全 文 ：典型红壤侵蚀景观的时空变化———以福建长汀为例*
武国胜**摇 林惠花摇 朱鹤健摇 沙晋明摇 戴文远
(福建师范大学地理科学学院, 福州 350007)
摘摇 要摇 基于典型红壤侵蚀区———福建长汀县 1988、2000 和 2007 年遥感影像和数字高程模
型,获取侵蚀景观类型数据,并利用空间数学模型分析了 1988—2007 年研究区侵蚀景观格局
的变化.结果表明:1988—2007 年,研究区不同强度的侵蚀景观类型具有互相转移的特点,主
要表现为由侵蚀强度较重的景观向侵蚀强度较轻的景观转移,同时存在少量侵蚀强度较轻景
观向侵蚀强度较重景观转移的情形,研究区侵蚀景观空间质心的变化不大,河田镇一直是研
究区侵蚀核心区域;研究期间,景观水平的景观格局指数变化反映出研究区景观的低异质性、
低破碎化和规则化趋势;斑块水平的景观格局指数变化反映出低侵蚀强度、易治理的斑块整
体好转,且合并变大,而高侵蚀强度、难治理的斑块则局部好转而破碎化.
关键词摇 侵蚀景观摇 时空变化摇 转移矩阵摇 格局指数摇 长汀县
文章编号摇 1001-9332(2011)07-1825-08摇 中图分类号摇 Q149;S157摇 文献标识码摇 A
Spatiotemporal variation of typical red soil eroded landscape pattern: A case study in
Changting County of Fujian Province. WU Guo鄄sheng, LIN Hui鄄hua, ZHU He鄄jian, SHA Jin鄄
ming, DAI Wen鄄yuan ( College of Geographical Sciences, Fujian Normal University, Fuzhou
350007, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(7): 1825-1832.
Abstract: Based on the 1988, 2000, and 2007 remote sensing images of a typical red soil eroded
region (Changting County, Fujian Province) and the digital elevation model (DEM), the eroded
landscape types were worked out, and the changes of the eroded landscape pattern in the region
from 1988 to 2007 were analyzed with the spatial mathematics model. In 1988 -2007, different
eroded landscape types in the region had the characteristics of inter鄄transfer, mainly manifested in
the transfer from seriously eroded to lightly eroded types but still existed small amount of the trans鄄
ference from lightly eroded to seriously eroded types. Little change was observed in the controid of
the eroded landscape. In the County, Hetian Town was all along the eroded center. During the
study period, the landscape pattern index showed a tendency of low heterogeneity, low fragmenta鄄
tion, and high regularization at landscape level, but an overall improvement and expansion of lightly
eroded and easy鄄to鄄tackle patches as well as the partial improvement and fragmentation of seriously
eroded and difficult鄄to鄄tackle patches at patch level.
Key words: erosion landscape; spatiotemporal variation; transfer matrix; pattern index; Changting
County.
*国家自然科学基金项目(40871141)和福建省自然科学基金项目
(2060203)资助.
**通讯作者. E鄄mail: wguosheng@ 163. com
2010鄄11鄄24 收稿,2011鄄03鄄30 接受.
摇 摇 景观生态学以生态学理论框架为依托,吸收现代
地理学和系统科学之所长,主要研究景观的结构(空
间格局)、功能(生态过程)和演化(空间动态) [1] .土
壤侵蚀既是地理过程也是退化的生态过程,不同侵蚀
等级的土壤斑块在空间上更迭组合,在时间上互相转
化,包含了景观生态学研究的格局、状态、变化全过
程,因此不同强度的土壤侵蚀被视为独特的景观类
型———侵蚀景观[2-3] .作为景观类型的一类,侵蚀景
观与土壤侵蚀过程紧密相关.土壤侵蚀过程是在一定
生态环境的客观因素影响下叠加了人类活动的干扰
而成,传统的定性分析往往不能客观评述.随着地理
信息系统(GIS)和遥感技术(RS)等在土壤侵蚀和景
观生态学中定量研究的广泛应用[4-6],使看似无序的
景观斑块镶嵌能挖掘出潜在的、有意义的规律性,从
而确定产生和控制空间格局的因子和机制,并可比较
不同景观的空间格局及其效应[7] .
