3S技术支持下的抚仙湖流域景观格局变化研究

谭志卫

（云南省环境科学研究院，云南高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室，云南昆明650034）

3S技术支持下的抚仙湖流域景观格局变化研究

谭志卫

（云南省环境科学研究院，云南高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室，云南昆明650034）

采用1976年、1994年及2011年的三期经过校正处理的TM卫星影像，分析了抚仙湖流域的景观格局动态变化。结果表明，抚仙湖流域的景观格局变化很大，主要表现在建筑用地景观面积增加、农地景观面积减少、林地景观面积增加。通过分析，表明人类活动对抚仙湖流域景观格局的影响明显。

3S技术；湖泊保护；景观格局；抚仙湖

景观格局，是大小和形状不一的相互作用的景观斑块在空间上的配置，是各种生态过程在不同尺度上作用的结果［1］。景观格局分析，是景观生态学研究的基本内容，其目的就是在似乎无序的景观中发现潜在的、有意义的规律性［2］。近年来，景观格局及其动态变化分析已成为景观生态学研究的热点问题和重要领域。

1 研究区概况

抚仙湖属南盘江水系，珠江源头第一大湖，位于云南省玉溪市澄江、江川、华宁三县间，距昆明70多km。抚仙湖是一个南北向的断层溶蚀湖泊，形如倒置葫芦状，两端大、中间小，北部宽而深，南部窄而浅，中呈喉扼形。湖面海拔高度1722.5m，湖面积216.6km2，湖容积206.2亿m3，湖水平均深度95.2m，最深处有158.9m，相当于12个滇池的水量，6倍的洱海水量，太湖的4.5倍，占云南九大高原湖泊总蓄水量的72.8%，占全国淡水湖泊蓄水量的9.16%。抚仙湖水质为I类，是我国水质最好的天然湖泊之一。2013年12月通过财政部、环境保护部组织的2013年江河湖泊生态环境保护工作，被纳入国家15个重点湖泊支持范围。

2 研究方法

2.1 数据准备及处理

采用1976年6、1994年44及2011年4的三期经过校正处理的TM卫星影像（分辨率30M）为研究数据，数据层无明显云层分布，易于分辨土地利用类型。利用Arcview、Arcmap及Erdas软件进行数据处理。

2.2 分类系统

为了有效地获取景观类型，满足研究需要，本次建立的景观分类体系为林地、农地、水域、建筑用地及草地景观。

2.3 景观指数选取

为避免不同指标值之间数据的冗余，本文中根据实际需要选取了斑块密度指数 （PD）、最大形状指数（LSI）、斑块分维数（PARFAC）、多样性指数（SHDI）、均匀度指数（SHEI）和优势度指数（D）。

3 结果与分析

3.1 抚仙湖景观格局动态变化研究

3.1.1 抚仙湖流域景观类型现状分析

本研究采用了1976年、1994年、2011年2月10日过境的TM影像，利用目视解译的方法获取土地现状情况。通过现场调查与分析，把2011年景观格局数据调整成2013年景观格局分布情况。根据统计分析，结果表明，1976—1994—2013年间，林地景观与水域景观都是抚仙湖流域的优势景观类型。2013年，林地景观斑块数为144个，面积为184.88km2，占总面积的27.37%，主要分布在流域分水岭；水域景观斑块数为24个，面积为216.81km2，占总面积的32.09%，主要为抚仙湖及水库；农地景观斑块数为100个，面积为174.84km2，占总面积的25.88%，主要分布在抚仙湖湖滨带及北部坝区；荒草地景观斑块数为120个，面积为78.18km2，占总面积的11.57%，夹杂林地景观分布。1994年及1976年的景观类型分布与2013年基本一致，只是斑块数与斑块面积数值上有变化，1994年农地景观、水域景观及荒草地景观的斑块面积及斑块数比2013年高，比1976年少，建筑用地景观及林地景观比2013年少，比1976年多。详情见图1、图2。

表1 抚仙湖流域景观类型结构及面积统计表

3.1.2 抚仙湖流域景观类型动态变化分析

景观格局变化反映了不同时期人类出于各种目的对土地利用方式的改变，土地利用／覆被变化可引起许多自然现象和生态过程的变化。通过统计分析，1976—1994—2013年抚仙湖流域景观类型转移矩阵见表2。

