(tài)學(xué)意義清晰，能充分描述景觀異質(zhì)性特征。

研究區(qū)景觀格局的長期監(jiān)測和分析，不僅對該地區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r具有監(jiān)督作用，而且有利于對未來景觀格局的規(guī)劃和塑造[31]。通過計(jì)算景觀指數(shù)來描述景觀格局及變化，能夠揭示艾比湖濕地景觀格局特征和演變規(guī)律[32]。

2.2.1 景觀水平上格局總變化特征 各類景觀的演變可以引起斑塊類型和斑塊數(shù)量的變化，從而導(dǎo)致整體范圍內(nèi)景觀格局的變化[33-34]。該研究在景觀尺度上選取了多個(gè)指數(shù)對艾比湖濕地保護(hù)區(qū)的景觀格局變化進(jìn)行了綜合的分析，如表3所示。

景觀格局的變化不僅是景觀異質(zhì)性的具體體現(xiàn)，而且是各種生態(tài)過程在不同尺度上的作用結(jié)果[35]。1990—2015年，研究區(qū)景觀格局發(fā)生了很大的變化。研究區(qū)的景觀總面積為317 112 hm2，景觀斑塊數(shù)目呈現(xiàn)先劇烈增加后逐步減少的趨勢，說明景觀分割情況先加劇后趨于穩(wěn)步降低。蔓延度持續(xù)減小，分散與并列指數(shù)急劇增加，說明25 a間景觀的延展性下降，導(dǎo)致景觀破碎化加劇。而景觀破碎度指數(shù)在1990—2000年，先呈現(xiàn)較大增加，說明景觀的不穩(wěn)定系數(shù)增大，而在2000—2015年，景觀破碎度指數(shù)略有下降，說明這15 a景觀區(qū)域連接在一起，使得景觀穩(wěn)定性略有增強(qiáng)。前10 a聚集度減小，說明斑塊連接程度有所降低；后15 a聚集度略有所增加，說明斑塊連接程度增加。斑塊形狀指數(shù)先增加后減少，說明研究區(qū)總體上景觀的形狀結(jié)構(gòu)先趨于復(fù)雜，后逐步趨于均勻，復(fù)雜程度略有所降低，斑塊形狀的復(fù)雜性隨著研究區(qū)保護(hù)力度和效果的提高而降低，景觀形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜性趨于平緩。Shannon多樣性指數(shù)由1.98持續(xù)增加到了2.17，Shannon均勻度指數(shù)由0.86增加到0.91，均呈穩(wěn)步增加的趨勢，這說明景觀的異質(zhì)性程度呈現(xiàn)上升趨勢。景觀豐富度一直保持不變，因此可以認(rèn)為景觀多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)的上升是各個(gè)景觀類型在面積分布上均勻度上升的結(jié)果。散步與并列指數(shù)穩(wěn)步增加，表明各類景觀斑塊間的相鄰概率增加，受到自然條件的影響效果顯著。在研究區(qū)25 a發(fā)展歷程中，景觀格局逐漸向著多樣化和均勻化方向發(fā)展。

表3 1990—2015 年研究區(qū)景觀格局變化特征值

2.2.2 類型水平上景觀格局變化特征 本研究在類型水平上選取了9個(gè)指數(shù)對研究區(qū)3個(gè)時(shí)期各類地物的景觀格局變化進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

由表4數(shù)據(jù)可知，25 a間，林地的各景觀指數(shù)均發(fā)生了波動(dòng)，呈現(xiàn)“先增加后減少”趨勢的景觀指標(biāo)有：MPA、PLAND、CONTIG-MN、IJI 和AI；而呈現(xiàn)“先減小后增大”趨勢的有：NP、PD、LSI和LCI。1990—2000年，平均斑塊面積減小，聚集度也會(huì)隨之變化，其景觀破碎化程度就會(huì)隨之加劇，林地覆被分散且易于破壞，生態(tài)惡化的承載力降低；2000—2015年，林地平均斑塊粘合度伴和聚集度一起增加，說明林地斑塊間隙縮小，植樹造林效果良好，降低了地表侵蝕效率。結(jié)合野外考察的實(shí)際情況可以看出，林地斑塊面積的增加，與林地的連續(xù)性被破壞息息相關(guān)。

