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Application of land economic ecological niche in landscape pattern analysis at county level: A case study of Jinghe County in Xinjiang, China.

土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用——以新疆精河县为例


本文将土地经济生态位的理论和方法引入到景观生态学当中,为区域景观格局表征提供了新的方法.选择典型的生态脆弱区精河县为研究对象,以1990、1998、2011和2013年4期Landsat影像为数据源,运用生态位态势理论计算研究区各土地利用类型的土地经济生态位,并结合景观生态学理论探讨土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用.结果表明: 研究期间,精河县耕地、建设用地和草地的土地经济生态位与相应的景观斑块数、聚合度、破碎化指数和分维数具有较好的相关性;土地经济生态位的变化对县域景观格局具有驱动作用,可表征精河县经济发展方向.土地经济生态位与可直接获得经济效益的土地利用类型关系密切,且与景观指数相结合能够很好地解释精河县景观格局的特征.
 

The theory of land economic ecological niche was used to analyze the regional landscape pattern in this article, with an aim to provide a new method for the characterization and representation of landscape pattern. The Jinghe County region, which is ecologically fragile, was selected as an example for the study, and the Landsat images of 1990, 1998, 2011 and 2013 were selected as remote sensing data. The land economic ecological niche of land use types calculated by ecostateecorole theory, combined with landscape ecology theory, was discussed in application of land economic ecological niche in county landscape pattern analysis. The results showed that, during the study period, the correlations between land economic ecological niche of farmland, construction land, and grassland with the parameters, including landscape patch number (NP), aggregated index (AI), fragmented index (FN) and fractal dimension (FD), were significant. Regional landscape was driven by the changes of land economic ecological niche, and the trend of economic development could be represented by land economic ecological niche change in Jinghe County. Land economic ecological niche was closely related with the land use types which could yield direct economic benefits, which could well explain the landscape pattern characteristics in Jinghe County when combined with the landscape indices.


全 文 :土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用
———以新疆精河县为例∗
于海洋1,2  张  飞1,2,3∗∗  王  娟1,2  周  梅1,2
( 1新疆大学资源与环境科学学院, 乌鲁木齐 830046; 2新疆大学绿洲生态教育部重点实验室, 乌鲁木齐 830046; 3新疆智慧城
市与环境建模普通高校重点实验室, 乌鲁木齐 830046)
摘  要  本文将土地经济生态位的理论和方法引入到景观生态学当中,为区域景观格局表征
提供了新的方法.选择典型的生态脆弱区精河县为研究对象,以 1990、1998、2011 和 2013 年 4
期 Landsat影像为数据源,运用生态位态势理论计算研究区各土地利用类型的土地经济生态
位,并结合景观生态学理论探讨土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用.结果表明: 研
究期间,精河县耕地、建设用地和草地的土地经济生态位与相应的景观斑块数、聚合度、破碎
化指数和分维数具有较好的相关性;土地经济生态位的变化对县域景观格局具有驱动作用,
可表征精河县经济发展方向.土地经济生态位与可直接获得经济效益的土地利用类型关系密
切,且与景观指数相结合能够很好地解释精河县景观格局的特征.
关键词  土地经济生态位; 景观指数; 景观格局; 精河县
文章编号  1001-9332(2015)12-3849-09  中图分类号  Q149  文献标识码  A
Application of land economic ecological niche in landscape pattern analysis at county level: A
case study of Jinghe County in Xinjiang, China. YU Hai⁃yang1,2, ZHANG Fei1,2,3, WANG
Juan1,2, ZHOU Mei1,2 ( 1College of Resources and Environmental Science, Xinjiang University, Uru⁃
mqi 830046, China; 2Key Laboratory of Oasis Ecology, Xinjiang University, Urumqi 830046, Chi⁃
na; 3Xinjiang Key Laboratory of Wisdom City and Environment Modeling, Urumqi 830046, China) .
⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(12): 3849-3857.
Abstract: The theory of land economic ecological niche was used to analyze the regional landscape
pattern in this article, with an aim to provide a new method for the characterization and representa⁃
tion of landscape pattern. The Jinghe County region, which is ecologically fragile, was selected as
an example for the study, and the Landsat images of 1990, 1998, 2011 and 2013 were selected as
remote sensing data. The land economic ecological niche of land use types calculated by ecostate⁃
ecorole theory, combined with landscape ecology theory, was discussed in application of land eco⁃
nomic ecological niche in county landscape pattern analysis. The results showed that, during the
study period, the correlations between land economic ecological niche of farmland, construction
land, and grassland with the parameters, including landscape patch number (NP), aggregated in⁃
dex (AI), fragmented index (FN) and fractal dimension (FD), were significant. Regional land⁃
scape was driven by the changes of land economic ecological niche, and the trend of economic de⁃
velopment could be represented by land economic ecological niche change in Jinghe County. Land
economic ecological niche was closely related with the land use types which could yield direct eco⁃
nomic benefits, which could well explain the landscape pattern characteristics in Jinghe County
when combined with the landscape indices.
