1980-2020年窟野河流域土地利用景观格局演变及其驱动力.pdf

第3 0卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 8-1 4 修回日期:2 0 2 2-0 9-0 4 资助项目:国家自然科学基金“黄土区地表产流机制变化对植被恢复的响应”(4 2 0 7 7 0 7 5)第一作者:刘强(1 9 8 3),男,甘肃兰州人,博士,副教授,研究方向为区域资源与环境。E-m a i l:g u a n g m i n g l i u 1 9 8 31 6 3.c o m 通信作者:穆兴民(1 9 6 1),男,陕西华阴人,博士,研究员,博士生导师,研究方向为生态水文。E-m a i l:x mm u m s.i s w c.a c.c nh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 5.0 2 9.刘强,尉飞鸿,夏雪,等.1 9 8 02 0 2 0年窟野河流域土地利用景观格局演变及其驱动力J.水土保持研究,2 0 2 3,3 0(5):3 3 5-3 4 1.L I U Q i a n g,WE IF e i h o n g,X I AX u e,e t a l.L a n d s c a p eP a t t e r nE v o l u t i o na n dD r i v i n gF o r c e so fL a n dU s e i nK u y eR i v e rB a s i nf r o m1 9 8 0t o2 0 2 0J.R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0 2 3,3 0(5):3 3 5-3 4 1.1 9 8 0-2 0 2 0年窟野河流域土地利用景观格局演变及其驱动力刘 强1,2,尉飞鸿1,3,夏 雪1,张明月1,王新民1,穆兴民2,徐德华4(1.天水师范学院 资源与环境工程学院,甘肃 天水7 4 1 0 0 0;2.中国科学院 水利部 水土保持研究所,陕西 杨凌7 1 2 1 0 0;3.东华理工大学 地球科学学院,南昌3 3 0 0 1 3;4.太原师范学院 地理科学学院,山西 晋中0 3 0 6 1 9)摘 要:目的 探讨1 9 8 02 0 2 0年窟野河流域土地利用景观演变过程及其驱动因素,为黄河全流域生态系统的管理与高质量发展提供参考。方法 选取L a n d s a t系列遥感数据为数据源,利用景观生态学和G I S空间分析对窟野河流域土地利用景观格局变化特征进行分析,并结合气候数据和社会经济数据探讨了窟野河流域土地利用景观格局演变的驱动因素。结果 窟野河流域耕地面积从1 9 8 0年的1 6 7 7.9 2k m2减少到2 0 2 0年的13 6 5.5 8k m2;草地面积从1 9 8 0年的51 4 4.3 5k m2减少到2 0 2 0年的50 3 8.9 7k m2;林地面积和建设用地面积分别增加8 6.0 7k m2,7 9 8.9 6k m2,水域面积和未利用土地面积分别减少6 0.2 5k m2,4 0 8.7 2k m2。1 9 8 02 0 2 0年窟野河流域土地利用类型转移主要有未利用土地转向耕地和草地,占未利用土地面积减少量的8.6 3%和6 1.4 7%;耕地、草地和未利用土地转向建设用地,占建设用地面积增加量的2 3.0 7%,5 0.9 8%和1 0.9 5%,且2 0 0 02 0 2 0年土地利用类型转移强度高于1 9 8 02 0 0 0年。流域内景观斑块表现出斑块数量增加,相连度减小,破碎化程度增加,分割度升高,凝聚度降低和复杂度上升的特征。结论 气候变化和人类活动都是造成窟野河流域土地利用景观格局演变的影响因素,其中流域内逐年增强的人类活动是促使景观格局发生演变的主要因素,而气候变化是次要因素。