水土保持弹性景观功能与景观异质性关系研究

杨峰 吴卿 何洪名

摘 要：异质性是景观生态系统的基本特征，是影响生态系统稳定与景观生态功能的重要因素。水土保持弹性景观功能是水土保持与景观生态研究的新领域，分析景观异质性与水土保持弹性景观功能之间的关系，可为景观生态保护与水土保持规划提供依据。以出山店水库大坝以上至92 m水位库区尾水上游第一条流域面积大于100 km2的支流为研究区，基于3S技术进行人机交互解译并进行现场调查，获得研究区耕地、林地、草地、建设用地、水域和未利用地等6类景观要素图斑16 686个，进而分析斑块平均面积Ai、景观优势度Di、景观要素斑块相对密度PDi与水土保持弹性景观功能ET之间的关系。结果表明：水土保持弹性景观功能ET与斑块平均面积Ai、景观优势度Di之间具有正相关关系，即斑块平均面积Ai、景观优势度Di越大水土保持弹性景观功能ET越大;水土保持弹性景观功能ET与景观要素斑块相对密度PDi具有负相关关系，即PDi值越大ET值越小。

关键词：水土保持;弹性景观功能;景观异质性;出山店水库

中图分类号：S157.2;TV62 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.12.017

Abstract： Heterogeneity is the basic characteristic of landscape ecosystem and an important factor affecting ecosystem stability and landscape ecological function. The elastic landscape function of soil and water conservation is a new field based on soil and water conservation and landscape ecological research. The relationship between landscape heterogeneity and elastic landscape function of soil and water conservation can provide basis for landscape ecological protection and soil and water conservation planning. Taking the first tributary of the upper reaches of the tailwater in the upper reaches of the reservoir area above the dam to 92 m of the Chushandian Reservoir as an example， based on 3S technology， 16 686 landscape elements including cultivated land， woodland， grassland， construction land， obtained the water area and unused land， then the relationship between the average plaque area Ai， landscape dominance Di， relative density of landscape element patches PDi and the elastic landscape function of soil and water conservation ET was analyzed. The results show that there is a positive correlation between the elastic landscape function of soil and water conservation ET and plaque area Ai， landscape dominance Di， which is the larger Ai， Di with the larger ET. There is a negative correlation between the ET and the PDi ，which is， the larger PDi value with the smaller ET value.

Key words： soil and water conservation; elastic landscape function; landscape heterogeneity; Chushandian Reservoir

异质性是景观生态系统的基本特征，是影响生态系统稳定与景观生态功能的重要因素。有关学者对景观生态特征与景观功能等已开展了大量研究，如：邬建国[1]提出了景观生态基本理论与模型;布仁仓等[2]将黄河三角洲划分为30个景观类型，对景观特征进行了量化分析;葛燕等[3]对如何将景观设计融入水库生态建设中进行了分析;王世岩等[4]对黄河西霞院水库建设前后生态景观进行了对比分析;夏臻等[5]通过调整用地比例、提高景观多样性等措施，探讨了南京新济江心洲岛作为新兴景观载体的利用途径;冯璐等[6]提出了基于模块-网络-维度框架体系的弹性景观基础理论;Gilberto[7]对生态景观脆弱性、弹性和适应能力之间的联系进行了研究;Aschonitis等[8]对生态系统服务价值稳定性和敏感性评价的弹性敏感系数进行了研究;王云霞等[9]构建生态弹性力指标体系，并分析评价了北京地区生态弹性力发展状况;孙意菲等[10]运用模糊物元模型，对三江平原沼泽湿地生态环境弹性度及分布规律进行了研究。景观异质性是生态景观研究的主要内容，水土保持弹性景观功能是水土保持与景观生態研究的新领域，本文以河南省出山店水库为例，分析了景观异质性指标与水土保持弹性景观功能的关系，以期为景观生态保护与水土保持规划提供技术依据。

1 研究区概况

（1）自然概况。研究区为出山店水库大坝以上至92 m水位库区尾水上游第一条流域面积大于100 km2的支流，面积为958.09 km2，地貌类型主要为低山、丘陵、岗地和河谷，土壤类型主要为水稻土和黄棕壤;属北亚热带湿润气候区，年降水量800～1 200 mm，多年平均气温为15.0 ℃;植被以落叶针阔叶林为主，常绿针阔叶林与落叶针阔叶林并存，具有南北方树种草种兼备的特点;生态系统主要有森林、灌丛、草地、农田、河流、村镇等类型;水土流失以水力侵蚀为主，轻度及以上土壤侵蚀面积占总面积的11.49%。

（2）景观要素。以小流域（面积大于5 km2）或小流域片（面积小于5 km2的几条小流域连片）为单元，将研究区划分为33个景观单元。对2018年分辨率为2 m的GF-2遥感影像与1∶5万DEM进行镶嵌套合，基于3S技术进行人机交互解譯及现场调查，获得研究区耕地、林地、草地、建设用地、水域和未利用地等6类景观要素图斑16 686个，其中耕地2 111个、林地2 917个、草地605个、水域6 967个、建设用地3 491个、未利用地595个，见表1。