Key words: land economic ecological niche; landscape index; landscape pattern; Jinghe County.
∗新疆维吾尔自治区青年科技创新人才培养工程项目(2013731002)、国家自然科学基金项目(41361045,41130531)和新疆绿洲生态(教育部
省部共建)重点实验室开放课题(XJDX0201⁃2012⁃01)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: zhangfei3s@ 163.com
2015⁃03⁃10收稿,2015⁃09⁃21接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 12月  第 26卷  第 12期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2015, 26(12): 3849-3857
    景观生态学是地理学与生态学之间的交叉学
科,20世纪 80年代兴起.景观格局作为其核心研究
内容,已形成了空间统计特征比较[1]、景观指数[2]、
马尔柯夫转移矩阵[3]等景观空间分析的方法和指
标.其中,景观指数因具有高度浓缩的景观格局信
息,能够反映景观结构组成、空间配置特征以及表达
简单量化等特点[4],广泛应用于景观格局分析及其
动态研究.随着 GIS 技术的发展,以及 Fragstats、
RULE 等软件包的升级[5],有关景观指数的研究不
断推陈出新,出现了如斑块形状指数、景观多样性、
分维度、均匀度、破碎度、分离度、优势度、粒级度等
多个定量化景观指数指标[6-8] .在对景观的表达方
面,景观指数虽然可以揭示景观的演变、更替等各种
景观格局,但无法揭示其背后的驱动因子和影响因
素[9] .
生态位指一个物种或者种群在生态环境中所占
据的地位及发挥的作用,即在时空上所占的位置和
相互间的功能关系[10] .随着生态位理论的发展,国
内学者提出了自然、社会、经济复合生态系统,将生
态位理论应用到更为广泛的领域[10-11] .近年来该理
论与土地资源的研究具有越来越紧密的联系[12-15],
张侠等[16]、倪九派等[17]在生态位态和势理论的基
础上构建了土地生态位的理论和模型.土地生态位
可以反映土地利用系统中各类型用地所能占据的空
间、具有的功能和所处的地位[16-17],能定量化表达
各土地类型占用或利用新生境的能力.在空间层面,
土地生态位是不同地域单元之间相互作用力大小的
量度[18],土地生态位越大,地域空间单元吸引人流、
物流的能力越强.
目前,将土地生态位与景观指数相结合对区域
景观格局进行分析在国内已有先例,但针对西北干
旱生态脆弱地区的研究较少.本研究区属绿洲区域,
境内的艾比湖是新疆重要的生态环境要素.本文采
用 4期遥感影像(1990年 10月 5日、1998年 9月 25
日、2011年 9 月 13 日和 2013 年 9 月 2 日),利用
ENVI 4.8 等软件对图像进行处理、统计,得出研究
区土地利用变化趋势及景观格局表征特点,计算研
究区可产生效益土地利用类型的土地经济生态位,
将土地经济生态位和景观指数相结合,探讨土地经
济生态位在县域景观格局分析中的应用,以期为西
北干旱区景观格局的分析提供研究依据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
精河县(44°02′—45°10′ N,81°46′—83°51′ E)
位于新疆维吾尔自治区西北部,准噶尔盆地西南边
缘,天山支脉婆罗科努山北麓,隶属博尔塔拉蒙古自
治州,是古“丝绸之路”北道重镇,东西长 166 km,南
北宽 134 km,面积 11275 km2,约占博尔塔拉蒙古自
治州总面积的 37%(图 1).该区属典型的北温带大
陆性干旱气候,年平均气温 7.36 ℃,年极端最高温
41.0 ℃,年极端最低温-34.7 ℃,多年平均降水量
149 mm,多年平均蒸发量 2281 mm[19] .一年中,炎热
期(最高气温≥30 ℃)72 d,酷热期(最高气温≥35
℃)15 d,极热期(最高气温≥40 ℃)0.2 d,低温期
(最低气温≤ - 10 ℃) 88 d,寒冷期 (最低气温
≤-20 ℃)39 d,严寒期(最低气温≤ -30 ℃)2 d.