关键词:黄河中游;窟野河流域;气候变化;景观格局;驱动力中图分类号:P 9 0 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 5-0 3 3 5-0 7L a n d s c a p eP a t t e r nE v o l u t i o na n dD r i v i n gF o r c e so fL a n dU s e i nK u y eR i v e rB a s i nf r o m1 9 8 0t o2 0 2 0L I U Q i a n g1,2,WE IF e i h o n g1,3,X I AX u e1,Z HANG M i n g y u e1,WANGX i n m i n1,MUX i n g m i n2,XUD e h u a4(1.C o l l e g eo fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,T i a n s h u iN o r m a lU n i v e r s i t y,T i a n s h u i,G a n s u7 4 1 0 0 0,C h i n a;2.S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fS o i lE r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n go nt h eL o e s sP l a t e a u,I n s t i t u t eo fS o i la n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,C A S&MW R,Y a n g l i n g,S h a a n x i7 1 2 1 0 0,C h i n a;3.S c h o o l o fE a r t hS c i e n c e,E a s tC h i n aU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,N a n c h a n g3 3 0 0 1 3,C h i n a;4.S c h o o l o fG e o g r a p h yS c i e n c e,T a i y u a nN o r m a lU n i v e r s i t y,J i n z h o n g,S h a n x i0 3 0 6 1 9,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h i ss t u d ya i m st oe x p l o r et h ee v o l u t i o np r o c e s sa n dd r i v i n gf a c t o r so f l a n du s el a n d-s c a p e i nK u y eR i v e rB a s i nf r o m1 9 8 0t o2 0 2 0,a n dt op r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h em a n a g e m e n t a n dh i g h-q u a l i t yd e v e l o p m e n to f e c o s y s t e mi nt h ew h o l eY e l l o wR i v e rB a s i n.M e t h o d sL a n d s a ts e r i e sr e m o t es e n s i n gd a t aw e r es e l e c t e da s t h ed a t as o u r c e,a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f l a n du s el a n d s c a p ep a t t e r nc h a n g e i nt h eK u o y eR i v e rB a s i nw e r ea n a l y z e db yl a n d s c a p ee c o l o g ya n dG I Ss p a t i a la n a l y s i s.C o m b i n e dw i t hc l i m a t ed a t aa n ds o c i o e c o n o m i cd a t a,t h ed r i v i n gf a c t o r so fl a n du s el a n d s c a p ep a t t e r ne v o l u