2 景观异质性与水土保持弹性景观功能

2.1 景观要素与异质性特征指标

（1）斑块平均面积。景观单元中景观要素斑块规模平均水平用景观要素斑块面积算术平均值表征，计算公式为式中：Ai为第i类景观要素斑块平均面积;Ni为第i类景观要素斑块总数;Aij为第i类景观要素第j斑块的面积。

（2）斑块密度。斑块密度包括景观斑块密度PD和景观要素斑块密度PDi两个特征指标，PD为单位面积景观要素的斑块数，PDi为单位面积第i类景观要素的斑块数，计算公式分别为式中：M为景观要素的种类数;A为景观单元总面积（即研究区总面积）。

（3）优势度。优势度反映种群在群落结构中的地位和作用，第i类景观要素的优势度用Di表示，优势度越高景观受其控制程度越高，景观中若不存在显著优势度景观要素则表明景观异质性较高。优势度与景观要素相对密度、频率、盖度有关，计算公式为

式中：DPi为第i类景观要素的相对密度，DPi=第i类景观要素斑块数/景观中斑块总数;DFi为第i类景观要素的相对频度，DFi=第i类景观要素斑块出现样点数/景观网格样点总数;DCi为第i类景观要素相对盖度，DCi=第i类景观要素总面积/景观总面积。

2.2 水土保持弹性景观功能

式中：ET为水土保持弹性景观功能，阈限为0～5，其值越大表明土壤侵蚀越轻微、生态环境越优良、生态生产功能越强，其值越小说明土壤侵蚀越严重、生态环境越恶劣、生态生产功能越弱;SWij为第i个水土保持弹性景观单元第j类弹性景观要素的土壤流失量，t/a;EPih为第i个水土保持弹性景观单元第h个生态保护指标值;NPPij为第i个水土保持弹性景观单元第j类弹性景观要素的净第一性生产力，kg/（hm2·a）;n为水土保持弹性景观单元数，本研究n=33;m为水土保持弹性景观要素数，本研究m=4;k为生态保护功能指标数，本研究k=5。

2.3 计算结果及分析

研究区33个景观单元的景观要素与异质性特征指标Ai、PDi、Di和水土保持弹性景观功能ET计算结果见表2。由表2可知：斑块平均面积Ai最大的景观要素类型为耕地、最小的为水域，景观要素斑块密度PDi最大的景观要素类型为水域、最小的为耕地，优势度Di最大的景观要素类型为耕地、最小的为未利用地，水土保持弹性景观功能ET最大的景观要素类型为耕地、最小的为未利用地。

按景观异质性指标从小到大的顺序绘制柱状图并与水土保持弹性景观功能ET值进行对比，见图1。由图1可以看出：水土保持弹性景观功能ET与斑块平均面积Ai、景观优势度Di之间具有正相关关系，即斑块平均面积Ai、景观优势度Di越大水土保持弹性景观功能ET越大;水土保持弹性景观功能ET与景观要素斑块密度PDi具有负相关关系，即PDi越大ET越小。

3 结 语

水土保持弹性景观功能ET与斑块平均面积Ai、景观优势度Di之间具有正相关关系，即斑块平均面积Ai、景观优势度Di越大水土保持弹性景观功能ET越大;水土保持弹性景观功能ET与景观要素斑块密度PDi具有负相关关系，即PDi越大ET越小。

反映景观要素与景观异质性的指标很多，本研究选择可直接量化的指标进行计算，并初步分析了景观异质性指标与水土保持弹性景观功能ET的关系，ET与其他景观特征指标的相关性有待进一步研究。

参考文献：

[1] 邬建国.景观生态学：格局、过程、尺度与等级[M].北京：高等教育出版社，2000：2-6，99-119.

[2] 布仁仓，王宪礼，肖笃宁.黄河三角洲景观组分判定与景观破碎化分析[J].应用生态学报，1999，10（3）：321-324.

[3] 葛燕，梁文流.复合生态型水库景观规划设计要素的思考[J].广东水利电力职业技术学院学报，2010，8（1）：15-17.

[4] 王世岩，刘畅，杨素珍.基于多源遥感数据的西霞院水库建设前后生态景观变化分析[J].水利水电技术，2011，42（11）：22-25.

[5] 夏臻，刘小钊，吕龙.基于弹性景观理念的江心洲岛规划设计研究：以南京新济洲为例[J].中外建筑，2015（2）：92-93.

[6] 冯璐，王春晓，姚子刚.弹性景观基础设施理论初探[J].建筑与文化，2017（10）：147-148.

[7] GILBERTO C G. Linkages Between Vulnerability， Resilience， and Adaptive Capacity[J]. Global Environmental Change，2006，16（3）：293-303.

[8] ASCHONITIS V G， GAGLIO M， CASTALDELLI G， et al.Criticism on ElasticitySensitivity Coefficient for Assessing the Robustness and Sensitivity of Ecosystem Services Values[J].Ecosystem Services，2016，20：66-68.

[9] 王云霞，陆兆华.北京市生态弹性力评价[J].东北林业大学学报， 2011，39（2）：97-100.

[10] 孙意菲，孙意翔.基于模糊物元的三江平原沼泽湿地生态弹性度空间分析[J].黑龙江水利科技，2011（4）：23-25.

【责任编辑 张智民】