王金花，李占斌，張榮剛，姚文藝(1．西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，710048，西安;．黃河水利科學(xué)研究院 水利部黃土高原水土流失過程與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，45000，鄭州;．黃河水利委員會水文局，450004，鄭州)

?

水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)流域景觀格局變化及水沙響應(yīng)關(guān)系

王金花1，2，李占斌1?，張榮剛3，姚文藝2
(1．西安理工大學(xué) 西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，710048，西安;2．黃河水利科學(xué)研究院 水利部黃土高原水土流失過程與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，450003，鄭州;3．黃河水利委員會水文局，450004，鄭州)

摘要:為揭示土壤侵蝕最為劇烈的水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)下墊面景觀格局變化對流域降雨產(chǎn)流、侵蝕產(chǎn)沙的影響程度，以水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)典型流域西柳溝為研究對象，根據(jù)Landsat TM影像數(shù)據(jù)和流域長系列水沙實(shí)測數(shù)據(jù)資料，借助GIS 和Fragstats平臺，分析流域景觀格局和水沙變化特征，探討景觀指數(shù)與徑流輸沙的關(guān)系。結(jié)果表明:1)流域優(yōu)勢景觀類型為草地，從斑塊數(shù)量和面積變化率來分析，1985—2010年間耕地、林地和建設(shè)用地穩(wěn)定性最高，其次為未利用土地。未利用土地、草地和耕地的轉(zhuǎn)化最為劇烈，受人類活動影響最大。2)流域年徑流量和年輸沙量的年際差異顯著;同年輸沙量相比，徑流量的減小趨勢變化更為明顯;徑流泥沙相關(guān)關(guān)系顯著，相關(guān)系數(shù)為0.67。3)景觀指數(shù)與徑流量、泥沙量呈顯著線性相關(guān)，其中徑流量與最大斑塊指數(shù)、斑塊結(jié)合度、聚集度指標(biāo)和蔓延度指數(shù)均呈負(fù)相關(guān)，而與景觀形態(tài)指數(shù)、景觀分割度呈正相關(guān);而泥沙僅與蔓延度指數(shù)、聚集度指標(biāo)和斑塊結(jié)合度成負(fù)相關(guān)，與其他景觀指數(shù)呈正相關(guān)。研究結(jié)果表明，隨著景觀最大斑塊指數(shù)、斑塊結(jié)合度以及聚集度指數(shù)的提高，流域降雨入滲量明顯增加，土壤侵蝕量明顯減少;因此，提高流域景觀最大斑塊指數(shù)、斑塊結(jié)合度以及聚集度指數(shù)可以增強(qiáng)水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)內(nèi)流域的蓄水保土功能及生態(tài)優(yōu)化作用，研究結(jié)果可為流域生態(tài)環(huán)境建設(shè)和水土資源綜合利用提供理論支撐。

關(guān)鍵詞:水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū);景觀格局;徑流量;輸沙量;西柳溝流域

項目名稱:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計劃(“973”計劃)第三課題“沙漠寬谷河道水沙關(guān)系變化及驅(qū)動機(jī)理”(2011CB403303);中央公益性科研院所專項經(jīng)費(fèi)項目“植被作用下產(chǎn)流機(jī)制脅變性研究”(HKY201115);河南省創(chuàng)新型科技人才隊伍建設(shè)工程(162101510004)

隨著氣候變化及社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不同尺度下的景觀格局均發(fā)生了一定程度的變化，其中下墊面土地利用景觀格局變化最為明顯［1 2］，景觀格局變化是對流域水文循環(huán)和水量平衡過程均有重要影響的因素［3 4］，通過改變流域水文特征進(jìn)而影響地表蒸發(fā)、下滲能力、表層覆被的截留、填挖量和徑流路徑，從而影響整個流域的產(chǎn)匯流過程［5 6］。深入研究土地利用覆被變化和格局變化在流域水沙變化過程中的作用和貢獻(xiàn)，對提高流域生態(tài)穩(wěn)定性和水土資源可持續(xù)利用具有重要理論指導(dǎo)意義。

