張廣帥 俞偉 林勇明 馬瑞豐 吳承禎 洪偉

摘要：以RS、GIS為技術(shù)支撐，從景觀要素斑塊特征、異質(zhì)性特征、破碎化特征及其空間相互關(guān)系特征對(duì)震后北川縣蘇保河小流域的景觀格局進(jìn)行了分析，旨在為小流域?yàn)?zāi)后生態(tài)恢復(fù)與景觀設(shè)計(jì)以及進(jìn)一步防范次生災(zāi)害提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：流域原始景觀類型仍占主導(dǎo)位置，但空間形態(tài)區(qū)域不規(guī)則化加?。坏刭|(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的微地貌景觀類型具有較高的空間異質(zhì)性與破碎化，加劇了流域景觀的不穩(wěn)定性；人為干擾強(qiáng)烈區(qū)域及滑坡體中部溝道及滑坡后壁等區(qū)域景觀空間相互關(guān)系較為復(fù)雜。

關(guān)鍵詞：蘇保河小流域；景觀特征；空間格局；景觀指數(shù)；生態(tài)恢復(fù)

中圖分類號(hào)：Q149文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號(hào)：2013-0780

0引言

景觀空間格局是指形狀、大小各異的景觀要素在空間上的排列[1]，它是各種生態(tài)過(guò)程在不同尺度上作用的結(jié)果，是景觀異質(zhì)性的重要表現(xiàn)[2]。景觀結(jié)構(gòu)則指不同景觀要素之間的空間關(guān)系。景觀空間格局與結(jié)構(gòu)的變化發(fā)展是自然、生物和社會(huì)要素相互作用的結(jié)果，對(duì)生物物種分布、徑流和侵蝕等生態(tài)過(guò)程與邊緣效應(yīng)影響重大[3]。當(dāng)前有關(guān)景觀格局分析的熱點(diǎn)主要集中在空間異質(zhì)性與時(shí)間異質(zhì)性2方面，其主要應(yīng)用領(lǐng)域集中在城市園林景觀規(guī)劃[4]、生態(tài)退化區(qū)景觀演變監(jiān)測(cè)[5]、自然保護(hù)區(qū)景觀干擾評(píng)價(jià)[6]以及災(zāi)害影響評(píng)價(jià)[7]等。

2008年5月汶川地區(qū)發(fā)生8.0級(jí)特大地震，毀滅性突發(fā)地震以及所引發(fā)的泥石流、滑坡、崩塌等次生地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)山區(qū)的生態(tài)景觀格局造成了嚴(yán)重破壞[8]，使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境更加脆弱和危險(xiǎn)[9]?；谇捌趯?duì)受損災(zāi)區(qū)景觀要素斑塊特征的初步研究，筆者從斑塊特征、異質(zhì)性特征、破碎化特征以及空間相互關(guān)系特征4個(gè)方面，對(duì)蘇保河小流域的景觀格局特征進(jìn)行深入分析，以期為協(xié)調(diào)災(zāi)后恢復(fù)重建工作中的人地關(guān)系提供科學(xué)依據(jù)，從而更好地把握各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中人類活動(dòng)與生態(tài)景觀格局間的相互影響。

1研究區(qū)概況

蘇保河位于四川省北川羌族自治縣（北川縣）擂鼓鎮(zhèn)蘇保鄉(xiāng)境內(nèi)，為安昌河水系二級(jí)支流，流向自西向東。流域面積72.21 km2，流域主溝長(zhǎng)14.70 km，平均溝床比降達(dá)92.8‰，相對(duì)高度達(dá)1635 m。蘇保河流域地形變化較大，整體北西高、南東低，處在侵蝕構(gòu)造中的東南邊緣，屬于龍門(mén)山前與后山交界地帶。研究區(qū)地處東經(jīng)103°44'—104°42'，北緯31°14'—32°14'范圍內(nèi)，屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，多年平均溫度15.6℃，又屬著名的鹿頭山暴雨區(qū)，雨量充沛，年均降雨量達(dá)1399.1 mm，年最大降雨量2340 mm（1967年），降水集中在6—9月，占全年降雨量70%~90%，同時(shí)也是泥石流災(zāi)害頻發(fā)時(shí)期[10]。