通过转出分析得出，1976—1994年，抚仙湖流域景观类型发生变化的总面积为25.22 km2，即流域内景观类型面积的3.73%发生了利用类型的转变。转出面积依大小排次分别为：荒草地（14.81 km2）＞＞耕地（6.26 km2）＞＞林地（3.66 km2）＞＞水域（0.47 km2）＞＞建筑用地（0.01 km2）。荒草地转出面积为14.81 km2，转出的类型主要为林地，林地面积占转出面积的95.81%，究其原因，主要是在封山育林及植树造林政策的驱使下，大量的荒草地被改造成林。其它1.22%转为耕地，1.96%转为建筑用地；耕地转出面积为6.26 km2，主要的转出类型为建筑用地，建筑用地面积占转出面积的90.04%，大量的耕地转为建筑用地，主要受经济发展带来的城市扩张的影响。其它3.10%转为林地，6.92%转为水域；林地转出面积为3.66 km2，59.57%转为耕地，36.17%转为建筑用地。水域转出面积为0.47 km2，受围湖造田的影响0.18 km2转为耕地，城市及乡村发展使0.17 km2转为建筑用地。

1994—2013年，抚仙湖流域景观类型发生变化的总面积为54.27 km2，即流域内景观类型面积的8.04%发生了利用类型的转变。转出面积依大小排序分别为：荒草地（23.76 km2）＞＞林地（18.82 km2）＞＞耕地（8.39km2）＞＞水域（2.00 km2）＞＞建筑用地（1.09 km2）。荒草地转出面积为23.76 km2，转出的类型主要为林地，林地面积占转出面积的86.73%。其它6.56%转为耕地，6.67%转为建筑用地。林地转出面积为18.82 km2，95.97%转为荒草地，2.42%转为建筑用地，1.48%转为耕地。耕地转出面积为8.39 km2，主要的转出类型为建筑用地，建筑用地面积占转出面积的43.64%，在退耕还林的驱动下30.29%转为林地，11.30%转为荒草地。水域转出面积为2.00 km2，1.05 km2转为耕地，0.90 km2转为建筑用地。

表2 1976—1994—2013年抚仙湖流域景观类型转移矩阵表

3.1.3 综合分析

从三期景观类型分布情况及面积统计来看，抚仙湖流域景观类型变化以耕地景观、建筑用地景观、林地景观、荒草地景观为主。建筑用地景观面积大幅度增加，以牺牲农地景观为代价。荒草地景观减少，林地景观增加，水域景观略有减少。

建筑用地景观面积在1976—2013年不断增加。1976年建筑用地面积为9.51km2，到1994年增长到15.32km2，至2013年增长到20.83km2，近40年建筑用地景观面积翻了一翻。从上述土地利用演变分析可以看出，建筑用地景观面积的增长是以牺牲农地为代价的，在社会经济及旅游业高速发展的驱动下，大量的农地被占用，如1976年农地面积为184.47km2，1994年减少为179.26km2，至2013年农地面积为174.84km2，减少近10km2。详情见图3。

林地景观面积在1976—2013年持续增加，荒草地面积在期间持续减少。从上述的转移矩阵可以看出，减少的荒草地转为了林地。在政府针对林业 “宜封则封，宜造则造，封山育林与人工造林相结合”的强有力政策下，抚仙湖流域30多年来森林保育良好，面积略有增长。1976年森林覆盖率为24.95%，1994年森林覆盖率为26.72%，2013年森林覆盖率为27.37%，详见图4。

水域景观在近40年略有减少，主要是由于水位下降、滩涂裸露、人为侵占湖滨造成的。详情见图5。

3.2 抚仙湖景观格局动态变化分析

将景观生态学的理论与方法应用于抚仙湖流域景观结构变化的研究中，从景观空间格局变化的某些特征分析各主要地类动态变化的规律。景观格局指数是景观空间格局和异质性的定量描述。对不同时期同一景观类型的景观格局定量分析，可以反映抚仙湖景观结构的变化趋势以及所受到的干扰程度。

如表3所示，1976—2013年抚仙湖流域景观多样性指数从1.3999增加到1.4143，再增加到1.4267，表明研究区的景观多样性不断增加；优势度在1976—1994年减少了0.0144，在1994—2013年减少了0.0124，反映了研究区各景观类型所占的比例差异在不断减少，即一种或者少数几种景观占优势的地位在明显降低，该流域内占优势的耕地与水域面积减少，林地面积增加是优势度指数变化的重要原因；均匀度从1976年的0.8698增加到1994年的0.8787，再增加到2013年的0.8864，表明各景观类型的分布均匀程度在增加。从整体来看，抚仙湖流域的景观类型比较单一，而且类型变化不是太多，所以景观格局变化指数的变化值也不是很大。

表3 1976—2013年流域景观类型多样性指数

表4 抚仙湖流域景观生态指数

从表4可以看出，农地、建筑用地及林地的斑块密度在增加，这一指数说明农地与建筑用地的破碎度在增加，空间异质性程度在增加。究其原因，主要为人为作用于这两种景观类型的结果。水域的斑块密度变化不大，荒草地的斑块密度呈先增加后减少的变化。

同样地，从斑块形状指数来看，1976—2013年，建筑用地、农地与林地的斑块形状指数在增加，说明这三类型斑块的形状越来越复杂，说明在人为干预下，斑块形状向不规划方向发展。水域的斑块形状变化不大，荒草地的斑块形状呈先增加后减少的变化趋势，与斑块密度变化趋势基本一致。

