山區(qū)土地類型景觀格局特征
——以河北省阜平縣為例

李智，張美麗，張益琛，林常威，鄭建樂，王樹濤，周亞鵬

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000；2河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源學(xué)院，河北 保定 071000)

土地類型是在地質(zhì)地貌、土壤、水文、動植物、氣候以及人類活動等因素相互作用、相互影響之后，最終形成具有規(guī)律性、獨具特色的土地地段[1]。通過對土地類型進(jìn)行研究，可揭示一個地理區(qū)域內(nèi)各自然要素的分布規(guī)律及其相互作用，揭示自然綜合體的形成、特征、結(jié)構(gòu)、功能以及區(qū)域分異和動態(tài)演替規(guī)律[2]。自20世紀(jì)50年代起，受到開展自然區(qū)劃的影響，我國對于土地類型研究逐步發(fā)展起來。如今，我國學(xué)者對于土地類型的研究理論和研究方法逐步成熟，對于土地類型研究的方向越來越豐富[3]。土地類型研究區(qū)域廣泛，包括丘陵地區(qū)、黃土高原地區(qū)、平原地區(qū)、農(nóng)牧交錯帶及荒漠等地區(qū)[4-8]。研究內(nèi)容多以土地類型分類、分布特點及自然區(qū)劃為主,且土地類型分類結(jié)合地理因素的空間研究方面不夠系統(tǒng)，多是針對實踐問題零散展開。

景觀格局是表示不同區(qū)域內(nèi)各種景觀所呈現(xiàn)的分布狀況，即表現(xiàn)景觀的空間異質(zhì)性[9-10]。各種類型景觀的組成要素在數(shù)量上和空間上進(jìn)行組合，從而形成不同的景觀格局。目前，在景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展下,許多學(xué)者在研究土地類型格局時，開始運用景觀生態(tài)學(xué)的研究方法,例如景觀格局指數(shù)法、圖表法、模型法等[11-14]。其中，應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的方法是景觀指數(shù)法[15-17]。Li等指出，同一景觀運用不一樣的分類標(biāo)準(zhǔn)，將致使景觀格局指數(shù)出現(xiàn)事實上從未有過的變化[18]。但是對于土地類型景觀格局的研究為數(shù)不多，土地類型景觀格局的研究，是區(qū)域土地協(xié)調(diào)利用的基礎(chǔ)[19]。

阜平縣屬太行山區(qū)，有獨特的垂直地帶性分布特點，其自然要素相互作用復(fù)雜，本研究選取阜平縣為研究區(qū)域，對其土地類型進(jìn)行分類，探索阜平縣土地類型分布狀況，同時使用景觀生態(tài)學(xué)方法研究其土地類型的景觀格局，揭示土地類型的景觀分布狀況及其景觀格局特征，為阜平縣土地利用、區(qū)域規(guī)劃及其生態(tài)建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)概況及其數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

阜平縣隸屬于河北省保定市，北至山西省靈丘縣，往南與靈壽縣相連，西達(dá)山西省五臺縣，東至曲陽、唐縣交界。全縣面積2 496 km2，轄13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。阜平縣屬太行山山系，境內(nèi)地形相對復(fù)雜。地貌類型主要有低山地、中山地和丘陵地，地勢西北高、東南低，是典型的山區(qū)縣。山峰有歪頭山、南坨、神仙山等。其中歪頭山橫貫縣境西北，海拔2 286 m，是本縣最高峰。該縣水資源總量為4.89×108m3，總儲水量約1.09×109m3，水能蘊藏量為7.149×104kW，每年降水多以地表徑流形式流失，地下水難以補充。阜平縣屬大陸性季風(fēng)氣候，位于暖溫帶半濕潤半干旱地區(qū)，地方小氣候特征明顯。年均溫12.6 ℃；年均降水量為550～790 mm；全年無霜期為140～190 d。