2研究方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

信息數(shù)據(jù)主要來(lái)源于震后2008年5月19日航拍的1:5000比例尺航片，鑒于航拍空間尺度較小，未能全面覆蓋整個(gè)蘇保河流域，因此以11張航片拼接后得到的區(qū)域作為研究對(duì)象，并采用1:10000地形圖和1:5000DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，投影采用UTM投影系統(tǒng)，WGS-84坐標(biāo)系。基于ERDAS-IMAGINE 8.7軟件，基于前期地形圖勾繪的泥石流堆積區(qū)、流通區(qū)、滑坡后壁及光板巖等信息及GPS定位觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用監(jiān)督分類和目視解譯相結(jié)合的方法進(jìn)行解譯，并通過(guò)后期外業(yè)調(diào)查檢驗(yàn)其精度?；贏rcGIS 9.3提取景觀要素特征并對(duì)各景觀斑塊類型、數(shù)目、周長(zhǎng)及面積等屬性進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，生成蘇保河小流域景觀格局類型SHP格式數(shù)據(jù)圖，最后用景觀指數(shù)分析軟件包FRAGSTATS 3.3進(jìn)行分析。

2.2景觀要素類型劃分

在對(duì)航片進(jìn)行解譯判讀的基礎(chǔ)上，結(jié)合野外實(shí)地勘察，根據(jù)景觀生態(tài)分類原則[11]、災(zāi)后蘇保河小流域景觀格局的外在特征以及與泥石流、滑坡、崩塌等次生災(zāi)害所產(chǎn)生的微地貌形態(tài)的空間鄰近及鑲嵌程度，將整個(gè)研究區(qū)域劃分為13種景觀類型（見(jiàn)圖1）：針葉林(A)、闊葉林(B)、灌叢(C)、草地(D)、農(nóng)田(E)、泥石流堆積區(qū)(F)、泥石流流通區(qū)(G)、溝道(H)、崩塌(I)、滑坡后壁(J)、光板巖(K)、道路(L)、居住用地(M)。

2.3指標(biāo)選取與分類

景觀要素最為直接與普遍的數(shù)量特征信息是面積和周長(zhǎng)，而景觀指數(shù)是景觀格局信息的高度濃縮，能夠直觀反映景觀的結(jié)構(gòu)組成和空間配置特征[12]。因此，景觀指數(shù)法是景觀格局分析中最為常規(guī)的研究方法。基于傳統(tǒng)的景觀指數(shù)分析法，結(jié)合各類景觀指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義，將常規(guī)的景觀格局指數(shù)劃歸為4大類，即景觀要素斑塊特征指數(shù)、景觀要素異質(zhì)性指數(shù)、景觀要素破碎化指數(shù)以及景觀要素空間相互關(guān)系特征指數(shù)。旨在從不同側(cè)重角度更加清晰地量化研究區(qū)景觀格局差異性特征。本研究分別在景觀要素斑塊類型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)2個(gè)層次上，從景觀要素斑塊特征、景觀要素的異質(zhì)性特征、景觀要素破碎化特征、景觀要素空間相互關(guān)系以及景觀多樣性與均一性，對(duì)北川蘇保河小流域?yàn)?zāi)后景觀格局特征進(jìn)行研究。選取的指標(biāo)及其特征類型，見(jiàn)表1[13]。指標(biāo)的公式與計(jì)算方法都采用FRAGSTATS的表示方式[14]。

3結(jié)果與分析

3.1景觀分類結(jié)果精度

經(jīng)過(guò)野外實(shí)際調(diào)繪與核實(shí)，此次遙感解譯精度為91.2%，Kappa指數(shù)為0.8764，分類結(jié)果可以接受，進(jìn)而開(kāi)展景觀空間格局分析。

3.2景觀要素斑塊特征

景觀要素的斑塊特征指數(shù)主要是指用于描述要素斑塊面積、周長(zhǎng)、斑塊數(shù)以及斑塊形狀的指標(biāo)[15]，能夠反映景觀要素類型內(nèi)部及斑塊之間的物質(zhì)能量相互作用、斑塊穩(wěn)定性及周轉(zhuǎn)率、斑塊生物多樣性等特征性狀。通過(guò)對(duì)景觀斑塊特征的分析可以進(jìn)一步了解景觀各類型要素的復(fù)雜性與受干擾情況[16]。本研究主要選取斑塊類型面積、斑塊數(shù)、面積加權(quán)分維數(shù)、最大斑塊指數(shù)、平均斑塊伸長(zhǎng)指數(shù)描述景觀要素的斑塊特征。

