彭勃, 楊劍

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地震和人為干擾下紫坪埔水庫(kù)小時(shí)空尺度景觀格局變化特征

彭勃1, 楊劍2*

1. 西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院, 四川, 成都 611756 2. 西南科技大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院, 四川, 綿陽(yáng) 621010

運(yùn)用景觀格局指數(shù)分析法和GIS技術(shù)地圖疊加法, 結(jié)合2007年、2008年、2012年和2016年四期的衛(wèi)星遙感影像, 研究了地震和人為干擾下近10年紫坪埔水庫(kù)區(qū)域的景觀格局變化特征和干擾分布特征。研究結(jié)果表明: (1)研究區(qū)土地利用景觀要素發(fā)生了明顯變化, 耕地面積略有增加, 林地面積大幅度減少, 濕地、人工綠地、工程用地和居住用地增加, 土地利用變化最明顯的區(qū)域主要在集鎮(zhèn)區(qū)和災(zāi)后人工恢復(fù)的裸露山區(qū)。(2)紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域的景觀斑塊數(shù)先快速上升, 后逐漸下降; 斑塊平均面積先下降后逐漸上升; 最大斑塊指數(shù)先持續(xù)下降后逐漸上升; 斑塊密度先上升后逐漸下降; 破碎度指數(shù)、多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)先上升后下降, 均勻度指數(shù)則是先下降后上升, 研究區(qū)域內(nèi)景觀異質(zhì)性程度降低; 廊道要素里的道路、護(hù)坡和綠化的長(zhǎng)度持續(xù)增加, 河流廊道長(zhǎng)度沒(méi)有變化。(3)2007—2016年, 極重度和重度干擾區(qū)被大量“滲透”和“分解”, 出現(xiàn)大面積中度、輕度和極輕度干擾區(qū), 說(shuō)明人為干擾對(duì)研究區(qū)域的景觀格局變化和生態(tài)恢復(fù)具有積極作用。

地震; 人為干擾; 小時(shí)空尺度; 景觀格局; GIS

1 前言

景觀是由不同生態(tài)系統(tǒng)組成的地表綜合體[1]。景觀格局主要是指構(gòu)成景觀的生態(tài)系統(tǒng)或土地利用/覆被類型的形狀、比例和空間配置[2–3]。景觀格局的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)研究通常借助各種格局指數(shù)的設(shè)計(jì)和分析來(lái)實(shí)現(xiàn)[4–6]。景觀格局變化的分析方法主要有景觀格局指數(shù)與空間統(tǒng)計(jì)特征比較, 馬爾柯夫轉(zhuǎn)移矩陣法和主要以細(xì)胞自動(dòng)機(jī)理論為基礎(chǔ)的景觀格局動(dòng)態(tài)模擬[7]。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究主要采用景觀格局指數(shù)和景觀動(dòng)態(tài)變化模型研究景觀格局演變特征[8–9], 景觀格局指數(shù)是景觀格局信息的高度概況, 是反映景觀結(jié)構(gòu)組成、空間配置特征的量化指標(biāo), 是景觀格局研究的重要指標(biāo)之一[10–11], 也是景觀生態(tài)學(xué)界廣泛使用的一種定量研究方法[12]。

