鐘莉娜，趙文武,*，呂一河,劉源鑫

(1.北京師范大學(xué)資源學(xué)院 地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875；2.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085)

黃土丘陵溝壑區(qū)景觀格局演變特征
——以陜西省延安市為例

鐘莉娜1，趙文武1,*，呂一河2,劉源鑫1

(1.北京師范大學(xué)資源學(xué)院 地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875；2.中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085)

以陜西省延安市1985年、2000年和2008年三期1∶25萬(wàn)景觀單元類(lèi)型圖，1∶5萬(wàn)地形圖等生成的數(shù)字高程模型(DEM)為數(shù)據(jù)源，基于ArcGIS 9.3軟件，采用多距離空間聚類(lèi)、景觀單元類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣、空間數(shù)據(jù)疊加分析等方法分析了延安市景觀格局的演變特征。結(jié)果表明：延安市的景觀是由林地、灌木、草地和農(nóng)田等基本景觀單元構(gòu)成的復(fù)合景觀；研究期間農(nóng)地面積急劇減少，流失的農(nóng)地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?、草地、灌木和聚落，除農(nóng)地和裸地外,其他景觀單元類(lèi)型面積均有不同程度的增加；1985—2008年，林地、灌木和草地聚集的最大尺度減小，而農(nóng)田聚集的最大尺度變大，農(nóng)田和草地的空間聚集強(qiáng)度明顯小于林地和灌木；延安市主要景觀單元類(lèi)型演變主要發(fā)生在海拔1100—1500 m之間的區(qū)域和坡度范圍7—21°之間的區(qū)域，但農(nóng)田向聚落的演變主要發(fā)生在海拔較低(900—1300 m)、坡度較緩(<7°)的平川緩丘地帶。1999年之前，經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展是延安市景觀格局演變的主要驅(qū)動(dòng)因素；而1999年之后，國(guó)家推行的退耕還林(還草)等一系列生態(tài)重建措施成為延安市景觀格局變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。

景觀格局；演變；多距離空間分析；空間分異；空間疊加

景觀生態(tài)學(xué)中的景觀格局一般指空間格局，是指大小和形狀不一的景觀斑塊在空間上的配置[1- 2]。景觀格局變化與氣候變化、土地利用/土地覆被變化及生物多樣性變化密切相關(guān)，了解景觀格局的演變特征是進(jìn)行景觀格局分析的前提與基礎(chǔ)[3- 6]。近年來(lái)，景觀格局演變及其對(duì)生態(tài)過(guò)程的影響引起了國(guó)際學(xué)者的廣泛關(guān)注，成為當(dāng)前景觀生態(tài)學(xué)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題[7- 9]。學(xué)者們對(duì)景觀格局演變的分析多是利用景觀格局指數(shù)、景觀單元類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣等方法，從景觀格局的變化特征、驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及對(duì)景觀格局的模型預(yù)測(cè)等不同角度進(jìn)行探討[10- 15]，但是景觀指數(shù)反映的是景觀格局的幾何特征，往往難以揭示景觀格局變化的深層規(guī)律,而模型方法也存在著很大的不確定性。在景觀格局變化的定量評(píng)估方面尚需要探索新的適用性方法。

黃土高原是世界上最大的黃土堆積區(qū)，人類(lèi)活動(dòng)歷史悠久，自然環(huán)境脆弱。對(duì)黃土高原地區(qū)景觀格局變化的研究一直是國(guó)內(nèi)學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[16- 18]。本文以黃土丘陵溝壑區(qū)延安市為例，基于景觀生態(tài)學(xué)理論，借助GIS技術(shù)，利用多距離空間聚類(lèi)分析、主要景觀演變類(lèi)型的地形梯度分析等方法定量研究了1985—2008年延安市景觀格局的演變特征和主要演變類(lèi)型的空間分異規(guī)律，以期為研究區(qū)土地利用和生態(tài)系統(tǒng)管理提供可能參考。