表4 1990—2015年研究區(qū)景觀斑塊類型特征值變換

水田的景觀指標(biāo)呈現(xiàn)“先增大后減小”趨勢的指標(biāo)有：NP、PD、PLAND和CONTIN-MN；呈現(xiàn)“先減小后增大”趨勢的只有LSI；持續(xù)增大的指標(biāo)有IJI和LCI；持續(xù)減小的指標(biāo)有MPA和AI。水田分散與并列指數(shù)持續(xù)增大，各斑塊類型混合分布的程度增強(qiáng)。斑塊面積先急劇增加后緩慢減少，與人為因素的強(qiáng)弱程度有很大關(guān)系，近15 a來艾比湖濕地受到保護(hù)，人為因素有所降低。林地和水田的斑塊數(shù)量、景觀形狀指數(shù)均先減小后增大，斑塊形狀也先簡單化，后逐步趨于復(fù)雜。

水體的景觀百分比呈現(xiàn)先增大后減小趨勢，景觀形狀指數(shù)反之；持續(xù)增加的指標(biāo)有：NP、PD、CONTIN-MN、IJI 和LCI；持續(xù)降低的有MPA和AI。湖面逐步萎縮，破碎度加劇，雖然斑塊粘合度也呈現(xiàn)增加趨勢，但是斑塊逐步分裂的趨勢無法遏制。歷史上注入艾比湖的較大河流達(dá)到11條，但隨著時(shí)間的推移，目前只有精河、博爾塔拉河在秋冬兩季有較大的水量入湖，奎屯河等多條河流在入湖前就因河流兩岸過度用水而干涸。水體聚集度逐步降低，但相比其他景觀類型，水體的聚集度卻明顯較高且較為穩(wěn)定。在25 a里，聚集度均為99左右，說明其斑塊鏈接程度最為理想，相對不易受人為活動(dòng)影響。

濕地呈現(xiàn)“先減少后增加”趨勢的指標(biāo)有：NP、PD、PLAND和IJI，持續(xù)增加的有MPA、CONTIN-MN和AI，LSI和LCI持續(xù)降低。濕地的分散與并列指數(shù)的波動(dòng)較大，先減小后增大趨勢最為顯著，易于與其他各類景觀混合分布，尤其容易與中輕度鹽漬地和重度鹽漬地混合，也充分說明鹽漬化程度加劇。景觀破碎度和景觀形狀指數(shù)均明顯減小，也說明濕地發(fā)展逐步均勻化。

戈壁的景觀形狀指數(shù)先減少后增加，持續(xù)增加的指標(biāo)有NP、PD和 LCI；持續(xù)減小的有MPA、IJI、AI、PLAND和CONTIN-MN。戈壁的斑塊數(shù)量在25 a間，呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢，充分說明研究區(qū)荒漠化程度加劇，這是由于水體縮減，土壤的鹽漬化和沙漠化加劇導(dǎo)致戈壁破碎化的結(jié)果。目前戈壁的利用率較低，只能通過種植耐鹽耐旱植被改良，但效果并不顯著。

中輕度鹽漬地的景觀指標(biāo)變化呈現(xiàn)“先增加后減少”趨勢的有：NP、PD、MPA、IJI；呈現(xiàn)“先減少后增加”趨勢的指標(biāo)有：PLAND和LCI；持續(xù)減小的有LSI和CONTIG-MN；持續(xù)增加的只有AI。中輕度鹽漬地常常會(huì)與重度鹽漬地混合分布，相互轉(zhuǎn)化頻繁，導(dǎo)致中輕度鹽漬地破碎化程度增加，平均景觀粘合度降低。水體縮減，曾經(jīng)受到鹽湖浸潤的土壤含鹽量發(fā)生較大變化，經(jīng)日曬風(fēng)吹，鹽漬地裸露出來，與原本的鹽漬化土壤相互連接，促使中輕度鹽漬地破碎化程度增大，分散與并列指數(shù)減小。

