石羊河流域土地利用景观变化及生态风险评价

王璐乔蕻强马世瑛张睿王书凝汤超鑫摘要院以人类活动为风险源的生态风险评价对于合理调整流域景观结构尧维护流域生态环境具有重要的意义遥文章以人类活动对景观格局的影响为角度构建景观格局指数袁以四期遥感数据为基础袁构建生态风险指数袁划分生态风险等级袁对石羊河流域的生态风险的时空特征进行分析遥石羊河流域中部区域的生态风险较高袁南部区域的生态风险位于中等袁北部地区的生态风险较低遥今后应加强土地利用合理和人类活动的管理袁提高生态系统的自然恢复能力和生态承载力遥

关键词院景观格局指数曰生态风险评价曰石羊河流域

一尧研究区与项目概况

石羊河流域地理位置介于北纬36毅29忆耀39毅27忆袁东经101毅41忆耀104毅16忆之间袁位于甘肃省河西走廊东部尧祁连山北麓袁地处黄土高原尧青藏高原尧内蒙古高原的交汇过渡带袁属巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠的汇合地袁面积约41600km2袁全流域由南部祁连地尧中部走廊平原区尧北部低山丘陵区及荒漠区四大地貌单元组成袁为我国水资源现开发利用度最高的内陆河遥研究区总人口大约为227万袁人口密度较高袁人类活动对土地利用变化影响较大遥依据石羊河流域土地的覆盖特点袁此次实验将土地类型分

为院耕地尧草地尧林地尧水域尧建设用地以及其他用地遥

二尧数据源及处理

实验遥感数据为Iandsat卫星数据袁采用2010年和2016年的TM袁5个时相的数据遥选择数据的原则是影像无云雾遮挡遥分类前对影像做重采样尧几何精纠正并进行配准袁并将几何精度控制为1个像元内遥影像分类采用方法为最大似然分类法及目视解译袁将土地类型分为6类:耕地尧草地尧林地尧建设用地尧水域尧其他用地遥遥感解译精度为90%以上袁能满足本次实验的研究需求遥

三尧研究方法

渊一冤景观格局变化分析

景观格局能反映景观异质性袁同时可以对不同尺度上的各种生态过程做出分析袁景观格局分析方法在景观生态学的研究过程中起很重要的作用遥本次研究根据我国干旱半干旱区的土地特点袁选取破碎度指数尧分离度指数尧景观分维数尧景观干扰度尧生态损失度指数尧景观脆弱度袁对景观生态损失度进行分析遥

渊二冤生态风险评价分析

在人类活动占优势的景观内袁生态系统的结构和组成可以揭示出不同土地利用方式和强度所导致的生态影响袁而且其具有区域性和累积性的特点袁因而从区域生态系统的结构出发构建生态风险评价模型可以表征区域内的生态风险状况袁综合评估各种潜在生态影响的种类

表1景观格局指数

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2019年26期渊9月冤

及其造成的累积性的生态后果遥本文主1可知袁研究区景观中建设用地受干扰要依据流域内人类活动对景观结构的影程度最大袁其他用地最小曰从时间上来响袁研究区斑块面积大小以及数据处理看袁草地尧林地尧水域及建设用地的景观量袁将研究区分成20km*20km的采样网结构指数呈现下降趋势袁说明这几种类格袁共127个风险小区遥在景观格局指数型景观结构得到有序调整袁受人类干扰的基础上构建模型袁利用公式渊1冤计算研程度趋于平缓遥而建设用地和其他用地究区各样方的生态风险指数袁经过归一景观结构指数呈现出小幅度上升袁说明化处理袁将该值赋予各风险小区中心的受人类干扰程度增加遥

属性值遥之后运用ArcGIS地统计分析模渊二冤生态风险时空变化分析

块袁通过半变异函数进行理论变异函数为了比较研究区生态风险的等级空拟合袁运用球形拟合较为理想遥采用普通间变化袁借助ArcGIS所提供的自然断点克里金插值法分析研究区生态风险时空法将研究区的生态风险划分成5个等级院变化特征遥

低风险区渊0.0199耀0.1736ERIi=移n

A风冤尧较低风险区渊0.1736耀0.4076冤尧中等险区渊0.4076耀i=1

Aij

伊Ri渊1冤

i

0.7217冤尧较高风险区渊0.7217耀1.02冤尧高式中袁ERIi表示第i个风险小区的生风险区渊1.02耀1.7242冤遥并得到生态风险态风险指数曰n表示景观的数量曰Aij表示空间分布图袁依据空间分布图统计面积袁在i个风险小区内第j类景观的面积曰Ai得到生态风险区面积渊表2冤遥

