西南干热河谷景观格局研究进展*



西南干热河谷景观格局研究进展*

欧朝蓉1,2，朱清科2，孙永玉3

(1.西南林业大学生态旅游学院，云南昆明650224；2.北京林业大学水土保持学院，北京100083；

3.中国林业科学研究院资源昆虫研究所，云南昆明650216)

摘要：干热河谷是我国西南山区一种特殊的地理景观，具有独特的生态结构与功能，其景观格局形成和演变关系到区域生态安全。本研究在介绍干热河谷景观格局3个研究阶段主要特征基础上，系统总结了干热河谷景观组成、结构、空间格局及其与生态过程、与生态环境、驱动力研究等方面研究现状，发现目前该区域在景观分类、区域特征、驱动力研究等方面仍存在不足，认为未来应加强景观格局多尺度特征、驱动力机制、人为干扰、景观格局与脆弱生态环境等多方面研究，以期为干热河谷景观格局和生态环境研究提供参考。

关键词：干热河谷；景观格局；生态环境;生态过程；景观分类

干热河谷是中国西南山区一种特殊的地理区域，是干旱河谷的重要组成部分(约占40 %)。从地理分布来看，干热河谷主要位于北纬23°00′～28°10′，东经98°50′～103°50′的元江、怒江、金沙江和澜沧江4大江河海拔1 500 m以下的干旱半干旱沿江两岸河谷地带，总面积约4×104km2，涉及云南、四川西南部10多个地、州、市，贵州、广西亦有少量分布(图1)[1]。干热河谷属于西南地区典型山地生态环境脆弱区，其景观特征与周边地区湿润半湿润等景观有着明显差异。区内以高山峡谷地貌为主，地形破碎。气候干热，水热矛盾突出，植被类型以灌丛和稀树灌木草丛为主，水土流失严重[2]。

图1　西南干热河谷分布图

随着人类活动作用增强，干热河谷景观格局正以前所未有的速度和深度发生着变化，对当地及长江流域生态环境质量和生态恢复造成了深刻的影响，使生态环境问题日益凸显(如水土流失加剧、干热环境范围扩展)。干热河谷景观格局的变化也引起了国内外学者们的关注，开展了景观组分、结构、空间格局、驱动力、景观格局与生态环境的关系等方面研究，取得了许多宝贵的研究成果。然而干热河谷景观格局研究尚存在许多科学与技术问题有待进一步研究与深化，因此对干热河谷景观格局研究进行系统总结，探索研究中存在问题及今后研究方向对当地景观格局优化和脆弱生态环境的保护具有重要的意义。

1研究阶段和方法

1.1研究阶段

19世纪末以来，国外科学探险家已有关于横断山区“干旱河谷”或“干燥峡谷”的记述。“干热河谷”一词在国内最早出现在20世纪60年代[3]。景观格局是干热河谷景观重点研究内容。根据研究的深度和学科特征，可以将干热河谷景观格局研究分为3个阶段(表1)。

表1　干热河谷景观格局研究阶段

1.2研究方法

遥感影像是景观格局研究的主要数据源，多时段的遥感影像数据提供了景观类型和景观格局的时序变化信息[6]。干热河谷景观格局常见的数据源为中尺度的Landsat-TM、ETM+系列和ASTER遥感影像数据，影像分辨率为30 m或者15 m。遥感图像解译方法以监督分类和非监督分类为主，同时结合目视解译。GIS为景观格局信息分析提供了技术支持。在干热河谷景观格局研究中，GIS的主要作用为构建景观类型数据库、GIS参数统计和景观格局空间分析。GIS面向对象和关系型数据库用于存储景观类型空间数据和属性数据。GIS参数统计是指基于斑块和景观尺度利用GIS方法量算景观或斑块的类型、形状、大小等参数指标。景观格局空间分析主要是指利用GIS空间分析功能获取斑块和景观的空间分布及其变化等信息。景观格局指数是高度浓缩景观格局的简单定量指标[7]。干热河谷景观格局静态和动态研究通常借助各种景观格局指数分析来实现，如斑块面积、斑块大小用于测度干热河谷景观类型几何特征，总斑块数、优势度、多样性指数等用于测度景观结构变化特征，破碎度指数、分离度用来测度景观异质性的变化。利用景观格局模型预测格局变化是景观格局动态研究的常见方法[8]。干热河谷景观格局研究中的模型应用尚处于初步探索阶段，用于土地利用动态的模拟，如Markov链模型用于龙川江流域干热河谷土地利用格局趋势预测[9]。