水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)是黃土高原土壤侵蝕最為嚴(yán)重的區(qū)域［7］，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和氣候變化，該區(qū)域的侵蝕環(huán)境發(fā)生了明顯的變化［8 9］。分析水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)景觀格局變化，探討其對流域水沙過程的影響程度，對指導(dǎo)水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)流域生態(tài)建設(shè)和水旱災(zāi)害預(yù)防具有重要意義。筆者選擇水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)的西柳溝流域?yàn)檠芯繉ο?，分析土地利用及景觀格局變化，并建立其與年徑流、泥沙的關(guān)系，以期為流域生態(tài)環(huán)境建設(shè)和水土資源綜合利用提供理論支撐。

1　研究區(qū)概況

選擇水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)典型流域西柳溝流域?yàn)檠芯繉ο?。西柳溝作為?nèi)蒙古河段直接入黃的10大“孔兌”之一，發(fā)源于內(nèi)蒙古鄂爾多斯臺地，流經(jīng)庫布齊沙漠，橫穿下游沖洪積平原后自南向北直接匯入黃河。從行政區(qū)劃上來說，西柳溝流域位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市東勝區(qū)及大拉特旗境內(nèi)(E 109°24'～110°00';N 39°47'～40°30')。西柳溝全長 106.5 km，流域總面積1 356.3 km2:上游黃土丘陵溝壑區(qū)，占流域總面積的64.6%;中游庫布齊沙漠區(qū)，占流域總面積的20.7%;下游為沖、洪積扇，占流域總面積的14.7%。流域多年平均降雨量305.9 mm，年均蒸發(fā)量2 200 mm，年平均氣溫6.1℃，降雨主要集中在夏季，高強(qiáng)度暴雨是流域內(nèi)產(chǎn)流產(chǎn)沙的主要原因［10］。流域上游黃土丘陵區(qū)地面物質(zhì)由白堊紀(jì)的砂巖和砂礫巖(即砒砂巖)組成，極易產(chǎn)生風(fēng)蝕和水蝕，中游沙漠區(qū)域風(fēng)蝕嚴(yán)重，是內(nèi)蒙古段黃河河床淤積的主要泥沙來源。據(jù)統(tǒng)計，10大孔兌地區(qū)每年平均向黃河輸沙2 711萬t，其中60%以上是粒徑大于0.05 mm的粗泥沙［11］。

2　材料與方法

2.1數(shù)據(jù)來源及處理

DEM數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http:∥datamirror．csdb．cn)，空間分辨率為30 m。利用ERDAS 9.1軟件數(shù)據(jù)資料進(jìn)行拼接和裁剪，生成西柳溝流域DEM。對生成的流域 DEM進(jìn)行填挖預(yù)處理、水流流向生成、提取河網(wǎng)、生成控制流域。

土地利用數(shù)據(jù)采用中國1∶10萬土地利用數(shù)據(jù)(1985、1996、2000和2010年共 4期)，下載自國家自然科學(xué)基金委員會“中國西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心”(http:∥westdc．westgis．a(chǎn)c．cn)，該數(shù)據(jù)庫已經(jīng)過野外實(shí)地考察驗(yàn)證，精度達(dá)到95%［12 15］。

徑流輸沙量數(shù)據(jù)來自于西柳溝流域把口水文站龍頭拐水文站實(shí)測數(shù)據(jù)，詳見中華人民共和國水文年鑒，資料系列時段為1960—2010年。

2.2研究方法

景觀格局指標(biāo)是景觀生態(tài)學(xué)中廣泛使用的一種定量研究方法，用來定量描述景觀格局的空間配置及其時間變化。景觀穩(wěn)定性是反映景觀抵御干擾的能力，以及受干擾后恢復(fù)的能力。景觀穩(wěn)定性研究方法有多種，如模型方法［16］、直接分析法［17］、景觀生態(tài)數(shù)量化方法［18］以及景觀指標(biāo)法［1920］等。在本次研究中采用斑塊特征穩(wěn)定性、斑塊密度穩(wěn)定性和斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性3個指標(biāo)來進(jìn)行分析。由于本研究區(qū)域范圍相對較大，為了景觀變化指標(biāo)討論的科學(xué)性和可操作性，筆者建立一級地類的景觀類型的GIS數(shù)據(jù)庫，隨后在ArcGIS系統(tǒng)中Spatial Analyst空間分析模塊支持下，將土地利用矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為30 m分辨率的柵格數(shù)據(jù)，以備隨后分析計算使用。