1.2 數(shù)據(jù)來源

所需要的文件數(shù)據(jù)由阜平縣自然資源與規(guī)劃局、農(nóng)業(yè)局、水利局等部門提供。包括：阜平縣行政區(qū)劃圖、1∶25萬地貌類型圖、1∶25萬土壤類型圖、植被類型圖、水系圖等基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)。阜平縣高程、坡度、坡向等指標(biāo)是通過地理空間數(shù)據(jù)云下載的遙感數(shù)據(jù)，通過ArcGIS 10.2對影像進(jìn)行分析處理所得。

2 研究方法

2.1 分類方法

土地類型劃分的最常用的有景觀法、參數(shù)法以及過程法等。景觀法是依據(jù)土地各組成要素在區(qū)域內(nèi)相互結(jié)合及相互作用的情況，在區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)特征不同的土地個體，以造成分異的主導(dǎo)性因素出發(fā)，對土地類型進(jìn)行分類。景觀法操作簡潔，劃分結(jié)果準(zhǔn)確，但主觀性太強，依賴個人經(jīng)驗。參數(shù)法是對選取相對重要的分類指標(biāo)進(jìn)行數(shù)量化或等級化的基礎(chǔ)上進(jìn)行分類的方法。參數(shù)法有定量和客觀性強的特點，但其分類結(jié)果依賴選取的指標(biāo)及其指標(biāo)的精確性。過程法是根據(jù)土地分異的本質(zhì)特點，對土地自然分異過程進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行分類的方法。過程法操作難度大，易導(dǎo)致劃分結(jié)果不準(zhǔn)確[20]?？紤]以上3種方法的優(yōu)缺點，本研究采用景觀法與參數(shù)法相結(jié)合的方法對研究區(qū)土地類型進(jìn)行劃分。

2.2 分類指標(biāo)

分類指標(biāo)是土地類型分級分類的重要依據(jù)。阜平縣區(qū)域之間的相對高差是2 000 m左右，有明顯的垂直地帶性特征，垂直地帶性可直接影響區(qū)域水熱條件的再分配，由于山區(qū)地形地貌和海拔特征影響各種土壤類型的形成和分布，從而影響植被類型的分布情況。地形地貌作為劃分山區(qū)土地類型的主要依據(jù)，它的海拔、坡度、坡向等因素會影響土壤和植被的分布情況。土壤作為土地的重要指標(biāo)，影響著土地的質(zhì)量和生產(chǎn)能力，最終影響著人類生活水平的質(zhì)量[21]。植被群叢的分布同樣因地形地貌、土壤條件、水熱分配和人為干擾而出現(xiàn)不同的分布情況。因此土地類型劃分的主要依據(jù)是地形地貌、土壤和植被類型的分布情況，考慮到研究區(qū)域的顯著特征，本研究以大、中地貌類型作為一級指標(biāo)，根據(jù)地貌指標(biāo)，劃分出阜平縣一級土地類型。以土壤亞類為主，并參考植被系組，以及小地貌類型來確定二級指標(biāo)，結(jié)合一級土地類型劃分結(jié)果，劃分阜平縣的二級土地類型。

2.3 景觀指數(shù)指標(biāo)選取

運用景觀生態(tài)學(xué)方法，對阜平縣土地類型從景觀水平和斑塊水平這2個水平上進(jìn)行景觀格局指數(shù)分析，選取以下指標(biāo)并使用Fragstats 4.2進(jìn)行指數(shù)計算，通過景觀格局指數(shù)結(jié)果進(jìn)一步分析阜平縣土地類型的景觀分布格局特征。

景觀多樣性指數(shù)：

(1)

式中：SHDI為景觀多樣性指數(shù)，Pi為景觀類型i的面積比例，m為景觀類型的數(shù)目。

景觀均勻度指數(shù)：

(2)

式中：E為景觀均勻度指數(shù)，SHDImax為最大景觀多樣性指數(shù)。

景觀形狀指數(shù)：

(3)

式中，E為景觀中所有斑塊邊界的總長度，A為景觀總面積。

分維數(shù)：

D=2ln(P/4)/ln(A)

(4)

式中，D表示分維數(shù)；P為斑塊周長；A為斑塊面積。

斑塊密度：

(5)

式中：P為斑塊密度指數(shù)，N為景觀中斑塊總數(shù)，A為景觀總面積。

邊緣密度：

(6)