表示第i个风险小区的面积曰Ri表示生态2010年石羊河流域生态风险空间分损失度指数遥

布特征与2016年进行对比来看袁高风险四尧实验结果

区面积减少明显袁主要分布在研究区的渊一冤景观格局变化分析

中部绿洲区袁是位于金川南部尧永昌北部由表1得袁2010~2016年草地尧林地尧及部分凉州和永昌的交界处在天祝地区水域的破碎度和分离度都呈现出比较大南部也有小部分分布曰较高风险区和中幅度的减小趋势袁这是因为随着人们生等风险区面积小幅度增加袁都以高风险态保护意识的提高袁出台相关生态区为中心呈环状分布袁中等风险区在民保护方面的袁草地尧林地尧水域的面勤中部和西部区域尧古浪东部也有部分积增加袁逐渐趋向于连片分布遥而耕地的分布曰较低风险区面积大幅度减少袁大部破碎度和分离度由0.2130和0.6101增分转化为低风险区域遥低风险区域在民加到0.60和1.0590袁说明6年来耕地勤区域以较低风险区呈包围趋势分布袁受人类活动影响剧烈袁大的板块被不断分布在肃南尧天祝北部地区袁凉州的中部分割袁斑块数目大幅度增加遥建设用地的地区遥综合以上对石羊河流域生态风险破碎度和分离度变化不大袁说明建设用时空特征的分析可知院研究区生态风险地结构变化较平稳遥水域的分维数呈现等级较高的区域主要分布在流域中部的出下降的趋势袁从1.5611降至1.3302袁图绿洲区袁这是因为该区域内袁人口较密形变化更为简单遥而建设用地和其他用集尧人类活动较频繁袁经济建设尧城镇化地的分维数则呈现出上升的趋势袁说明发展以及农业生产等活动的影响对区域图形变化更为复杂遥景观格局指数能反生态环境影响较大袁所以该区域在进行映不同生态系统受到的干扰程度袁由表

工农业等的经济建设活动的同时袁要合

表2生态风险区面积

2010年

2016年

生态风险等级

面积渊km2冤比例

面积渊km2冤比例低15584.7636.65%20181.5550.06%较低19807.2449.13%113.4429.50%中2300.285.71%4924.6512.21%较高1268.783.15%2421.416.01%高

1357.37

3.37%

7.37

2.23%

CHINACOLLECTIVEECONOMY理利用土地袁调整土地利用的结构袁合理安排农业活动袁保护天然植被等措施提高生态系统的自然恢复能力和生态承载力曰流域生态险等级较低的区域主要分布在流域上游及下游地区袁这是因为受地形影响袁人口较少袁对生态系统的影响较少袁上游区域要提高水土的保持效益袁增强生态系统的稳定性袁下游区域则应加大人工植被的种植袁提高区域植被的覆盖度和物种的多样性袁协调经济和生态环境的共同发展遥

五尧结论与讨论

1.研究区的主要景观类型为耕地和草地袁研究期内耕地尧草地尧林地尧建设用地的面积都呈现总体上增加的趋势袁水域和其他用地类型的面积则呈现了总体上减少的趋势遥

2.研究区的景观格局指数显示出建设用地的受干扰程度最大袁其他用地最小遥在研究期内石羊河流域的呈现下降趋势遥

3.在研究区的中部地区由于人类活动最为频繁袁高风险区以及较高风险区主要分布在中部地区遥在研究期内袁高风险区有明显的减少袁说明对生态环境保护的效果明显遥

4.本文以人类活动对景观格局结构的影响角度构建生态风险指数袁角度较为单一遥受遥感影像分辨率的袁以及ArcGIS软件使用过程中的误差袁对遥感影像分类结果的精度影响无法避免遥生态风险小区的划分是以均质的方式袁对流域内荒原边缘区尧森林边缘区和绿洲边缘区等较为敏感区域的变化考虑不全面袁从这些方面可以有更多的提升遥

参考文献院

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训练元计划基金项目资助石院甘肃羊河农流业大域土学学地利生用科研景观变化及生态风险评价渊20181421尧ZX2018045冤遥

渊作者单位院甘肃农业大学管理学院遥乔蕻强为通讯作者冤

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