全 文 ：干旱区绿洲廊道景观研究 ———以金塔绿洲为例 3
马明国1 　曹　宇2 3 3 　程国栋1
(1 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室 ,兰州 730000 ;
2 中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
【摘要】　干旱区绿洲内主要廊道景观类型包括河流、水渠、田间防护林和公路等. 以金塔绿洲为例 ,介绍廊
道景观在绿洲的形成与发展过程中传输物质和能量、阻隔荒漠景观扩展和入侵的基本生态功效. 利用 GIS
方法分析试验区内的廊道分布状况以及与各类景观之间的空间关系. 在近 10 年景观格局的动态变化监测
的基础上 ,分析廊道的驱动作用. 结果表明 ,用长度和宽度、周长和面积比、密度和非均匀度来表示廊道的
各种特性 ;金塔绿洲廊道总长为 1838. 5km ,密度为 2. 1km·km - 2 ,以渠道和公路为主 ;水浇地、林地和城镇
居民地廊道密度最大 ,受影响程度最高 ;绿洲内沟渠廊道质量的改进是影响水浇地等景观变化的重要驱动
力之一.
关键词 　干旱区 　绿洲 　廊道景观
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 12 - 1624 - 05 　中图分类号 　Q149 　文献标识码 　A
Oasis corridor landscape in arid regions :A case study of Jinta Oasis. MA Mingguo1 ,CAO Yu2 and CHEN G
Guodong1 (1 The S tate Key L aboratory of Frozen Soil Engineering , CA EERI , Chinese Academy of Sciences ,
L anz hou 730000 ;2 Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J .
A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (12) :1624～1628.
In arid region oasis , the main corridor landscape types include river , ditch , shelterbelt and road. This paper in2
troduced their basic ecological effects on transporting mass and energy and on obstructing desert landscape expan2
sion and incursion. Using Geographic Information System ( GIS) , the corridor distribution and its spatial rela2
tionship with other landscape types in the Jinta Oasis were analyzed. Based on the dynamically monitoring on the
landscape pattern change of the Jinta Oasis during the latter 10 years , the driving functions of the corridors on
this change were analyzed in detail. The results showed that all kinds of corridors’characteristics could be quan2
tified by the indexes such as length and width , ratio of parameter and area , density ,and non2heterogeneity. The
total corridor length of Jinta Oasis is 1838. 5 kilometers and its density is 2. 1 km·km - 2 . The corridor density of
the irrigated land , forest and resident area is maximal ,showing that the affection degree of the oasis corridors on them
is the most . The improvement of the corridor quality is one of the important driving factors on the irrigated land.
Key words 　Arid regions , Oasis , Corridor landscape.3 中国科学院知识创新工程重大项目 ( KZCX12SW204) 和中国科学
院寒 区 旱 区 环 境 与 工 程 研 究 所 知 识 创 新 工 程 资 助 项 目
(CACX210018) .3 3 通讯联系人.
2001 - 10 - 26 收稿 ,2002 - 03 - 11 接受.
1 　引 　　言
廊道 (Corridor)是不同于两侧基质的狭长地带.
廊道最明显的用途是运输 ,同时具有通道、屏障、源、
汇和栖息地以及过滤的功能. 廊道一般可分为 3 种
类型 :1)线状廊道 (如小道、公路、树篱、地产线、排水
沟及灌渠等)指全部由边缘物种占优势的狭长条带 ;
2)带状廊道 ,指其中心内部环境具有丰富内部生物
的较宽条带 ;3)河流廊道 ,分布在水道两侧 ,其宽度
随河流大小而变化[2 ] .