式中：E為土地類型斑塊的邊界長度，A表示土地類型的面積。

分離度指數(shù)：

Ii=Di/Si

(7)

式中：Ii為景觀類型i的分離度指數(shù)，Di為景觀類型i的距離指數(shù)，計算公式如下：

(8)

Si為景觀類型i的面積指數(shù)，計算公式如下：

(9)

式中：Ai為景觀類型i的總面積，A為景觀的總面積，i為每個類型的斑塊數(shù)目。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地類型分類結(jié)果與面積

根據(jù)選取的分類指標(biāo)及分類方法，并依據(jù)各要素之間的差異性對阜平縣土地類型進(jìn)行劃分。分類結(jié)果及其各土地類型面積如表1所示，一、二級土地類型見圖1、2。

由表1、圖1、圖2可知，阜平縣總面積為2 494 km2，其中水域面積為11.30 km2，土地面積為2 482.71 km2，擁有66個土地類型斑塊。阜平縣土地類型豐富，一級土地類型有4種，分別為中山地、低山地、丘陵地和河川溝谷地，其中低山地面積最大，面積為1 040.67 km2占全域土地面積41.92%，主要分布在北部和西南部；河川溝谷地面積最小，面積為253.20 km2,占全域土地面積10.20%。二級土地類型有11種，分別為灌草叢褐土性土低山地、灌叢草地褐土低山地、疏林灌叢淋溶褐土低山地、灌草叢粗骨土中山地、針闊葉混交林淋溶褐土中山地、疏林灌叢生草棕壤中山地、針闊葉混交林棕壤中山地、灌叢草甸中山地、褐土河川地、褐土溝谷地、灌草叢褐土性土丘陵地。其中灌草叢褐土性土低山地面積最大，面積為669.74 km2，占全域土地面積26.98%，主要分布在東北部和西南部；針闊葉混交林淋溶褐土中山地面積最小，面積為5.31 km2,占全域土地面積0.21%。

表1 阜平縣土地類型分類及其分類面積表Table 1 Land type classification and classification area table in Fuping County

圖1 一級土地類型圖Figure 1 Class I land type map

圖2 二級土地類型圖Figure 2 Class II land type map

3.2 景觀水平的土地類型格局特征

阜平縣屬太行山山系，地貌類型多樣，景觀生態(tài)特征明顯，對阜平縣的土地類型景觀格局特征進(jìn)行分析，可以揭示阜平縣土地類型景觀格局的具體情況，為土地綜合整治以及土地利用規(guī)劃等提供適當(dāng)?shù)目茖W(xué)依據(jù)和參考價值。

土地類型景觀水平上各指數(shù)值由見表2。

表2 阜平縣土地類型景觀水平指數(shù)表Table 2 Land type landscape level index table of Fuping County

由表2可知，阜平縣內(nèi)的土地類型斑塊多樣性指數(shù)為1.964 4。表明研究區(qū)內(nèi)的土地類型的數(shù)量、面積和類型差異較大，土地類型越豐富，景觀結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，景觀異質(zhì)性較為明顯，比較符合阜平縣實際情況。均勻度指數(shù)為0.790 5，說明阜平縣不同的土地類型斑塊分布較為均勻，沒有明顯絕對優(yōu)勢的土地類型，景觀穩(wěn)定性較低。阜平縣景觀形狀指數(shù)為11.731 1，分維數(shù)為1.637 9，可看出研究區(qū)內(nèi)景觀格局復(fù)雜，斑塊形狀不規(guī)則。綜上，整個研究區(qū)域的異質(zhì)性是顯著的，但穩(wěn)定性較低，不利于維持土地類型的空間格局。因此，在土地的開發(fā)和利用過程中，應(yīng)注意對土地類型各種生態(tài)功能的影響，并選擇最佳的利用方式，以減少對土地功能的損害。

3.3 斑塊水平的土地類型格局特征

(1)一級土地類型景觀格局指數(shù)

一級土地類型景觀格局指數(shù)值見表3。

表3 阜平縣一級土地類型景觀格局指數(shù)表Table 3 Landscape pattern index table of the first land type in Fuping County