1􀆰 2  资料来源和处理
采用 1990年 10月 5日 Landsat 5 TM、1998年 9
月 25日 Landsat 5 TM、2011 年 9 月 13 日 Landsat 5
TM以及 2013年 9月 2 日 Landsat 8 OLI 数据,没有
云、雾和积雪等的影响,图像质量好.采用 FLAASH
模型对所用影像数据进行辐射校正[20],将经过辐射
校正的影像进行几何精校正,利用研究区 1 ∶ 5万地
形图对影像数据各波段进行校正,采用控制点⁃多项
式拟合校正法,采用高斯⁃克吕格投影模式及三次卷
积内插法重采样进行图像点的精密校正(选择的地
面控制点的误差均小于 0.5 个像元).像元大小为 30
m×30 m,按照研究区的行政边界进行图像切割,图像
大小为 1.06×107个像元,边界范围为 43°58′23.02″—
45°8′56.29″ N、81°43′30.10″—83°45′36.50″ E.精河县
县域内有大面积山区,易影响软件 ENVI 4.8 对研究
区的监督分类效果,故对精河县影像进行区域裁剪,
图 1  研究区示意图
Fig.1  Sketch map of the study area.
0583 应  用  生  态  学  报                                      26卷
将山区部分影像暂时裁剪掉,针对被裁剪后区域进行
监督分类.实际分类区域边界范围为 44°22′20.48″—
45°8′50.98″ N、82°5′46.63″—83°45′36.50″ E,实际分
类区域图像大小为 6. 38 × 106 个像元,面积为
5442􀆰 076 km2 .除以上资料外,本文所用的自然、人
口、社会经济等数据均来源于 《精河县统计年
鉴》 [21-22]、《博尔塔拉蒙古自治州统计年鉴》 [23-24] .
1􀆰 3  研究方法
1􀆰 3􀆰 1土地经济生态位  生态位是生物单元在特定
生态系统中与环境相互作用过程中所形成的相对地
位与作用[25],主要包括两个方面:一是生物单元的
状态(生物量、个体数量、能量、适应能力、资源占有
量、经济发展水平和科技发展水平等),是过去生长
发育、学习、社会经济发展以及与环境相互作用积累
的结果,即生态位的态;二是生物单元对环境的现实
影响力或支配力,如能量和物质变换的速率、生产
力、增长率、经济增长率、占据新生境的能力,即生态
位的势.土地生态位在内涵上是一个自然、社会、经
济的多维概念,但在市场经济条件下,主要体现为土
地经济生态位[26-28] .土地经济生态位主要是由土地
利用的比较经济效益构成,是土地利用生态元在区
域经济可持续发展过程中的地位、作用和功能[29] .
计算公式为[30]:
Ni =(Si+AiP i) /∑

j = 1
(Si+AiP i)
Si =MiX i / R i   P i =Yi / R i (1)
式中:Ni为不同土地利用类型或不同地域的土地经
济生态位;Si、P i为不同土地利用类型或不同地域的
态和势;Ai为量纲转换系数;MiX i为土地面积与单位
面积收益的或地域面积与单位面积收益的乘积,即
第 i类土地利用的总收益或地域国内生产总值;Yi
为第 i类土地经济收益的年增长量或国内生产总值
年增长量;R i为附着在第 i 类土地利用类型上的人
口数量或某一地域人口数量.
本文所用土地类型的经济效益从所查阅的统计
年鉴中获得,其中,耕地产值为当年农业效益,林地
产值为当年林业效益,草地产值为当年牧业效益,水
体产值为当年水产品效益,建设用地产值为当年第
二产业效益.
1􀆰 3􀆰 2景观指数  景观指数是进行景观空间格局分
析中最为广泛的一种方法,目前对景观指数的选用
还存在一定争议[9] .本研究在以往研究的基础上,结
合区域特点舍弃了一些有争议的指标,选取了较常
用且意义较为明确的指标[31-33],包括:斑块类型面
积、斑块数、平均斑块面积、聚合度、破碎化指数和分
维数指数等,所用景观指数的计算均利用软件 Frag⁃
stats 3.3实现,其中:破碎化指数在软件 Fragstats 3.3
的统计数据基础上,利用公式进行计算.以上指数可
从 4个方面表征精河县空间格局特征及变化.
1)数量特征.斑块类型面积(CA)决定了景观的
范围以及研究和分析的最大尺度,是计算其他指标
的基础.斑块数(NP)是各土地利用类型的斑块数
量,可用来描述整个景观的异质性.平均斑块面积
(AREA_MN)是某一斑块类型的面积平均值,代表
一种平均状况,其值的变化能反馈丰富的景观生态
信息,是反映景观异质性的关键.