2.2.1斑塊特征穩(wěn)定性能夠反映斑塊穩(wěn)定性特征的主要為斑塊數(shù)量、斑塊面積和斑塊形狀。由于反映斑塊形狀的指數(shù)較多且大多數(shù)都主要反映的是斑塊形狀的相似性和復(fù)雜程度，因此，本研究僅以斑塊的數(shù)量和面積的變化率來反映其穩(wěn)定性?；竟剑?1］如下:

式中:SP(Stability Index of Patch Charactoristics)為斑塊的特征穩(wěn)定性指數(shù);Δni為第i類斑塊的數(shù)量變化率;Δai為第i類斑塊的面積變化率;ni1、ni2分別表示第i類初期和末期的斑塊數(shù)量;ai1、ai2分別表示第i類初期和末期的斑塊的面積，SP越接近1，斑塊穩(wěn)定性越高。

2.2.2斑塊密度穩(wěn)定性不論是絕對密度還是相對密度，變化率越小，景觀格局越穩(wěn)定。斑塊密度穩(wěn)定性可以用以下公式［22］表示:

式中:SD(Stability Index of Patch Density)為景觀密度穩(wěn)定指數(shù);ΔD為景觀密度變化率;D1、D2分別表示研究初期和末期的景觀密度。

2.2.3斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要表現(xiàn)為斑塊鑲嵌結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其計算方法如下［23］:

式中:SI(Stability Index of Patch Structure)為斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù);FD(Fractal Dimension)為分形維數(shù)。

3　結(jié)果與分析

3.1流域土地利用及景觀格局分析

3.1.1流域土地利用時空特征根據(jù)西柳溝流域1985、1996、2000和2010年4個時期的 Landsat TM數(shù)據(jù)資料，提取不同時期土地利用信息。流域景觀類型劃分采用中國科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)庫中的1∶10萬土地利用分類系統(tǒng)，共劃分出耕地景觀、林地景觀、草地景觀、水域景觀、城鄉(xiāng)、工礦及居民用地景觀和未利用土地景觀6個1級景觀類型，各類景觀空間分布情況見圖1。

如表1所示，草地為西柳溝流域面積最大的景觀類型，占流域面積的65.46% ～67.46%，其次為未利用地和耕地。林地、水域和建設(shè)用地的面積較小。從時間序列看，過去25年間，耕地、草地的面積增大，增長率分別為5.3%和2.1%;林地、城鄉(xiāng)、工礦及居民用地和未利用地的面積減小，減小率分別為3.4%、2.5%和 15.3%。水域的面積基本沒有變化。

3.1.2流域景觀類型轉(zhuǎn)換隨著氣候變化及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，流域各景觀類型之間會發(fā)生一定規(guī)模的相互轉(zhuǎn)換，在局部地方甚至?xí)鹁坝^格局的結(jié)構(gòu)性變化。景觀格局的轉(zhuǎn)移矩陣可詳細(xì)地說明景觀類型之間相互轉(zhuǎn)變的過程和流向(表2)。

圖1　西柳溝流域1985—2010年土地利用變化圖Fig．1　Variation of land use in Xiliu Gully watershed during 1985—2010

表1　西柳溝流域不同時期土地利用情況統(tǒng)計表Tab．1　Characteristics of land use in Xiliu Gully watershed

表2　西柳溝流域1985—2010年土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣Tab．2　Transfer matrix of land use change in Xiliu Gully watershed during 1985—2010　km2

從流域土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣表上看出:流域景觀類型轉(zhuǎn)換較為劇烈的主要有未利用地、草地和耕地。1985—2010年，流域內(nèi)未利用地面積變化最為劇烈，在此期間，其他類型的土地轉(zhuǎn)化為未利用地的面積為34.83 km2，主要來源于草地的轉(zhuǎn)化;未利用地轉(zhuǎn)化為其他土地利用類型的面積僅有15.64 km2，總面積增加19.19 km2。與未利用地變化情況相反，草地和耕地的面積在急劇減少，25年間草地面積減少15.63 km2，主要轉(zhuǎn)化為未利用地，耕地面積減少6.06 km2，主要轉(zhuǎn)化為草地。林地、水域和建設(shè)用地的面積發(fā)生轉(zhuǎn)移的面積較少。