通過(guò)表2可知，在蘇保河小流域研究區(qū)域中闊葉林(B)分布面積最大，達(dá)25.532 km2，占總流域面積的41.37%，且最大斑塊指數(shù)值LPI為6.349%，遠(yuǎn)大于其他要素類型，說(shuō)明闊葉林景觀類型在流域景觀格局中分布最廣，連通性最好，是流域的基質(zhì)，而其他要素則是以斑塊形式鑲嵌分布其中；草地(D)雖然NP值最大為294，但是CA值并不是很高只有6.707 km2，反映了該要素類型形狀不規(guī)則，變化多樣；道路(L)和光板巖(K)FRAC_AM值相對(duì)較小，分別為1.041與1.068，體現(xiàn)了其邊界較為簡(jiǎn)單、景觀地位較弱；面積加權(quán)平均分維數(shù)可以反映景觀類型要素的形狀復(fù)雜程度及其在流域景觀中的顯著性[17]，闊葉林(B)和農(nóng)田(E)的FRAC_AM值最大，分別為1.225與1.158，體現(xiàn)了這2種景觀類型在蘇保河流域中具有較強(qiáng)的顯著性特征，但是由于地震及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的破壞導(dǎo)致其形狀十分不規(guī)則；平均斑塊伸長(zhǎng)指數(shù)反映斑塊形狀與正方形（其MPSI值為4）之間的差異程度，MPSI值越大，則說(shuō)明斑塊形狀越長(zhǎng)[18]。道路(L)和溝道(H)具有最大的MPSI值分別為21.605和19.337，說(shuō)明其形狀最長(zhǎng)，這與道路和溝道類型的實(shí)際情況是相符的。其余各景觀類型的MPSI值均介于5~6之間。

3.3景觀要素異質(zhì)性特征

景觀異質(zhì)性主要表現(xiàn)為景觀要素的異質(zhì)性和空間分布的異質(zhì)性，是景觀的又一基本屬性[19]。主要涉及的景觀指數(shù)包括斑塊密度、邊緣密度和總邊緣周長(zhǎng)等。

斑塊密度是指單位面積上的斑塊數(shù)，它能反映景觀要素在空間上的異質(zhì)性[20]，通過(guò)表3可以看出：在蘇保河流域研究區(qū)域中，草地(D)和崩塌(I)的PD值最大，分別達(dá)4.76與4.70，遠(yuǎn)大于其他景觀要素，具有較高的空間異質(zhì)性，其中由于崩塌(I)的斑塊數(shù)較多，但總面積較小（見(jiàn)表2），決定其單個(gè)斑塊的規(guī)模最小且分化程度最強(qiáng)，因此具有最高的景觀異質(zhì)性。泥石流堆積區(qū)(F)、流通區(qū)(G)作為次生地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的微地貌景觀形態(tài)，PD值雖然沒(méi)有針葉林(3.74)、灌叢(3.91)、農(nóng)田(4.18)高，但是介于3~4之間，因此具有一定的空間異質(zhì)性，闊葉林(B)、農(nóng)田(E)的PD值均大于4，異質(zhì)性程度較高，主要是由于自然災(zāi)害破壞了流域原來(lái)相對(duì)均一的景觀；邊緣密度與邊緣總周長(zhǎng)反映了各種能流、物流及物種流擴(kuò)散過(guò)程的可能性[21]，同時(shí)可以揭示景觀類型被邊界分割的程度，可以體現(xiàn)出景觀類型異質(zhì)性變化程度。闊葉林(B)、草地(D)、農(nóng)田(E)具有最高的邊界密度10.19、4.09、4.07，說(shuō)明景觀的空間分化程度最高，被切割的最為明顯，由表2可知這3類景觀要素具有較大面積，在流域景觀中具有基質(zhì)的作用，造成其異質(zhì)性加強(qiáng)的主要原因就是地質(zhì)災(zāi)害的破壞，這與研究區(qū)的實(shí)際情形也是相一致的。光板巖(K)、道路(L)的ED值最小，分別為0.26和0.24，但是由于其面積和邊緣周長(zhǎng)均較小，因此并不能說(shuō)明其異質(zhì)性強(qiáng)弱。

3.4景觀要素破碎化特征

景觀的破碎化是指由于自然或人為因素干擾而造成的景觀形態(tài)由簡(jiǎn)單趨于復(fù)雜、不連續(xù)的過(guò)程，它是景觀異質(zhì)性加強(qiáng)的直接原因，景觀破碎化表現(xiàn)的結(jié)果就是景觀類型由連續(xù)的均質(zhì)區(qū)域變成異質(zhì)不連續(xù)的斑塊鑲嵌體，從而嚴(yán)重影響景觀生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能[22]。本研究用于描述景觀破碎化特征的指數(shù)主要有平均斑塊面積、景觀離散指數(shù)、平均斑塊形狀指數(shù)和面積加權(quán)平均形狀破碎化指數(shù)。