2)形态特征.分维数指数(FD)是复杂形体不规
则性的量度,其值在 1 ~ 2 之间.分维数指数可用于
定量描述某类型景观核心面积的大小及其边界线的
曲折性.若分维数越趋近于 1,斑块的几何形状越趋
于规则;反之,斑块的几何形状趋于不规则.这主要
是反映复杂形体占有空间的有效性,在一定程度上
也反映了人类活动对景观格局的影响[34] .
3)结构特征.聚合度(AI)从景观水平上表明同
一斑块类型的像素间聚合成斑块的邻接关系.当某
类型中所有像元间不存在公共边界时,该类型的聚
合程度最低;反之,公共边界越多,聚合度越大(最
大值为 100).
4)人类干扰程度.景观破碎化指数(FN)用于描
述景观的破碎化状况.指在自然或人为干扰作用下,
景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和
不连续的斑块镶嵌体的过程[35] .计算公式为[36]:
FN=MPS(n-1) / A (2)
式中:MPS是景观里各类斑块的平均斑块面积;n 是
景观类型斑块的总数;A是景观类型面积.
2  结果与分析
2􀆰 1  精河县土地经济生态位的变化
土地经济生态位从经济产值上反映了精河县土
地覆被的功能,景观格局可表现土地覆被的空间分
布,景观指数则反映了土地覆被空间上的结构性,三
者相结合体现了土地覆被在功能、空间及其结构上
的生态占有情况.由表 1 可以看出,1990—2013 年,
精河县耕地经济生态位的年均下降幅度为 0.3%,历
年耕地土地经济生态位稳定且数值较高,表明耕地
在研究区各类土地所附着的经济价值中占最重要位
置,即在全国各地进行快速城市化的同时,精河县的
158312期              于海洋等: 土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用———以新疆精河县为例     
表 1  精河县 1990—2013年各类景观土地经济生态位
Table 1  Land economic ecological niche of landscape from
1990 to 2013 in Jinghe County
年份
Year
耕地
Farmland
林地
Woodland
草地
Grassland
水体
Water
建设用地
Construction land
1990 0.6320 0.0151 0.0842 0.0045 0.1622
1998 0.6179 0.0045 0.1152 0.0042 0.1364
2011 0.6934 0.0102 0.0774 0.0037 0.2156
2013 0.5844 0.0179 0.0605 0.0052 0.2826
耕地产值仍对该地区的经济发展有着巨大贡献;精
河县林地经济生态位在 1990—1998 年间呈降低趋
势,1998—2013 年呈增长趋势,尤其在 2011—2013
年间,林业所占的土地经济生态位快速增长,这与近
年的地区可持续发展政策密不可分;草地的土地经
济生态位是先上升后下降,主要呈下降趋势,在
1998年达到较高的 0.1152,年均下降幅度为 1.4%,
经实地调研了解到精河县牧业多为当地少数民族进
行野外放牧来维系,因此当地的牧业与草场面积具
有紧密联系;水体的土地经济生态位无明显变化,最
高为 2013年的 0.0052,最低为 2011年的 0􀆰 0037,总
体数值较小,所产生的直接经济价值对研究区的生
产总值贡献较小,但研究区地处西北干旱生态脆弱
区,水的价值在于其间接创造的经济价值和保障区
域各生态要素正常运转和生存;建设用地的土地经
济生态位呈上升趋势,1990—1998 年呈下降趋势,
1998年后呈上升趋势,年均增长 2.4%,在这 5 种地
类中年增长率最高.这与我国近几十年的经济高速
发展带动城市化密不可分.
土地经济生态位由地区比较经济效益得出.因
此运用主成分分析方法[37],计算各年土地经济生态
位中的主成分,结果表明,各年耕地经济生态位均最
高,为第一主成分,第二主成分为建设用地,且在
1990、1998、2011、2013年二者的贡献率之和分别为
88.4%、85.9%、90.9%、91.2%,而耕地、建设用地和
草地的贡献率之和分别可达 98.8%、99.0%、98.6%
和 97.6%.说明耕地和建设用地是当地经济发展的
支柱,而耕地、建设用地和草地的经济效益为当地国
民产值的主要来源.土地经济生态位总体变化特征
为:建设用地和林地的经济生态位不断上升,耕地的
经济生态位呈小幅下降趋势,草地的经济生态位下
降趋势较明显;结合当地土地利用变化趋势、地区生
产总值和城市化程度等,精河县第一产业产值虽呈
增长趋势,但第二产业发展迅速、产值高,致使发展
模式发生一定的转变;当地耕地数量持续增长,第一
产业仍是精河县的主要经济来源.
