梅嘉洺, 劉 洋, 岳朋蕓, 李 東, 姜慶虎, 劉 峰

(1.西藏大學(xué) 青藏高原生態(tài)與環(huán)境研究中心, 拉薩 850000; 2.西藏大學(xué) 理學(xué)院, 拉薩 850000;3.中國(guó)科學(xué)院 武漢植物園水生植物與流域生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430074; 4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

土壤侵蝕是指土壤及其母質(zhì)受風(fēng)蝕和水蝕等外部作用力的影響，發(fā)生剝蝕分離、輸移和沉積的生態(tài)水文過程[1]。該過程中挾帶的大量泥沙及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(N，P，K等)，造成農(nóng)用地退化的同時(shí)，往往導(dǎo)致下游水體河床升高、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化等，威脅河流生態(tài)功能安全[2]。研究表明，造成土壤侵蝕的原因有：非合理耕種、過度開發(fā)等人類活動(dòng)因素，以及土壤退化、高強(qiáng)度降水、植被覆蓋度降低等自然因素。其中，土地利用帶來的區(qū)域景觀格局變化是近年來影響土壤侵蝕的主因[3]。例如，康磊等[4]在岷江上游發(fā)現(xiàn)以草地恢復(fù)為主的景觀格局演變，明顯降低了該區(qū)土壤侵蝕的強(qiáng)度；潘竟虎等[5]在甘肅涇河小流域的相關(guān)研究中表明，坡度>25°且海拔低于1 295 m的景觀破碎化程度嚴(yán)重區(qū)域，流域侵蝕嚴(yán)重，河流產(chǎn)沙量顯著增加。此外，王計(jì)平等[6]在黃土丘陵區(qū)發(fā)現(xiàn)，流域景觀格局的變化還會(huì)影響局部微氣候，進(jìn)而加重或減輕區(qū)域土壤侵蝕程度。因此，明確流域景觀格局與土壤侵蝕、泥沙流失過程的關(guān)系是景觀格局優(yōu)化的基礎(chǔ)，對(duì)于水土保持服務(wù)有著重要的意義。

近幾十年來，遙感(RS)及地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)發(fā)展迅速，推動(dòng)了景觀生態(tài)的發(fā)展。利用景觀格局指數(shù)表征格局配置與土壤流失之間的關(guān)系，定量土壤侵蝕過程對(duì)景觀格局變化的響應(yīng)，是評(píng)估生態(tài)水文循環(huán)的有效手段?；诙嗄陮?shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)，水文模型能夠結(jié)合景觀格局變化，在大尺度長(zhǎng)時(shí)間水平上，定量探究流域徑流產(chǎn)沙過程對(duì)人類活動(dòng)的響應(yīng)機(jī)制。劉宇[7]利用水文模型WATEM/SEDEM在延河模擬小流域輸沙量時(shí)發(fā)現(xiàn)，在斑塊類型尺度上的景觀指數(shù)對(duì)河道侵蝕產(chǎn)沙程度的表征存在一定不確定性。廖凱濤等[8]在江西廉江河流域分析得出，景觀多樣性程度的加深，可減緩流域侵蝕產(chǎn)沙能力。李晶等[9]在延河流域通過SWAT模型劃分出子流域中的水文響應(yīng)單元，建立了一種新的綜合景觀指數(shù)，發(fā)現(xiàn)該指數(shù)與產(chǎn)沙量之間耦合關(guān)系呈負(fù)相關(guān)。以上研究將生態(tài)水文循環(huán)過程與景觀格局指數(shù)相耦合，可較完善的闡釋出過程與格局之間的關(guān)系。因此，利用景觀格局指數(shù)表征流域土壤侵蝕程度，結(jié)合水文模型進(jìn)行定量的分析流域生態(tài)水文循環(huán)機(jī)制，是未來探究趨勢(shì)[10]。