由表3知，研究區(qū)有4種一級土地類型。從斑塊數(shù)量上看，低山地斑塊數(shù)量最多，表明低山地在研究區(qū)內(nèi)分布較廣，斑塊破碎化程度較高，而且低山地面積最大,和斑塊數(shù)量多有一定關(guān)系，其次為丘陵地，河川溝谷地斑塊數(shù)量最少，斑塊分布較為集中，破碎化程度低。

從斑塊密度上看，同樣是低山地最高，表明低山地斑塊分布較為分散、分布廣，被其他景觀分割破碎程度大，河川溝谷地斑塊密度最小，斑塊分布較為集中，破碎化程度低，斑塊結(jié)構(gòu)較為緊密。

從邊緣密度上看，低山地的邊緣密度高于其他土地類型，表明低山地景觀斑塊周圍其他景觀斑塊分布較多，邊界被割裂的程度最高，具有最好的邊界效應(yīng)；其次為河川溝谷地，邊界效應(yīng)也較好；邊緣密度最小的為中山地，代表丘陵地景觀類型的邊界效應(yīng)較差。

從分維數(shù)上看，各土地類型數(shù)值均小于2，河川溝谷地?fù)碛凶罡叩姆志S數(shù)1.891，河川溝谷地貫穿所有土地類型，邊界相對較為復(fù)雜曲折，褶皺度最高；其次為低山地，邊界也相對較為復(fù)雜；分維數(shù)最低的為丘陵地，丘陵地分布較為集中，丘陵地景觀邊界的褶皺度較低，即丘陵地邊界較為規(guī)則，很難被外界環(huán)境影響。

從分離度上看，低山地分離度指數(shù)最高，表明低山地景觀類型的斑塊分離程度較大，具有較差的連通性，空間分布較為分散；其次是丘陵地，分離度指數(shù)最小的為河川溝谷地，表明河川溝谷地具有較好的空間連通性。

(2)二級土地類型景觀格局指數(shù)

二級土地類型景觀格局指數(shù)值見表4。

表4 阜平縣二級土地類型景觀格局指數(shù)表Table 4 Landscape pattern index table of the secondary land types in Fuping County

由表4知，研究區(qū)有11種二級土地類型。從斑塊數(shù)量上看，灌草叢褐土性土低山地斑塊數(shù)量最多，斑塊數(shù)量19，說明灌草叢褐土性土低山地在研究區(qū)的分布區(qū)域較廣，斑塊破碎化程度較大，研究區(qū)內(nèi)山地分布較多，且山區(qū)是褐土的主要聚集地；其次為灌草叢褐土性土丘陵地，斑塊數(shù)量為11，主要分布在阜平縣東南部。針闊葉林混交林淋溶褐土中山地數(shù)量最少，僅有1塊，數(shù)量少的原因是受人類活動影響，是阜平縣比較稀有的土地類型。

從斑塊密度上看，斑塊密度最大的為褐土溝谷地，為0.027 6。由于河川溝谷地面積小、且褐土溝谷地所占面積大，分布最廣，斑塊數(shù)量多，所以其斑塊密度較大，破碎化程度大。斑塊密度最小的為針闊葉林混交林淋溶褐土中山地，為 0.001 4，針闊葉林混交林淋溶褐土中山地面積最小、斑塊數(shù)量最少僅有1塊，破碎化程度最低。

從邊緣密度上看，邊緣密度最大為灌草叢褐土性土低山地，為3.933 0，表明其周圍分布的其他景觀斑塊較多，有明顯的邊界效應(yīng)；其次為褐土溝谷地，邊緣密度最小的是針闊葉林混交林淋溶褐土中山地，該土地類型面積小，周圍分布的其他景觀類型斑塊少，邊界效應(yīng)差。

從分離度指數(shù)上看，分離度最大的為灌草叢褐土性土低山地，為9.449 9，其次為灌草叢褐土性土丘陵地，為5.504 8。分離度最小的為灌草叢粗骨土中山地，為1.000 1，表明該土地類型斑塊分布較集中，受外界影響因素較小。