2􀆰 2  精河县景观格局变化的空间对比分析
根据当地实际情况及全国《土地利用现状分
类》(GB / T 21010—2007) [38],利用软件 ENVI 4.8对
地类进行感兴趣区的选取,划分为 7类:耕地、林地、
草地、建设用地、盐碱地、水体、未利用地(图2) .针
图 2  决策树分类结果
Fig.2  Classification result of decision tree.
Ⅰ: 耕地 Farmland; Ⅱ: 林地Woodland; Ⅲ: 草地 Grassland; Ⅳ: 水体Water; Ⅴ: 盐碱地 Salinization land; Ⅵ: 建设用地 Construction land; Ⅶ:
未利用地 Unutilized land.
2583 应  用  生  态  学  报                                      26卷
对已获取的 4期遥感影像数据,首先通过目视解译
选取感兴趣区(ROI),利用 CART 算法对 ROI 样本
进行分析,生成决策树分类规则,进行遥感影像分
类[39] .4 期影像分类后的总精度分别为 90. 4%、
93􀆰 2%、94.4%和 93.8%,分类后的 Kappa 系数分别
为 0.8707、0.9109、0.9308 和 0.9223,满足研究精度
要求,结合 Google地图上研究区影像与分类后影像
进行对比,地物类型相吻合,为后期综合分析提供了
可靠的数据保障.
    从图 2可知,研究期间,耕地面积的大幅扩张、
林地和草地面积的持续减少、林草地退化或转换为
耕地情况明显,既是大农业的体现,也是人类活动日
益加强的结果.
2􀆰 3  景观格局指数的变化
2􀆰 3􀆰 1景观类型  从表 2 可知,水体、耕地和建设用
地是研究区主要的用地类型,其次为草地.在各类用
地中,耕地和建设用地景观面积在 1990—2013 年间
呈不断增长的态势,其中,耕地由 175.98 km2增加到
645.89 km2,增加了 469.91 km2,耕地斑块数减少,同
时耕地斑块平均面积增大;建设用地由 90.82 km2增
加到 386.70 km2,增加了 295.88 km2,建设用地斑块
增多,同时建设用地平均面积增大;水体面积基本无
太大变化.精河县景观变迁的主要来源是林地和草
地,1990—2013 年间,草地由 687. 92 km2减少到
301􀆰 22 km2,减少了 386􀆰 70 km2;林地由 313.08 km2
减少到 127.96 km2,减少了 185.12 km2,二者的斑块
数量均呈增多趋势,且平均斑块面积呈减小态势.
2􀆰 3􀆰 2景观形态特征   从 1990—2013 年景观分维
数指数的绝对值来看(表 2),耕地、林地、草地和建
设用地的分维数趋近于 2;在景观生态学上,耕地、
林地和草地景观的斑块形态复杂、自然化程度高、自
我相似度低.其中,林地和草地分维数较高,但对应
的土地经济生态位较低;建设用地的分维数指数最
高,结合研究区地处绿洲经济区域的实际情况,建设
用地的分布多分散且临近水域,斑块形状复杂;水体
的分维数指数趋近于 1,这与艾比湖的形状似胚胎
状密切相关.耕地和建设用地的景观分维数指数呈
减小趋势,耕地由 1. 62 减小到 1. 57,建设用地由
1􀆰 71减小到 1.69,表明人类在城市化的进程中,有
意识地对耕地范围、形状进行整治以及对建设用地
进行规划性扩张;林地和草地的景观分维数不断
增大,其中林地由1.66增至1.69,草地由1.66增至
表 2  1990、1998、2011和 2013年精河县各土地类型的景观指数
Table 2  Landscape indices of different land types of Jinghe County in 1990, 1998, 2011 and 2013
景观指数
Landscape index
年份
Year
耕地
Farmland
林地
Woodland
草地
Grassland
水体
Water
盐碱地
Salinization land
建设用地
Construction land
未利用地
Unutilized land
斑块类型面积 1990 175.98 313.09 687.92 526.10 861.62 90.82 2786.21
CA (km2) 1998 228.04 49.22 589.80 563.78 1104.68 264.63 2640.06
2011 512.92 127.52 381.15 702.84 822.41 294.57 2599.23
2013 645.89 127.96 301.22 488.63 653.51 386.70 2835.97
斑块数 1990 230 402 652 52 156 526 345
NP 1998 297 256 391 77 457 840 327
2011 259 565 826 191 475 965 286
2013 192 500 795 68 506 1027 405
平均斑块面积 1990 0.77 0.78 1.06 10.12 5.52 0.17 8.08