1 研究區(qū)概況

延安市位于黃河中游，地處北緯35°21′—37°31′，東經(jīng)107°41′—110°31′之間，屬黃土丘陵溝壑區(qū)，山川塬交錯(cuò),溝梁峁縱橫,地形復(fù)雜、地貌獨(dú)特。地勢(shì)西北高東南低，平均海拔約1200 m。延安屬高原大陸性季風(fēng)氣候，北部屬半干旱地區(qū)，南部屬半濕潤(rùn)地區(qū)。延安市北連榆林市，南接關(guān)中咸陽(yáng)、銅川、渭南3市，東隔黃河與山西省臨汾市、呂梁市相望，西依子午嶺與甘肅省慶陽(yáng)市為鄰(圖1)[19]。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of the study area

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究以延安市1985年、2000年和2008年3期1∶25萬(wàn)景觀單元類(lèi)型圖，1∶5萬(wàn)地形圖生成的數(shù)字高程模型(DEM)為基本圖件，分析延安市景觀格局的演變特征。在ArcGIS 9.3平臺(tái)支持下，基于DEM數(shù)據(jù)獲取研究區(qū)高程圖、坡度圖和坡向圖。景觀單元類(lèi)型圖來(lái)源于中國(guó)1∶25萬(wàn)土地覆蓋遙感調(diào)查與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是在“國(guó)家科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程——地球系統(tǒng)科學(xué)共享網(wǎng)”的支持下，由中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所等7個(gè)單位，在全國(guó)1∶10萬(wàn)土地利用數(shù)據(jù)和遙感分類(lèi)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用全數(shù)字作業(yè)方式共同完成，數(shù)據(jù)精度在80%以上(不同類(lèi)型有差異)。結(jié)合當(dāng)?shù)赝恋乩矛F(xiàn)狀和土地資源特點(diǎn)，參考國(guó)內(nèi)外土地利用分類(lèi)系統(tǒng)，將延安市景觀單元?jiǎng)澐譃槠叻N類(lèi)型，分別是林地、灌木、草地、農(nóng)田、聚落、水體和裸地。

2.2 研究方法

本研究采用空間統(tǒng)計(jì)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)1985年至2008年延安市不同景觀單元類(lèi)型的數(shù)量變化進(jìn)行分析。

(1)景觀單元類(lèi)型變化特征分析

為探討不同景觀組分之間復(fù)雜的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程，基于ArcGIS 9.3操作平臺(tái)，將3期景觀單元類(lèi)型圖進(jìn)行了空間疊置運(yùn)算，由此得到景觀單元類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣，初步分析延安市景觀單元類(lèi)型的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

(2)空間聚類(lèi)分析

用Ripley K函數(shù)對(duì)延安市景觀格局進(jìn)行多距離空間聚類(lèi)分析，Ripley K函數(shù)的公式如下：

式中，A為研究區(qū)面積，n為點(diǎn)的個(gè)數(shù)，d為期望值(隨機(jī)空間模式)，L(d)為觀測(cè)值(研究區(qū)特定距離的空間模式)，k(i,j)為權(quán)重。L(d)>d表明與景觀類(lèi)型呈聚集分布；L(d)=d表示景觀單元類(lèi)型呈隨機(jī)分布，L(d)

本研究分析了研究區(qū)4種主要景觀單元類(lèi)型(林地、灌木、草地、農(nóng)田)在1985—2008年的空間聚集情況，分析其在二維空間上的演變特征?；贏rcGIS 9.3 軟件生成2000個(gè)隨機(jī)點(diǎn)圖層，將該圖層分別與三期景觀單元類(lèi)型圖疊加以確定隨機(jī)點(diǎn)的景觀單元類(lèi)型，然后利用多距離空間聚類(lèi)工具對(duì)不同時(shí)期的不同景觀單元類(lèi)型進(jìn)行Ripley K函數(shù)分析。

(3)景觀格局變化的地形分布特征分析

1985年和2008年的景觀單元類(lèi)型圖疊加得到1985—2008年景觀單元演變類(lèi)型圖。將景觀單元演變類(lèi)型圖與基于DEM數(shù)據(jù)獲取的研究區(qū)高程數(shù)據(jù)、坡度數(shù)據(jù)和坡向數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，并對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，以揭示其景觀格局變化在三維空間上的演變特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀單元的數(shù)量變化特征