由表4可知，居住區(qū)(M)的景觀離散指數(shù)最大為454.8，說(shuō)明該類型要素受外界干擾影響最大，這與所有研究類型要素中居住區(qū)受人類影響最為強(qiáng)烈這一事實(shí)是相符合的[23]。平均斑塊形狀指數(shù)和面積加權(quán)平均形狀破碎指數(shù)與景觀的破碎化程度具有顯著相關(guān)性，兩者取值均為0~1，平均斑塊形狀指數(shù)越接近1，表明景觀類型要素形狀越接近正方形，景觀的穩(wěn)定性越強(qiáng)；面積加權(quán)平均形狀指數(shù)越大，景觀要素斑塊空間形狀越復(fù)雜，景觀類型要素破碎化越大，說(shuō)明受自然擾動(dòng)越強(qiáng)，但是對(duì)于農(nóng)田等人造景觀卻相反[24]。景觀類型要素中，道路(L)、溝道(H)景觀斑塊的形狀最復(fù)雜，破碎程度也最大，受地質(zhì)災(zāi)害擾動(dòng)最強(qiáng)。在地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的微地貌景觀中MSI與FS2由大到小分別為：H>G>J>F>I>K和H>J>G>F>I>K，說(shuō)明溝道與流通區(qū)的景觀類型斑塊形狀最復(fù)雜，溝道與滑坡后壁破碎化最嚴(yán)重，景觀穩(wěn)定最差的，而光板巖和崩塌形成的倒石堆相對(duì)較為穩(wěn)定；其他景觀類型要素中MSI由大到小依次為：L>B>C>D>E>A>M，而FS2由大到小依次為：L>B>E>D>C>M>A，兩者的順序不一致，主要因?yàn)镕S2數(shù)值的變化不僅受到形狀差異的影響，很大程度上還受到斑塊數(shù)目變化的影響，例如農(nóng)田(E)的MSI值較小而FS2值較大，是因?yàn)檗r(nóng)田景觀形狀一般接近正方形，但是由于自然災(zāi)害的破壞，斑塊數(shù)目增多，從而破碎程度較高。

3.5景觀要素空間相互關(guān)系分析

景觀要素空間相互關(guān)系常用的指數(shù)包括密集度指數(shù)、相似鄰近百分比指數(shù)、散布與并列指數(shù)、聚集度指數(shù)和聚合度指數(shù)等。

從表5可以看出：除了叢生度外，其余4個(gè)指數(shù)的最高值均出現(xiàn)在闊葉林(B)，說(shuō)明闊葉林在流域分布中具有聚集現(xiàn)象，即便是地質(zhì)災(zāi)害以后，斑塊間隔仍然較小，分布緊密，鄰近斑塊相似程度較高，自然連接性相對(duì)較高，而叢生度的最高值為灌叢(C)，這與灌叢以聚集生長(zhǎng)的生活方式有關(guān)。道路(L)各項(xiàng)指數(shù)均是最小，說(shuō)明該要素在流域中分布散亂，斑塊之間間距大且與周圍斑塊差異性較大。

PLADJ和AI由大到小均是：B>C>E>A>D>G>K>M>I>F>J>H>L，說(shuō)明溝道、滑坡后壁、泥石流堆積區(qū)、光板巖、流通區(qū)等次生災(zāi)害產(chǎn)生的微地貌景觀聚合度與相似鄰近度低于闊葉林、灌叢等小流域的原生景觀，而其內(nèi)部流通區(qū)的聚合度相對(duì)其他要素較大，與該要素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一致的。COHESION主要說(shuō)明斑塊的連接性，其值越高聚集性越強(qiáng)，位于流域基部的闊葉林與農(nóng)田相對(duì)值較高，聚集性較強(qiáng)，而位于對(duì)海拔較高的針葉林，由于地質(zhì)災(zāi)害的破壞自然連接性較弱，但總體上仍然是原生景觀類型大于次生災(zāi)害產(chǎn)生的微地貌景觀類型，其余指數(shù)也表現(xiàn)出相似的規(guī)律。

3.6景觀水平空間格局分析

在蘇保河小流域景觀水平層次上，選取香農(nóng)多樣性指數(shù)、香農(nóng)均一性指數(shù)、蔓延度指數(shù)及分割度指數(shù)分別分析流域景觀的多樣性、均一度與破碎化程度[25-26]。