t i o ni nK u y eR i v e rB a s i nw e r ed i s c u s s e d.R e s u l t sT h e c u l t i v a t e d l a n da r e a i n t h eK u y eR i v e rB a s i nd e c r e a s e d f r o m16 7 7.9 2k m2i n1 9 8 0 t o13 6 5.5 8k m2i n2 0 2 0.T h eg r a s s l a n da r e ad e c r e a s e d f r o m51 4 4.3 5k m2i n1 9 8 0t o50 3 8.9 7k m2i n2 0 2 0.T h ef o r e s t l a n da r e aa n dc o n s t r u c t i o nl a n da r e ai n c r e a s e db y8 6.0 7k m2a n d7 9 8.9 6k m2,r e s p e c t i v e l y,w h i l et h ew a t e ra r e aa n du n u s e d l a n da r e ad e c r e a s e db y6 0.2 5k m2a n d4 0 8.7 2k m2,r e s p e c t i v e l y.F r o m1 9 8 0t o2 0 2 0,t h e t r a n s f e ro fl a n du s et y p e sw a sm a i n l yf r o m u n u s e dl a n dt oa r a b l el a n da n dg r a s s l a n d,a c c o u n t i n gf o r8.6 3%a n d6 1.4 7%o f t h e r e d u c t i o no fu n u s e d l a n da r e a.A r a b l e l a n d,g r a s s l a n da n du n u s e d l a n dt r a n s f e r r e dt oc o n s t r u c t i o nl a n da c c o u n t e df o r2 3.0 7%,5 0.9 8%a n d1 0.9 5%o ft h ei n c r e a s eo fc o n s t r u c t i o nl a n da r e a,a n dt h e i n t e n s i t yo f l a n du s et y p et r a n s f e r f r o m2 0 0 0t o2 0 2 0w a sh i g h e rt h a nt h a t f r o m1 9 8 0t o2 0 0 0.T h el a n d s c a p ep a t c h e s i n t h ew a t e r s h e ds h o w e d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f i n c r e a s i n g t h en u m b e r o f p a t c h e s,d e c r e a s i n gt h ed e g r e eo f c o n n e c t e d n e s s,i n c r e a s i n gt h ed e g r e eo f f r a g m e n t a t i o n,i n c r e a s i n gt h ed e g r e eo f s e g m e n t a t i o n,d e c r e a s i n gt h ed e g r e eo fc o h e s i o na n di n c r e a s i n gt h ec o m p l e x i t y.C o n c l u s i o nC l i m a t ec h a n g ea n dh u m a na c t i v i t i e sa r eb o t ht h e i n f l u e n c i n gf a c t o r so f l a n d s c a p ep a