目前，對(duì)于土壤侵蝕的研究多是依靠一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)流域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[11-12]，很少對(duì)流域按照區(qū)位劃分，進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比研究。對(duì)于較大尺度的流域，獲取水文泥沙數(shù)據(jù)尚且困難，在部分小流域的泥沙監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更為缺乏。泥沙在河流中的運(yùn)移機(jī)制主要受水量、下墊面和泥沙(屬性組成，選擇性遷移)等多因素共同影響。利用水文模型能夠定量計(jì)算子流域輸沙量的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合景觀格局演變特征，開展多流域多區(qū)域的對(duì)比，有利于更好的闡述泥沙輸移的控制機(jī)制?；诖耍狙芯窟x取位于“南水北調(diào)(中線)工程”水源地—丹江口水庫(kù)上游的旬河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，基于SWAT模型，模擬整體流域及其子流域的輸沙量，同時(shí)結(jié)合景觀分析和多元線性回歸分析的方法，將模型劃分出的子流域分為上、中、下游，選取能夠代表該流域?qū)嶋H生態(tài)環(huán)境情況的景觀指數(shù)，分析旬河流域各景觀格局指數(shù)對(duì)輸沙量的相關(guān)性及解釋度，探究1995—2015年景觀格局的改變對(duì)流域輸沙量的影響。為該流域土地利用合理規(guī)劃及水土流失治理措施提供參考意見，提高生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。

1 研究區(qū)概況

旬河流域位于我國(guó)南北方交界處的秦嶺山脈南麓，發(fā)源于陜西省西安市，流經(jīng)柞水縣和鎮(zhèn)安縣，在旬陽縣境內(nèi)，經(jīng)漢江干流匯入“南水北調(diào)(中線)工程”水源地—丹江口水庫(kù)。向家坪水文站控制斷面以上的流域面積達(dá)6 258 km2，范圍跨度為108°24′—109°26′E，32°48′—33°55′N。流域多年平均徑流為20.67億m3，乾佑河為境內(nèi)最大支流。土壤類型以淋溶土為主。流域地勢(shì)落差大，山嶺峽谷相間排列，水能資源豐富。該流域氣候帶屬我國(guó)亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候與溫帶季風(fēng)氣候交匯處，夏季多雨，平均溫度為24.8℃，冬季少雨，平均溫度為7.8℃，四季明顯。流域植被類型資源豐富，其中森林植被分布面積最大的是松櫟林帶，它包含兩個(gè)亞帶：栓皮櫟為主的櫟林亞帶和闊葉松樹林亞帶；馬尾松、側(cè)柏針闊葉混交林帶，以及多個(gè)植被型和不同群系。流域內(nèi)總?cè)丝诩s50萬，經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢。分布在流域緩坡地帶的農(nóng)用地主要種植小麥和玉米等農(nóng)作物。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)所使用的數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)和Landsat TM/OLI遙感影像，下載于“中國(guó)科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云”平臺(tái)(www.gscloud.cn)，分辨率皆為30 m×30 m。利用ENVI 5.1，將1995年6月8日和2015年4月28日，兩期研究區(qū)遙感影像監(jiān)督分類處理，劃分出5種土地利用類型：林地、農(nóng)用地、灌草地、建設(shè)用地、水體。土壤類型數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院“寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心”(westdc.westgis.ac.cn)，其分辨率為1∶100萬。旬河流域出水口向家坪水文站于1956年設(shè)立，由長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局提供其監(jiān)測(cè)的1995—2015年共21 a間徑流量(月值)與輸沙量(月值)數(shù)據(jù)。于“中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)”(data.cma.cn)下載鎮(zhèn)安和旬陽氣象站相同年份的氣象數(shù)據(jù)(日值)。

2.2 徑流產(chǎn)沙模擬分析

SWAT模型具有很強(qiáng)的地理空間特性，能夠較準(zhǔn)確的反映生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)過程。以空間數(shù)據(jù)(DEM、土地利用圖與土壤類型圖)和屬性數(shù)據(jù)(氣候與土壤性質(zhì))為基礎(chǔ)，構(gòu)建旬河流域SWAT水文模型，通過設(shè)定研究區(qū)集水面積最小閾值(8 500 hm2)，劃分出41個(gè)子流域(圖1)。以1995—1997年為模型預(yù)熱期，1998—2008年為率定期，2009—2015年為驗(yàn)證期。率先進(jìn)行徑流量(m3/s)的模擬，直至達(dá)到模擬標(biāo)準(zhǔn)精度，再進(jìn)行輸沙量的模擬。將1995年和2015年旬河流域土地利用圖帶入模型，分別模擬在不同土地利用情景下，流域輸沙量情況。

評(píng)價(jià)模型擬合優(yōu)良程度有3個(gè)方面指標(biāo)：決定系數(shù)(R2)>0.6，Nash-Sutteliffe系數(shù)(Ens)>0.5且相對(duì)偏差系數(shù)|PBIAS|<25%。

