2000—2020年喀什地区景观格局变化特征

摘要 利用喀什地区2000、2010和2020年Landsat-7影像数据，结合GIS技术分析喀什地区2000—2020年景观格局变化特征。结果表明，2000—2020年，耕地、林地和草地景观破碎化程度较高，林地、草地和水域景观趋于不稳定状态，耕地、林地和水域最大斑块指数上升，耕地、林地和草地景观不规则性较高，耕地、林地、草地和水域各景观类型之间的联系较为复杂；2000—2020年景观动态变化分析发现，研究区景观破碎化程度较大，景观形状趋于复杂，景观多样性、稳定性和景观格局的异质性呈上升趋势；各景观类型优势度分析发现，研究区受人为活动干扰作用相对较强且对环境的调控能力较弱。

关键词 景观格局；变化特征；喀什地区

中图分类号 P901  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）14-0055-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.14.014

作者简介 马钢（1987—），男，河南南阳人，工程师，在读博士，从事土地工程、生态学、草学领域研究。

区域内的土地利用变化会对生态环境、气候变化和生物多样性等产生影响，对人类与自然环境的关系起到重要作用［ 1］，目前已成为全球共同关注的热点问题［ 2］。温室效应、全球气候变暖等问题不断加剧，现如今已成为人类所面临着最为严峻的挑战。经济社会的快速发展和人们对土地的过度开发利用，导致人类赖以生存的生态环境日益恶化，水土资源短缺、生物量大量缩减、土地荒漠化、土壤盐渍化及生物多样性降低等一系列的生态问题频发［ 3］。

生态环境是人类社会赖以生存和发展的基础，同时不合理的人类活动也会反作用于生态环境，影响生态环境的组成、结构及其功能，严重时则会导致生态环境质量发生系统退化或病变［ 4］。人类活动作用于生态环境，最直接的方式是通过改变土地利用方式影响生态环境质量状况。土地利用的变化会引起区域内物质能量循环发生巨大的变化，对区域生态环境带来重大影响，并产生明显的生态环境效应［ 5］。自1995年推出土地利用/土地覆被变化（LUCC）计划以来，土地利用变化的生态环境影响就已经成为众多国内外学者关注的热点问题［ 6］，其研究主要包含土地利用及其驱动力［ 7］、空间格局［ 8］、土地利用变化分析［ 9］等。随着RS和GIS技术的迅速发展及研究的不断深入，许多学者用多种遥感指数对不同区域及各种类型的生态环境进行研究［ 10-12］，研究尺度大到洲际，小到县域，为多尺度生态环境动态监测提供了有效手段［ 13-15］，使生态环境质量评价理论和方法逐步得到完善。土地利用/覆盖变化不仅记录了人类对土地的利用和改造状况，同时还反映了区域景观时空动态变化的过程［ 16］，因此，土地利用/覆被变化与景观格局研究密不可分［ 17］。景观斑块的类型、形状、大小、数量和空间组合既是景观功能质量的差异、各种干扰因素相互作用的结果，又影响着整个区域的生态过程和边界效应［ 18-20］。近年来，对于景观动态变化的研究很多，但关于喀什地区景观动态变化的研究很少。随着人口增加和经济发展，流域内土地利用/土地覆盖变化及其景观生态效应均十分显著，因此分析喀什地区景观格局动态变化特点，对于流域生态环境保护和资源可持续利用具有重要意义。该研究结合2000、2010和2020年3期遥感影像数据对喀什地区景观格局变化进行分析，为干旱区绿洲水土资源的可持续利用和生态环境的发展建设提供技术支撑和科学依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于新疆维吾尔自治区西部（35°20′～40°18′N、73°20′～79°57′E），地处中国中纬度大陆腹地、西北内陆干旱区，东临塔克拉玛干大沙漠，东北与阿克苏地区柯坪县、阿瓦提县相连（图1）。该区面积达16.2万km2，边境线总长888 km，南北长535 km，东西宽750 km［ 21］。

该区气候主要为高原干旱、半干旱大陆性气候，高寒、干旱，日照时间长，太阳辐射强；雨热同季，降水量小，蒸发量大；日温差大，年温差大；气候地理分布差异大，气候特征垂直变化较为明显［ 22］。植被资源较为贫乏，主要以草本植物圆叶盐爪爪（Kalidium schrenkianum）和绢蒿（Artemisiaka schgaricum）居多，而白刺（Nitraria tangutorum Bobr）、小蓬（Nanophyton erinaceum）、狗尾草（Setaria viridis）、鹽生草（Halogeton glomeratus）分布较少，灌木植物主要以柽柳（Tamarix chinensis Lour）和盐穗木（Halostachys belangeriana）为主，植被特征整体较为单一，甚至存在单个样地无样本现象［ 23］。