t t e r ne v o l u t i o ni nK u y eR i v e rB a s i n,a m o n gw h i c ht h ei n c r e a s i n gh u m a na c t i v i t i e sa r et h em a i nf a c t o rp r o m o t i n gl a n d s c a p ep a t t e r ne v o l u t i o n,w h i l ec l i m a t ec h a n g e i s t h es e c o n d a r yf a c t o r.K e y w o r d s:m i d d l e r e a c h e so f t h eY e l l o wR i v e r;K u y eR i v e rB a s i n;c l i m a t e c h a n g e;l a n d s c a p ep a t t e r n;d r i v i n gf o r c e 土地利用作为一种人类活动的干预系统,是引起地表各种过程变化的主要原因之一1。土地利用的结构、过程和格局发生显著变化2,会在一定程度上造成区域水土 流失、土地退 化等 多 种 生 态 环 境 问题3-6,所以研究土地利用变化是流域水资源管理、规划与高质量发展的核心问题7。景观格局是大小不一和性状各异的景观要素在空间上的排列,是对各种自然和人类活动要素在复杂时空尺度作用的最终结果,是土地利用最直接的表现形式8-1 1。景观格局的改变影响着流域生态系统的物质循环和能量流动,决定着流域景观生态系统的循环发展1 2。目前,由于受到人类活动破坏和气候变化的影响,流域土地利用景观格局正在不断发生变化,因此,进行流域景观格局动态变化与驱动力探究,是促进人地和谐共生的重要途径之一。窟野河处于半湿润半干旱区向干旱区的过渡带,是黄河全流域最重要的生态屏障之一,也是黄河流域气候变化的敏感区和生态环境脆弱区1 3-1 6,还是黄河流域水土保持工程建设的重点区域1 7-1 9。尤其是近6 0年来,气候变化和水土保持生态建设而引起的土地利用景观格局变化已致使流域景观格局发生显著变化,因此,通过土地利用景观格局分析,找出产生和控制景观格局的影响机制,可为生态环境脆弱区土地资源的可持续利用的研究提供理论基础2 0-2 3。目前相关研究大多聚焦于定性分析以及现象描述,研究时间尺度较短,但是土地利用景观格局演变是一个长期的动态变化过程,短期研究难以揭示长期演变规律。基于此,研究定位于水土流失严重的黄河中游典型流域窟野河流域,选取L a n d s a t系列遥感数据,利用景观生态学和G I S空间分析对窟野河流域土地利用景观格局变化特征进行分析,并结合气候数据和社会经济数据探讨窟野河流域土地利用景观格局演变的驱动因素,以期为优化黄河全流域水资源合理分配,践行黄河流域生态保护与高质量发展的国家战略提供理论指导和科技支撑。1 研究区概况窟野河位于黄河中游晋陕交界处的黄土高原丘陵沟壑区,是黄河的一级支流,全长2 4 2k m,流域面积约87 0 6k m2,地处中纬度大陆腹地,紧邻毛乌素沙漠,位 于黄土丘陵 区与鄂尔多 斯 台 地 的 交 错 过渡区,地貌类型复杂,地势呈西北高、东南低。窟野河发源于内蒙古自治区东胜区南部,自西北向东南流入陕西省,最终在神木县沙峁头村汇入黄河主河道,地理坐标位于1 0 9 2 8 1 1 0 5 2 N,3 8 2 3 3 9 5 2 E,常年受温带大陆性季风气候影响,多年平均气温约8.9 7,多年平均降水量为4 4 1mm,降水年内变化大,最大降水量主要出现在每年的7月和8月,占全年降水量的5 5%6 5%。窟野河流域土壤贫瘠,结构松散,多为疏松多孔黄土和稀疏矮灌木为主的地貌景观,土壤抗水性和抗风蚀能力差,流域内植被稀少,上游主要为干草原落叶阔叶灌丛植被和沙生植物,下游多为一年或者多年草本植物,主要以耐干旱的沙蒿、沙柳、蹋郎、沙米等植物为主。窟野河流域耕地主要分布在沿河流域和地势较低的东南部地区,西北部较少;建设用地主要分布在流域的北部和中部,整体上分布于乌兰木伦河和悖牛川河两条支流附近;未利用土地主要633 水 土 保 持 研 究 第3 0卷分布在流域中部和西北部地区,其余地区主要分布林地和草地(图1)。