流域景觀類型的轉(zhuǎn)移規(guī)律反映該區(qū)景觀格局變化趨勢。耕地和草地的面積呈減小趨勢，說明在該階段內(nèi)區(qū)域耕地和草地在退化，這同流域內(nèi)農(nóng)村人口不斷向城鎮(zhèn)遷移有密切的關(guān)系。

3.1.3流域景觀穩(wěn)定性

1)流域斑塊數(shù)量變化特征:斑塊數(shù)量的變化可以表征景觀的破碎程度，數(shù)量越多破碎程度越高。西柳溝流域斑塊數(shù)量由1985年的573塊減少到2010年的553塊(表3)，其中，林地和水域的斑塊數(shù)量逐年增加，耕地、草地和未利用地的斑塊數(shù)量在減少，建設(shè)用地的斑塊數(shù)量沒有變化?？偟膩砜?，過去25年期間景觀破碎度在減小，林地和水域的破碎程度變大，耕地、草地和未利用地破碎程度相對減小，建設(shè)用地沒有變化。

表3　西柳溝流域不同時期景觀斑塊數(shù)量Tab．3　Numbers of landscape patches in Xiliu Gully watershed

2)斑塊特征及密度穩(wěn)定性變化:根據(jù)斑塊特征穩(wěn)定性指數(shù)和密度穩(wěn)定性指數(shù)來看，1985—2010年期間，各類斑塊密度穩(wěn)定性水平都較高;但不同景觀類型其斑塊特征穩(wěn)定性水平在不同時期表現(xiàn)有所差異，林地斑塊特征的穩(wěn)定性水平在25年期間發(fā)生了很大的變化(表4):1985—1996年其特征穩(wěn)定性水平較低;1996—2000年間特征穩(wěn)定性指數(shù)水平最低，僅為0.152;2000—2010年特征穩(wěn)定性水平有很大提高，指數(shù)接近于1。草地、水域的特征穩(wěn)定性水平整體上呈現(xiàn)降低的趨勢。

總體來看，1996—2000年期間，流域景觀穩(wěn)定性較差，說明在此期間，生產(chǎn)建設(shè)性項目、淤地壩攔截工程以及生態(tài)治理工程等人類活動對流域景觀的穩(wěn)定性干擾影響較大。

表4　西柳溝區(qū)斑塊穩(wěn)定性指數(shù)Tab．4　Landscape stability in Xiliu Gully watershed

3)斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變化:如表5所示，耕地斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平在1985和2000年較高，1996年最低，其波動性強(qiáng)。林地斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平在1996年最低，以后呈增長趨勢。草地斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平呈波動性變化，說明草地斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到外界干擾程度大。水域斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在1985—2000年期間呈增長趨勢，但2000年以來有所下降。建設(shè)用地斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在1985—2000年期間基本不變，但在2000—2010年期間呈陡升趨勢。未利用土地斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在1985—2010年期間呈下降趨勢，說明在過去25年間，未利用地變化最明顯，受人為活動影響干擾最大。3.2流域水沙變化特征分析

表5　西柳溝區(qū)斑塊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性Tab．5　Stability of patch structure in Xiliu Gully watershed

如圖2所示，西柳溝流域多年平均徑流量為2 916萬m3，汛期(7—9月)徑流量占年總徑流量的64%，在洪水年份這種表現(xiàn)更為明顯，最高可占年總徑流量的91%(1989年)。徑流量年際差異大，最大年徑流量為9 299萬m3(1961年)，最小年徑流量為900萬 m3(2010年)，最大與最小值相差 9倍。統(tǒng)計分析結(jié)果表明，1960—2010年，西柳溝流域年徑流量變差系數(shù)為0.67。

同徑流量的變化特征相似，輸沙量的年際變化差異大，最大年輸沙量為4 748.7萬t(1989年)，最小年輸沙量僅為0.057萬t(2009年)，多年平均輸沙量為386.6萬t。輸沙量變差系數(shù)為1.91，說明其同徑流量相比，更易受人類活動的影響。