AREA_MN 1998 0.77 0.19 1.51 7.32 2.42 0.32 8.07
(km2) 2011 1.98 0.23 0.46 3.68 1.73 0.31 9.09
2013 3.36 0.26 0.38 7.19 1.29 0.38 7.00
聚合度 1990 49.06 43.89 51.38 98.07 90.21 12.92 87.54
AI 1998 48.05 17.77 55.51 96.01 78.52 29.43 86.95
2011 60.06 22.04 34.38 87.27 71.28 28.20 87.49
2013 70.09 23.85 34.94 95.64 75.07 34.75 88.29
破碎化指数 1990 0.10 0.17 0.28 0.02 0.07 0.22 0.15
FN 1998 0.11 0.10 0.15 0.03 0.17 0.32 0.12
2011 0.07 0.13 0.23 0.05 0.13 0.27 0.08
2013 0.06 0.14 0.23 0.02 0.15 0.29 0.12
分维数 1990 1.62 1.66 1.66 1.16 1.40 1.71 1.48
FD 1998 1.64 1.68 1.64 1.25 1.54 1.70 1.49
2011 1.61 1.70 1.70 1.43 1.57 1.71 1.48
2013 1.57 1.69 1.69 1.25 1.54 1.69 1.48
358312期              于海洋等: 土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用———以新疆精河县为例     
表 3  土地经济生态位与景观指数的相关系数
Table 3  Correlation coefficients between land economic ecological niche and landscape indices
样本数

斑块面积
CA
斑块数
NP
平均斑块面积
AREA_MN
聚合度
AI
破碎化指数
FN
分维数
FD
R1j 8 0.425 -0.829∗ 0.649 0.874∗∗ -0.927∗∗ -0.898∗∗
R2j 12 -0.170 -0.722∗∗ 0.533 0.580∗ -0.801∗∗ -0.760∗∗
R3j 16 -0.252 -0.129 -0.355 -0.207 -0.138 0.367
R4j 20 0.011 -0.101 -0.202 -0.010 -0.109 0.223
∗P<0.05; ∗∗P<0.01.
1.69,结合当地实际情况,与过度放牧、土地退化和
林草地被占用均有很大关系;水体的分维数除 2011
年外,其他 3 期变化比较温和,而 2011 年降水丰富
是当年分维数增大的主要原因.
2􀆰 3􀆰 3景观结构特征  景观结构是景观的组分和要
素在空间上的排列和组合形式.在景观生态学中,聚
合度表示景观水平上刻画同一斑块类型的像素间聚
合成斑块的邻接关系.从表 2 可知,水体斑块的聚合
度最高,其次为耕地;水体景观结构无太大变化;在
各类用地中,耕地和建设用地景观聚合度在 1990—
2013年间呈现不断增长的态势,其中耕地由 49.06
增加到 70.09,增幅 42.9%;建设用地由 12.92 增加
到 34.75,增幅 169.0%;林地和草地面积呈不断减少
的态势,草地景观聚合度由 51.38 减少到 34􀆰 94,降
幅 32.0%;林地景观聚合度由 43.89 减少到 23.85,
降幅 45.7%.结合图 2可知,耕地和建设用地聚合度
的增长源于二者面积均有所增加;而林地和草地聚
合度的降低与其相应面积的减少密切相关,林地和
草地转为耕地和建设用地,以及土地退化均是面积
减少的原因;水体和未利用地聚合度无明显变化,与
二者的用地类型无法轻易改变有关;盐碱地的聚合
度虽然有所降低,但根据当地实际情况,土地盐渍仍
普遍存在,轻度盐渍土因所含盐分较少与正常土地
不易区分.
2􀆰 3􀆰 4人类活动的影响   从 1990—2013 年精河县
景观破碎化指数的绝对值来看(表 2),建设用地的
破碎化指数最大,草地次之.在景观生态学中,建设
用地景观结构简单、均质化程度高,具有较高的土地
经济生态位,受人类活动影响最大,在研究区的破碎
化程度最高;草地景观空间复杂、异质化程度高,土
地经济生态位次于耕地和建设用地.水体和耕地的
破碎化指数相对较低;耕地景观受地形、水源、土壤
和人类耕作的多重影响,为便于耕作,研究区耕地多
为大片连续状态;水体的破碎化指数最低,艾比湖为
其主要水域决定了研究区水体形状较规则,且受人
类活动影响较少.林地的破碎化指数介于耕地和草
地之间,研究区处于西北干旱脆弱生态区,天然林较
少,且天然林地多在水源附近,由国家政策引导的防
护林近年已略显规模,但整体分布不均匀,对人为活
动较为依赖;盐碱地和未利用地的破碎化指数较低,
受人类影响小,但近年已有不少改良土地和大型造
林工程启动,力图改善区域生态环境.
