趙芹珍

(山西省水土保持科學研究所)

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)自然概況

呂梁市離石區(qū)王家溝流域,為黃河一級支流三川河流域一級支溝,地處東經(jīng) 111°09′,北緯 37°33′。流域面積 9.1 km2,海拔高程 950-1320 m,地表被第四紀黃土所覆蓋,主要土壤類型為黃綿土和栗褐土。流域內(nèi)梁峁交錯,溝壑縱橫,呈典型的黃土丘陵溝壑區(qū)地貌景觀。據(jù)多年實測,年均降水量506.5 mm,汛期(5-9月)平均降雨量 368 mm,占年降水量的 72.5%,雨型多屬暴雨。年平均氣溫8.9℃,極端最高氣溫 38.9℃,極端最低氣溫-27.2℃,≥10℃的積溫 3300℃,年日照時數(shù)為2592.2 h,無霜期 160-200 d,年均風速 1.3 m/s。流域人口密度 178人 /km2。

1.2 景觀類型的劃分

依據(jù)流域不同時期水土保持措施實施狀況劃分為 9種景觀類型,分別為坡式梯田、人工梯田、機修梯田、溝坪地、階地、壩地、喬木林、灌木林和草地。

1.3 景觀格局分析的數(shù)量方法

從景觀數(shù)量結(jié)構(gòu)和景觀形態(tài)結(jié)構(gòu)兩個方面選取具有生態(tài)學意義的常用指數(shù),研究流域水土保持措施景觀格局的變化特征。景觀數(shù)量結(jié)構(gòu)是指某個區(qū)域包含的土地利用類型及它們各占多少面積比例,研究指標主要有景觀比例,即各種土地利用景觀覆蓋面積占樣區(qū)總面積的百分比;景觀形態(tài)結(jié)構(gòu)是指土地利用的不同景觀與其他組成單元的類型、數(shù)目以及空間分布與配置,研究指標有多樣性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)等。

1.4 景觀格局指標的計算

各指標的計算公式如下。

景觀比例 (Ki): Ki=ai/A×100%

景觀均勻度指數(shù)(E): E=H/Hmax

景觀豐富度指數(shù)(R): R=m,Rr=m/Mmax

式中,A為區(qū)域或樣區(qū)所有景觀類型的總面積;ai為景觀類型 i的總面積;Pi為景觀類型 i在景觀中的面積比例;i=1,2,3,…,m,為景觀類型數(shù)目;Hmax為完全均勻情況下的景觀多樣性;Mmax是景觀類型數(shù)的最大值。

2 水土保持措施景觀數(shù)量特征

景觀數(shù)量結(jié)構(gòu)描繪的是區(qū)域土地資源的質(zhì)量特征,在此,應(yīng)用景觀比例(Ki)來表述王家溝流域不同年代水土保持措施配置的數(shù)量結(jié)構(gòu)特征,計算結(jié)果見表 1。從表 1中可知,不同時期水土保持措施景觀比例存在差異和變化,1959年以喬木林與人工梯田為主要方式,所占比例分別為 33.829%和48.002%;1978年以喬木林、機修梯田為主要方式,所占比例分別為 33.213%和 21.565%;1986年以喬木林與機修梯田為主要方式,所占比例分別為40.709%和 22.508%;1990年與 1994年以喬木林、機修梯田、灌木林為主要方式。從圖 1中也可直觀看出,王家溝流域水土保持措施景觀比較豐富,面積差異也相當懸殊,其中機修梯田和喬木林始終是流域內(nèi)兩大主要水土保持措施景觀。從 20世紀 80年代開始,機修梯田、喬木林、人工梯田面積迅速增加,90年代后灌木林也成為主要的治理措施,而人工梯田面積銳減;坡式梯田、溝坪地轉(zhuǎn)化為其他利用方式,面積減少為 0。不同年代的數(shù)據(jù),反映了王家溝流域在綜合治理的漫長過程中水土保持措施景觀結(jié)構(gòu)逐漸走向協(xié)調(diào)與合理,呈現(xiàn)出以梯田和林地為基質(zhì)的生態(tài)景觀。

表1 水土保持措施景觀類型面積比例變化

3 水土保持措施景觀形態(tài)特征

3.1 景觀多樣性(H)