輸沙量的峰值與徑流量的峰值具有較好的對應(yīng)關(guān)系，二者相關(guān)系數(shù)為0.67，達(dá)到α=0.001顯著性相關(guān)水平檢驗(yàn)。作為泥沙輸移的重要載體，徑流量的波動對把口站泥沙輸出量大小具有重要的影響。

圖2　西柳溝流域水沙變化過程及相關(guān)關(guān)系Fig．2　Characteristics of runoff and sediment and their correlation in Xiliu Gully watershed

圖3示出降雨對西柳溝流域徑流量和輸沙量的影響，可以看出，徑流量受降雨量的影響要比輸沙量更為明顯。降雨量同徑流量二者之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.585，置信度水平超過99.9%，而降雨量同輸沙量之間的相關(guān)系數(shù)僅為0.283，僅達(dá)到95%置信度水平。這說明輸沙量除受降雨量的影響外，人類活動的影響也比較明顯。

圖3　降雨量與西柳溝流域徑流、輸沙關(guān)系Fig．3　Relationship between precipitation and runoff，sediment in Xiliu Gully watershed

3.3流域景觀變化與水沙響應(yīng)關(guān)系

流域水沙關(guān)系除受氣候變化直接影響外，下墊面景觀狀況變化也是一個重要的影響因子。景觀要素的空間格局會影響流域內(nèi)徑流和泥沙的輸出，景觀格局指數(shù)是描述景觀空間組織結(jié)構(gòu)的工具。為進(jìn)一步分析西柳溝流域景觀格局變化對水沙關(guān)系的影響，本次分析斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、斑塊結(jié)合度等景觀指數(shù)與流域水沙變化之間的相關(guān)性(表6)。

徑流量隨著流域最大斑塊指數(shù)、斑塊結(jié)合度以及聚集度指數(shù)的增加而減少。最大斑塊指數(shù)反映流域景觀中優(yōu)勢種、內(nèi)部種的豐度等生態(tài)特征，隨著最大斑塊指數(shù)的增大，地表景觀對徑流的阻滯作用增強(qiáng)。另外，景觀斑塊結(jié)合度和蔓延度以及聚集度指數(shù)越高則代表景觀是有少數(shù)團(tuán)聚的大斑塊組成，而且相互之間已經(jīng)形成良好的連接性。從其與徑流量之間的相關(guān)關(guān)系可以看出，隨著景觀斑塊結(jié)合度和蔓延度以及聚集度指數(shù)的增大，徑流量呈明顯較少趨勢。這同王計平等［24］在黃土丘陵區(qū)其他區(qū)域景觀格局對水土流失影響的相關(guān)研究結(jié)果一致。而景觀形態(tài)指數(shù)和景觀分割度與徑流呈顯著正相關(guān)，說明景觀斑塊破碎化程度越高、斑塊的形狀越復(fù)雜，對徑流產(chǎn)生的積極影響越顯著。

泥沙量僅與蔓延度指數(shù)、斑塊結(jié)合度和聚集度指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，即當(dāng)流域優(yōu)勢種斑塊類型內(nèi)部鏈接性較好，且與周圍相鄰斑塊空間連接程度較好時，流域侵蝕產(chǎn)沙量會明顯減少。綜合其與徑流量之間的相關(guān)關(guān)系，可以看出，提高流域景觀蔓延度指數(shù)、斑塊結(jié)合度以及聚集度指數(shù)可以有效地保持流域降雨入滲過程，減少土壤侵蝕。

表6　流域景觀指數(shù)與水沙相關(guān)關(guān)系分析Tab．6　Correlation between landscape index(Lis)and runoff，sediment

4　結(jié)論

水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)典型流域西柳溝流域以草地為優(yōu)勢景觀，從景觀穩(wěn)定性分析來看，耕地、林地和建設(shè)用地穩(wěn)定性最高;但由于受人類活動的影響，未利用土地、草地和耕地的轉(zhuǎn)化最為劇烈。