由表1、圖2和圖3可知，研究區(qū)草地面積最大，三期景觀單元類(lèi)型圖中草地所占的面積比例均在40%以上；農(nóng)田面積次之，比例在16.18%—31.50%之間，呈下降趨勢(shì)，是研究期間降幅最大的景觀單元類(lèi)型。與此同時(shí)灌木、林地和草地的面積均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，灌木從1985年的14.89%增加到了2008年的16.18%，林地從1985年的8.45%增加到了2008年的10.10%，草地面積增幅最大，從1985年的44.68%增加到了2008年的56.16%。聚落和水體面積總體上呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，裸地面積先增后減。

林地和草地主要分布在延安市的東南和西南方向，農(nóng)地主要分布在延安市的北部，聚落、水體、裸地面積較小(圖2)。在1985年和2000年，農(nóng)田和草地是延安市的優(yōu)勢(shì)景觀單元類(lèi)型，由于當(dāng)?shù)赝菩型烁€林(還草)政策，至2008年，延安市農(nóng)地?cái)?shù)量急劇減少，林地、灌木和草地的數(shù)量增加?？傮w來(lái)看，林地、灌木、草地和農(nóng)田四者所占的面積比例達(dá)到了研究區(qū)面積的99%以上。

表1 延安市景觀單元類(lèi)型面積統(tǒng)計(jì)

圖2 延安市景觀單元類(lèi)型圖Fig.2 Landscape type map of Yan′an City

圖3 景觀單元類(lèi)型面積比較Fig.3 Comparison of landscape type area

3.2 景觀單元的類(lèi)型變化特征

從1985—2000年景觀單元類(lèi)型的演變情況(表2)來(lái)看，林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾娃r(nóng)田，總變化率約為1.6%，保留了原有林地面積的97.9%；灌木主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱值亍⒉莸睾娃r(nóng)田；草地主要向農(nóng)田、林地和灌木流轉(zhuǎn)；農(nóng)田主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾土值?，其次是灌木和聚落；此外，聚落主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?，水體主要轉(zhuǎn)變成農(nóng)田，裸地和農(nóng)田相互轉(zhuǎn)換。在不同景觀單元類(lèi)型演變過(guò)程中，草地演變?yōu)檗r(nóng)田的面積最大，這反映了在20世紀(jì)90年代延安市開(kāi)荒種田、增加耕地面積的現(xiàn)象較為普遍。作為陜北地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心，1985—2000年延安市社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，是期間影響延安市景觀格局演變的重要驅(qū)動(dòng)因子[21- 22]。

表2 1985—2000年延安市景觀單元類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣

從2000—2008年景觀單元類(lèi)型的變化情況(表3)來(lái)看，林地主要向草地和農(nóng)田流轉(zhuǎn)，灌木主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?，草地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楣嗄竞娃r(nóng)田。同時(shí)，大面積的農(nóng)田主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?、灌木和林地，變化面積可達(dá)5112.62 km2，這主要是退耕還林還草政策實(shí)施的結(jié)果[22]。此外，聚落和水體與其他景觀單元類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)變較少，部分裸地轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)田。

表3 2000—2008年延安市景觀單元類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣

1985—2008年間延安市各景觀單元類(lèi)型的演變較為復(fù)雜，但景觀單元類(lèi)型的演變主要表現(xiàn)為林地、灌木、草地和農(nóng)田之間的相互轉(zhuǎn)換以及農(nóng)田向聚落的流轉(zhuǎn)(表4)。其中，農(nóng)田轉(zhuǎn)變?yōu)楣嗄竞土值氐拿娣e占總變化面積的49.44%。我國(guó)政府在1999年推行的“退耕還林(還草)”等水土保持政策是農(nóng)田演變?yōu)榱值睾凸嗄镜闹匾?qū)動(dòng)因子[22- 23]。

3.3 景觀單元變化的空間分異規(guī)律

3.3.1 景觀單元類(lèi)型的空間聚集特征

景觀單元類(lèi)型的演變是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程。景觀單元類(lèi)型的空間聚集特征在一定程度上可以反映人類(lèi)活動(dòng)對(duì)自然景觀演變的影響。研究景觀單元類(lèi)型的空間集聚特征可以為調(diào)整人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、優(yōu)化土地利用格局提供科學(xué)依據(jù)。