2研究内容

2.1景观组成

景观要素组成结构是指不同类型的景观要素的种类、数量和相对数量关系，它反映了景观要素的配置状况，对景观整体结构与功能具有控制作用。现有研究多使用二级分类法从土地利用/覆被角度划分干热河谷景观类型。从一级分类结构来看，林地和草地在干热河谷景观中面积的比例高，而耕地、建设用地比例相对小。而在景观组分的变化中，建设用地增幅最为明显，且表现出持续增长态势，例如宾川县改革开放的20年中建设用地增长了近50 %[10]。其他类型用地变化则有增有减，变化较为复杂。尽管人工景观增速明显，但干热河谷景观类型的主体仍然是山地农业景观，土地利用程度相对较低，反映干热河谷区域山地地形对景观组分结构的控制和以农业为主的区域经济结构形态[11]。从二级分类结构来看，水资源匮乏使耕地中旱地面积高于水耕地。林地以灌木林为主，有林地比例小，例如攀枝花市干热河谷区林地中灌木林地的比例高达47 %，有林地为34 %。草地类型中，中、低覆盖度的草地比例升高，例如得荣县中、低覆盖度草地在草地中的比例从1993年53.9 %上升到2009年的92.5 %。干热河谷植被种类少，群落结构单一，加之疏林化、灌草化特征明显，林地和草地的生态功能受到限制，因此干热河谷区多成为当地水土流失最严重的生态脆弱区[12]。

2.2景观结构

景观是由不同类型、形状、大小的斑块空间镶嵌、以基质为背景通过廊道空间间接连接形成的，因此景观可以表示为斑块——廊道——基质模式[13]。干热河谷景观基质以灌木和灌草丛为主，道路、灌溉水渠、田埂、河流是主要的廊道，各种景观类型被廊道分割成斑块。对元江干热河谷景观格局研究，发现该区域总体上形成了以灌木林地为基质,有林地、旱地、荒草地、水田、园地、城乡居民地和河滩小斑块镶嵌，水域以西北——东南方向的线性廊道贯穿全景的景观格局[14]。基质对干热河谷景观结构和生态功能具有控制作用，是脆弱生态环境主要控制因素。有研究表明稀树灌草丛和车桑子(Dodonaeaviscosa)灌木林是元谋干热河谷区的主要基质，斑块面积大，基质破碎化和面积的减少导致生态环境的退化[15]。干热河谷景观结构从斑块水平看，除灌草丛外，各种景观类型斑块小而分布零散。人为活动与景观斑块变化具有相关性。利用斑块数量、多样性指数等景观格局指数研究得荣县干热河谷景观结构变化，发现人为干扰度大的斑块景观类型如耕地、建设用地分散程度大且易受人类活动等因素干扰而破碎化[16]。从景观水平看，近几十年来，干热河谷景观结构变化复杂。20世纪90年代之前，无序的人类活动使干热河谷多数地区的区域整体景观破碎度上升而景观异质性下降，进入本世纪后区域整体景观破碎度出现了不同程度的缓和趋势，景观的异质性上升，区域景观结构合理性有所好转[17]。

2.3景观空间格局

结合遥感图像和GIS空间分析功能，学者们研究了干热河谷景观空间格局和动态变化。干热河谷景观类型海拔分布梯度具有明显的山地垂直地带性特征，林地、草地、耕地、水域、建设用地等各种景观类型沿海拔高度依次更迭。水热和地形、地貌条件组合条件是引起干热河谷景观类型空间分异的主要因素，决定了景观类型分布的海拔高度。干热河谷中的林地主要分布在中高山地区，草地在中山地区更为集中，耕地沿海拔相对较低的河谷呈带状分布，集中于谷盆边缘的中低山、丘陵及河谷地带，水域集中分布在坝区，建设用地多分布在地势较为平坦的丘陵及河谷地带[18]。水热条件决定了植被类型生长特征和海拔分布，对干热河谷植被景观的空间分布影响尤为明显。1 600 m是元谋干热河谷中稀树灌丛分布的上限[19]，元谋县90 %左右草地和约70 %林地分布在海拔1 100～1 600m间干热河谷中[18]。干热河谷景观空间格局与人类活动有着密切联系。人类影响程度较高的土地利用/覆被类型(如耕地、城乡建设用地)对海拔较为敏感，趋向于分布在低海拔河谷地带。土地利用/土地覆被类型对高海拔的适应性体现为建设用地<耕地<林地<草地[16]。人类活动在较大程度上改变了干热河谷景观类型分布的坡度变化，耕地的坡度变化最为明显。退耕还林还草工程使大部分高海拔耕地转化为草地和林地，耕地海拔下降。但是建设用地占用了大部分平地耕地，新增耕地多为坡耕地，因此耕地表现出平田平地减少，坡旱地、梯田梯地增加的特征。