图1 窟野河流域地理位置及水文站点分布2 数据来源与研究方法2.1 数据来源气候数 据来自中国 气象数据网(h t t p:d a t a.c m a.c n)1 0个气象站(东胜、包头、鄂托克旗、河曲、兴县、五寨、离石、榆林、横山和绥德)1 9 8 02 0 2 0年地面逐日气象观测数据,进行空间插值,取平均值来反映气候变化状况;土地利用数据来自中国科学院资源环境科学与数据中心平台(h t t p s:www.r e s d c.c n/)和地理空间数据云平台(h t t p s:www.g s c l o u d.c n/)的L a n d s a t数据进行土地利用分类,遥感图像利用E NV I 5.3进行预处理并进行模型计算,通过A r c-M a p 1 0.8.1进行统计分析;社会经济数据来源于历年国民经济统计公报和中国经济社会大数据研究平台(h t t p:d a t a.c n k i.n e t/N e w H o m e/i n d e x)。2.2 研究方法2.2.1 景观格局指数 景观格局特征指不同地物景观类型在地面空间结构特征,能反映人类对自然环境的一般干扰程度。不同景观格局特征指数具有不同的物理意义与生态意义1 6。通过参考关于土地利用景观格局的研究成果2 4-2 6,选取斑块密度(P D)、最大斑块占 景 观 面 积 比 例(L P I)、最 大 景 观 形 状 指 标(L S I)、凝聚度指数(C ONT AG)、景观分割度(D I V I-S I ON)、香农多样性(S HD I)、聚合度(A I)和斑块结合度(C OHE S I ON)等8个指标来反映斑块面积、密度、邻近度、多样性和聚散性等景观特征,计算参照F R S G S T AT S3.3操作手册,具体计算方法与生态学意义如下:(1)斑块密度(P D,P a t c hD e n s i t y):即单位面积上各个斑块/斑块的个数,能较好反映景观的破碎化程度和人类活动对景观的干扰程度,计算公式如下:P D=1CMi=1Ni(1)式中:M为研究区内的整个景观类型总个数面积;C为研究区内单个景观的数量。(2)最大斑块占景观面积比例(L P I,L a r g e s tP a t c hI n d e x):为某一确定区域内最大斑块在整个景观面积中的占比,可衡量区域内物种的丰度、数量等特征,能反映人类活动的力度,计算公式如下:L P I=m a x(a1,a2,an)A1 0 0(2)式中:A为景观总面积;ai为斑块i的面积。(3)最大景观形状指标(L S I,L a n d s c a p eS h a p eI n d e x):斑块周长与斑块面积的数学比值,一般L S I数值越大则斑块的形状越复杂。计算公式如下:L S I=0.2 5E A(3)式中:E为斑块的周长;A为景观总面积。(4)凝聚度指数(C ONT AG,C o n t a g i o n I n d e x):反映景观里不同斑块类型的凝聚程度或延展趋势,计算公式如下:C ONT AG=mi=1nj=1pigi kmk=1gi k l n(pi)gi kmk=1gi k2 l n(m)1 0 0(4)式中:M为斑块类型总数;gi k为随机选择的两个相邻斑块属于类型i和k的概率。(5)景观分割度(D I V I S I ON,L a n d s c a p eD i v i-s i o nI n d e x):反映景观的分割化、破碎化程度,计算公式如下;D I V I S I ON=1-nj=1ai jA(5)式中:ai j为第i类景观第j斑块的面积;A为景观总面积。(6)香农多样性(S HD I,S h a n n o n sD i v e r s i t yI n d e x):用于调查植物群落局域生境内多样性,计算公式如下:S HD I=-mi=1Pil n(Pi)(6)式中:P为斑块类型所占景观总面积的比例;i为斑块数量。733第5期 刘强等:1 9 8 02 0 2 0年窟野河流域土地利用景观格局演变及其驱动力(7)聚合度(A I):反映景观格局的聚合度,一般其数值越大,表示景观格局的聚合度越高,计算公式如下:A I=gi jm a x-gi j1 0 0(7)式中:gi j为相似斑块i与j的数量。(8)斑块结合度:反映某一斑块类型与周围斑块的空间相连程度,计算公式如下:C OHE S I ON=1-mj=1Pi jmj=1pi j ai j1-1 A-11 0 0(8)式中:Pi j为i j斑块周长;ai j为i j斑块面积;A为景观总面积。