景觀格局變化驅(qū)動(dòng)因子指導(dǎo)致景觀格局發(fā)生變化的要素, 它們影響著景觀格局的發(fā)展軌跡[13], 國(guó)內(nèi)研究通常將驅(qū)動(dòng)因子分為兩大類: 自然因子和人文因子[2]。自然驅(qū)動(dòng)因子一般作用于較大時(shí)空尺度的景觀格局, 人文驅(qū)動(dòng)因子由于自身活動(dòng)劇烈及時(shí)空限制, 所以對(duì)小時(shí)空尺度景觀格局影響更強(qiáng)烈, 而人為干擾是人文驅(qū)動(dòng)景觀格局變化的一個(gè)重要因子[14]。在2007—2016年近10年期間, 紫坪埔水庫(kù)區(qū)域同時(shí)受到地震(自然因子)和災(zāi)后重建人為干擾(人文因子)的影響, 這兩種驅(qū)動(dòng)因子在近10年里相互影響, 共同影響該區(qū)域的景觀格局變化。目前, 多數(shù)景觀格局變化研究大多基于大尺度進(jìn)行分析, 對(duì)小尺度的景觀生態(tài)格局涉及較少, 特別是在地震破壞后加上人為干擾等因素對(duì)景觀格局變化的影響研究較少, 因此該項(xiàng)研究將對(duì)地震災(zāi)后重建提供一定技術(shù)支持。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于四川省都江堰市和汶川縣交界處(圖1), 空間范圍大致為岷江上游映秀鎮(zhèn)區(qū)至紫坪鋪鎮(zhèn)區(qū)沿岸0.5—2 km內(nèi)的區(qū)域, 內(nèi)有轄屬汶川縣的映秀鎮(zhèn)和漩口鎮(zhèn)及轄屬都江堰市的龍池鎮(zhèn)和紫坪鋪鎮(zhèn)等四個(gè)鎮(zhèn)區(qū), 包含岷江河道和紫坪埔水庫(kù)及周邊支流水域, 加上周邊山體和自然植被, 總面積72.96 km2, 空間尺度較小。時(shí)間選擇區(qū)間為2007—2016年, 時(shí)間尺度定義在近10年內(nèi), 作者于2012—2016年期間多次赴研究區(qū)域進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查, 收集了大量的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀與地質(zhì)災(zāi)害資料。

圖1 紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域的位置

5.12汶川特大地震引發(fā)的崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害,使地處岷江上游都江堰與汶川交接處的紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境遭受損毀, 水土流失嚴(yán)重, 對(duì)區(qū)域內(nèi)陸地與河流生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。災(zāi)后重建于2008年啟動(dòng), 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)于2012年完成, 地震因素和人為干擾加劇了該區(qū)域生態(tài)問(wèn)題, 對(duì)區(qū)域生態(tài)安全構(gòu)成巨大威脅[15]。區(qū)域內(nèi)地形地貌復(fù)雜, 90%是山地, 居住用地有限, 大地震的破壞加上災(zāi)后重建工程施工的影響, 使得居住環(huán)境持續(xù)惡化, 裸露土地面積大, 人工綠化面積減少, 但在近兩年總體環(huán)境逐漸改善, 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已經(jīng)基本完成[20]。紫坪鋪水庫(kù)位于汶川大地震震中核心區(qū)域, 對(duì)該區(qū)域的景觀生態(tài)格局變化進(jìn)行研究具有一定代表性, 進(jìn)行該研究能對(duì)自然災(zāi)害和人為干擾破壞下的小時(shí)空尺度景觀生態(tài)格局變化過(guò)程進(jìn)行探索, 從而分析自然與人為干擾協(xié)同作用下的小時(shí)空尺度景觀生態(tài)格局變化特征。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)選取與處理

數(shù)據(jù)來(lái)源利用國(guó)內(nèi)外多平臺(tái)、多分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和航空影像數(shù)據(jù), 對(duì)紫坪埔水庫(kù)區(qū)域地震前、地震后、重建中和重建后的情況進(jìn)行衛(wèi)星圖片收集, 以2007年、2008年、2012年和2016年4期(時(shí)間跨度近10年)Landsat TM遙感影像(分辨率為15 m)做為研究數(shù)據(jù), 結(jié)合紫坪埔水庫(kù)區(qū)域景觀格局特征, 構(gòu)建土地分類系統(tǒng), 將紫坪埔水庫(kù)區(qū)域土地利用/土地覆被類型劃分成耕地、林地、濕地(灘涂)、水域(河流與水庫(kù))、人工綠地、工程用地(工程建設(shè)跡地)居住用地(集鎮(zhèn)區(qū)與村莊)和裸露山體等8種類型, 總面積72.96 km2。利用GIS技術(shù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算。