表41985—2008年延安市主要景觀演變類(lèi)型

Table4ThemaintypesoflandscapetransformationofYan′anCity,from1985to2008

景觀演變類(lèi)型Landscapeevolutiontype演變面積/km2Evolutionarea占總演變面積的比例/%Theproportionofthetotalarea林地轉(zhuǎn)為灌木Forestintobush15.510.90林地轉(zhuǎn)為草地Forestintograssland42.882.49林地轉(zhuǎn)為農(nóng)田Forestintofarmland15.110.88灌木轉(zhuǎn)為林地Bushintoforest64.283.74灌木轉(zhuǎn)為草地Bushintograssland109.096.35灌木轉(zhuǎn)為農(nóng)田Bushintofarmland31.281.82草地轉(zhuǎn)為灌木Grasslandintobush238.4113.87草地轉(zhuǎn)為農(nóng)田Grasslandintofarm-land214.8812.50農(nóng)田轉(zhuǎn)為林地Farmlandintoforest409.0023.79農(nóng)田轉(zhuǎn)為灌木Farmlandintobush441.0125.65農(nóng)田轉(zhuǎn)為聚落Farmlandintosettle-ment89.565.21合計(jì)Total1671.0197.20

綜合分析表5和圖4，1985年研究區(qū)林地聚集的最大尺度為16 km，隨著觀測(cè)距離的增加，林地依然呈聚集分布，未有離散趨勢(shì)(L(d)>d)。觀測(cè)值明顯高于置信區(qū)間的上限值，表明林地在1985年、2000年和2008年的聚集特征具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性。2000年和2008年林地聚集的最大尺度均為10 km，與1985年相比有所降低，但觀測(cè)距離內(nèi)未出現(xiàn)離散格局。

表5 各景觀單元類(lèi)型空間聚集的最大尺度及離散臨界值/km

圖4 不同時(shí)期各景觀單元類(lèi)型多距離空間聚集圖Fig.4 Multi-distance spatial cluster for different landscape types in 1985,2000 and 2008

1985年灌木聚集的最大尺度為12 km。該景觀單元類(lèi)型在觀測(cè)距離內(nèi)未出現(xiàn)離散格局，且空間聚集特征具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性(L(d)>d)。2000年和2008年灌木聚集的最大尺度均為11 km，其他聚集特征與1985年相似。

1985年、2000年和2008年草地聚集的最大尺度分別是25 km、24 km和18 km?？傮w來(lái)看，草地在研究期內(nèi)呈聚集分布(L(d)>d)，但聚集強(qiáng)度較低。特別是2000年時(shí)，當(dāng)觀測(cè)距離增加到55 km時(shí)，出現(xiàn)了離散分布(L(d)

農(nóng)田聚集的最大尺度1985年為10 km，2000年和2008年是12 km。研究期內(nèi)呈聚集分布(L(d)>d)，但聚集強(qiáng)度較低，有離散的趨勢(shì)。2000年和2008年，在觀測(cè)距離為55 km時(shí)出現(xiàn)了離散分布(L(d)

1985—2008年，林地、灌木和草地聚集的最大尺度減小，農(nóng)田聚集的最大尺度增大，說(shuō)明研究期內(nèi)林地、灌木和草地在二維空間上逐漸聚集，而農(nóng)田在二維空間上逐漸分散。研究期內(nèi)林地、灌木和草地面積增加，而農(nóng)田面積減少的驅(qū)動(dòng)因素——退耕還林(還草)政策，同時(shí)也是林地、灌木和草地在二維空間上逐漸聚集，農(nóng)田趨于分散的驅(qū)動(dòng)因素。

3.3.2 景觀單元類(lèi)型轉(zhuǎn)換的地形梯度特征

基于1∶5萬(wàn)數(shù)字高程模型(DEM)，利用ArcGIS 9.3軟件獲取高程圖、坡度圖和坡向圖，將高程圖、坡度圖和坡向圖分級(jí)，并分別與主要景觀單元演變類(lèi)型數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到主要景觀單元演變類(lèi)型在不同高程、坡度、坡向的分布情況(表6—表8)。