下墊面景觀格局的變化對流域徑流、侵蝕產(chǎn)沙量有較大影響，相關(guān)關(guān)系分析表明景觀指數(shù)與徑流量、泥沙量呈顯著線性相關(guān)，其中最大斑塊指數(shù)、斑塊結(jié)合度以及聚集度指數(shù)與徑流徑流及輸沙量呈明顯的負(fù)相關(guān);因此在水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)流域治理中，提高流域景觀最大斑塊指數(shù)、斑塊結(jié)合度以及聚集度指數(shù)可以有效增加流域降雨入滲，減少土壤侵蝕。

5　參考文獻(xiàn)

［1］姜亮亮，劉海隆，包安明，等．瑪納斯河流域景觀格局演變特征及驅(qū)動機(jī)制分析［J］．水土保持研究，2014，21(4):256．Jiang Liangliang，Liu Hailong，Bao Anming，et al．Analysis on landscape pattern change and driving mechanism in Manas River watershed［J］．Research of Soil and Water Conservation，2014，21(4):256．(in Chinese)

［2］談娟娟，董增川，付曉花，等．流域景觀生態(tài)健康演變及其驅(qū)動因子貢獻(xiàn)分析［J］．河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015，43(2):107．Tan Juanjuan，Dong Zengchuan，F(xiàn)u Xiaohua，et al．Analysis of watershed landscape ecological health evolution and contribution of driving factors［J］．Journal of Hohai University(Natural Sciences)，2015，43(2):107．(in Chinese)

［3］Wang Shuai，F(xiàn)u Bojie，He Chansheng，et al．A comparative analysis of forest cover and catchment water yield relationships in northern China［J］．Forest Ecology and Management，2011，262(7):1189．

［4］王渺林，夏軍．土地利用變化和氣候波動對東江流域水循環(huán)的影響［J］．人民珠江，2004，2:4．Wang Miaolin，Xia Jun．Influences of land use changes and climatic vibration on water circulation in the East River valley［J］．Pearl River，2004，2:4．(in Chinese)

［5］Liu Mingliang，Tian Hanqin，Chen Guangsheng，et al．Effects of land-use and land-cover change on evapotranspiration and water yield in China during 1900 2000［J］．JAWRA，2008，44(5):1193．

［6］趙陽．密云水庫集水區(qū)變化環(huán)境下的小流域徑流演變規(guī)律研究［D］．北京:北京林業(yè)大學(xué)，2004:1．Zhao Yang．Runoff evolution of small basins in the Miyun Reservoir watershed under changing environment［D］．Beijing:Beijing Forestry University，2004:1．(in Chinese)

［7］唐克麗．黃土高原水蝕風(fēng)蝕交錯區(qū)治理的重要性與緊迫性［J］．中國水土保持，2000(11):11．Tang Keli．Importance and urgency of harnnessing the interlocked area with both water and wind erosion in the Loess Plateau［J］．Soil and Water conservation China，2000(11):11．(in Chinese)

［8］張寶慶，吳普特，趙西寧．近30年來黃土高原植被覆蓋時空演變監(jiān)測與分析［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27 (4):287．Zhang Baoqing，Wu Pute，Zhao Xining．Detecting and analysis of spatial and temporal variation of vegetation cover in the Loess Plateau during 1982 2009［J］．Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2011，27(4):287．(in Chinese)

［9］郭梅杰，張亭亭，張建軍，等．1982—2006年黃土高原地區(qū)植被覆蓋度對氣候變化的響應(yīng)［J］．水土保持研究，2014，21(5):136．Guo Meijie，Zhang Tingting，Zhang Jianjun，et al．Response of vegetation coverage to climate change in the Loess Plateau in 1982 2006［J］．Research of Soil and Water Conservation，2014，21(5):136．(in Chinese)

［10］王金花，張榮剛，李占斌，等．內(nèi)蒙古西柳溝流域滯洪暴雨特征分析［J］．中國水土保持，2014(8):39．Wang Jinhua，Zhang Ronggang，Li Zhanbin，et al．A-nalysis on the characteristics of heavy rain in Xiliugou river basin of Inner Mongolia［J］．Soil and Water Conservation in China，2014(8):39．(in Chinese)

［11］馮國華，張慶窮．十大孔兌綜合治理與黃河內(nèi)蒙古段度汛安全［J］．中國水土保持，2008(4):8．Feng Guohua，Zhang Qingqiong．Comprehensive governance in Ten Kongdui and safety control of the Yellow River flood in Inner Mongolia［J］．Soil and Water Conservation in China，2008(4):8．(in Chinese)