數(shù)據(jù)處理使用ArcGIS10.2軟件對(duì)地圖進(jìn)行數(shù)字化分析, 進(jìn)行耕地、林地、濕地、水域、人工綠地、工程用地、居住用地和裸露山體等用地的分布圖像制作。利用景觀分析軟件Fragstats4.0來(lái)分析2007—2016年間的景觀生態(tài)格局變化。將斑塊與廊道數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析, 之后利用GIS直接疊加技術(shù)分析生態(tài)干擾, 繪制景觀格局干擾分布圖, 分析地震與人為干擾協(xié)同作用下對(duì)景觀格局變化的影響, 該方法計(jì)算公式如式(1)。

其中,W是第個(gè)因子的權(quán)重值, 對(duì)得到的所有得分進(jìn)行排序, 相應(yīng)的值大小直接反映了評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.2 景觀格局指標(biāo)選擇及分類

景觀格局指數(shù)指反映景觀格局結(jié)構(gòu)和空間配置的定量指標(biāo), 被廣泛地應(yīng)用于土地利用景觀格局演變研究[21]。根據(jù)紫坪埔區(qū)域特征, 從景觀格局的兩類指標(biāo)斑塊與廊道入手, 其指標(biāo)選擇如下。

3.2.1 斑塊與廊道指標(biāo)

(1)斑塊指數(shù): 斑塊數(shù)量()、斑塊平均面積()、最大斑塊占景觀面積比()、斑塊密度()、斑塊破碎度()、景觀多樣性指數(shù)()、景觀均勻度指數(shù)()和景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(), 具體說(shuō)明如表1;

(2)廊道指數(shù): 廊道數(shù)量()、廊道長(zhǎng)度()、廊道寬度()、廊道密度()、周長(zhǎng)面積比()和廊道連通指數(shù)()等方面, 具體說(shuō)明如表2。

3.2.2 斑塊與廊道類型

基于紫坪埔水庫(kù)區(qū)域具體情況, 選擇以下景觀格局類型作為評(píng)價(jià)分析對(duì)象。

(1)斑塊類型: 耕地斑塊、林地斑塊(自然植被)、濕地斑塊(河流灘涂)、水域斑塊(紫坪埔主庫(kù)區(qū))、居住用地斑塊(集鎮(zhèn)與村莊)、人工綠化斑塊(居民點(diǎn)及道路兩旁綠化)工程用地斑塊(工程建設(shè)跡地)裸露山體斑塊。

(2)廊道類型: 河流廊道(岷江主河道及支流)、綠化廊道(人工綠化廊道)、道路廊道(都汶高速及各級(jí)道路)、護(hù)坡廊道(維護(hù)居住、河流和山體穩(wěn)固的護(hù)坡)。

表1 斑塊指數(shù)表

Tab.1 Plaque index

表2 廊道指數(shù)表

Tab.2 Corridor index

圖2 2007—2016年景觀生態(tài)格局與土地類型分類

4 景觀生態(tài)格局變化特征分析

4.1 土地利用景觀要素分布及變化特征

運(yùn)用ArcGIS10.2軟件對(duì)2007、2008、2012、2016年四期影像進(jìn)行分析, 運(yùn)用斑塊和廊道景觀指數(shù)計(jì)算公式(表1)得出景觀生態(tài)格局相關(guān)的土地指標(biāo)分布圖(圖2), 包含耕地、林地、濕地、水域、人工綠地、工程用地、居住用地和裸露山體等8類用地及各類斑塊與廊道景觀格局類型。