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 7 月摇 第 22 卷摇 第 7 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2011,22(7): 1825-1832
近年来,许多学者在土壤侵蚀与生态环境关系
方面进行了大量研究. 如吴志峰等[8]在 RS 和 GIS
技术支持下,对珠海最主要的人为侵蚀景观类
型———土石场开展了空间分布分析和景观生态影响
评价;徐崇刚等[9]结合空间直观景观模型 LANDIS
和土壤通用流失修正方程,动态模拟了呼中林区未
来的土壤侵蚀量;游珍等[10]对景观生态学的基本理
论在土壤侵蚀学中的应用进行了探讨;魏建兵等[11]
分析了景观指数与土壤侵蚀模数的关系,探讨了土
地利用调整和流域综合治理下的景观结构特征对土
壤侵蚀的影响;查轩和张萍[12]对土地利用景观空间
格局进行定量化研究,探讨了景观格局与水土流失
过程之间的关系以及人类活动对景观格局和生态过
程的影响;杨孟等[13]利用景观空间负荷对比指数分
析了土地利用 /覆被类型随空间要素的配置、贡献权
重和组成比例对土壤侵蚀的影响;张素梅等[14]通过
计算土壤侵蚀模数与景观指数的相关性,探讨了景
观格局对低、高强度侵蚀区土壤侵蚀的影响;孙希华
等[15]利用 GIS 交叉分类方法,分析了沂蒙山区不同
植被景观类型与土壤侵蚀的定量关系;葛方龙等[16]
对景观格局鄄过程鄄生态效应的相互驱动机制及当前
的研究进展进行了系统综述;李斌和张金屯[17]在对
黄土高原植被进行分区的基础上,分析了不同植被
区土壤侵蚀的类型及结构特征;刘前进和于兴修[18]
通过选取具生态学意义的侵蚀强度景观格局指数,
从垂直维度上分析了侵蚀景观格局的变化特征;杨
翠林和秦富仓[19]通过建立几个流域景观格局特定
情景,分析大沟头流域景观格局动态变化对流域土
壤侵蚀景观格局的影响;聂小军和徐小涛[20]结合中
国土壤侵蚀严重的西部地区探讨了耕作侵蚀引起的
坡地景观格局、能流、物流变化及其对水体的危害.
以往相关研究集中在生态景观格局及其变化对土壤
侵蚀的影响,而从侵蚀景观时空变化角度来探讨土
壤侵蚀演变规律的报道则相对较少.
长汀县是福建省土壤侵蚀最严重的地区之一,
由于水土流失的严重性、典型性、治理工作的长期性
和相对连续性,学术界已经把长汀县水土流失治理
的研究工作作为福建省乃至中国南方亚热带红壤丘
陵水土流失治理的一个典型区[21-25] . 本文应用
GIS / RS技术和景观生态学方法,研究了 1988—2007
年长汀县侵蚀景观的时空分异规律和景观格局指数
变化特征,以期为长汀县侵蚀景观的优化配置和合
理布局提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
长汀县为福建省西部内陆山区县份,地处武夷山
脉南段,为闽赣两省的边陲要冲,土地面积
3086郾 92 km2 .气候暖热湿润,年均降水量1737郾 1 mm,
3—6月降水量占全年降水量的 60%以上,且多暴雨.
低山、丘陵占全县土地总面积的 71%,地形破碎,岭谷
相间.花岗岩发育的红壤抗蚀能力弱,原始植被多遭
破坏.现有植被主要为马尾松(Pinus massoniana)、灌
丛和荒草坡等次生植被和人工植被.
2007 年,长汀县总人口 49郾 74 万,平均人口密
度达 162 人·km-2 . 其中,农业人口 35郾 17 万,占总
人口比重的 70郾 7% .全县 GDP为 431904 万元,人均
GDP 为 8683 元,为同期福建省全省平均水平
(144269 元)的 33郾 5% ,是福建省的贫困县之一.