［12］Liu Jiyuan，Liu Mingliang，Zhuang Dafang，et al．Study on spatial pattem of land-use change in China during 1995 2000［J］．Science in China(D)，2003，46(4): 373．

［13］王兮之，索安寧，洪軍，等．涇河典型流域水沙變化及其景觀格局分析［J］．水土保持研究，2006，13(4):260．Wang Xizhi，Suo Anning，Hong Jun，et al．Analysis of runoff and sediment variation and landscape pattern of typical watersheds in Jinghe Basin［J］．Research of Soil and Water Conservation，2006，13(4):260．(in Chinese)

［14］陸垂裕，孫青言，李慧，等．基于水循環(huán)模擬的干旱半干旱地區(qū)地下水補(bǔ)給評價［J］．水力學(xué)報，2014，45 (6):701．Lu Chuiyu，Sun Qingyan，Li Hui，et al．Estimation of groundwater recharge in arid and semi-arid areas based on water cycle simulation［J］．Journal of Hydraulic Engineering，2014，45(6):701．(in Chinese)

［15］Liu Jiyuan，Kuang Wenhui，Zhang Zengxiang，et al．Spatiotemporal characteristics，patterns，and causes of land-use changes in China since the late 1980s［J］．Journal of Geographical Science，2014，24(2):195．

［16］MacArthur R．Fluctuations of animal populations and a measure of community stability［J］．Ecology，1955，36: 533．

［17］王玲玲，曾光明，黃國和，等．湖濱濕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性評價［J］．生態(tài)學(xué)報，2005，12(25):3406．Wang Lingling，Zeng Guangming，Huang Guohe，et al．Analysis of ecological benefit of ecological restoration of aquatic-terrestrial everglade from stability of ecological system［J］．Acta Ecologica Sinica，2005，12(25): 3406．(in Chinese)

［18］裴源生，孫素艷，陸垂裕．綠洲生態(tài)穩(wěn)定性預(yù)測［J］．水利學(xué)報，2007，38(4):433．Pei Yuansheng，Sun Suyan，Lu Chuiyu．Prediction of stability of ecosystem in oasis［J］．Journal of Hydraulic Engineering，2007，38(4):433．(in Chinese)

［19］曹文志，王磬基．區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與評價的理論和方法［J］．河南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，1998，1(14):70．Cao Wenzhi，Wang Panji．The theory and method for analysis and assessment of regional agro-ecosystem［J］．Journal of Henan University(Natural Science)，1998，1 (14):70．(in Chinese)

［20］吳延熊，郭仁鑒，周國模．區(qū)域森林資源系統(tǒng)穩(wěn)定性的預(yù)警分析［J］．浙江林學(xué)院學(xué)報，1999，16(1):66．Wu Yanxiong，Guo Renjian，Zhou Guomo．Early-warning analysis of the stability of regional forest resources system［J］．Journal of Zhejiang Forestry College，1999，16(1):66．(in Chinese)

［21］劉延國，王青，王軍．官司河流域景觀穩(wěn)定性的研究［J］．地球信息科學(xué)學(xué)報，2012，14(1):137．Liu Yanguo，Wang Qing，Wang Jun．Study on landscape stability in Guansihe watershed［J］．Journal of Geo-Information Science，2012，14(1):137．(in Chinese)

［22］王旭麗，劉學(xué)錄．基于RS的祁連山東段山地景觀穩(wěn)定性分析［J］．遙感技術(shù)與應(yīng)用，2009，24(5):665．Wang Xuli，Liu Xuelu．Analysis on the stability of eastern Qilian mountainous landscape based on RS［J］．Remote Sensing Technology and Application，2009，24 (5):665．(in Chinese)

［23］趙峰，劉華，鞠洪波，等．三江源典型區(qū)濕地景觀穩(wěn)定性與轉(zhuǎn)移過程分析［J］．北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，34 (5):69．Zhao Feng，Liu Hua，Ju Hongbo，et al．Landscape stability and its pattern transition of typical wetlands in three river sources，southwestern China［J］．Journal of Beijing Forestry University，2012，34(5):69．(in Chinese)