3.4 阜平縣土地類型景觀格局特征分析

3.4.1 低山地 低山地包括灌草叢褐土性土低山地、灌叢草地褐土低山地和疏林灌叢淋溶褐土低山地 3 種土地類型景觀。在低山地景觀中，灌草叢褐土性土低山地斑塊數(shù)量最多、斑塊密度最大、邊緣密度值最大、分離度最高，表明該土地類型在低山地景觀中分布最廣，面積最大，斑塊破碎化程度最高，有很好的邊界效應(yīng)，周圍斑塊分布較多，與其他斑塊能量物質(zhì)交換潛力較大，斑塊聚集性最差，各斑塊間連通性差；灌叢草地褐土低山地斑塊數(shù)量與疏林灌叢淋溶褐土低山地斑塊數(shù)量、斑塊密度相同，斑塊破碎化程度較低，灌叢草地褐土低山地的邊緣密度略高于疏林灌叢淋溶褐土低山地，表明灌叢草地褐土低山地周圍斑塊分布較多，邊界效應(yīng)強于疏林灌叢淋溶褐土低山地，分離度低于疏林灌叢淋溶褐土低山地，表明該土地類型分布聚集，斑塊間連通性好。

綜上所述，在低山地的土地類型較為簡單，其中較為優(yōu)勢的土地類型為灌草叢褐土性土低山地，該土地類型面積大、分布廣、斑塊破碎化程度高、邊界效應(yīng)強，易受外界環(huán)境的影響，斑塊聚集性較差，各斑塊間連通性差。低山地區(qū)域植被稀少，灌草叢及其砂石裸地較多，開發(fā)難度較大。

3.4.2 中山地 在中山地包括灌草叢粗骨土中山地、針闊葉林混交林淋溶褐土中山地、疏林灌叢生草棕壤中山地、針闊葉混交林棕壤中山地和灌叢草地中山地5種土地類型。在中山地景觀中，針闊葉混交林棕壤中山地斑塊數(shù)量最多、斑塊密度最大，該土地類型分布較廣，斑塊破碎化程度最大；邊緣密度和分離度次于疏林灌叢生草棕壤中山地，有較強的邊界效應(yīng)，與其他斑塊能量物質(zhì)交換潛力較大，斑塊聚集性較差，斑塊間連通性較差。疏林灌叢生草棕壤中山地斑塊數(shù)量、密度略低于針闊葉混交林棕壤中山地，該土地類型分布較廣且面積最大，斑塊破碎化程度較大；邊緣密度和分離度最大，該土地類型斑塊聚集性差，斑塊間連通性差。灌叢草地中山地斑塊數(shù)量、密度較少，斑塊破碎程度較低，邊緣密度值最低，邊界效應(yīng)最差，其他斑塊能量物質(zhì)交換潛力小，分離度較低，斑塊聚集性較好，斑塊間連通性好。灌草叢粗骨土中山地斑塊數(shù)量、密度較少，斑塊破碎程度較低，邊緣密度值較低，邊界效應(yīng)較差，其他斑塊能量物質(zhì)交換潛力小，分離度最低，斑塊聚集性好，斑塊間連通性好。針闊葉林混交林淋溶褐土中山地斑塊數(shù)量僅有1塊，斑塊密度最低，斑塊破碎化程度最低，邊緣密度較高，周圍斑塊分布較多，與周圍斑塊能量物質(zhì)交換潛力較強。

綜上所述，中山地景觀類型較為豐富，景觀穩(wěn)定性較好，其中較為優(yōu)勢的土地類型是疏林灌叢生草棕壤中山地，該土地類型面積大、分布廣、斑塊破碎化程度高、邊界效應(yīng)強，易受外界環(huán)境的影響，斑塊聚集性較差，各斑塊間連通性差。中山地有豐富的森林資源，對中山地土地利用時注意對森林資源的保護(hù)。