2􀆰 4  土地经济生态位与景观指数的关系
为了研究土地经济生态位与相应景观指数的关
系,利用 SPSS计算二者的相关系数,得到精河县所
有土地经济生态位与相应景观指数之间的 Pearson
相关性(表 3).其中,R1j表示土地经济生态位的主成
分因子及相应的景观指数之间的相关关系,即仅选
取这 4个时间点的耕地经济生态位和建设用地经济
生态位,以及对应地类的景观指数作相关分析,故仅
有 8个样本;R2j是在 R1j的基础上,在样本中加入了
草地的经济生态位及相应的景观指数;R3j包括耕
地、建设用地、草地和林地;R4j为已计算经济生态位
的全部地类与相应景观指数的相关关系.
    从表 3可知,在对土地经济生态位的主成分因
子及相应的景观指数进行相关分析时,斑块数、聚合
度、破碎化指数和分维数均与土地经济生态位具有
良好的相关性;而将草地经济生态位及相应景观指
数加入样本后,斑块数、聚合度、破碎化指数和分维
数与土地经济生态位的相关程度虽有一定降低,仍
具有较好的相关性,继续将生态位权重较低的林地
经济生态位和水体经济生态位及相应景观指数放入
样本中,土地经济生态位与各景观指数均无明显
关系.
3  讨    论
土地经济生态位理论综合了自然和人为要素,
侧重于用土地经济效益描述不同土地利用类型对当
地经济的贡献程度,而区域的经济发展是景观格局
变化的重要驱动力.对土地经济生态位与相应景观
指数相关关系的分析结果表明,部分景观指数仅与
为区域经济带来较大直接经济效益的地类具有较好
4583 应  用  生  态  学  报                                      26卷
相关关系,如耕地、建设用地和草地.三者的土地经
济生态位与相应的景观斑块数、破碎化指数和分维
数呈较好的负相关,而与聚合度呈较好的正相关.对
土地经济生态位与相应景观指数的相关分析结果发
现,土地经济生态位仅与为区域经济效益带来高度
贡献的地类的 4 种景观指数相关性良好,表明这 3
种地类的 4种景观指数受土地经济生态位变化的影
响;而水体和林地经济生态位与景观指数的相关性
较弱,一方面干旱区的水体和林地无法带来较多的
直接经济效益,另一方面是由水体和林地的自然属
性所决定,如水量受天气和人为因素的限制、树木生
长期较长.总体而言,土地经济生态位的变化影响区
域景观的改变,对景观格局的改变具有驱动作用.
在农业方面,耕地面积逐年增加,斑块数、破碎
化指数和分维数随着耕地生态位增大而减小,聚合
度增大,表现出了与相关分析结果相符的现象;在第
二产业方面,建设用地经济生态位逐年增大,建设用
地面积、斑块数呈增多趋势,聚合度随之增大,破碎
化指数和分维数随生态位的增大呈降低趋势,除斑
块数不相关外,其他 3个景观指数符合结论;在牧业
方面,草地经济生态位总体呈降低趋势,草地面积逐
年减少,斑块数呈增多趋势,聚合度随之降低,破碎
化指数和分维数呈增大趋势,符合相关分析的结论.
研究区耕地向大片连续状态发展,建设用地由原绿
洲区域进行规划性扩张,草地作为易改变地类,部分
草地转化为了耕地和建设用地,或发生退化转化为
盐碱地,虽有少量面积的耕地、盐碱地和未利用地转
化为草地,但草地面积仍呈萎缩趋势,进而对精河县
所在绿洲区域形成了严重的生态安全威胁.
在本研究中,虽然水体和林地的土地经济生态
位与相应景观指数相关性较差,但由于研究区为西
北干旱生态脆弱区,水资源在经济发展中起着决定
性作用,艾比湖作为研究区最大的水体,在维持区域
生态平衡中发挥着至关重要的作用.在艾比湖流域,
水体的生态服务价值占区域所有地类总生态服务价
值的 40%左右,林地、草地次之,耕地的生态服务价
值低于草地,未利用地的生态服务价值最低,即水体
的生态系统服务价值远大于其产出的直接经济效
益[40-41] .林地和草地的大面积减少势必导致区域水
源涵养功能下降[42],而耕地面积的增多和集约利用
加剧了农业用水量,致使艾比湖周边区域生态退化、
土地沙化、盐碱化加重.水资源短缺导致人类无法对
研究区的未利用地类进行有效开发,人类活动受限,
区域经济发展受限,长此以往甚至引发区域水资源
短缺、生态恶化等一系列严重后果[43] .