景观生态学研究从 20 世纪 80 年代初在国内兴
起 ,廊道景观研究作为其研究方向之一. 肖笃宁
等[8 ]对辽河三角洲湿地廊道景观进行了研究. 宗跃
光[12 ]研究了城市景观生态规划中的廊道效应. 康相
武[3 ]在研究干旱区廊道景观时提出 ,干旱区的生态
问题可认为是土地覆盖或土地镶嵌类型的变化问
题.借助遥感 (Remote Sensing ,RS) 和地理信息系统
( Geographic Information System , GIS) 以及全球定
位系统 ( Global Position System , GPS) ,运用景观生
态学的理论和方法解决这类问题具有十分重要的意
义 ,干旱区绿洲廊道景观研究是干旱区生态环境研
究的新热点. 本文以金塔绿洲为例 ,利用廊道景观的
研究理论 ,基于 RS 和 GIS 的研究方法 ,对干旱区绿
洲廊道景观进行初探.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究区概况
金塔绿洲介于 98°39′～99°08′E ,39°56′～40°17′N 之间 ,
应 用 生 态 学 报 　2002 年 12 月 　第 13 卷 　第 12 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Dec. 2002 ,13 (12)∶1624～1628
面积 874. 2km2 ,位于酒泉地区东北部、河西走廊中段北侧 ,
属温带大陆性气候 , 年降水量约 59. 5mm , 年蒸发量为
2538. 6mm.地势平坦 ,海拔高差仅为 84m ;土质优良 ,以灌淤
土、潮土 (草甸土) 、风沙土等土壤类型为主 ,绿洲周边为典
型灰棕漠土 ,由于其连接成片、易于开垦而被国土资源部列
为全国国土资源开发整理示范区之一 [1 ] . 该绿洲内农田 2. 3
×104 hm2 , 人工林地 2. 4 ×103 hm2 , 天然草地 1. 4 ×
103 hm21) .
212 　干旱区廊道类型和功效
21211 河流廊道 　干旱区绿洲与水息息相关. 与水相关的廊
道成为绿洲廊道的主要组成部分 ,包括河流廊道、沟渠及沿
水系分布的乔灌木林等 [6 ] . 河流廊道是指沿河流分布而不同
于周围基质的植被带 ,包括河道边缘、河漫滩、堤坝和部分高
地.沿干旱区的河流有多种景观类型 ,不同的河流和同一条
河流的不同部分 ,其类型可能不同. 例如干旱区典型内陆河
黑河上游边缘有大量森林分布 (图 1a) ,中游河漫滩则分布
有密集的灌丛和草地 (图 1b) ,下游部分地区则为裸地和戈
壁 (图 1c) . 河流廊道的功能特征主要包括水流、矿养分和物
种流[2 ] . 干旱区河流廊道的主要功效是将冰雪融水和降雨汇
流输送到绿洲区域 ,供绿洲生态体系中农作物的生长和植被
群落的演替与消长 ;另一个功效为水流渗漏形成地下径流.
这一部分水资源主要被绿洲内大量天然植被或地下水开采
所利用 ,例如黑河下游的额济纳旗绿洲分布的大片的胡杨
林 ,就是依靠河流下渗的水而存在 ;干旱区河流廊道的次要
功效是矿物养分的迁移和动物的生存空间 ,例如上游的旱
獭 , 中游的野鸭和小鱼等.
21212 渠道 　渠道是干旱区绿洲内部广泛分布的廊道之一 ,
用于输送水流到农田和居民区. 一般渠道的周边都有防护林
带和灌丛 ,以杨树为主 (图 2a) . 渠道是连接河流、水库与农
田的枢纽 ,是绿洲内主要的灌溉工具. 以金塔绿洲为例 ,渠灌
面积占灌溉总面积的 62 %左右2) . 渠道廊道的功效主要就是
水流输送.
21213 人工防护林网 　人工防护林网也是干旱区绿洲内部
广泛分布的廊道类型之一 ,主要分布在农田之间和绿洲边
缘 ,树种以杨树为主 (图 2b) . 目前 ,中国“三北”防护林地区
已有 1. 1 ×107 km2 的农田实现林网化 ,中国干旱区的大部分
地区已建成连片的大型防护林体系. 人工防护林网的功效为
阻隔荒漠景观扩展和入侵 ,保护农田、道路和渠道等. 大量观
测数据表明 ,在农田防护林网的有效防护范围内近地表风速
可降低 30 %～50 % ,粮食产量净增 10 %～30 %[9 ] . 干旱区绿
洲内人工林网以乔木为主 ,所以它们在田间物种周围形成屏
障的同时 ,对于动物的迁移几乎没有影响.
21214 道路 (包括路边和边缘) 　道路在干旱区绿洲内也占
有相当重要的地位 ,特别是在绿洲内部 ,连接着农田与乡村
居民区的道路星罗密布 ,纵横交错 (图 2c) . 道路的主要功效
是运输作用 ,用于输送外界物质进入绿洲和输出绿洲内的产
品到外界. 另外 ,道路 (如公路、铁路等) 也是影响动、植物移
动与扩散的一道屏障.