重度鹽漬地的AI呈現(xiàn)先增加后減少趨勢，呈現(xiàn)先減少后增加趨勢的指標(biāo)有NP、PD、PLAND、LSI和IJI；MPA持續(xù)增加，CONTIG-MN和LCI持續(xù)減小。部分中輕度鹽漬地不斷向重度鹽漬地轉(zhuǎn)化，部分干涸的湖水，裸露出的土壤表層迅速風(fēng)干，鹽分隨而析出，結(jié)晶在地表，與原有的以及轉(zhuǎn)化而來重度鹽漬地相互銜接，可以導(dǎo)致聚集度的增加；隨后的15 a，采取了增加種植吸鹽植被，加大淡水注入艾比湖等方式，緩解鹽漬化加劇的進(jìn)程，斑塊數(shù)量也隨之先減少后增加。雖然當(dāng)?shù)匾恢北Ｗo(hù)研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境，希望通過有效手段遏制鹽漬化進(jìn)程，但是土壤鹽漬化依然在加劇，鹽漬地向其他各類生態(tài)景觀轉(zhuǎn)化、其他各類景觀向各種程度鹽漬地轉(zhuǎn)化并存的進(jìn)程中演變，并且此消彼長，難以平衡。

極重度鹽漬地呈現(xiàn)“先增加后減少”趨勢的指標(biāo)有NP、PD、LSI和IJI；呈現(xiàn)“先減少后增加”趨勢的指標(biāo)有：CONTIG-MN和LCI；持續(xù)增加的有PLAND、MPA和AI。其中，斑塊數(shù)量和景觀形狀指數(shù)在前10 a增加較為微弱，但是后15 a均急劇降低，極重度鹽漬地大部分集中分布在艾比湖的西北方向，斑塊分散程度低，歷經(jīng)25 a斑塊數(shù)量明顯減少，導(dǎo)致聚集度的穩(wěn)步增加。平均景觀粘合度和景觀破碎度指數(shù)發(fā)生較微弱變化，波動(dòng)范圍小，鹽漬化現(xiàn)狀難以改良。但是，人們也充分發(fā)揮了研究區(qū)的鹽漬化優(yōu)勢，鹽業(yè)已成為周邊縣市(例如精河縣)國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。

沙漠的景觀指標(biāo)變化呈現(xiàn)“先增加后減少”趨勢的有NP、LSI和LCI；呈現(xiàn)“先減少后增加”趨勢的指標(biāo)有PD、MPA和PLAND；持續(xù)增加的只有IJI；持續(xù)減小的只有CONTIG-MN。艾比湖大面積的干縮引發(fā)了風(fēng)沙天氣，沙漠遷徙嚴(yán)重。沙丘移動(dòng)速度在20世紀(jì)五六十年代平均每年為5 ~ 7 m，90年代增加到每年30 m，嚴(yán)重威脅到綠洲生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。只有在裸露的干涸湖底種植例如檉柳、梭梭和胡楊等耐鹽植被，才能顯著減少沙塵暴的強(qiáng)度和頻率[36]。

其他包括了山體、沙土、黏土等地物，CONTIG-MN呈現(xiàn)先增加后減少趨勢，IJI呈現(xiàn)先減少后增加趨勢；NP、PD、PLAND、LSI和LCI持續(xù)增加；MPA和AI持續(xù)減小。各個(gè)景觀指標(biāo)均發(fā)生變化，除了斑塊數(shù)量等變化較大以外，其他景觀指標(biāo)波動(dòng)范圍均較小，相對較為穩(wěn)定。