景觀單元演變類(lèi)型的主要分布坡向如表8所示，在西坡和西南坡上林地轉(zhuǎn)變?yōu)楣嗄镜拿娣e較大、東坡和東北坡上林地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸氐拿娣e較大。表8中的陰影部分為不同景觀單元演變類(lèi)型所占面積比例較大的坡向。一般情況下，坡向通過(guò)影響土壤水分和日照時(shí)數(shù)對(duì)地表景觀格局產(chǎn)生影響。不同坡向有各自適宜生長(zhǎng)的植被類(lèi)型。若不加人類(lèi)活動(dòng)的干擾，不同坡向上景觀單元類(lèi)型的演變是相當(dāng)緩慢的。但是,退耕還林以來(lái)，延安市實(shí)行了一系列土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整措施，包括將原有坡耕地退耕，坡耕地改為水平梯田，擴(kuò)大人工喬灌木面積等。這些措施是延安市景觀單元演變坡向分異的主要原因[24]。

分析主要景觀單元演變類(lèi)型在各高程梯度、坡度梯度、坡向梯度分布的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)這種景觀格局變化具有較為明顯的空間分布規(guī)律，尤其與高程和坡度因子密切相關(guān)。其中，農(nóng)田向聚落的轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在海拔介于900—1300 m的區(qū)域和坡度小于7°的區(qū)域，可見(jiàn)農(nóng)田向聚落的轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在海拔偏低、坡度較緩的平川緩丘地帶。林地向灌木、草地和農(nóng)田的轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在海拔高于1100 m的區(qū)域和坡度介于7°—21°之間的區(qū)域。灌木和草地向其他主要景觀單元類(lèi)型的轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在海拔介于1100—1500 m的區(qū)域和坡度介于7°—21°之間的區(qū)域。

表6 主要景觀單元演變類(lèi)型高程分級(jí)統(tǒng)計(jì)/%

表7 主要景觀單元演變類(lèi)型坡度分級(jí)統(tǒng)計(jì)/%

表8 主要景觀單元演變類(lèi)型坡向分級(jí)統(tǒng)計(jì)/%

陰影部分為不同景觀單元演變類(lèi)型所占面積比例較大的坡向

4 結(jié)論與討論

林地、灌木、草地和農(nóng)田構(gòu)成了延安市的復(fù)合景觀，其他景觀單元類(lèi)型以斑塊或廊道形式鑲嵌其中。1985—2008年林地、灌木和草地的面積均有明顯增加，農(nóng)地面積明顯減少。通過(guò)分析景觀轉(zhuǎn)移矩陣發(fā)現(xiàn)流失的農(nóng)田主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱值亍⒐嗄?、草地和聚落?/p>

本研究從空間聚集特征和地形梯度特征兩個(gè)方面分析了延安市景觀格局在二維空間和三維空間上演變的空間分異規(guī)律。研究區(qū)林地、灌木和農(nóng)田聚集的最大尺度差別不大，但草地空間聚集的最大尺度較大，可達(dá)到25 km。1985—2008年，林地、灌木和草地聚集的最大尺度減小，而農(nóng)田聚集的最大尺度增大。林地和灌木呈現(xiàn)顯著的聚集格局，農(nóng)田和草地的空間聚集強(qiáng)度明顯小于林地和灌木。2000年，觀測(cè)距離為55 km處草地和農(nóng)田出現(xiàn)了離散分布格局，2008年農(nóng)田在觀測(cè)距離為55 km處也出現(xiàn)了離散分布格局。延安市主要景觀單元類(lèi)型的演變大都發(fā)生在海拔介于1100—1500 m的區(qū)域和坡度介于7—21°之間的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域也是耕地比較集中的區(qū)域。農(nóng)田向聚落的演變主要發(fā)生在海拔較低(900—1300 m)、坡度較緩(<7°)的平川緩丘地帶。主要景觀單元演變類(lèi)型在坡向上沒(méi)有明顯的分布規(guī)律。