2.2.2 灰色关联分析 利用灰色关联法计算自然因素、社会经济因素与景观格局指数间的关联度。通过参考序列去映射系统状况,用灰色关联系数来表示参考指标和比较指标之间的关系,关联系数越高,表示比较指标对参考指标的影响越大,反之越小。其计算公式如下:i(k)=m i nim i nky(k)-xi(k)+m a xim a xky(k)-xi(k)y(k)-xi(k)+m a xim a xky(k)-xi(k)(9)式中:为分辨系数,通常取值为0.5;|y(k)xi(k)|为比较列和参考列插值的绝对值;m i nim i nk|y(k)xi(k)|和m a xim i nk|y(k)xi(k)|分别为比较列和参考列差值绝对值的最大值和最小值。3 结果与分析3.1 土地利用类型面积变化由表1可知,1 9 8 02 0 0 0年窟野河流域土地利用变化总体上呈“三增三减”的变化特征,林地、水域和未利用土地面积在减少,其中未利用土地减少面积最多,为2 6 1.9 7k m2,林地减 少面积次 之,为9.9 9k m2,水域减少面积最少,为2.8 8k m2;耕地、草地和建设 用 地 面 积 在 增 加,其 中 耕 地 增 加 面 积1 8.3 9k m2,草地增加面积2 5 0.0 8k m2,建设用地增加面积6.3 9k m2。2 0 0 02 0 2 0年窟野河流域土地利用类型面积变化主要为林地和建设用地面积增加,而草地、耕地、水域和未利用土地面积减少,其中建设用地在1 9 8 02 0 0 0年几乎无明显变化,但在2 0 0 02 0 2 0年建设用地增长速率极快,建设用地面积占流域总面积比例由1 9 8 0年的1.0 1%升至2 0 2 0年1 0.5 0%,年均增长率为1 0 5.7 9%,在所有土地类型中增幅最高,这表明区域内日渐加强的人类活动对建设用地的扩张产生了重要影响,尤其是流域内城镇化建设和人口快速增长,将对建设用地产生更多需求,其用地主要为流域内一些平坦而产量很高的沿河耕地转换而来7。此外,窟野河流域内神府等煤田的大规模开采,包括煤炭开采人员居住用地,交通用地和配套服务用地等生产生活配套设施都会引起建设用地面积显著增加2 7-2 8。表1 1 9 8 0-2 0 2 0年窟野河流域土地利用变化特征k m2土地利用类型1 9 8 0年2 0 0 0年2 0 2 0年耕地 1 6 7 7.9 21 6 9 6.3 11 3 6 5.5 8林地 3 6 5.5 03 5 5.5 14 5 1.5 7草地 5 1 4 4.3 55 3 9 4.4 35 0 3 8.9 7水域 2 5 6.1 62 5 3.2 81 9 5.9 1建设用地 7 8.2 98 4.6 88 7 7.2 5未利用土地8 3 1.5 85 6 9.6 14 2 2.8 6 由图2可知,1 9 8 02 0 2 0年窟野河流域土地利用类型上仍以草地和耕地为主,虽面积略有波动,但始终是最有优势的两种土地利用类型。1 9 8 0年、2 0 0 0年、2 0 2 0年窟野河流域草地面积分别为51 4 4.3 5k m2,53 9 4.4 3k m2,50 3 8.9 7k m2,占流域面积的比例都超过了一半,分别为6 1.5 8%,6 4.5 7%和6 0.3 3%。耕地面积 由1 9 8 0年16 7 7.9 2k m2减 小 到2 0 2 0年 的13 6 5.5 8k m2,面积比例由1 9 8 0年1 9.2 7%降至2 0 2 0年1 5.6 8%;水域面积由1 9 8 0年2 5 6.1 6k m2减小到2 0 2 0年的1 9 5.9 1k m2,面积比例由1 9 8 0年3%降至2 0 2 0年2.3%;未利用土地由1 9 8 0年8 3 1.5 8k m2减小到2 0 2 0年的1 9 5.9 1k m2,面积比例由1 9 8 0年9.9 5%降至2 0 2 0年5.0 6%;林地面积整体上呈上升趋势,由1 9 8 0年3 6 0.5 0k m2增加到2 0 2 0年的4 5 1.5 7k m2,其主要原因一方面是由于窟野河流域降水呈增加趋势,流域内陡坡地和荒地大面积转变为林地,使植被群落层次结构明显改善;另一方面受2 0 0 0年后国家在流域内实行退耕还林政策的影响2。