1.2 数据来源

通过美国陆地卫星（Landsat-7）数据集，选取成像时间分别为2000、2010和2020年的土地利用覆被数据矢量图文件。根据全国土地利用/覆盖分类系统，参考Tan等［ 24］的方法对其进行土地利用解译并结合该区域地理变化特征，将其划分为6个一级分类，即耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用土地。

1.3 指标选取

选取斑块个数（NP）、聚集度指数（AI）、面积加权平均形状指数（AWMSI）、最大斑块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）、散布与并列指数（IJI）、分离度指数（SPLIT）、香农均匀度指数（SHEI）、香农多样性指数（SHDI）9个表征景观格局变化指标进行分析。利用景观优势度（DO）对景观及其各覆被类型的优势地位进行分析，其计算过程如下：

DO=（An+At）×12+Bi2×100%（1）

式中，An为斑块频率，At为斑块密度，Bi为景观比例。

1.4 数据分析 该研究采用Envi 5.3软件对遥感数据进行格式转换、镶嵌、投影转换及研究区提取等处理，并对质量较差数据以及缺失的像元进行平滑等预处理，结合研究区特有的生态环境特点［ 25］，利用ArcGIS 10.7软件对土地利用数据进行重分类分析［ 26］；利用Fragstats 4.2对影像进行景观指标计算与分析［ 27］，利用Microsoft excel 2019对数据进行统计与处理［ 28］，利用Origin 2017分析其变化趋势［ 29］。

2 结果与分析

2.1 景观类型指数变化特征 从2000—2020年研究区各景观类型指数变化（图2）可以看出，除水域外，其他各景观类型在2000—2020年斑块个数（NP）均呈增加趋势，耕地由633增加至1 014，增加了60.19%；林地由566增加至945，增加了66.96%；草地由1 688增加至1 855，增加了9.89%；表明在整个研究时段，研究区耕地、林地和草地景观破碎化程度较大。2000—2020年研究区耕地聚集度指数（AI）呈上升趋势，增加了5.8%，表明在整个研究时段耕地景观趋于稳定；林地、草地和水域AI总体均呈下降趋势，分别降低了2.39%、0.81%、0.07%，表明在整个研究时段林地、草地和水域景观趋于不稳定。耕地、林地和水域的最大斑块指数（LPI）在整个研究时段总体均呈上升趋势，分别增加了186.5%、35.22%、0.17%；草地的LPI降低了28.61%，表明草地最大斑块指数不断下降。耕地、林地和草地的景观形状指数（LSI）均呈上升趋势，整个研究时段分别增加了8.49%、44.93%、4.32%；水域的LSI呈下降趋势，整个研究时段减少了0.14%，表明在整个研究时段内耕地、林地和草地景观不规则性提高，而水域景观不规则性降低。耕地、林地、草地和水域的散布与并列指数（IJI）均呈上升趋势，分别增加了7.74%、11.58%、3.85%、2.34%，表明各景观类型之间的联系较为复杂。

2.2 景观指数动态变化特征

由表2可知，研究区斑块个数（NP）和分离度指数（SPLIT）在2000—2020年整体呈增加趋势，说明在该研究时段内整体景观破碎化程度较大；面积加权平均形状指数（AWMSI）在2000—2020年整体呈增加趋势，说明景观形状趋于复杂；散布与并列指数（IJI）在2000—2020年整体呈增加趋势，说明该研究时段内各景观类型的相互关系较为复杂。 景观多样性指数在2000—2020年呈增加趋势，香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（SHEI）分

别增加了6.70%、22.78%，其增长幅度较低，表明在该研究时段内，研究区整体景观多样性、稳定性和景观格局的异质性呈上升趋势。

2.3 景观优势度变化特征

由图3可知，2020年研究区内草地景观优势度（DO）最高，为27.56%，说明草地景观相对面积较大，连通性程度高，已符合“模地”判定的标准，是该区的模地；其次是耕地，其景观优势度为15.30%，说明该区受人为活动干扰相对较大；水域景观优势度为14.32%；林地、建筑用地和未利用地的景观优势度较低，分别为6.78%、6.67%和6.34%，说明林地、建筑用地和未利用地对该区生态环境调控能力较弱。

综上所述，近年来研究区受人为活动干扰作用相对较强，草地是该区“模地”景观，其优势度最高，而林地、建筑用地和未利用地對环境的调控能力较弱。因此，该区本底自然条件较差、生态体系空间结构合理性较差。

3 结论

（1）2000—2020年，喀什地区耕地、林地和草地景观破碎化程度较高，林地、草地和水域景观趋于不稳定状态，耕地、林地和水域最大斑块指数上升，耕地、林地和草地景观不规则性较高，耕地、林地、草地和水域各景观类型之间的联系较为复杂。

（2）2000—2020年景观指数动态变化分析发现，研究区景观破碎化程度较大，景观形状趋于复杂，景观多样性、稳定性和景观格局的异质性呈上升趋势。

（3）各景观类型优势度分析发现，研究区受人为活动干扰作用相对较强且对环境的调控能力较弱。

参考文献

［1］吴建国，吕佳佳.土地利用变化对生物多样性的影响［J］.生态环境，2008，17（3）：1276-1281.