［24］王計平，楊磊，衛(wèi)偉，等．黃土丘陵區(qū)景觀格局對水土流失過程的影響:景觀水平與多尺度比較［J］．生態(tài)學(xué)報，2011，31(19):5531．Wang Jiping，Yang Lei，Wei Wei，et al．Effects of landscape patterns on soil and water loss in the hilly area of Loess Plateau in China:landscape-level and comparison at multiscale［J］．Acta Ecologica Sinica，2011，31 (19):5531．(in Chinese)

Relationships between landscape，runoff，and sedimentation in wind-water erosion crisscross region

Wang Jinhua1，2，Li Zhanbin1，Zhang Ronggang3，Yao Wenyi2
(1．State Key Laboratory Base of Eco-hydraulic Engineering in Arid Area(Xi'an University of Technology)，710048，Xi'an，China;2．Key Laboratory of Soil and Water Loss Process and Control on the Loess Plateau of Ministry of Water Resources，Yellow River Institute of Hydraulic
Research，450003，Zhengzhou，China;3．Hydrological Bureau of Yellow River Conservancy Commission，450004，Zhengzhou，China)

Abstract:［Background］Sedimentation and runoff variation caused by land use change has been emerged as one of the popular topics of discussion．And the phenomena is more obvious in wind-water erosion crisscross region than in other erosion region，thus it is necessary to study the effects of land use change on runoff and sediment in wind-water erosion crisscross region．Xiliu Gully watershed is the typical watershed in wind-water erosion crisscross region．［Methods］In order to meet the demand ofecological environment construction and comprehensive utilization of water and soil resources，and to put forward an actual production theory for our river basin management，relationships between landscape，runoff，and sedimentation were studied on the basis of long-term historical land use，runoff，and sediment data(1985—2010)by geographic information system and Fragstats software．［Results］1)According to the Landsat TM data in 1985，1996，2000 and 2010，the spatial variation characteristics of the landscape pattern were analyzed．Grassland was the dominant landscape in the watersheds．Farmland，forest and construction land were in the highest stability，and the second main landscape type was unused land。Unused land，grassland and farmland experienced the greatest changes，which were suffered seriously from human activities．2)Precipitation，annual runoff and sediment changed significantly in last 50 years，but the variation amplitude of them was different．Average precipitation from 1960 to 2010 changed not so obviously，however runoff and sediment were decreased significantly．Moreover，the decreasing trend of runoff was more obvious than sediment in the same year．A Pearson correlation analysis showed that there was a significant correlation between annual runoff and sedimentation(P＜0.01)．3)The variation of landscape status played an important role in the progress of precipitation to runoff，which not only inflected the output of the runoff and sediment，but also changed the mechanism of the rainfall to runoff．The main landscape ecological indexes，such as patch density，largest patch index，patch and spent landscape，et al．were analyzed，and the relationships between landscape pattern and runoff，sediment were studied．The Pearson correlation analysis showed that the landscape indexes (shorted for Lis)were in significant linear correlation with runoff and sedimentation．Largest Patch Index (LPI)， PatchCohesionIndex(COHESION)， AggregationIndex(AI)andContagionIndex (CONTAG)were negatively correlated with annual runoff，whereas Landscape Shape Index(LSI)and Landscape Division Index(DIVISION)were positively．CONTAG，AI and COHESION were negatively correlated with annual sedimentation，whereas other landscape indexes were positively．［Conclusions］From soil and water conservation in the watersheds，it was useful to increase soil infiltration and reduce soil erosion by improving LPI，COHESION，AI and CONTAG，which was also useful for the ecological construction and soil water resources utilization．

Keywords:wind-water erosion crisscross region;landscape;runoff;sedimentation;Xiliu Gully watershed

中圖分類號:P951

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1672-3007(2016)03-0068-08

DOI:10．16843/j．sswc．2016．03．009

收稿日期:2015 12 08修回日期:2016 05 06

第一作者簡介:王金花(1978—)，女，博士研究生，高級工程師。主要研究方向:氣候變化，水文水資源。E-mail:wangjh_yr@ 126．com

通信作者?簡介:李占斌(1962—)，男，博士，教授。主要研究方向:土壤侵蝕與水土保持。E-mail:zhanbinli@126．com