2.4景观格局与生态过程

景观格局的形成反映了不同的景观生态过程，与此同时景观格局又在一定程度上影响着景观的演变过程[20]。干热河谷土地利用结构的变化不仅改变了自然景观的面貌和景观格局，同时也影响着景观的物质循环和能量流动。干热河谷景观格局与生态过程研究主要包括土地利用方式与土壤水分、养分、土壤侵蚀、水土流失等生态过程之间关系，土地利用方式与景观格局演变对生物过程的影响，土地利用结构与水文生态过程的关系。如对林地和农地集水区尺度水土流失对比研究，发现不同集水区径流深与产沙量线性关系显著，产流量相近时农地产沙量增长速率高于林地，林地水土保持效果要明显好于农地[21]；在不同土地利用类型雨季前后土壤中氮、磷、有机质的变化研究中，发现全氮总拦蓄量和速效磷的拦蓄作用林地>草地>坡耕地，碱解氮总拦蓄量、全磷和有机质拦蓄作用草地>林地>坡耕地[22]；对干热河谷土地利用结构和金沙江地表径流的关系研究，发现土地覆被结构变化、森林减少、草地退化和坡耕地面积增加使生态系统蓄水保土能力下降，水土流失加剧，河流输沙量增大[23]。

2.5景观格局与生态环境

景观格局变化往往会带来景观生态功能的变化，进而对生态环境产生影响。近几十年干热河谷景观格局的深刻变化使当地生态环境问题复杂化。20世纪90年代之前，毁林开荒、过度放牧使干热河谷高山和中山的林地和草地面积急剧减少，严重削弱了林、草地的生态保水功能，此地带水土流失加剧，生态环境问题凸显。而90年代之后，干热河谷生态环境问题的“焦点”向坝周低山丘陵带转移。坝周低山丘陵带是农业、林业和畜牧业的集中地带，耕地的扩展压缩了林草的空间，加剧了水土流失和土地退化问题，又引起部分耕地、林地和草地成为撂荒地，使未利用地在此有扩张的趋势[18]，因此坝周低山丘陵带已成为当地生态最脆弱地带。干热河谷生态环境变化的明显证据便是其特有的干热景观类型范围有扩张的趋势，金沙江下游河谷在20个世纪30、40年代稀树灌丛和稀树草原景观仅分布于金沙江河谷相对高度500 m范围内，现在已向上推进了300 m，谷上800 m范围内均呈现干热河谷景观，使得河谷干热状况和生态环境更为严酷[16,24]。

2.6景观格局驱动力

干热河谷景观格局的演变是一定时空尺度下自然因素和人为因素共同作用的结果。自然因素是干热河谷景观格局塑型和演变的内生因素，其作用过程相对稳定和缓慢。人为因素通过影响人们在土地利用上的决策及各种人为干扰活动对景观的变化产生直接影响，相对较为活跃[25]。人为因素是近期干热河谷景观格局变化的外生因素，也是驱动力研究的热点。干热河谷的景观格局演变中，气候、地形是主要的自然因素，人口的增长、经济的发展和政策的是主要的人为因素。有学者提出“干热河谷地生态现象”是多种因素相互叠加综合而形成的，地史演化是基础性因子，大气环流是外在性因子，人类活动因素只是加剧或遏制干热河谷恶化趋势的因子[26]。其他学者也提出了类似的观点，如对元江干热河谷植被景观以及龙川江流域景观格局的研究都表明地形、局部小气候是干热河谷景观格局变化的主要因素，人类经济活动和政府政策是近期景观格局变化的主要驱动力[27,28]。