在景观生态学中，分维数的理论范围为1.0～2.0，分维数越趋近于1，斑块形状越有规律。从总体上看，建筑用地、农地、林地与草地的分维数值在研究年间基本都在1.5以上，反映了这四类景观的几何形状很复杂的特点，人为因素干预比较大，斑块形状越来越不规律。

3.3 抚仙湖流域景观结构改变对生态系统功能的影响分析

结合上述抚仙湖流域景观格局分析，分析抚仙湖流域景观结构改变对生态系统功能的影响从两个方面进行：

（1）流域的面山区域。面山区域的景观类型主要为林地和草地，研究期间林地面积由1976年的168.56km2，增加为1994年的180.49km2，再增加到2013年的184.88km2。研究期间林地面积虽然持续增加，但据文献记录，长期以来，流域受人为活动的影响，区内常绿阔叶林遭到严重破坏，现有森林以华山松林、云南松林等针叶林为主［3］，即人为活动在破坏天然林的同时种植针叶林替代原来的森林，降低了生物多样性，影响了生态系统功能的稳定性。

（2）流域的湖盆区。湖盆区的景观类型主要为湖体、农地及建筑用地，研究期间湖体面积变化较小，建筑用地面积由1976年的9.51km2，增加为1996年的15.32km2，再增加到2013年的20.83km2，面积持续增加，面积的增加主要以牺牲农田而来。在工业化和城市化发展的驱动下，建筑用地的面积及人口数量增加、旅游业的逢勃发展，“人口”与 “植口”的矛盾越来越严重，进而影响生态系统功能的正常运行，对生态系统的稳定性也是潜在威胁。

3.4 结论

（1）通过三期遥感影像和各期数据对比，可以看出随着时间的推移，抚仙湖流域在过去近40年各类景观面积已发生了较大的变化。建筑用地及林地景观面积增加，农地、水域及荒草地减少。主要原因是社会经济及抚仙湖旅游业的发展，大量的农田被占用变成建筑用地。另外在封山育林及退耕还林的政策驱动下，部分荒草地被改良为林地。

（2）1976—2013年，抚仙湖流域景观多样性指数从1.3999增加到1.4143，再增加到1.4267，优势度在1976—1994年减少了0.0144，在1994—2013年减少了0.0124，均匀度从1976年的0.8698增加到1994年的0.8787，再增加到2013年的0.8864，反映了研究区各景观类型所占的比例差异在不断减少，各景观类型的分布均匀程度在增加。主要原因为人为因素的影响使流域中占主导地位的耕地、林地及水域面积值向均匀化的方向发展。

（3）1976—2013年，建筑用地、林地、农地的斑块密度与斑块形状指数都有所增加，说明这三类型的破碎度在增加，空间异质性程度在增加，在人为干预下，斑块形状向不规划方向发展。建筑用地、林地、农地及荒草地的分维数在减少，这是因为这几类景观受人类规划改造的原因所致。

（4）流域面山区域林地与草地景观格局的变化影响森林生态系统的稳定性，天然林面积的减少使常绿阔叶林受到严重破坏，降低了生物多样性，影响了生态系统功能的稳定性；湖盆区在工业化和城市化发展的驱动下，建筑用地面积的增加，农地景观面积减少的格局变化，“人口”与 “植口”的矛盾越来越严重，对生态系统的稳定性也是潜在威胁。

［1］傅伯杰.景观生态学原理及应用 ［M］.北京：科学出版社，2001：135-136.

［2］王婷婷，侯淑涛，唐军利，等.七台河市土地利用景观格局动态变化分析［J］.水土保持研究，2012，19（3）：91.

［3］孔维琳，王余州，向伶，王崇云，和兆荣，杨树华.抚仙湖流域植物景观格局分析 ［J］.云南大学大学报：自然科学版，2012，34（4）：468-475.

Dynam ic Changes of Landscape Pattern in the Fuxianhu Lake Basin Based on 3S Technology

TAN Zhi-wei
（Yunnan Institute of Environmental Science，Yunnan Key Laboratory of Pollution Process and Management of Plateau LakeWatershed，Kunming Yunnan 650034，China）

The corrected TM satellite imageries of three time periods of 1976，1993，and 2011 were used to track the dynamic changes of landscape pattern in the Fuxianhu Lake basin.The results demonstrated that dramatic changes of landscape pattern have occurred in the time period.The construction area was increasing massively with a slow growth of forest land.However，the farm land area was decreasing.Human activitieswere themajor driver to substantially change the landscape pattern of the basin.

3S technology；lake protection；landscape pattern；Fuxianhu Lake

X87

A

1673-9655（2015）05-0117-06

2015-03-26

谭志卫（1982-），女，硕士研究生。