1郾 2摇 数据来源
对研究区第二次土壤普查图(1991 年)、1991
年地质图、1988 年土地利用现状图、1 颐 5 万地形图
和 2003 年行政区图进行扫描后统一设定为北京 54
坐标,将图件数字化生成矢量图. 1988 年 12 月 19
日 TM影像(空间分辨率 30 m,包括 1 ~ 5 波段和 7
波段)、2000 年 1 月 27 日 ETM+影像(空间分辨率
30 m,包括 1 ~ 5 波段和 7 波段)和 2007 年 3 月 3 日
SPOT影像(空间分辨率 10 m、20 m,包括 1 ~ 4 波
段)也转换成上述坐标.
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 土壤侵蚀数据的提取摇 以 1988、2000 和 2007
年福建长汀县遥感影像为主要数据源,结合野外调
查,借助于研究区土壤普查图、土地利用类型现状
图、地质图,首先通过人工目视解译,获取各年份土
地利用类型图,利用像元二分模型计算获取各年份
植被覆盖度图,利用地形图生成数字高程模型(dig鄄
ital evaluation model,DEM),再通过 ArcGIS 软件的
Spatial Analyst模块生成坡度图,将土地利用图、植
被覆盖度图和坡度图叠加,按土壤侵蚀强度分级标
准计算出土壤侵蚀初步结果(表 1),将初步结果进
行野外实地验证,采用 GPS 野外路线随机抽样,共
选择 267 个样点,总体精度为 80郾 3% ,Kappa 值为
0郾 76.经复核发现,土壤侵蚀强度误判现象主要发生
在坡度 15毅以下区域,据此重点对坡度 15毅以下区域
对照影像特征进行重点修正,在此基础上,得到
1988、2000 和 2007 年研究区土壤侵蚀强度的栅格
图(30 m伊30 m,图 1).
6281 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 1摇 研究区土壤侵蚀强度分级标准
Table 1摇 Classification standard of soil erosion intensity in the study area
土地类型
Land type
覆盖度
Coverage
(% )
坡度 Slope (毅)
臆5 5 ~ 8 8 ~ 15 15 ~ 25 25 ~ 35 >35
非耕地 >90 微度 Weak 微度 Weak 微度 Weak 轻度 Slight 轻度 Slight 中度 Moderate
Uncultivated 70 ~ 90 微度 Weak 轻度 Slight 轻度 Slight 轻度 Slight 中度 Moderate 中度 Moderate
land 50 ~ 70 微度 Weak 轻度 Slight 轻度 Slight 中度 Moderate 中度 Moderate 强度 Intense
30 ~ 50 轻度 Slight 轻度 Slight 中度 Moderate 中度 Moderate 强度 Intense 极强度
Extremely intense
10 ~ 30 轻度 Slight 中度 Moderate 中度 Moderate 强度 Intense 极强度
Extremely intense
剧烈 Severe
臆10 轻度 Slight 中度 Moderate 强度 Intense 极强度
Extremely intense
剧烈 Severe 剧烈 Severe
坡耕地
Sloping farmland
微度 Weak 轻度 Slight 中度 Moderate 强度 Intense 极强度
Extremely intense
剧烈 Severe
水体 Water 微度 Weak 微度 Weak 微度 Weak 微度 Weak 微度 Weak 微度 Weak
图 1摇 1988、2000、2007 年长汀县土壤侵蚀强度等级的分布
Fig. 1摇 Distribution of soil erosion intensity grades of Changting County in 1988, 2000 and 2007.
1郾 3郾 2 侵蚀景观时空变化研究 摇 本文利用 ArcGIS
9郾 1 软件,应用代数法对 3 个时期的土壤侵蚀景观
进行空间叠加运算,生成 1988—2000 年、2000—
2007 年土壤侵蚀强度的转移矩阵,以获取研究区土
壤侵蚀景观的时空变化.