景觀多樣性是一個區(qū)域或樣區(qū)內(nèi)土地利用類型的多樣化程度,是度量土地利用方式豐富程度和復雜性的重要指標,反映景觀要素的多少和各景觀要素所占比例的變化。當景觀由單一要素構(gòu)成時,景觀是均值的,其多樣性指數(shù)為 0;由兩個以上的要素構(gòu)成的景觀,各景觀所占比例相等時景觀多樣性最高,各景觀類型所占比例差異增大,則景觀的多樣性下降。由圖 2(a)可知,王家溝流域 1978年水土保持措施景觀格局多樣性指數(shù)最高,1959多樣性指數(shù)最低,距離最大多樣性指數(shù)值差距較大;1986年、1990年、1994年多樣性指數(shù)值相對較高且差異不大,表現(xiàn)出 1986年以后流域水土保持措施配置趨向一個平穩(wěn)的狀態(tài)。總體而言,王家溝流域水土保持措施景觀格局分布趨于復雜化,不同治理時期土地結(jié)構(gòu)調(diào)整取得較大進展,而不同年代多樣性指數(shù)與最大多樣性指數(shù)之間存在較大的差距,水土保持措施景觀格局仍有一定的調(diào)整空間。

3.2 景觀優(yōu)勢度(D)

優(yōu)勢度是區(qū)域內(nèi)一種或幾種土地利用景觀類型支配該區(qū)域土地利用類型的程度,度量景觀結(jié)構(gòu)中景觀由少數(shù)幾個主要景觀類型控制的程度,用于表示景觀多樣性與最大多樣性的偏差,是對景觀多樣結(jié)構(gòu)和動態(tài)水平更為透徹說明的指標。優(yōu)勢度值越大,偏離程度越大,一種或少數(shù)景觀類型在整個景觀中地位越重要,對景觀的支配作用越大;優(yōu)勢度小,表明偏離程度小,各種景觀類型所占比例相對均勻,結(jié)構(gòu)趨于合理化;優(yōu)勢度為 0,表示有一種景觀類型組成,景觀完全均質(zhì)。由圖 2(b)可知,1959年優(yōu)勢度 D值最大,說明組成景觀的各類型所占比例差異較大,少數(shù)措施面積占優(yōu)勢,一種或少數(shù)景觀類型在整個景觀中處于支配地位,水土保持措施集中單一,結(jié)構(gòu)不合理,主要以喬木林為主;1978年優(yōu)勢度 D值最小,且顯著低于其他年份,表明這一時期流域綜合治理走向多元化,水土保持措施均勻多樣,各類型景觀所占比例差異較小;1986年、1990年以及 1994年優(yōu)勢度 D值較高且數(shù)值差異不大,說明這一時期水土保持措施景觀面積比例相對均勻,水土保持措施配置結(jié)構(gòu)合理。

圖1 水土保持措施景觀類型面積變化

3.3 景觀均勻度(E)

均勻度指數(shù)反映景觀中各元素的分配情況,其值越大,表明景觀各組成成分分配越均勻,當 E趨于 1時,景觀分布的均勻程度趨于最大。由圖 2(c)可知,1978年均勻度指數(shù)值最高,各類型景觀面積趨向均勻,面積比例差異減小,景觀格局整體優(yōu)化;1959年、1986年均勻度指數(shù)值較低,景觀類型分布不均勻;從 1959年至 1990年均勻度指數(shù)值變化較大,體現(xiàn)了流域綜合治理的發(fā)展歷史及水土保持措施景觀類型的變化與差異,1990年、1994年均勻度指數(shù)趨于平穩(wěn),不同景觀類型面積之間的差值進一步縮小。

圖2 王家溝流域水土保持措施景觀格局指數(shù)特征及其變化

3.4 景觀豐富度(R)

豐富度指數(shù) R是指區(qū)域內(nèi)景觀要素的數(shù)目,反映景觀的豐富程度。在比較不同景觀時,常采用相對豐富度(Rr)指數(shù),即一定景觀內(nèi)出現(xiàn)的景觀要素類別占區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)的景觀類別數(shù)的比例。由圖2(d)可知,1987年流域治理措施配置的豐富度指數(shù)值最高,1959年豐富度指數(shù)值最低,1986年以后豐富度指數(shù)值變幅為 0。

4 結(jié)語

景觀是一個由不同土地單元鑲嵌而成,具有獨立的功能特征和明顯的視覺效果的有機復雜系統(tǒng),小流域土地景觀格局是自然地理和人類活動干擾的結(jié)果。通過調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)進行綜合治理,合理安排農(nóng)、林、牧各業(yè)的生產(chǎn)用地,從而構(gòu)建新的景觀格局,在空間上建立多層次結(jié)構(gòu)提高流域景觀異質(zhì)性和多樣性,充分利用流域環(huán)境資源,形成林 -農(nóng) -果復合型結(jié)構(gòu),增強流域生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在流域綜合治理過程中,正確地解決眼前利益和長遠利益的關(guān)系,注重景觀生態(tài)功能,創(chuàng)造出優(yōu)于原有的景觀生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益,對促進流域可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

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