由表6可知，在景觀水平層面上，蘇保河小流域景觀多樣性指數(shù)達(dá)1.86，體現(xiàn)了其要素類型相對(duì)豐富，各要素斑塊比例差異較大，景觀破碎化程度較高，與74.06%的分割度相吻合；均勻度指數(shù)達(dá)72%，說(shuō)明研究區(qū)域中等均一性，除了闊葉林優(yōu)勢(shì)較明顯，原生景觀類型與次生災(zāi)害產(chǎn)生的景觀類型內(nèi)部斑塊面積比例相差不大；聚集度可以用來(lái)描述景觀內(nèi)不同類型要素的團(tuán)聚程度，研究區(qū)域景觀聚集度為42.93%，表示本區(qū)域景觀有許多小斑塊組成，景觀破碎化與異質(zhì)性程度較強(qiáng)。

4結(jié)論與討論

（1）研究分析發(fā)現(xiàn)，蘇保河小流域景觀要素類型較少，地震及其引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害使得本區(qū)域的景觀要素類型增加，其中針葉林、闊葉林、灌叢、草地等植被景觀類型占區(qū)域總面積的72.9%，仍然屬于蘇保河小流域的主導(dǎo)景觀類型，在區(qū)域的景觀格局中處于基質(zhì)的位置。地震及其次生災(zāi)害對(duì)區(qū)域原生景觀的形態(tài)最主要的影響就是使其形狀趨于復(fù)雜化與不規(guī)則化，以闊葉林和農(nóng)田最為明顯。

（2）通過(guò)對(duì)景觀要素空間異質(zhì)性和破碎化程度的研究可知，地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重區(qū)域及人類活動(dòng)影響較強(qiáng)的區(qū)域景觀要素空間分化明顯，異質(zhì)性較強(qiáng)且破碎化程度較高。農(nóng)田道路等人為干擾強(qiáng)烈的區(qū)域景觀要素破碎程度明顯高于針葉林、闊葉林等天然植被覆蓋的景觀要素區(qū)域。在地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的微地貌景觀要素中，各類要素的破碎化程度與其結(jié)構(gòu)特征基本相符，光板巖與崩塌相對(duì)破碎程度較低，溝道與滑坡后壁破碎化程度較高，說(shuō)明崩塌造成的裸露面與流域高海拔處的巖石在之后一段時(shí)期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，但是滑坡體與巖石相接處的區(qū)域及滑坡體內(nèi)部穩(wěn)定性較差，具有隱患。

（3）蘇保河流域不同的景觀要素類型其空間相關(guān)性不同，具體表現(xiàn)為相對(duì)海拔較低的景觀要素聚集鄰近程度高于相對(duì)海拔較高的景觀要素；自然植被覆蓋密集的區(qū)域景觀要素的聚集鄰近程度高于人為干擾較強(qiáng)的區(qū)域景觀要素；原生的景觀要素聚集鄰近程度高于災(zāi)后新生的景觀要素。在地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的微地貌形態(tài)景觀類型中，連通性較好的流通區(qū)具有將高的鄰近性。

災(zāi)后蘇保河流域的景觀要素空間格局特征產(chǎn)生了明顯的變化，景觀植被覆蓋率較高的區(qū)域，破碎化程度較其他要素低而聚集程度較高，但是地震及其次生災(zāi)害仍然加劇了其不穩(wěn)定程度；并且災(zāi)害所導(dǎo)致的溝道、崩塌、滑坡后壁等在景觀要素中占有較大的比重，尤其是滑坡后壁、溝道極具不穩(wěn)定性，在暴雨、人為擾動(dòng)等影響下仍會(huì)帶來(lái)重大災(zāi)害。在今后的生態(tài)恢復(fù)工作中應(yīng)該加強(qiáng)滑坡體中部不穩(wěn)定區(qū)域的治理，既要注重植被恢復(fù)也要加強(qiáng)工程性措施；在景觀的規(guī)劃設(shè)計(jì)方面，加強(qiáng)景觀要素的空間連通性，以溝道、道路為骨架構(gòu)建生態(tài)廊道，避免單一化粗放式的農(nóng)業(yè)活動(dòng)，農(nóng)林恢復(fù)措施相互協(xié)調(diào)，促進(jìn)蘇保河小流域經(jīng)濟(jì)-生態(tài)持續(xù)發(fā)展。

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