利用侵蚀斑块分布重心的变化进一步反映侵蚀
景观的时空演变过程. 首先分别求算 1988、2000 和
2007 年研究区侵蚀景观中各斑块的质心坐标(以经
纬度表示),进而乘以各侵蚀强度斑块的面积,将乘
积累加后除以同期研究区侵蚀景观总面积. 通过
ArcInfo软件的 Centroidlabels 命令将各侵蚀斑块的
质心标出并转换成 Coverage,再转成大地坐标系,得
到各斑块质心的经纬度坐标,再根据式 (1)算出
1988、2000 和 2007 年侵蚀景观的分布重心坐标:
X t =移
N
i = 1
(C t i 伊 X i) /移
N
i = 1
C t i
Yt =移
N
i = 1
(C t i 伊 Yi) /移
N
i = 1
C t i
式中:X t、Yt 分别为 t时刻研究区土壤侵蚀斑块分布
重心坐标;X i、Yi 为第 i种侵蚀强度斑块的几何中心
坐标;C t i 为 t时刻第 i类侵蚀强度的斑块面积.
1郾 3郾 3 侵蚀景观格局指数的选取摇 在景观时空格局
的研究中,景观格局指数应用最普遍,但由于格局指
数众多,且彼此之间多高度相关,故所选用的格局指
数并非越多越好,需根据研究对象的内在特征,以
“准确描述景观格局特征并建立起景观结构与过程
或现象的联系、更好地解释与理解景观功能冶为景
观格局指数的选用准则.利用 1988、2000 和 2007 年
研究区土壤侵蚀强度景观图(分辨率 30 m伊30 m),
在景观格局分析软件 FRAGSTATS 3郾 3 支持下,选择
斑块数(NP)、平均斑块面积(MPS)、平均形状指数
(MSI)、边缘密度(ED)、面积加权平均斑块分维度
(AWMPFD)、Shannon 多样性指数 ( SDI)、 Shannon
均匀度指数(SEI) 7 个指标(表 2),分析研究区侵
蚀景观格局特征.
72817 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 武国胜等: 典型红壤侵蚀景观的时空变化———以福建长汀为例摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 本文选取的景观格局指数及其生态学意义
Table 2摇 Landscape indexes selected in the paper and their ecological meanings
景观指数
Landscape index
公式
Formula
意义
Meaning
斑块数 NP NP=P NP指景观中各类斑块的总数,描述景观异质性特征 NP indicated
the total number of patches in the landscape, which reflected the hetero鄄
geneity of the landscape.
平均斑块面积 MPS MPS = ANP
MPS指某类景观所有斑块面积(A)除以斑块总数,其值大小揭示了
景观破碎化程度 MPS indicated the area of all the patches in a particu鄄
lar type of landscape (A) divided by the total number of patches郾 MPS
value revealed the degree of landscape fragmentation.
平均斑块形状指数
MSI MSI = 移
m
i = 1
移
n
j = 1
(0郾 25pij / aij[ ]) / N
MSI指经过数学转化的斑块边长与面积之比,其值反映了斑块形状
与等面积正方形之间的偏离程度. 取值范围逸1 MSI indicated the
ratio of the patch length to its area, which reflected the deviation of the
patch shape from equal鄄area square. The range逸1.
边缘密度 ED ED= EA 伊10000
ED指所有景观斑块边界总长度(E)除以景观(或斑块)面积(A).
它反映景观或类型被边界分割的程度,也是景观破碎化程度的重要
指标 ED indicated the total length of all landscape patch boundary (E)
divided by the area (A) of the landscape ( or patch) . It reflected the
boundary segmentation degree of the landscape or type. It was an impor鄄
tant index of landscape fragmentation degree.
面积加权平均斑块
分维数 AWMPED AWMPED = 移
m
i = 1
移
n
j = 1
2ln(0郾 25pij)
ln(aij)
aij( )[ ]A
AWMPED值越大表示斑块形状越不规则,受外界干扰越小.其值在
1 ~ 2 The greater the AWMPED value, the more irregular shape of pat鄄
ches, the less susceptible to external interference. Ranged from 1 to 2.
Shannon多样性指数
SDI SDI = - 移
m
i = 1
(Pi lnPi)
SDI反映景观要素的数量和各景观类型要素所占比例,其值越大,表
示景观多样性越高. Pi 为某一景观类型中斑块 i 所占面积的百分
比,m为斑块数目 SDI indicated the number of landscape elements and
the proportion of each landscape element type. The greater the SDI
value, the higher landscape diversity. Pi indicated the percentage of the
area of patch i, m indicated the patch number.