当前应着手区域的均衡发展,对精河县实施区
域生态保障措施势在必行:适当减少种植面积,增加
林地、草地和水产养殖面积,将灌溉节约的水用于发
展畜牧业和渔业、用于工业化和城镇化,不仅可提高
区域水源涵养功能,亦可改善区域生态[42];杜绝弃
荒现象的出现,在保证区域耕地红线的基础上,将土
地贫瘠的耕地转化为其他用地,如草地和耐盐、旱的
经济林,同时,严禁优质耕地挪作他用;在发展当地
工业的同时,应明确排污标准,防治固、液污染物对
绿洲生态环境的污染;针对绿洲周围的未利用地,可
进行部分开发,种植经济类草场、林场,防治绿洲面
积萎缩、生态环境恶化等问题;因艾比湖地势低,水
体含盐量高,除耐盐性芦苇等植被外,一般作物不易
成活,可适当种植一些耐盐植被,不仅可改善湖边的
生态环境,同时对艾比湖流域的区域气候状况也有
一定益处.将 2011和 2013年的耕地经济生态位、建
设用地经济生态位对比,耕地降低了 15.7%,建设用
地增加了 23.5%,表明当地工业的快速发展所带来
的经济效益已占较大比重,而工业产值的快速增长
必定会对农业经济产生一定影响,如何进行区域产
业结构的调整仍是当前形势下的重要问题.
4  结    论
土地经济生态位的变化可表征精河县经济发展
建设方向.研究区土地经济生态位总体变化特征为
建设用地和林地的经济生态位不断上升,耕地的经
济生态位呈小幅下降趋势,草地的经济生态位下降
趋势较明显;结合当地的土地利用变化趋势、地区生
产总值和城市化的进展情况,精河县第一产业产值
虽呈增长趋势,但第二产业发展迅速、产值高,致使
发展模式发生一定转变;当地耕地数量持续增长,第
一产业仍会是精河县的主要经济来源.
土地经济生态位的变化对县域景观格局改变具
有驱动作用.经济的发展、城市化进程的加快,致使
人类活动在一定程度上改变了区域景观类型.经济
发展带动土地覆被的变更,1990—2013 年精河县土
地覆被类型发生很大变化,各土地覆盖类型转换明
显,尤其是草地和林地向耕地的转化十分明显.耕
地、建设用地和草地的土地经济生态位与相应的景
观斑块数、破碎化指数和分维数呈较好的负相关,与
聚合度呈较好的正相关关系.水体和林地的土地经
济生态位及其对应的景观指数之间虽无良好相关
性,但由于耕地、建设用地、草地之间的转化以及土
558312期              于海洋等: 土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用———以新疆精河县为例     
地退化等现象,致使水体和林地的景观格局仍在发
生改变,景观指数也随之变化.
土地经济生态位能够表征区域人类活动的侧重
方向.1990—2013年研究区土地利用景观格局发生
了很大变化,景观的异质性程度呈现上升趋势,土地
利用向着多样化和均匀化方向发展,尤其是 2011 年
研究区景观整体结构最为复杂.研究区的土地利用
景观格局愈来愈复杂,人类干扰程度在不断增强.不
断增加的耕地面积和建设用地面积是人类活动加强
的具体表征,研究区耕地向大片连续状态发展,建设
用地由原绿洲区域进行规划性扩张;与此同时,草地
经济生态位逐年降低,草地面积萎缩,草地景观边界
曲折、破碎化程度高;水体和林地的土地经济生态位
低,人类对水体和林地的破坏比较容易,而快速改善
二者或增加面积难度较大,故出现了水体减少、林地
景观破碎的现状.
精河县生态环境现状不容乐观.耕地面积的增
多和集约利用加剧了农业用水量,致使艾比湖周边
区域生态退化、土地沙化、盐碱化加重.水资源短缺
导致人类无法对研究区的未利用地类进行有效开
发,人类活动受限,区域经济发展受限,长此以往甚
至引发区域水资源短缺、生态恶化等一系列严重后
果.建议适当减少种植面积和转换产业结构,增加林
地、草地和水产养殖面积,将灌溉节约的水用于发展
畜牧业和渔业,以工业化和城镇化,不仅可提高区域
水源涵养功能,亦可改善区域生态环境.
总之,人类活动的变化是引起土地经济生态位
变化的主要原因,土地经济生态位与土地利用类型
关系密切,土地经济生态位与景观指数相结合能够
得到精河县科学的景观格局表征.
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作者简介  于海洋,男,1992年生,硕士研究生. 主要从事干
旱区生态环境遥感应用研究. E⁃mail: yuhaiyang6668@ 163.
com
责任编辑  杨  弘
758312期              于海洋等: 土地经济生态位在县域景观格局分析中的应用———以新疆精河县为例