圖1 旬河流域及子流域分布

2.3 景觀格局變化分析

景觀生態(tài)學(xué)是分析景觀組成結(jié)構(gòu)、生態(tài)學(xué)功能及時(shí)空動(dòng)態(tài)的一門學(xué)科，其中景觀格局分析是其研究?jī)?nèi)容的重要方面。景觀格局的空間信息(破碎化、異質(zhì)化和均勻度等)可通過景觀水平指數(shù)和斑塊類型水平指數(shù)來衡量。

以SWAT模型劃分出研究區(qū)的河網(wǎng)水系為基礎(chǔ)，將其分為上、中、下游，分別選取4個(gè)子流域，共12個(gè)。上游選取的子流域?yàn)?，5，6，9號(hào)，中游為19，22，24，25號(hào)，下游為32，36，38，40號(hào)。其中位于上游的1號(hào)(465.46 km2)面積最大，位于中游的19號(hào)(100.59 km2)面積最小，平均面積為220.83 km2。利用ArcGIS 10.2將旬河流域1995年、2015年及各子流域的土地利用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為Grid，帶入景觀分析軟件Fragstats 4.2中，選取能夠反映該流域景觀結(jié)構(gòu)且相互獨(dú)立的景觀指數(shù)進(jìn)行計(jì)算?；贑anoco 5.0，將分布在上、中、下游各子流域景觀水平指數(shù)進(jìn)行PCA排序。

其中，在景觀水平上選取斑塊密度指數(shù)(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、景觀蔓延度指數(shù)(CONTAG)、景觀分離度指數(shù)(DIVISION)、shannon′s多樣性指數(shù)(SHDI)和shannon′s均勻度指數(shù)(SHEI)。在斑塊類型水平上選取土地利用類型所占景觀面積比例指數(shù)(PLAND)、斑塊密度指數(shù)(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、平均鄰接度指數(shù)(CONTIG_MN)、聚集度指數(shù)(AI)和平均斑塊分維數(shù)(FRAC_MN)。

2.4 流域產(chǎn)沙過程對(duì)景觀指數(shù)變化的響應(yīng)分析

將SWAT模型劃分出的12個(gè)子流域輸沙量模擬值于Excel統(tǒng)計(jì)，分析年內(nèi)4個(gè)季度平均輸沙量變化趨勢(shì)。將旬河流域1995年和2015年土地利用數(shù)據(jù)相對(duì)比，分析近20 a來研究區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)變情況及流域土地利用變化對(duì)流域輸沙量的影響?；贗BM SPSS Statistics 21.0軟件：利用單因素方差分析法，將12個(gè)子流域年內(nèi)四季度輸沙量平均值按照區(qū)位(上、中、下游)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；利用Spearman相關(guān)分析法，分析12個(gè)子流域景觀指數(shù)的變化與輸沙量之間的相關(guān)性；基于R-3.6.0，以子流域景觀格局指數(shù)作自變量，輸沙量作響應(yīng)變量，采用多元線性回歸法，探討在景觀水平和類型水平各景觀指數(shù)對(duì)流域輸沙量的解釋度。

3 結(jié)果與分析

3.1 旬河流域產(chǎn)沙模擬分析

利用旬河流域出水口—向家坪水文站的實(shí)測(cè)徑流量和輸沙量數(shù)據(jù)(月值)，進(jìn)行SWAT模型校準(zhǔn)和驗(yàn)證。徑流量模擬精度達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，且在輸沙量的模擬過程中，校準(zhǔn)期決定系數(shù)R2為0.75，Nash-Sutcliffe系數(shù)(Ens)為0.74，相對(duì)偏差系數(shù)(PBIAS)為-4.8%。驗(yàn)證期R2和Ens皆不小于0.75，且PBIAS在偏差范圍內(nèi)(表1)。