根據(jù)以上分類結(jié)果表明: 斑塊類型以林地和水域?yàn)橹? 2007—2016年林地面積均占到整個(gè)研究區(qū)總面積的 60%以上, 水域面積變化不大。在不同年份, 裸露山體變化最大, 其次是耕地和居住用地, 主要由于地震破壞干擾, 2012年和2016年耕地和居住用地變化較大, 主要由于人為干擾造成, 這些特征說(shuō)明研究區(qū)域的景觀變動(dòng)劇烈(表3)。單個(gè)廊道類型中河流廊道是最長(zhǎng)的廊道, 其次是都汶高速、省道、縣道和村道為主要廊道, 護(hù)坡與綠化廊道較少較短, 且不夠完善。不同年份里, 道路廊道、護(hù)坡廊道和綠化廊道變化最明顯(表4)。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)來(lái)看, 2007—2008年, 工程用地和裸露山體的面積增加, 其他用地耕地、林地、濕地、水域、人工綠地和居住用地均減少, 說(shuō)明地震破壞因素造成大量破壞, 災(zāi)后重建人為干擾過(guò)程已經(jīng)開始; 2008—2012年, 耕地、濕地、水域、人工綠地和居住用地大幅增加, 說(shuō)明人為干擾過(guò)程產(chǎn)生了大量基礎(chǔ)設(shè)施減少, 而林地、工程用地和裸露山體則減少, 說(shuō)明人為干擾過(guò)程讓生態(tài)恢復(fù)明顯, 林地減少表明部分林地轉(zhuǎn)化成其他用地; 2012—2016年, 耕地、工程用地和裸露山體減少, 說(shuō)明了部分耕地進(jìn)行退耕還林以及轉(zhuǎn)化成建設(shè)用地, 工程用地和裸露山體減少, 說(shuō)明當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)逐漸趨于平穩(wěn), 人為干擾已經(jīng)逐漸結(jié)束, 生態(tài)環(huán)境進(jìn)入了自我修復(fù)階段。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)來(lái)看, 2007—2008年, 道路和綠化長(zhǎng)度全部下降, 護(hù)坡長(zhǎng)度上升說(shuō)明地震破壞導(dǎo)致生態(tài)結(jié)構(gòu)破碎化嚴(yán)重; 2008—2012年, 道路、綠化和護(hù)坡長(zhǎng)度持續(xù)上升, 說(shuō)明人為干擾過(guò)程帶來(lái)明顯變化與改善, 廊道結(jié)構(gòu)趨于完整, 特別是道路長(zhǎng)度大幅提升; 2012—2016年, 道路、綠化和護(hù)坡長(zhǎng)度仍然增長(zhǎng), 說(shuō)明人為干擾過(guò)程繼續(xù)完善廊道結(jié)構(gòu); 此外, 從表4可以發(fā)現(xiàn)河流長(zhǎng)度未發(fā)生改變, 說(shuō)明人為干擾過(guò)程只影響了河流斑塊的面積而沒(méi)有影響長(zhǎng)度變化。

表3 2007—2016年景觀斑塊面積

表4 2007—2016年景觀廊道長(zhǎng)度

4.2 景觀格局變化特征分析

根據(jù)景觀格局指數(shù)公式計(jì)算了紫坪埔區(qū)域的斑塊數(shù)量()、斑塊平均面積()、最大斑塊占景觀面積比()、斑塊密度()、斑塊破碎度()、景觀多樣性指數(shù)()、景觀均勻度指數(shù)()和景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)()得出以下數(shù)據(jù)(表5)。

4.2.1 景觀格局指數(shù)分析

表5數(shù)據(jù)可以看出, 8項(xiàng)景觀格局指數(shù)反映了紫坪埔水庫(kù)區(qū)域內(nèi)不同年份景觀要素變化特征, 分析結(jié)果如下:

(1)斑塊總數(shù)

2007年斑塊總數(shù)為2486個(gè), 工程建設(shè)主要集中在居民房屋建設(shè)和道路建設(shè), 居民點(diǎn)附近人工綠地和工程用地斑塊數(shù)量增多, 說(shuō)明2007年人為干擾占據(jù)優(yōu)勢(shì); 2008年斑塊總數(shù)大幅增加至4852個(gè), 主要因?yàn)榈卣鹌茐暮蜑?zāi)后重建使得該地區(qū)裸露山體和工程建設(shè)斑塊數(shù)量大增; 2012年斑塊總數(shù)下降至4167個(gè), 主要因?yàn)闉?zāi)后重建已基本完成, 工程建設(shè)減少, 自然恢復(fù)能力上升, 裸露山體斑塊大部分減少, 耕地、水域和人工綠地逐漸增加, 說(shuō)明人為干擾作用持續(xù)影響研究區(qū)域的景觀格局; 2016年斑塊數(shù)量持續(xù)下降至3079個(gè), 主要因?yàn)榇罅孔o(hù)坡持續(xù)建設(shè)使得裸露山體斑塊已經(jīng)得到有效控制并大幅減少, 居民點(diǎn)建設(shè)已經(jīng)完成, 耕地、水體、人工綠地和濕地斑塊數(shù)量增加, 說(shuō)明人為干擾開始減弱, 自然恢復(fù)力占據(jù)主導(dǎo)。