3.4.3 河川溝谷地 河川溝谷地包括褐土河川地和褐土溝谷地2種土地類型景觀。其中褐土溝谷地面積最大且分布最廣，其斑塊數(shù)量多，破碎化程度高，邊緣密度大，邊界效應(yīng)好，與其他斑塊能量物質(zhì)交換潛力大，分離度高，斑塊聚集性較低，連通性差，而褐土河川地，斑塊數(shù)量少、斑塊密度較低，破碎化程度較低，邊緣密度小，邊界效應(yīng)差，與其他斑塊能量物質(zhì)交換潛力小。褐土溝谷地為優(yōu)勢土地類型，斑塊結(jié)構(gòu)簡單，分布較廣，連通性好，與其他斑塊能量物質(zhì)交換潛力大，易受外界環(huán)境的影響。阜平縣的耕地主要分布在河川溝谷地，對河川溝谷地開發(fā)時應(yīng)注意對農(nóng)用地的保護(hù)。

3.4.4 丘陵地 丘陵地僅有1種土地類型景觀為灌草叢褐土性土丘陵地，景觀穩(wěn)定性較低，斑塊密度值較低，斑塊分布較為緊密，破碎度較低；邊緣密度較大，邊界效應(yīng)強，易受外界環(huán)境的影響，分離度較大，斑塊聚集性較差，斑塊間連通性差。阜平縣的城鎮(zhèn)主要集中在丘陵地區(qū)域，對丘陵地區(qū)域土地利用應(yīng)加強管理，注意保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

4 討論與結(jié)論

選取阜平縣作為研究區(qū)域，對阜平縣土地類型進(jìn)行劃分并分析其數(shù)量特征，然后運用景觀生態(tài)學(xué)方法對該地區(qū)土地景觀格局特征進(jìn)行了分析研究。通過研究土地類型分布情況以及景觀格局特征來了解阜平縣土地類型的特征和景觀穩(wěn)定性，為阜平縣土地開發(fā)利用規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)，實現(xiàn)土地多功能利用等工作提供理論依據(jù)。主要結(jié)論如下：

(1)阜平縣共有4 種一級類型和11種二級類型。其中一級土地類型，面積最大的是低山地，面積最小的是河川溝谷地；二級土地類型，灌草叢褐土性土低山地面積最大，針闊葉林混交林淋溶褐土中山地面積最小。

(2)阜平縣土地類型豐富，分布較為均勻，整體的空間異質(zhì)性較大，穩(wěn)定性較低；在斑塊類型水平上，同樣擁有較高的異質(zhì)性。其中一級土地類型中，低山地面積大、分布廣，斑塊破碎程度較大，斑塊形狀復(fù)雜，邊界效應(yīng)好，與其他斑塊物質(zhì)交換潛力大，易受外界環(huán)境的影響；二級土地類型中，灌草叢褐土性土低山地的面積最大且分布相對較廣，邊界效應(yīng)最好，與其他斑塊物質(zhì)交換潛力大，斑塊聚集性較強，連通性好，居于主導(dǎo)地位。

(3)低山地區(qū)域灌草叢和裸地居多，開發(fā)難度較大；中山地區(qū)域土地類型豐富，植被豐富森林覆蓋率大，應(yīng)注重對中山地區(qū)域的生態(tài)保護(hù)，根據(jù)生態(tài)紅線的劃定減少對中山地區(qū)域開發(fā)；河川溝谷地耕地分布較多，應(yīng)注重對農(nóng)用地的保護(hù)；丘陵地區(qū)域景觀類型簡單，面積較大，穩(wěn)定性差，且城鎮(zhèn)分布集中，土地利用時應(yīng)注重對丘陵地區(qū)域的環(huán)境保護(hù)和加強土地利用管理。

綜上所述，阜平縣土地類型豐富，土地類型景觀形狀均不規(guī)則，各土地類型斑塊分布均勻無絕對優(yōu)勢土地類型，景觀異質(zhì)性較大，景觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受到外界條件干擾。所以合理利用規(guī)劃土地尤為重要。對低山地區(qū)域可進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)利用，中山地區(qū)域植樹造林，保護(hù)森林資源，河川溝谷地注意對耕地的保護(hù)，丘陵地區(qū)域土地合理利用注意保護(hù)環(huán)境。根據(jù)土地類型分布特點合理利用土地，合理利用各種資源，實現(xiàn)土地多功能利用，構(gòu)建人與自然和諧相處的生態(tài)環(huán)境。