以上結(jié)果表明，SWAT模型在旬河流域適用性優(yōu)良，可進(jìn)行產(chǎn)沙模擬分析。

分析12個(gè)子流域年內(nèi)四季度平均輸沙量模擬值發(fā)現(xiàn)：上游子流域的產(chǎn)沙量顯著低于下游。這可能是由于旬河上游流域地形復(fù)雜，人類活動(dòng)影響小，森林覆蓋率高，對(duì)土壤的固持能力強(qiáng)，而下游地形多以平原丘陵分布，農(nóng)用地及城市建設(shè)用地多集中在此，土壤下墊面性質(zhì)及結(jié)構(gòu)易受破壞，土壤抗侵蝕能力減弱，致使河道輸沙量較高；在第3，4季度，位于下游的子流域輸沙量均值分別達(dá)到了36.393萬t，5.325萬t，顯著高于中上游流域的輸沙量。這可能是由于旬河流域受季風(fēng)氣候影響，夏季降水量豐富且降水強(qiáng)度大，導(dǎo)致地表徑流速度升高，河道對(duì)沿線土壤的侵蝕加重。在第3季度，中游和下游的子流域輸沙量標(biāo)準(zhǔn)差較大，說明其輸沙量模擬值較為離散，同時(shí)極差也反映出此特征；年內(nèi)4個(gè)季度中，位于中游的子流域輸沙量變異系數(shù)最高，這可是由于中游地區(qū)所受氣候條件和人類活動(dòng)等因素兼有上、下游的特征，變異最強(qiáng)烈(表2)。

表1 率定期和驗(yàn)證期月均徑流量和輸沙量模擬評(píng)價(jià)

表2 旬河12個(gè)子流域四季度輸沙量比較

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)相同字母表示差異不顯著，p<0.05。

3.2 旬河流域景觀格局指數(shù)空間分異特征

將旬河12個(gè)子流域的7個(gè)景觀水平指數(shù)進(jìn)行PCA排序，PC1和PC2的累計(jì)解釋度達(dá)到了97.55%。PC1較準(zhǔn)確地反映出景觀指數(shù)空間分異特征。從上游至下游，景觀形狀指數(shù)(LSI)、Shannon′s均勻度指數(shù)(SHEI)、Shannon′s多樣性指數(shù)(SHDI)、斑塊密度(PD)和景觀分離度指數(shù)(DIVISION)存在增加趨勢(shì)，說明斑塊形狀復(fù)雜化、景觀破碎化和分離化程度加深，斑塊類型空間分布趨于均勻。最大斑塊指數(shù)(LPI)和景觀蔓延度指數(shù)(CONTAG)在上游地區(qū)較大，說明其斑塊類型(林地)優(yōu)勢(shì)程度和聚集程度較高(圖2)。

圖2 旬河12個(gè)子流域景觀水平指數(shù)PCA排序

3.3 旬河流域景觀格局變化對(duì)輸沙量的影響

旬河流域位于秦嶺山脈南端，土地利用類型主要以林地和農(nóng)用地為主，建設(shè)用地、灌草地和水體的面積綜合占比不足10%。在1999年國(guó)家實(shí)施“退耕還林工程”之前，旬河流域毀林開墾、陡坡化耕種情況嚴(yán)重。經(jīng)過十幾年的植被恢復(fù)與改善，至2015年，旬河流域林地面積得到顯著提升，占比達(dá)到84.79%。1995年有1 565.77 km2的農(nóng)用地轉(zhuǎn)化為林地，231.35 km2的農(nóng)用地轉(zhuǎn)化為灌草地。1995年土地利用情景下年均輸沙量模擬值為67.16萬t，至2015年，降低為25.07萬t。

相較于1995年、2015年旬河流域景觀格局變化顯著，具體表現(xiàn)在：林地面積的大幅提升，促進(jìn)了斑塊密度指數(shù)(PD)微降，景觀破碎化程度降低；最大斑塊指數(shù)(LPI)和景觀蔓延度指數(shù)(CONTAG)有顯著提升，這有助于提高景觀連通性，減緩徑流；景觀形狀指數(shù)(LSI)由126.48增加至131.95，變化較小，可忽略；景觀分離度指數(shù)(DIVISION)降低了近50%，說明景觀的組成類型分布更加集中；shannon′s多樣性指數(shù)(SHDI)和shannon′s均勻度指數(shù)(SHEI)都有所降低，反映出該流域景觀內(nèi)部的斑塊類型之間聯(lián)系更加緊密?？傮w而言，旬河流域景觀格局朝著單一化方向發(fā)展，利于降低河道產(chǎn)沙能力，改善研究區(qū)水土流失狀況(表3)。