(2)斑塊平均面積

2007年斑塊平均面積0.0293km2, 說(shuō)明斑塊數(shù)量較少, 斑塊分布較均衡, 人為干擾占據(jù)主導(dǎo)但不強(qiáng)烈; 2008年斑塊平均面積0.0151 km2, 說(shuō)明斑塊數(shù)量較多, 斑塊分布較為分散, 地震災(zāi)害和人為干擾非常強(qiáng)烈; 2012年斑塊平均面積0.0175 km2, 說(shuō)明斑塊數(shù)量開始下降, 分布仍然分散, 人為干擾作用占據(jù)一定優(yōu)勢(shì), 自然恢復(fù)力開始和人為干擾共同影響景觀格局; 2016年斑塊平均面積0.0237 km2, 開始接近2007年, 說(shuō)明斑塊分布開始均衡, 人為干擾持續(xù)影響景觀格局, 生態(tài)恢復(fù)能力較好。

(3)最大斑塊指數(shù)

2007年最大斑塊指數(shù)0.7057, 說(shuō)明林地占據(jù)比例很大, 生態(tài)質(zhì)量良好, 自然和人為干擾較少, 沒(méi)有對(duì)景觀格局造成影響; 2008年最大斑塊指數(shù)0.6311, 說(shuō)明林地比例陡降, 主要是因?yàn)榈卣馂?zāi)害和災(zāi)后重建人為干擾對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞, 導(dǎo)致林地面積減少, 并且出現(xiàn)協(xié)同干擾作用, 持續(xù)影響景觀格局; 2012年最大斑塊指數(shù)為0.6163, 說(shuō)明2008—2012年以來(lái), 地震影響已經(jīng)結(jié)束, 但人為干擾破壞了景觀優(yōu)勢(shì)斑塊, 對(duì)景觀格局的影響十分巨大; 2016年最大斑塊指數(shù)上升至0.6261, 說(shuō)明2012—2016年, 人為干擾開始逐漸減弱, 使得林地面積有一定恢復(fù), 景觀格局逐漸均衡。

(4)斑塊密度

2007年板塊密度34.07個(gè)·km-2, 說(shuō)明斑塊數(shù)量不多, 斑塊多樣性不突出; 人為干擾還未體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)性, 景觀格局均衡; 2008年斑塊密度66.50個(gè)·km-2, 說(shuō)明在地震和人為干擾影響下斑塊數(shù)量陡增, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降, 景觀出現(xiàn)多樣性特征; 2012年板塊密度57.11個(gè)·km-2, 說(shuō)明災(zāi)后重建人為干擾對(duì)景觀格局影響較大, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有一定恢復(fù), 自然恢復(fù)力開始逐漸占據(jù)主導(dǎo); 2016年板塊密度42.20個(gè)·km-2說(shuō)明人為干擾開始減弱, 并使得景觀斑塊多樣性降低, 自然恢復(fù)力持續(xù)增加。

(5)破碎度指數(shù)

2007年破碎度很低, 只有0.192, 說(shuō)明該區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)完整, 沒(méi)有大的破壞, 人類活動(dòng)痕跡少, 生態(tài)結(jié)構(gòu)完善; 2008年破碎度上升很快, 達(dá)到0.673, 說(shuō)明地震災(zāi)害的影響很劇烈, 加上立刻開展的災(zāi)后重建工程建設(shè), 導(dǎo)致在人為干擾與自然災(zāi)害共同作用下該區(qū)域的景觀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大面積破碎, 多種斑塊出現(xiàn), 生態(tài)結(jié)構(gòu)不夠完善; 2012年的破碎度下降到0.422, 主要是因?yàn)?012年該地區(qū)災(zāi)后重建基本完成, 僅剩下后續(xù)工程建設(shè)存在, 例如道路建設(shè), 農(nóng)村房屋建設(shè)等; 2016年破碎度持續(xù)下降到0.287, 說(shuō)明后續(xù)人為干擾在持續(xù)減少, 使得該區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)定。