1999年之前延安市經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展、城鎮(zhèn)化速度加快、人口增加，對(duì)糧食的需求量增加，導(dǎo)致耕地和聚落面積增加，其他景觀單元類(lèi)型面積減少。1999年之后，我國(guó)政府在黃土高原地區(qū)推行退耕還林(還草)、將坡耕地改為水平梯田、修建水平梯田等一系列水土流失治理措施，導(dǎo)致了林地、草地、灌木面積的增加和聚集尺度的減小，以及耕地面積的減少和聚集尺度的增大。退耕還林(還草)等一系列水土流失治理措施的推行是1999年之后推動(dòng)延安市景觀格局演變的主要因素。

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AnalysisoflandscapepatternevolutioncharacteristicinthehillyandgullyareaofloessplateauacasestudyinYan′anCity,ShaanxiProvince

ZHONG Lina1, ZHAO Wenwu1,*, LV Yihe2, LIU Yuanxin1

1StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology,CollegeofResourcesScienceandTechnology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China2StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China

Landscape pattern is the arrangement of landscape embedded blocks of different sizes and shapes.Landscape pattern changes result from complex interactions of physical, biological and social forces.Human land use has influenced most landscapes, resulting in a landscape mosaic of natural and human-managed patches that vary in size, shape and arrangement.The quantitative analysis of landscape pattern is the fundamental of researching the mutual relations of landscape patterns and ecological processes.Loess Plateau is one of the world′s largest loess areas with a long history of human activities, and the natural environment is fragile.Research on Landscape pattern evolution in the hilly and gully area of Loess Plateau has long been a research hotspot.The analysis of landscape pattern changes in Loess Plateau has a crucial role in understanding the structure and changes of the ecosystem.This study analyzed the evolution characteristic of landscape pattern and the spatial differentiation of main evolution types in Yan′an City based on landscape ecology theory, using GIS technology.1∶250000 landscape type maps in 1985, 2000 and 2008 and digital elevation model (DEM) of Yan′an City are used in this research.Considering the local characteristics and referring to domestic and foreign land use classification system, Yan′an City landscape types are divided into seven categories, namely woodland, bush, grassland, farmland, settlements, water and bare ground.Different methods such as Multi-Distance Spatial Cluster, landscape transition matrix, spatial data overlay analysis, were used in this research.The primary conclusions were as follows: the landscape background of Yan′an City is a composite landscape matrix consisting of woodland, bush, grassland and farmland.The area of farmland decreased sharply during the study period.The reduced farmland mainly transformed into forest land, grassland, bush and settlements.Other landscape types except farmland and bare land are increased at different degrees.The maximum aggregation scale of woodland, bush and grassland decreased from 1985 to 2008, while that of farmland became larger.The spatial aggregation intensity of farmland and grassland was significantly less than that of woodland and bush.The evolution of main landscape types mostly occurred at altitudes between 1100 m and 1500 m, and the gradient of slope was varied in the range from 7° to 21°.The evolution of farmland to settlement occurred mainly at altitudes between 900 m and 1300 m, and the slope was less than 7°.Yan′an City is located in Loess Plateau which is the most serious area of soil erosion in China.Therefore, the government has adopted a series of comprehensive measures to achieve the aim of effective control of soil erosion.Returning farmland to forest, re-building sloping land into level terrace and strengthening the construction of "Three North" shelterbelt are all in their implementation.Yan′an City is the political, economic and cultural center in Northern Shaanxi.The rapid socio-economic development was the main reason for the landscape patterns′ evolution before 1999; while after 1999, these measures of controlling soil erosion exceed the rapid socio-economic development, which became the main factors affecting landscape pattern evolution in Yan′an City.

landscape; evolution; Multi-Distance Spatial analysis; spatial differentiation; GIS Spatial Overlay

國(guó)家自然科學(xué)基金( 41171069，41171156)

2013- 10- 20;

2014- 04- 01

10.5846/stxb201310202531

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhaoww@bnu.edu.cn

鐘莉娜，趙文武，呂一河,劉源鑫.黃土丘陵溝壑區(qū)景觀格局演變特征——以陜西省延安市為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2014,34(12):3368- 3377.

Zhong L N, Zhao W W, Lü Y H, Liu Y X.Analysis of landscape pattern evolution characteristic in the hilly and gully area of loess plateau: a case study in Yan′an City, Shaanxi Province.Acta Ecologica Sinica,2014,34(12):3368- 3377.