图2 窟野河流域土地利用类型空间分布3.2 土地利用类型转化特征分析由图3可知,1 9 8 02 0 0 0年窟野河流域土地利用类型转移主要以未利用土地转向耕地和草地面积833 水 土 保 持 研 究 第3 0卷转移为主,分别占未利用土地面积减少量的5.0 1%和9 1.9 7%。2 0 0 02 0 2 0年窟野河流域土地利用类型转移主要以耕地和草地向建设用地面积转移为主,分别占建设用 地 面 积 增 加 量 的2 1.7 7%和4 8.6 2%。1 9 8 02 0 2 0年窟野河流域土地利用类型转移主要有未利用土地转向耕地和草地,分别占未利用土地面积减少量的8.6 3%和6 1.4 7%;耕地、草地和未利用土地转向建设用地,分别占建设用地面积增加量的2 3.0 7%,5 0.9 8%和1 0.9 5%。通过对1 9 8 02 0 0 0年和2 0 0 02 0 2 0年两期土地利用转移数据比较,得出2 0 0 02 0 2 0年流域土地利用转移强度明显高于1 9 8 02 0 0 0年,土地利用类型转化更加复杂。图3 1 9 8 0-2 0 2 0年窟野河流域土地利用类型面积转移特征3.3 景观格局指数演变特征分析由表2可知,1 9 8 02 0 2 0年窟野河流域景观指数P D值总体在增大,表明土地利用破碎度升高,人类活动对景观的干扰程度不断增强,这与窟野河流域人口快速增长以及流域内积极贯彻实施退耕还林等生态环境保护政 策导致斑块 密 度 不 断 增 加 有 关。C OHE S I ON和C ONT AG周围斑块的空间相连程度不断减小,这表明相同地理景观类型经过人类活动或其他生态环境过程,会造成离散程度不断增大,这与窟野河流域煤炭开采力度不断加大,造成建设用地更加分散有关,还与窟野河流域积极施行退耕还林还草政策,使得林地、草地斑块对耕地、未利用土地斑块的入侵,造成斑块的空间聚集程度更加分散有关。L S I与D I V I S I ON呈增大趋势,表明景观形状、植物群落多样性和景观分割化、破碎化程度逐渐复杂,其主要原因是流域内的人类活动导致建设用地对其他用地类型侵占不断加强,使得斑块形状愈加复杂和不规则。L P I呈增大趋势,表明流域的景观分割度升高,A I凝聚度降低,表明流域内相同的景观斑块经过人类活动作用后,致使景观破碎化程度升高,凝聚连通性降低。S HD I呈减小趋势,表明研究区内土地利用类型多样,物种丰富且各类型斑块的分布状况越来越复杂,土地利用变化程度明显。3.4 土地利用景观格局变化的驱动因素分析利用灰色关联分析进行景观格局指数与驱动因子之间的关联度计算,各驱动因子关联度越高,比较序列对参考序列的影响越大,反之,比较序列对参考序列的影响越小。研究选取年平均降水量(X1)、年平均气温(X2)、总人口(X3)、城镇人口(X4)、农村人口(X5)、地区生产总值(X6)、人均G D P(X7)、第二产业生产总值(X8)、第三产业生产总值(X9)、年末耕地面积(X1 0)等指标数据,来反映自然环境状况和人类活动与景观格局指数之间的关联度。由表3可知,选取的气温指标与流域景观格局指数的关联度分布在0.2 1 10.3 7 2,降水指标与流域景观格局指数的关联度分布在0.2 3 30.4 3 5,气温指标与流域景观格局指数整体上大于降水指标与流域景观格局指数的关联度,表明年均气温比年均降水量对景观格局变化的影响大。人类活动指标(X3X1 0)与景观格局指数的关联度分布在0.4 1 40.8 3 4,人类活动与景观格局的关联度大于气候因素与景观格局指数的关联度,表明窟野河流域内土地利用景观格局变化与人类活动有密切联系。933第5期 刘强等:1 9 8 02 0 2 0年窟野河流域土地利用景观格局演变及其驱动力表2 窟野河流域景观格局指数变化特征年份P DL P IL S IC ON T AGD I V I S I ONA IS HD IC OHE S I ON1 9 8 00.5 1 31 2.4 8 38 6.6 1 36 4.1 4 50.9 5 79 4.4 6 11.1 3 89 9.3 2 51 9 9 00.5 2 51 3.5 4 68 6.6 7 26 4.1 1 70.9 4 39 4.4 5 91.1 3 99 9.3 2 62 0 0 00.5 5 51 3.8 1 68 7.5 7 96 5.9 4 10.9 3 89 4.5 9 11.1 2 69 9.3 2 62 0 0 50.5 5 61 4.4 8 78 7.6 7 46 4.6 5 