表5 2007—2016年斑塊景觀格局指數(shù)

(6)多樣性指數(shù)

2007年該區(qū)域的多樣性指數(shù)為1.165, 說(shuō)明整體景觀結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單, 主要以森林和水域?yàn)橹? 只有少數(shù)人為活動(dòng)痕跡, 生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)比較完整, 波動(dòng)不大; 2008年多樣性指數(shù)上升到1.357, 說(shuō)明在地震災(zāi)害和人為建設(shè)作用下出現(xiàn)大面積裸露區(qū)域, 使得多樣性上升; 2012年多樣性指數(shù)持續(xù)上升到1.642, 說(shuō)明在人為干擾下, 該區(qū)域出現(xiàn)大量新的景觀斑塊和廊道, 特別是都汶高速和大量新增道路加上新建居民點(diǎn)使得景觀格局出現(xiàn)多樣化; 2016年多樣性指數(shù)減少到1.279, 說(shuō)明該區(qū)域在人為干擾下景觀格局趨近完整, 裸露區(qū)域減少, 新景觀格局和舊景觀格局出現(xiàn)融合, 生態(tài)系統(tǒng)也趨于穩(wěn)定, 景觀異質(zhì)性降低。

(7)均勻度指數(shù)

2007年均勻度指數(shù)為0.726, 說(shuō)明該區(qū)域結(jié)構(gòu)完善, 景觀要素分布均勻, 未受到大破壞; 2008年, 均勻度下降到0.305, 說(shuō)明地震災(zāi)害和人為干擾共同作用下, 景觀要素出現(xiàn)零散分布, 大小不一; 2012年均勻度為0.518, 說(shuō)明人為干擾占據(jù)主導(dǎo), 生態(tài)環(huán)境逐漸恢復(fù); 2016年均勻度為0.652, 說(shuō)明人為干擾逐漸結(jié)束, 景觀要素趨近融合。

(8)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)

2007年優(yōu)勢(shì)度為0.329, 說(shuō)明景觀要素較為均衡; 2008年優(yōu)勢(shì)度為0.753, 優(yōu)勢(shì)度的增加, 表明優(yōu)勢(shì)景觀類型的份額增加, 單一組分對(duì)景觀的控制作用增強(qiáng), 這主要是因?yàn)檠芯繀^(qū)受地震災(zāi)害和人為干擾共同影響下, 裸露區(qū)域陡增, 占據(jù)了大量景觀格局份額; 2012年和2016年優(yōu)勢(shì)度下降說(shuō)明近年來(lái)的人為植樹造林和退耕還林過(guò)程使林地所占比例進(jìn)一步提高, 加上裸露區(qū)域減少以及道路和房屋建設(shè)完成, 使得景觀要素更為均勻。

4.2.2 景觀格局干擾分析

利用GIS直接疊加技術(shù)分析景觀生態(tài)干擾, 繪制景觀格局干擾分布圖(圖3), 分析地震與人為干擾協(xié)同作用下對(duì)景觀格局變化的影響, 其結(jié)果如下:

(1)2007年干擾特征

通過(guò)2007年干擾分布情況可以看出, 干擾較強(qiáng)的地區(qū)是水庫(kù)沿岸一帶, 干擾較弱的地區(qū)主要位于研究區(qū)的東部和北部, 并且逐漸向外圍擴(kuò)散; 研究區(qū)大部分為極輕度和輕度干擾, 由于地處高山峽谷地區(qū), 人為干擾很少; 重度干擾主要分布在紫坪鋪、龍池、漩口和映秀四個(gè)鎮(zhèn)區(qū)及周邊耕地, 且分布較為集中, 極重度干擾分布在映秀鎮(zhèn)往臥龍鎮(zhèn)方向河道附近, 且面積很小。