［2］ 丘君，陈利顶，傅伯杰.土地利用/覆被变化对生物多样性的影响［C］//中国地理学会自然地理专业委员会.土地覆被变化及其环境效应学术研讨会论文集.北京：星球地图出版社，2002：55-63.

［3］ 曹建廷，李原园.虚拟水及其对解决我国水资源短缺问题的启示［J］.科技导报，2004，22（3）：15-16，14.

［4］ 马世骏，王如松.社会-经济-自然复合生态系统［J］.生态学报，1984，4（1）：1-9.

［5］ 钟海燕.鄱阳湖区土地利用变化及其生态环境效应研究［D］.南京：南京农业大学，2011.

［6］ TURNER B L，II，SKOLE D，SANDERSON S，et al.Landuse and landcover change：Science/research plan［J］.Global change report （Sweden），1995，43（1995）：669-679.

［7］ 董建红，张志斌，笪晓军，等.“三生”空间视角下土地利用转型的生态环境效应及驱动力：以甘肃省为例［J］.生态学报，2021，41（15）：5919-5928.

［8］ 王少华.郑州沿黄旅游区土地利用变化及其生态环境效应评价研究［D］.开封：河南大学，2016.

［9］ 伏洋，肖建设，校瑞香，等.基于RS和GIS的西宁市LUCC分析及模拟预测［J］.农业工程学报，2009，25（7）：211-218.

［10］ 高志强，刘纪远，庄大方.基于遥感和GIS的中国土地利用/土地覆盖的现状研究［J］.遥感学报，1999，3（2）：134-138.

［11］ 何春阳，陈晋，陈云浩，等.土地利用/覆盖变化混合动态监测方法研究［J］.自然资源学报，2001，16（3）：255-262.

［12］史培军，宫鹏，李晓兵，等.土地利用/覆盖变化研究的方法与实践［M］.北京：科学出版社，2000.

［13］ 李秀彬.全球环境变化研究的核心领域：土地利用/土地覆被变化的国际研究动向［J］.地理学报，1996，51（6）：553-558.

［14］ 刘盛和，吴传钧，沈洪泉.基于GIS的北京城市土地利用扩展模式［J］.地理学报，2000，55（4）：407-416.

［15］ 贺秋华.江苏滨海土地利用/覆盖变化及其生态环境效应研究［D］.南京：南京师范大学，2011.

［16］ 廖梓均，毛霞.山地城市土地利用的景观破碎化时空演变与驱动力分析［J］.中国资源综合利用，2022，40（7）：73-78.

［17］ 张帅，邵全琴，刘纪远，等.黄河源区玛多县土地利用/覆被及景观格局变化的遥感分析［J］.地球信息科学，2007，9（4）：109-115.

［18］ 蒙吉军，吴秀芹，李正国.河西走廊土地利用/覆盖变化的景观生态效应：以肃州绿洲为例［J］.生态学报，2004，24（11）：2535-2541.

［19］ 冯舒.基于景观结构优化和景观偏好的多尺度景观模拟研究［D］.开封：河南大学，2016.

［20］ 赵春燕.森林景观斑块边缘效应和耦合机理研究［D］.长沙：中南林业科技大学，2012.

［21］ 阿布都克日木·阿巴司，秦榕，伊力达尔江·吐生，等.喀什地区1961—2010年气候变化特征［J］.沙漠与绿洲气象，2012，6（6）：34-40.

［22］ 热汗古丽·吾买尔，满苏尔·沙比提，陆吐布拉·依明.喀什地区近10年地下水资源时空动态变化分析［J］.干旱区资源与环境，2011，25（7）：63-68.

［23］ 王文杰，张永福．基于GIS的新疆喀什地区耕地变化及驱动力研究［J］.湖北农业科学，2016，55（17）：4560-4564．

［24］ TAN K L，WANG X F，GAO H J.Analysis of ecological effects of comprehensive treatment in the Tarim River Basin using remote sensing data［J］.Mining science and technology，2011，21（4）：519-524.

［25］ 李孟倩，苏世宗.基于Landsat8-OLI遥感影像水稻种植区提取方法研究［J］.华北理工大学学报（自然科学版），2019，41（3）：26-33，59.

［26］ 靳士科.遥感技术在核电陆域生态环境状况评价中的应用研究［J］.环境科学与管理，2020，45（12）：163-166.

［27］ 胡夏天，杨山力，程昌秀.基于四叉树的景观指数分析方法［J］.地理信息世界，2016，23（2）：21-26.

［28］ 谢勇坚.应用Microsoft Excel对分析数据进行处理［J］.西南给排水，2001，23（4）：40-44.

［29］ 单文坡，卢海霞，郑辉.Excel和Origin在環境监测数据处理中的应用［J］.石家庄职业技术学院学报，2008，20（2）：58-60，67.