Shannon均匀度指数
SEI
SEI=SDI / SDImax
SDImax = lnm
SEI指不同景观类型分配的均匀程度,其值越大,表明景观各组成成
分分配越均匀. SDImax为最大多样性指数 SEI indicated the distribu鄄
tion uniformity of different landscape types in the landscape. The greater
the SEI value, the more uniform distribution of the composition of the
landscape. SDImax was the maximum diversity.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 长汀县侵蚀景观时空变化特征
1988、2000 和 2007 年,长汀县侵蚀景观均以微
度侵蚀为基质,其他 5 种侵蚀景观以斑块形式镶嵌
其中. 1988—2000 年,研究区微度侵蚀面积呈现明
显递增态势,2000—2007 年间微度侵蚀景观的净增
面积是 1988—2000 年间的 13郾 3 倍;轻度和极强度
侵蚀景观面积均有所增加,而中度、强度和剧烈侵蚀
景观面积都有不同程度的减少(表 3).
研究期间,长汀县各种土壤侵蚀景观具有互相
转移的特点,且以侵蚀强度较重的景观向侵蚀强度
较轻的景观转移为主. 1988—2000 年,51%的轻度
侵蚀景观转为微度侵蚀景观,78郾 3%的中度侵蚀景
观转为微度和轻度侵蚀景观,82郾 3%的强度侵蚀景
观转为中度以下侵蚀景观,90郾 2%的极强度侵蚀景
观转为强度以下侵蚀景观,94郾 9%的剧烈侵蚀景观
转为极强度以下侵蚀景观(表4) . 2000—2007年,
表 3摇 不同年份长汀县侵蚀景观组成
Table 3摇 Composition of erosion landscapes of Changting County in different years
侵蚀类型
Erosion
type
1988
面积
Area
(hm2)
百分比
Percentage
2000
面积
Area
(hm2)
百分比
Percentage
2007
面积
Area
(hm2)
百分比
Percentage
1988—2000 年
面积的变化
Change of area
during 1988 to
2000 (hm2)
2000—2007 年
面积的变化
Change of area
during 2000 to
2007 (hm2)
微度 Weak 236494郾 60 76郾 6 238505郾 67 77郾 3 265244郾 90 85郾 9 2011郾 07 26739郾 23
轻度 Slight 38959郾 38 12郾 6 44991郾 63 14郾 6 24490郾 26 7郾 9 6032郾 25 -20501郾 37
中度 Moderate 14072郾 31 4郾 6 6864郾 48 2郾 2 12357郾 27 4郾 0 -7207郾 83 5492郾 79
强度 Intense 10994郾 94 3郾 6 9216郾 09 3郾 0 5480郾 55 1郾 8 -1778郾 85 -3735郾 54
极强度 Extremely intense 7285郾 41 2郾 4 8371郾 80 2郾 7 957郾 24 0郾 3 1086郾 39 -7414郾 56
剧烈 Severe 886郾 05 0郾 3 743郾 04 0郾 2 162郾 54 0郾 1 -143郾 01 -580郾 50
8281 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 4摇 1988—2000 年长汀县不同土壤侵蚀景观的转移矩阵
Table 4摇 Transfer matrix of different erosion landscapes in Changting County from 1988 to 2000 (hm2)
1988 年侵蚀类型
Erosion type
in 1988
2000 年侵蚀类型 Erosion type in 2000
微度
Weak
轻度
Slight
中度
Moderate
强度
Intense
极强度
Extremely intense
剧烈
Severe
总计
Total
微度 Weak 208877郾 76 17574郾 12 1982郾 34 2818郾 08 5047郾 56 194郾 76 236494郾 62
轻度 Slight 19695郾 78 15003郾 99 1329郾 75 1376郾 19 1449郾 27 104郾 40 38959郾 38