(2)2008年干擾特征

通過(guò)2008年干擾分布情況可以看出, 相對(duì)2007年, 極重度和重度干擾區(qū)占據(jù)大量面積, 圍繞水庫(kù)周邊曾均衡分布; 由于地震破壞出現(xiàn)大量裸露山體, 加上水體侵蝕作用, 紫坪埔水庫(kù)周邊和省道S303線(映秀—臥龍)兩側(cè)山體, 水土質(zhì)量較差, 山體垮塌面積加大, 干擾非常明顯; 人為干擾快速進(jìn)入后, 四個(gè)鎮(zhèn)區(qū)裸露工程跡地增多, 景觀連通性大幅降低, 導(dǎo)致裸露山體和工程跡地成為優(yōu)勢(shì)景觀斑塊; 大量道路建設(shè)增加了新的劣質(zhì)景觀廊道, 破壞了原有景觀生態(tài)廊道, 將輕度干擾區(qū)打散分化, 導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重下降。

(3)2012年干擾特征

通過(guò)2012年干擾分布情況可以看出, 相對(duì)2008年, 干擾分布出現(xiàn)明顯變化, 從大面積沿水域周邊集中分布變?yōu)樾∶娣e沿水域兩側(cè)分散分布, 并出現(xiàn)大量輕度干擾區(qū)域, 主要是人為干擾和其他小部分次生災(zāi)害干擾; 由于災(zāi)害重建已經(jīng)全面完成, 原有基礎(chǔ)建設(shè)工程跡地由重度干擾變?yōu)橹卸群洼p度干擾, 都汶高速和部分鄉(xiāng)村村道建設(shè)完成, 形成新的景觀廊道, 改善原有景觀質(zhì)量, 但省道S303線(映秀-臥龍)兩側(cè)由于次生地質(zhì)災(zāi)害影響, 加上人為干擾進(jìn)行道路重復(fù)建設(shè), 景觀格局一直處于極重度和重度干擾下。

(4)2016年干擾特征

通過(guò)2016年干擾分布情況可以看出, 相對(duì)2012年, 干擾分布更加分散, 極重度干擾區(qū)主要分布在省道S303線(映秀-臥龍)兩側(cè)以及漩口鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)附近, 重度干擾仍然沿水域周邊分布, 但干擾面積大幅減少并更靠近水域, 中度干擾主要集中在居住區(qū)周邊, 輕度干擾和極輕度干擾區(qū)大面積出現(xiàn); 大面積極重度和重度干擾區(qū)已經(jīng)大幅減少, 開始被中度和輕度干擾區(qū)逐漸“滲透”和“分解”, 人工環(huán)境和原有自然環(huán)境逐漸融合, 有效地分散了極重度和重度干擾區(qū), 促使中度干擾和輕度干擾區(qū)互相連接產(chǎn)生生態(tài)互補(bǔ)效應(yīng)。

圖3 2007—2016年景觀格局干擾分布

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域2007—2016年在地震后人為干擾作用下景觀格局變化特征進(jìn)行研究, 可以得出如下結(jié)論:

(1)研究區(qū)土地利用景觀要素發(fā)生了明顯變化, 主要表現(xiàn)為耕地面積略有增加, 林地面積大幅度減少, 人均所占耕地比例大幅下降, 水域減少, 濕地、人工綠地、工程用地和居住用地增加, 土地利用變化最明顯的區(qū)域主要集中在人口集中的鎮(zhèn)區(qū)和災(zāi)后人工恢復(fù)的裸露山區(qū)。

(2)由于人為干擾, 紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域的景觀斑塊數(shù)先快速上升, 后逐漸下降; 斑塊平均面積先下降后逐漸上升; 最大斑塊指數(shù)先持續(xù)下降至2012年, 2016年后逐漸上升; 斑塊密度先大幅上升后逐漸下降。此外, 破碎度指數(shù)、多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)先上升后下降, 均勻度指數(shù)先下降后上升, 研究區(qū)域內(nèi)景觀異質(zhì)性程度有所降低。廊道要素里的道路、護(hù)坡和綠化的長(zhǎng)度持續(xù)增加, 而河流廊道長(zhǎng)度沒(méi)有變化。