3.4 子流域景觀格局指數(shù)與輸沙量相關(guān)性及解釋度

在類型水平，以1表示林地、2表示建設(shè)用地、3表示農(nóng)用地、4表示灌草地、5表示水體。與輸沙量呈顯著性關(guān)系的景觀指數(shù)有：PLAND1，PLAND3，PD1，PD3，PD4，PD5，LSI1，LSI3，LSI4，CONTIG_MN3，AI1和AI3。其中水體的斑塊密度(PD5)與流域輸沙量相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.875。林地的斑塊類型面積百分比指數(shù)(PLAND1)和聚集度指數(shù)(AI1)與輸沙量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明林地面積的增加及其聚集程度的上升，有利于減緩流域水文流域產(chǎn)沙過程。而隨著農(nóng)用地PLAND3和AI3值的升高，流域產(chǎn)沙量上升。林地、農(nóng)用地和灌草地的斑塊密度指數(shù)(PD)及形狀指數(shù)(LSI)值的增加，表明斑塊類型的空間分布趨于破碎化且形狀更為復(fù)雜，易受到地表徑流的侵蝕(表4)。

在景觀水平，流域土壤侵蝕程度與最大斑塊指數(shù)(LPI)以及蔓延度指數(shù)(CONTAG)呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.61和-0.71。斑塊密度(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、景觀分離度指數(shù)(DIVISION)、Shannon′s多樣性指數(shù)(SHDI)和Shannon′s均勻度指數(shù)(SHEI)皆與流域輸沙量呈正相關(guān)關(guān)系(表5)。

表3 1995-2015年景觀格局指數(shù)變化

表4 旬河12個(gè)子流域景觀類型水平指數(shù)變化與輸沙量波動(dòng)相關(guān)性

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))顯著相關(guān),*表示在0.05水平(雙側(cè))顯著相關(guān)。n=12,下同。

表5 旬河12個(gè)子流域景觀水平指數(shù)變化與輸沙量波動(dòng)相關(guān)性

選擇與流域輸沙量相關(guān)關(guān)系顯著的景觀指數(shù)，在類型水平和景觀水平上，分別構(gòu)建多元線性回歸模型。利用雙向逐步回歸法，剔除對(duì)響應(yīng)變量影響較小的自變量進(jìn)行擬合。擬合結(jié)果：p<0.05，說明模型通過了顯著性檢驗(yàn)，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；決定系數(shù)R2>0.6，即表明相關(guān)性優(yōu)良。

由擬合模型得出：在類型水平，PD5和PD1對(duì)流域輸沙量的解釋度較高，其次是PLAND3，PD3和AI3；在景觀水平，DIVISION對(duì)輸沙量解釋度最大。對(duì)比兩個(gè)水平上決定系數(shù)(R2)得出：類型水平上的景觀指數(shù)可更好地表征流域輸沙量情況。而景觀水平上的指數(shù)，雖然整體與輸沙量相關(guān)關(guān)系顯著，但由于其計(jì)算原理的緣故，變化趨勢(shì)較不穩(wěn)定，不能較好的反映土壤侵蝕程度(表6)。

表6 景觀指數(shù)對(duì)輸沙量的解釋度

4 討 論

在生態(tài)水文循環(huán)過程中，引發(fā)土壤侵蝕的因素有多種：土壤因素(質(zhì)地、團(tuán)聚體和滲透指數(shù))、氣候因素(降水量、降水強(qiáng)度)、生物因素(植被冠層截留、根系固持和凋落物截留)、人為因素(耕作方式)以及地形因素等，各因素之間復(fù)雜的相互作用同樣對(duì)河道產(chǎn)沙影響強(qiáng)烈[13]。在自然景觀角度，生態(tài)過程和分布格局是緊密聯(lián)系的有機(jī)整體[14]。景觀格局由于能反映景觀中各土地利用類型的分布情況，而對(duì)流域水沙輸移過程有重要影響[15]。本研究將表征景觀空間分布格局信息的景觀指數(shù)與土壤侵蝕過程相耦合，基于SWAT水文模型技術(shù)，揭示了旬河流域景觀格局時(shí)空變化趨勢(shì)與輸沙量之間的關(guān)系。結(jié)果表明，旬河流域景觀格局整體向著良性發(fā)展，水土流失狀況有所改善。這與郭思琪等[16]在秦嶺研究得出的水文產(chǎn)沙與景觀格局時(shí)空動(dòng)態(tài)演變規(guī)律相一致。相較于景觀水平，類型水平上的指數(shù)能更加完善對(duì)流域輸沙量狀況的表征。