中度 Moderate 4410郾 09 6605郾 10 1229郾 94 1046郾 88 687郾 33 92郾 97 14072郾 31
强度 Intense 4071郾 60 3731郾 22 1247郾 13 1258郾 11 593郾 91 92郾 97 10994郾 94
极强度 Extremely intense 1389郾 87 1779郾 39 965郾 52 2437郾 83 499郾 86 212郾 94 7285郾 41
剧烈 Severe 60郾 57 297郾 81 109郾 80 279郾 00 93郾 87 45郾 00 886郾 05
总计 Total 238505郾 67 44991郾 63 6864郾 48 9216郾 09 8371郾 80 743郾 04 308692郾 71
表 5摇 2000—2007 年长汀县不同土壤侵蚀景观转移矩阵
Table 5摇 Transfer matrix of different erosion landscapes in Changting County from 2000 to 2007 (hm2)
2000 年侵蚀类型
Erosion type
in 2000
2007 年侵蚀类型 Erosion type in 2007
微度
Weak
轻度
Slight
中度
Moderate
强度
Intense
极强度
Extremely intense
剧烈
Severe
总计
Total
微度 Weak 223240郾 05 9859郾 50 3305郾 16 1707郾 57 373郾 41 19郾 98 238505郾 67
轻度 Slight 26904郾 33 11215郾 89 5060郾 52 1514郾 43 250郾 29 46郾 17 44991郾 63
中度 Moderate 3841郾 38 1131郾 21 1225郾 26 567郾 00 69郾 75 29郾 88 6864郾 48
强度 Intense 5021郾 10 1205郾 55 1744郾 92 1044郾 90 156郾 96 42郾 66 9216郾 09
极强度 Extremely intense 5917郾 95 924郾 66 857郾 34 554郾 94 95郾 13 21郾 78 8371郾 80
剧烈 Severe 320郾 04 153郾 45 164郾 07 91郾 71 11郾 70 2郾 07 743郾 04
总计 Total 265244郾 85 24490郾 26 12357郾 27 5480郾 55 957郾 24 162郾 54 308692郾 71
59郾 8%的轻度侵蚀景观转为微度侵蚀景观,72郾 4%
的中度侵蚀景观转为微度和轻度侵蚀景观,86郾 5%
的强度侵蚀景观转为中度以下侵蚀景观,98郾 6%的
极强度侵蚀景观转为强度以下侵蚀景观,99郾 7%的
剧烈侵蚀景观转为极强度以下侵蚀景观(表 5). 研
究期间也存在少量的侵蚀强度较轻景观向侵蚀强度
较重景观转移的情形.
摇 摇 1988—2000 年,研究区侵蚀重心向东北方向移
动了 3郾 01 km,2000—2007 年侵蚀重心往东南移动
了 0郾 67 km,整个研究期间的侵蚀重心均在河田镇
(图 2).说明长汀县侵蚀景观空间分布比重变化不
大,以河田镇为中心的区域一直是侵蚀重点区.
1988—2000 年侵蚀重心北移的原因在于该时段的
治理主要集中在三洲、河田,而北部的乡镇出现了新
的流失斑块. 2000—2007 年侵蚀景观重心的位置变
动较小,说明研究区侵蚀从面上基本得到控制,今后
的侵蚀治理仍应以河田为中心,并兼顾面上的稳定.
2郾 2摇 长汀县侵蚀景观格局指数的变化
2郾 2郾 1 景观尺度上景观格局指数的变化摇 从图 3 可
以看出,1988—2007 年,研究区斑块数呈逐渐减少
趋势,斑块平均面积有所增加,说明期间研究区景观
异质性逐渐降低.由于人类的集中治理和生态修复,
使 2000—2007 年研究区侵蚀景观的破碎化程度明
显下降. 研究区 Shannon 多样性指数从 1988 年的
0郾 83 减为 2000 年的 0郾 78,再减至 2007 年的 0郾 55,
说明了该区景观异质性的减小. 研究区 Shannon 均
匀度也有所减小,说明景观中侵蚀斑块优势度在增
大,斑块类型在景观中趋于不规则.由于人类的积极
修复,使景观中原有微度侵蚀斑块的面积优势进一
步凸显,而其他侵蚀强度的斑块面积则不断弱化,进
而引起景观形状和边缘密度的不规则化. 1988—
2000年,长汀县边缘密度明显变大,2000—2007年
图 2摇 长汀县侵蚀重心的空间分布(以河田镇域为背景)
Fig. 2摇 Distribution of erosion mean center in Changting County
(take the Hetian Town as the background).