(3)2007—2016年, 極重度和重度干擾區(qū)被“滲透”和“分解”, 出現(xiàn)大量中度、輕度和極輕度干擾區(qū), 說(shuō)明人為干擾對(duì)研究區(qū)域的景觀格局變化和生態(tài)恢復(fù)具有積極作用。

(4)紫坪鋪水庫(kù)區(qū)域地處龍門山斷裂帶, 震后地質(zhì)隱患較多, 未來(lái)次生災(zāi)害還將長(zhǎng)期處于活躍狀態(tài), 應(yīng)在該區(qū)域減少人為干擾, 從人工生態(tài)修復(fù)以轉(zhuǎn)為自然修復(fù); 本次研究受遙感圖像分辨率和圖像時(shí)間的限制, 在進(jìn)行土地利用類型和景觀要素分類解譯時(shí)存在一定不足, 未來(lái)將在圖像分析上有待于進(jìn)一步提高; 人為干擾對(duì)生態(tài)環(huán)境的化學(xué)影響過(guò)程研究還需要多次深入災(zāi)區(qū)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境評(píng)估和定位監(jiān)測(cè), 以便對(duì)該區(qū)域生態(tài)修復(fù)工作的順利進(jìn)行提供技術(shù)支持。

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Changes characteristics of small space-time scales landscape patterns under earthquake and human disturbance: an example of Zipingpu Reservoir

PENG Bo1, YANG Jian2*

1. Faculty of Geosciences and Environmental Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, 611756,China 2. Faculty of Applied Technology, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, 621010, China

Using the method of landscape pattern index analysis and GIS technology, this paper combined the satellite remote sensing images of 2007, 2008, 2012 and 2016 to study the landscape pattern of Zipingpu Reservoir area under the influence of earthquakes and human interference change characteristics and interference distribution characteristics. Results are as follows. (1) The landscape elements of land use in the study area changed obviously; the area of arable land increased slightly; the area of forest land decreased significantly; wetland, artificial green space, engineering land and residential land increased, and the areas with the most obvious land use change were mainly in the township and post-disaster recovery bare mountain area. (2) The number of landscape patches in Zipingpu Reservoir firstly increased rapidly and then decreased gradually; the average area of patches first decreased and then gradually increased; the maximum patch index increased gradually and then increased gradually; the patch density first increased and then decreased gradually; the degree of fragmentation index, diversity index and dominance index firstly increased and then decreased; while evenness index increased first and then decreased, and the degree of landscape heterogeneity in the study area decreased. The length of roads, revetments and greenery in corridor elements continued to increase. Corridor length was not changed. (3) From 2007 to 2016, severe and severe disturbance areas were heavily infiltrated and decomposed, showing a large area of moderate, mild and minimal disturbance areas, indicating that the change in landscape pattern and ecological restoration of the study area caused by human disturbance had a positive effect.

earthquake; human disturbance; small space-time scale; landscape pattern; GIS

P901; X826

A

1008-8873(2018)01-136-09

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.01.018

2017-03-09;

2017-04-07

四川省科技廳科技支撐項(xiàng)目 (2014SZ0058)

彭勃(1986—), 男, 四川綿陽(yáng)人, 博士生, 講師, 主要從事生態(tài)修復(fù)與景觀生態(tài)格局研究, E-mail: 56353309@qq.com

楊劍(1963—), 男, 四川綿陽(yáng)人, 博士, 教授, 主要從事景觀生態(tài)格局研究, E-mail: yangj616@126.com

彭勃, 楊劍. 地震和人為干擾下紫坪埔水庫(kù)小時(shí)空尺度景觀格局變化特征 [J]. 生態(tài)科學(xué), 2018, 37(1): 136-144.

PENG Bo, YANG Jian. Changes characteristics of small space-time scales landscape patterns under earthquake and human disturbance: an example of Zipingpu Reservoir[J]. Ecological Science, 2018, 37(1): 136-144.