本研究結(jié)果表明，旬河流域土壤侵蝕程度時(shí)空分異顯著。在空間尺度上，旬河各子流域的土壤流失情況自上游至下游呈加重的趨勢(shì)，輸沙量逐漸增多。這可能是受下游區(qū)域地勢(shì)相對(duì)平坦的影響，使得該區(qū)域內(nèi)人類活動(dòng)頻繁，加重了區(qū)域景觀的干預(yù)，使得景觀破碎化和分離化程度加深，進(jìn)而導(dǎo)致下游河道沿線子流域的土壤侵蝕量較高[17]。在時(shí)間尺度上，1995—2015年，旬河流域森林植被恢復(fù)良好，林地類型在景觀中的優(yōu)勢(shì)度得到進(jìn)一步提高，景觀內(nèi)部之間的斑塊類型聯(lián)系更加緊密，有利于減緩流域水文產(chǎn)沙[18]。此外，由于人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提升，推行積極的水土流失治理工作，使研究區(qū)水土涵養(yǎng)功能進(jìn)一步得到增強(qiáng)[19]。因此，為實(shí)現(xiàn)研究區(qū)可持續(xù)發(fā)展，在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本要求的情況下，應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)“退耕還林”政策，協(xié)調(diào)配置區(qū)域土地利用規(guī)劃，減少人類社會(huì)發(fā)展對(duì)流域生態(tài)環(huán)境造成的破壞。

景觀格局整體的空間分布情況及內(nèi)部斑塊類型之間的組成結(jié)構(gòu)，可反映流域土壤抗侵蝕能力的強(qiáng)弱[20]。本研究將耦合流域水文產(chǎn)沙過程的景觀格局指數(shù)與SWAT模型相整合，在模型劃分出的子流域水平(上、中、下游)，以各子流域景觀指數(shù)表征其產(chǎn)沙程度，探析景觀水平和類型水平上各景觀指數(shù)之間對(duì)流域侵蝕產(chǎn)沙的解釋度，增強(qiáng)了評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。本文較完善的體現(xiàn)出整個(gè)旬河流域景觀格局配置情況及其景觀指數(shù)對(duì)水文產(chǎn)沙的效應(yīng)，可為水土流失治理服務(wù)。

有研究表明地表粗糙度對(duì)土壤流失有重要影響。目前，地形坡度、植被類型的空間覆蓋度及其垂直結(jié)構(gòu)是反映地表粗糙度的主要指標(biāo)。然而本研究所使用的景觀空間分布數(shù)據(jù)(土地利用圖)是一個(gè)“二維”平面，不能反映出研究區(qū)植被“三維”狀況[21]，且本研究缺乏考慮，組成林地的不同林分之間土壤理化性質(zhì)的差異性對(duì)持水固沙的作用[22]。因此，在未來的研究工作中，應(yīng)深入探究復(fù)合生態(tài)水文循環(huán)過程中的地表粗糙度(土壤理化性質(zhì)、植被長(zhǎng)勢(shì))、水陸交錯(cuò)區(qū)域及氣候和土壤流失之間的耦合機(jī)理，揭示流域土壤流失時(shí)空變化趨勢(shì)規(guī)律。

5 結(jié) 論

(1) 與上游地區(qū)相比，旬河下游區(qū)域受人類活動(dòng)(農(nóng)業(yè)措施、城市化建設(shè))的影響較大，景觀破碎化程度顯著增加，使得土壤抗侵蝕能力減弱，對(duì)應(yīng)子流域河流輸沙量較高。

(2) 受“退耕還林”等植被恢復(fù)措施的影響，水土流失狀況得到有效控制。1995—2015年旬河流域的景觀優(yōu)勢(shì)化程度加深，景觀類型之間的連通性趨于優(yōu)良，斑塊分布更加集中，河流輸沙量顯著降低。

(3) 從景觀格局角度分析，與景觀水平上的指數(shù)相比，類型水平上的景觀指數(shù)可以更好地表征流域輸沙量。其中，景觀水平上的分離度指數(shù)(DIVISION)和類型水平上水體的斑塊密度指數(shù)(PD5)對(duì)輸沙量解釋度最大。

(4) 將SWAT水文模型模擬的輸沙數(shù)據(jù)與景觀格局演變特征結(jié)合，開展旬河流域多區(qū)域的對(duì)比分析，可以較好的闡述旬河泥沙的產(chǎn)沙機(jī)制，對(duì)于區(qū)域景觀合理規(guī)劃和水土保持服務(wù)具有重要的指導(dǎo)意義。