92817 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 武国胜等: 典型红壤侵蚀景观的时空变化———以福建长汀为例摇 摇 摇 摇 摇
图 3摇 研究区景观尺度的景观格局指数变化
Fig. 3 摇 Change of landscape pattern indexes under landscape
scale in the study area.
则变小,说明研究区景观破碎程度先增大后减小.面
积加权平均斑块分维数则表现为先变小后不变,人
为干预是研究区斑块形状整体较规则的主要原因.
2郾 2郾 2 斑块尺度上景观格局指数的变化摇 从表 6 可
以看出,1988、2000 年,长汀县各侵蚀强度景观的斑
块数排序一致,从大到小依次为微度>剧烈>轻度>
极强度>强度>中度;2007 年,微度侵蚀景观的平均
斑块面积最大,随着侵蚀强度的增加,斑块平均面积
呈递减趋势,其中剧烈侵蚀平均斑块面积最小;研究
期间,面积加权平均斑块分维数随侵蚀程度增强有
变小的趋势,说明人类对侵蚀强度较大景观的干预
更强;平均斑块形状指数和边缘密度的变化较复杂,
表明影响斑块形状的因素较多,且以人为干预为主.
1)微度侵蚀景观斑块指数的变化. 1988—2007
年,研究区微度侵蚀景观斑块数的变化不大,而斑块
平均面积则呈明显上升趋势,平均斑块形状指数
(MSI)随时间而变小,可见微度侵蚀景观作为长汀
县景观基质,有不断扩大趋势.微度侵蚀景观面积比
重由 1988 年的 76郾 6%增至 2000 年的 77郾 3% ,再增
至 2007 年的 85郾 9% ,说明研究区侵蚀治理的显著
成效.很多微度侵蚀斑块连接成片,斑块平均面积增
大明显.边缘密度(ED)值先增大(1988—2000 年)
后减小(2000—2007 年),说明前一阶段该类景观的
土壤侵蚀除受人类影响外,还明显受到自然环境因
素的影响,后一阶段主要是人类的作用使微度侵蚀
景观斑块趋于简单.
2)轻度侵蚀景观斑块指数的变化. 长汀县轻度
侵蚀景观的面积比重从 1988 年的 12郾 6% 上升到
2000 年的 14郾 6% ,2007 年又下降至 7郾 9% . 1988—
2007 年,研究区轻度侵蚀景观的斑块数呈明显下降
趋势;MSI和 ED均表现为先变小后变大,说明轻度
侵蚀景观的斑块形状先变简单后变复杂;面积加权
平均斑块分维数(AWMPFED)先变大后变小,反映
前一阶段人类对轻度侵蚀景观影响的强度大于后一
阶段.
3)中度侵蚀景观斑块指数的变化. 1988、2000
和 2007 年长汀县中度侵蚀景观的面积比重分别为
4郾 6% 、2郾 2%和 4郾 0% . 研究期间,长汀县中度侵蚀
景观斑块数呈降低趋势. 研究区该类景观的斑块平
均面积表现为先减小 ( 1988—2000 年) 后增加
(2000—2007 年).