2.3 研究區(qū)土地利用/覆被變化對景觀格局的影響

土地利用類型面積的變化可以直接影響景觀格局的變化。規(guī)劃者和設(shè)計(jì)者也能以土地利用和生態(tài)景觀格局的定量評價(jià)作為有效的工具，從而作出明智的設(shè)計(jì)和規(guī)劃[37-38]。本文選取了動(dòng)態(tài)變化較為顯著的土地利用類型，分別是戈壁(E)、中輕度鹽漬地(F)和重度鹽漬地(G)，研究這3類土地利用類型與景觀格局間的變化關(guān)系，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，戈壁、中輕度鹽漬地和重度鹽漬地的面積百分比分別從1990年的33.3%、12.2% 和9.3%變化為2011年的13.7%、12.2% 和14.8%。景觀粘合度指數(shù)從1990年的46.09下降到2015年的41.25，且呈現(xiàn)逐年的遞減趨勢，與戈壁的面積遞減的趨勢一致。這表明戈壁減少，其他土地利用類型與戈壁的相互轉(zhuǎn)化顯著，景觀之間的連接程度降低，各個(gè)斑塊相互之間距離增大，粘合度指數(shù)也隨之受到影響。景觀Shannon多樣性指數(shù)和Shannon均勻度指數(shù)分別從1990年的1.98和0.86穩(wěn)步遞增到2015年的2.17和0.94，結(jié)果表明研究區(qū)景觀多樣性基本隨中輕度鹽漬地和重度鹽漬地面積增加呈上升態(tài)勢，艾比湖濕地保護(hù)區(qū)景觀類型趨于多樣化。景觀破碎度指數(shù)從1990年的0.23增加到2000年的0.27，之后又下降至2015年的0.25，但整體的上升趨勢依然明顯，究其原因主要是由于受到中輕度鹽漬地面積變化的影響，中輕度鹽漬地先呈現(xiàn)其在所有土地利用類型中的重要地位，但是隨著荒漠植被減少，沙漠的變遷，荒漠化的加劇，以及向重度鹽漬地與極重度鹽漬地的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致中輕度鹽漬地逐漸失去了在鹽漬地類型中的優(yōu)勢地位。景觀破碎度指數(shù)的先上升后降低，同樣證實(shí)了上述土地利用變化的結(jié)果，尤其1990—2000年，上升趨勢明顯，主要是中輕度鹽漬地的增加而導(dǎo)致，湖面面積減小，干涸裸露出土壤的鹽分隨蒸發(fā)作用的牽引作用而至土壤表層，使得鹽漬化土壤面積增大。同時(shí)，林地、水田等的增加和優(yōu)化，也會(huì)導(dǎo)致景觀多樣性降低而優(yōu)勢度增加，但是由于這兩類面積比率較小，所以作用不顯著。保護(hù)區(qū)內(nèi)沙漠的增加和遷移，也同樣會(huì)造成景觀破碎化程度增強(qiáng)。而1990—2015年，相對土地利用類型的面積大小對景觀指標(biāo)有著顯著影響的是戈壁、中輕度鹽漬地和重度鹽漬地，也就是說土地利用變化對景觀格局的直接影響為景觀破碎度增加，蔓延度降低，均勻度增加，研究區(qū)景觀整體先向破碎化發(fā)展，后略有所好轉(zhuǎn)，向略穩(wěn)定且優(yōu)化的趨勢發(fā)展。但是，研究區(qū)荒漠化、鹽漬化的現(xiàn)狀急需改善，景觀破碎度、分散與并列指數(shù)增加趨勢急需遏制。

圖2 1990—2015年土地利用/覆被類型與景觀格局指數(shù)間的變化關(guān)系

3 結(jié)論

1)通過土地利用/覆被的動(dòng)態(tài)度分析，結(jié)果顯示在25 a間，研究區(qū)前10 a土地利用不十分合理，各種地物面積發(fā)生了很大變化，且變化速度較快，在之后的15 a里，各類地物面積變化速度較前10 a有所減慢。自艾比湖濕地開設(shè)保護(hù)區(qū)后，人為的破壞力降低，濕地得以修復(fù)，但是惡化的趨勢依然沒有扭轉(zhuǎn)。水體面積減少，地下水位下降，加速了荒漠化進(jìn)程，鹽漬化程度有所加劇。其中戈壁、中輕度鹽漬地和重度鹽漬地的面積變化顯著，全時(shí)段土地利用變化處于不平衡狀態(tài)。