20.9 4 19 4.3 3 21.1 2 39 9.2 9 22 0 1 00.5 6 41 4.5 3 48 8.0 4 26 4.7 2 60.9 4 89 4.4 3 51.1 2 29 9.2 4 32 0 1 50.6 3 31 5.1 1 78 8.9 1 66 3.1 3 70.9 6 29 4.4 4 21.1 1 79 9.2 3 62 0 2 00.7 4 41 5.5 1 68 9.2 8 56 3.0 8 50.9 7 09 4.3 0 21.1 1 49 9.2 3 1表3 景观格局指数与驱动因素关联度项目景观格局指数驱动因素X1X2X3X4X5X6X7X8X9X1 0破碎度P D0.3 7 20.3 2 20.7 3 30.8 2 70.7 5 70.4 1 40.4 4 60.6 7 70.4 3 70.5 2 2L P I0.3 3 50.2 0 80.7 2 70.8 3 40.7 4 40.4 4 80.4 8 80.6 8 20.4 2 60.5 0 9L S I0.3 0 70.4 2 40.7 1 50.8 0 20.7 8 30.4 3 30.4 6 30.6 8 90.4 7 20.5 1 2D I V I S I ON0.2 9 90.2 1 10.7 2 20.8 1 10.7 8 20.4 2 50.4 7 70.6 9 20.4 9 80.5 0 8多样性C ON TA G0.3 0 50.2 5 50.6 9 90.8 0 70.8 0 10.4 3 20.4 7 20.6 7 10.4 8 40.5 1 5A I0.3 2 50.4 3 50.6 2 40.8 3 20.8 1 30.4 9 60.4 8 10.7 2 10.4 7 70.4 9 6S HD I0.2 1 10.4 2 20.6 4 70.8 3 10.8 2 20.4 8 50.4 3 60.7 3 30.5 1 20.4 9 9连通性C OHE S I ON0.2 9 90.3 7 70.6 3 40.8 2 50.8 2 20.4 4 30.4 5 20.7 3 60.5 0 40.5 0 14 讨 论土地利用景观格局演变是自然因素和人类活动的综合反映。自然因素作为长期影响因素,时刻影响着景观格局的变化。窟野河流域地处干旱区,远离海洋,靠近沙漠,具有典型的大陆季风气候特征,气候变化过程会在一定程度上影响流域自然环境,进而影响流域土地利用景观格局。通过对1 9 8 02 0 2 0年流域年平均气温和年平均降水量统计分析发现,年降水量增加速度为0.5 4 3mm/a(p0.1),年均气温增加速度为0.0 2 6/a,(p0.1),气 候 总 体 呈 现 变 暖 特征4。气温升高会造成流域气温升高,蒸发量增加,土壤含水量降低,地下水位降低,调节径流能力减低,土壤质量降低,进而影响流域生态平衡,引起景观格局复杂化和破碎化。利用灰色关联分析,得出气候因素整体上与景观格局平均关联度较低,表明气候因素是流域生态环境恢复和实现高质量发展的动力源泉,但不是影响景观格局演变的唯一因素,还有其他因素对土地利用景观格局演变产生影响2 7。人类活动是短时间内驱动区域景观格局发生变化的重要因素,决定着景观格局变化的方向。在土地利用景观格局驱动因素分析中,人类活动与景观格局的关联度大于气候因素与景观格局指数的关联度,表明人类活动比气候因素对景观格局演变具有更强影响,是景观格局演变最具活力的驱动因素。1 9 8 02 0 2 0年窟野河流域总人口由1 9 8 0年的3 7.5万人增加至2 0 2 0年的1 2 0万人,城镇人口由1 9 8 0年的1 0万人增加至2 0 2 0年的1 0 8万人,农村人口由1 9 8 0年的2 7.5万人减少至2 0 2 0年的1 2万人。城镇人口数量的急剧增长以及在总人口中结构的变化,需要开垦新的土地来维持城市人口生存,这将使得原有的土地利用结构被破坏,对流域地表径流、土壤水分下渗和土壤含水量等土壤质量产生影响,造成地表植被覆盖度降低,景观破碎的风险情景越容易发生2。2 0 0 0年窟野河流域开始了大规模的退耕还林草工程,造成流域内的耕地变为草地、林地,在一定意义上起到水土保持、防风固沙的作用,而流域内造成景观演变主要是未利用土地变为草地、耕地和建设用地,以及耕地和草地变为建设用地而造成的景观变化,尤其是林地和草地景观破碎化不利于景观发挥其生态功能作用,