4)强度侵蚀景观斑块指数的变化. 研究期间,
长汀县强度侵蚀景观的面积比重以及斑块数均呈下
降趋势;斑块平均面积的变化不大.说明强度侵蚀景
观整体转化为其他强度侵蚀的景观,而不是内部合
并. ED从大到小的变化也正体现了斑块离散程度下
0381 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 6摇 研究区斑块尺度的景观格局指数
Table 6摇 Landscape pattern indexes under patch scale in the study area
指标
Index
年份
Year
侵蚀类型 Erosion type
微度
Weak
轻度
Slight
中度
Moderate
强度
Intense
极强度
Extremely intense
剧烈
Severe
斑块数 NP 1988 115 5515 4231 3176 1676 44
2000 111 5459 4081 2408 1489 58
2007 112 4473 3716 1760 321 66
平均斑块面积 1988 2056郾 47 7郾 06 3郾 33 3郾 46 4郾 35 20郾 14
MPS (hm2) 2000 2158郾 32 8郾 24 1郾 68 3郾 83 5郾 62 12郾 71
2007 2368郾 26 5郾 48 3郾 33 3郾 11 2郾 98 2郾 46
平均斑块形状 1988 1郾 75 1郾 67 1郾 45 1郾 47 1郾 44 2郾 41
指数 MSI 2000 1郾 68 1郾 56 1郾 50 1郾 48 1郾 44 1郾 25
2007 1郾 55 1郾 66 1郾 59 1郾 52 1郾 49 1郾 42
边缘密度 ED 1988 29郾 33 29郾 33 13郾 25 10郾 67 6郾 21 0郾 64
2000 30郾 55 29郾 55 19郾 31 6郾 21 2郾 50 2郾 98
2007 25郾 41 21郾 24 13郾 15 5郾 53 1郾 01 0郾 18
面积加权平均斑块 1988 1郾 35 1郾 19 1郾 19 1郾 18 1郾 18 1郾 17
分维数 AWMPFED 2000 1郾 34 1郾 20 1郾 19 1郾 12 1郾 08 1郾 06
2007 1郾 33 1郾 17 1郾 14 1郾 12 1郾 11 1郾 09
降、斑块受各种干扰减弱的特征.
5)极强度侵蚀景观斑块指数的变化. 研究期
间,长汀县极强度侵蚀景观的面积比重和斑块数均
明显下降. 2000 年斑块平均面积较大的原因是由于
人为治理使剧烈侵蚀景观部分降级为极强度侵蚀景
观. ED和 AWMPFED均表现为下降趋势.
6)剧烈侵蚀景观斑块指数的变化. 研究期间,
长汀县剧烈侵蚀景观的面积比重和斑块平均面积呈
降低趋势,斑块数呈上升趋势.说明研究区剧烈侵蚀
景观的破碎化越来越严重. MSI 和 AWMPFED 均呈
降低趋势,足见人类干预对剧烈侵蚀景观斑块变化
的影响.
3摇 讨摇 摇 论
采用土地利用、坡度和植被覆盖叠加运算法可
快速提取土壤侵蚀景观类型数据,数据精度满足研
究需要,该方法是研究土壤侵蚀强度分布的简便而
快捷的方法.
研究区侵蚀景观在时空上均表现为以微度侵蚀
景观为基质的共同特征,且基质面积有不断扩大趋
势,不同侵蚀景观间互相转移,以强度较大的侵蚀景
观向强度较小的侵蚀景观转移为主,说明研究区土
壤侵蚀已经得到了有效治理,但仍有部分低强度侵
蚀景观转移为高强度侵蚀景观,研究区土壤侵蚀在
整体好转的同时也有部分恶化. 研究区侵蚀景观的
空间重心一直位于河田镇,空间位置变化较小.说明
研究区的土壤侵蚀主要是在研究时段前形成,人类
治理是侵蚀重心微移的原因. 以河田为中心的区域
仍是侵蚀重点区.
在景观尺度上,长汀县斑块数、平均斑块面积、
Shannon多样性指数的变化说明研究区景观异质性
在降低.均匀度指数的变化则指出低强度侵蚀景观
的斑块优势度在增大. 边缘密度和面积加权平均斑
块分维数的变化共同体现出人类积极修复引起了研
究区斑块形状整体规则化.
在斑块尺度上,长汀县不同侵蚀强度景观格局
指数的差异反映了不同侵蚀强度景观的变化特点及
成因.研究期间,低强度侵蚀景观表现为斑块数减少
和平均斑块面积增加,边缘规则化;高强度侵蚀景观
表现为斑块数增加、平均斑块面积减少,破碎化程度
提高,说明人类的治理干预使不同强度侵蚀景观斑
块向相反方向转化.低强度侵蚀斑块易治理,且有整
体好转合并变大的特点;而高强度侵蚀斑块难治理,
虽然局部好转,但破碎化程度依然较高.
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作者简介 摇 武国胜,男,1969 年生,博士,讲师. 主要从事景
观生态与地学信息图谱研究,发表论文 10 余篇. E鄄mail:
wguosheng@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
2381 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