2)通過景觀生態(tài)學(xué)分析，表明1990—2015年研究區(qū)各類地物的景觀格局發(fā)生了很大的變化。景觀的異質(zhì)性程度呈現(xiàn)上升趨勢，景觀豐富度一直保持不變，景觀格局向著多樣化和均勻化方向發(fā)展。景觀斑塊數(shù)目呈現(xiàn)先劇烈增加后逐步減少的趨勢，說明景觀分割情況先加劇后趨于穩(wěn)步降低，景觀格局緩慢的向著多樣化和均勻化方向發(fā)展。但是，鹽漬化的現(xiàn)狀急需改善，景觀破碎度、分散與并列指數(shù)增加趨勢急需遏制。

3)艾比湖濕地保護(hù)區(qū)土地利用變化深刻影響景觀格局的變化，戈壁、中輕度鹽漬地和重度鹽漬地面積的大小變化對景觀指標(biāo)有著顯著的影響。戈壁面積的遞減趨勢直接改變了景觀粘合度指數(shù)的大小。中輕度鹽漬地和重度鹽漬地此消彼長，變化顯著，也直接影響了景觀的分散與并列指數(shù)和景觀破碎度指數(shù)的變化。

4)艾比湖濕地景觀格局的穩(wěn)定性依賴于土地利用情況和艾比湖水資源可持續(xù)利用的協(xié)調(diào)發(fā)展以及人類活動(dòng)的有序化，因此，增加艾比湖入湖水量，增加耐鹽耐旱植被，加強(qiáng)艾比湖濕地保護(hù)區(qū)的保護(hù)力度，才能優(yōu)化研究區(qū)的景觀結(jié)構(gòu)和功能。

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Effect of LUCC Change on Evolution of Landscape Pattern in Ebinur Wetland

SUN Qian1, Aliya BADRULLA1, Ilyas NURMEMET2

(1 College of Forestry and Horticulture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052, China; 2 Key Laboratory of Oasis Ecology under the Ministry of Education, Xinjiang University, Urumqi 830046, China)

The Ebinur Wetland Reserve was taken as the study area, the measured data of soil properties and TM/ ETM+images on October 5 of 1990, September 25 of 2000 and September 13 of 2015 were used as the basic information. First, The feasible classification system of LUCC was setup, then the dynamic changes of land use and space-time evolution of landscape pattern were analyzed during the 25 years and the effects of land use changes on the evolution of landscape pattern were explored further and deeply. The results showed that: 1)The dynamic degree of land use was 0.97% from 1990 to 2015, showed a decreasing trend, and the change of land use transformed from severe state to equilibrium state. From 1990 to 2000, although the areas of forest land and paddy fields increased, the areas of mild-slight saline land and extremely severe saline land obviously increased. From 2000 and 2015, the area of water decreased evidently while the area of desert sharply increased, and the areas of severe saline and extremely severe saline increased too. 2) During the 25 years, great changes occurred in the landscape pattern. CONTAG decreased gradually, dispersity index increased sharply, ductility of the landscape declined, landscape fragmentation exacerbated. SHDI and SHEI showed a stable increasing trend, indicating the increase landscape heterogeneity. 3) The change of land use influenced landscape pattern, increased landscape dispersity and evenness index while decreased CONTAG, landscape was firstly fragmentated and then turned better to optimized and stabilized, but generally the trend of salinization and desertification was still stern. The study proposes further an improvement scheme, which is significant to rational use and sustainable development of land resources in study area.

Land use and land cover; Landscape pattern; Ebinur wetland; Salinization

國家自然科學(xué)基金地區(qū)基金項(xiàng)目(41561089)和國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(31600572)資助。

孫倩(1986—)，女，山東平度人，博士，主要從事干旱區(qū)資源與環(huán)境的RS和GIS應(yīng)用研究。E-mail: sq061@163.com

10.13758/j.cnki.tr.2018.03.020

P237

A