3问题和展望

GIS、RS和景观格局分析方法的应用使干热河谷景观格局研究在研究方法、研究内容上均取得了较大的进展。但是该区域现有研究仍然存在以下问题：(1)景观分类：遥感技术应用时间短，不能够提供长时间尺度的研究资料[29]。高清遥感图像应用缺失和传统的遥感解译方法自身的缺陷影响了干热河谷景观分类准确性。因此需要结合其他相关资料，引入高清分辨率遥感影像并利用BP神经网络法、面向对象解译法等计算机遥感解译方法进一步提高干热河谷景观分类的准确性[30]。(2)区域特征：现有研究多集中在干热河谷的金沙江和元江流域，尤其是金沙江流域下游干热河谷的少数区域。需拓展澜沧江、怒江等流域的干热河谷研究，全面认识干热河谷景观格局演变整体特征及区域特征差异。(3)驱动力研究：利用定性方式或者简单的数学统计分析方法，研究驱动力因子类型及其单个因子的作用，不足以有效辨识驱动因子相对重要性及相互作用，无法深入揭示干热河谷景观格局演变驱动机制。

未来西南地区干热河谷景观格局研究应加强以下几个方面：(1)景观格局多尺度特征研究：景观格局具有尺度性，应结合多源遥感影像开展不同时空尺度干热河谷景观格局特征对比研究[31～32]，辨明不同空间粒度和幅度下景观格局演变时空尺度效应[33]。(2)驱动力机制研究：深入研究驱动力因子的时空尺度效应和自适应效应，采用定量(如地理数理模型)或半定量的识别方法(如模糊认知图)识别和量化景观格局驱动力因子之间的关系[34]；探索构建空间统计学意义的模型，结合社会经济数据和景观格局指数识别不同空间位置的驱动力因子的类型和相对重要性，深入研究驱动力的空间异质性和驱动机制[35]；结合定性推理和因果检验的计量统计方法提高定量研究的可信度[36]。(3)人为干扰与景观格局演变：人为干扰既是干热河谷景观格局演变的成因，也是一种生态过程。应利用数理模型量化分析人为干扰与景观格局演变的相关性，研究人为干扰的方式、方向性和强度对景观格局演变的作用机制[37]，辨明景观格局对人为干扰的响应和“时滞效应”[38]，深入理解干热河谷景观格局演变成因和过程。(4)景观格局与脆弱生态环境综合研究：应突破景观格局自身特征研究，深入研究景观生态过程，开展与干热河谷脆弱生态环境相关的景观生态安全格局[39]、景观格局与生态环境脆弱性耦合性研究[40]，辨明景观格局演化与生态环境演化时空关系及作用机制，为当地脆弱生态环境的保护提供理论依据。

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Research Progress in the Landcape Pattern of

Dry-hot valley in Southwest China

OU Zhao-rong1,2，ZHU Qing-ke2，SUN Yong-yu3

(1.School of Ecotourism，Southwest Forestry University，KunmingYunnan 650224,P.R.China；

2 .School of Water and Soil conservation ，Beijing Forestry University，Beijing 100083，P.R.China；

3.Research Institute of Resources Insects，Chinese Academy of Forestry ，Kunming Yunnan 650216,P.R.China)

Abstract:Dry-hot valley is a special geography landscape in the southwest mountain areas in China.The formation and evolution of landscape pattern in the dry-hot valley is related to regional ecological security.Based on reviewing main characteristics of three research phases of the dry-hot valley，and summaring the research status of landscape compositions，landscape structure，spatial pattern，and the relationship between landscape patterns and ecological processes，landscape patterns，ecological environment，this study find that there are insufficient research on landscape classification，regional characteristics and driving forces.For providing relevant references on landscape pattern and ecological environment study，this paper further points out that future research should focus on multi-scale characteristics of landscape pattern，driving force mechanism，human disturbances，landscape pattern and fragile ecological environment.

Key words:dry-hot valley；landscape pattern；ecological environment；ecological process; landscape classification

中图分类号：P 901;X 826

文献标识码：A

文章编号：1672-8246(2015)06-0137-06

通讯作者简介：孙永玉(1974-)，男，副研究员，博士，主要从事恢复生态学研究。E-mail：cafsdren@163.com

作者简介：第一欧朝蓉(1978-)，女，讲师，博士生，主要从事生态环境地理学研究。E-mail：kmocr@126.com

基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目(2014y315)“元谋干热河谷景观格局演变人为驱动机制量化研究”。

收稿日期：*2015-06-10

doi10.16473/j.cnki.xblykx1972.2015.06.028