213 　研究方法与指标确定
21311 遥感与地理信息系统 　植被和土地分类是遥感资料
在景观生态学中重要的应用之一 [4 ] . 本文的土地分类数据主
要基于 1990 年和 2000 年两期 TM 数据的解译结果 (数据来
源于“863”西部金睛行动甘肃省黑河流域试验区退耕还林还
草动态遥感监测课题) . 地理信息系统 ( GIS)是收集、存储、提
取、转换和展示空间数据的有力工具. GIS 是有效利用遥感
数据必不可少的工具 ,也为研究景观格局和动态 ,提供了一
个极为有效的工具. 本文的所有矢量数据和格网数据均在
ArcView GIS Version 3. 0a (美国 ERSI 公司产品)上处理和统
计 ,在 Spatial Analysis 模块作相关的空间分析. 运用遥感和
GIS 方法 ,可获取试验区内的廊道分布状况 ,并可就不同景
观类型间的空间关系以及景观格局的动态变化进行系统分
析.
21312 指标的确定[8 ] 　1) 长度 ( L ) 和宽度 ( P) :干旱区廊道
以线性廊道为主 ,通过长度和宽度可以表述其线性特征. 长
度可以确定廊道同基质接触的程度 ,宽度可以确定廊道对基
质的干扰和对动植物阻隔的程度 ;2) 周长面积比 ( Pk ) :廊道
的周长面积比是判定廊道形状的主要指标. 廊道与景观中的
其它斑块相比 ,具有大的周长面积比值. 用公式描述为 : Pk =
L k/ A k ,其中 L k 为第 k 类廊道的长度 , A k为第 k 类廊道的面
积 ; 3) 密度 (D) :廊道密度指数是指廊道景观在研究区单位
面积内的长度. 主要用来表述廊道的疏密程度 ,用公式表示
为 : D = L / A ,其中 L 为廊道的长度 (km) , A 为廊道景观面
积 (km2) ;4)非均匀度 ( N E) :非均匀度是用来表述廊道景观
中不同廊道空间分布的均匀程度. 可通过格网的方法来计
算 ,即将实验区分成 n 个格网 (可以根据具体情况调整格网
的大小) ,公式为 : N E = 1/ nD ∑
n
i
︳L n/ A n - D ︳,其中 L n为
第 n 个格网内的廊道长度 ( km) , A n为第 n 个格网的面积
(km2) .
3 　结果与分析
311 　金塔绿洲廊道结构分析
　　金塔绿洲大规模开发始于 20 世纪 60 年代 ,由
于农田建设的需要 ,陆续建设完成了以鸳鸯池水库
(蓄水量 8. 5 ×107m3) 和解放村水库 (蓄水量 2. 3 ×
107m3)为主的蓄水和输水的工程体系 ,干、支、毛渠
配套工程和田间工程 ,各种渠道四通八达. 随着绿洲
的开发 ,道路网络进一步完善 ,纵横交错 ,加上农田
防护林网 ,构成干旱区绿洲特有的树枝状廊道体系.
　　利用 GIS 方法进行金塔绿洲的廊道结构分析.
金塔绿洲廊道分布数据从国家测绘局 1992 年编绘
的 1∶5 万图地形图上采集 (图 3) . 由图 3 中可以看
出 ,密集的廊道体系是干旱区绿洲内部景观的重要
1)河西水资源调查评价及合理利用研究课题组. 1992. 河西水资源调
查评价及合理利用研究.
2)黄河水文水资源科学研究所. 1998. 黑河水资源调查表.
526112 期 　　　　　　　　　　　马明国等 :干旱区绿洲廊道景观研究 ———以金塔绿洲为例 　　　　　　　　
6261 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
表 1 　金塔绿洲廊道类型及其特征
Table 1 Types and characteristics of corridors in Jinta Oasis
廊道类型
Type
　
长　度
Length
(km)
比　例
Proportion
( %)
宽　度
Width
(m)
周长面积比
Perimeter
/ area
密　度
Density
功　能
Function
　
干渠和支渠 Main and sub2ditch 354. 5 19. 28 1～4 2. 00～0. 50 0. 41 灌溉与排水
毛　渠 Raw ditch 689. 8 37. 52 0. 3～1 6. 67～2. 00 0. 79 Irrigation and drainge
等级公路 Hierarchical road 229. 2 12. 47 10～30 0. 20～0. 00 70. 26 交通与运输
等外公路 Ordinary road 535. 5 29. 13 3～10 0. 67～0. 20 0. 61 Transportation
河　流 River 29. 5 1. 60 0. 03 水流 Fluent
总长度 Total length 1838. 5 100. 00 2. 10
表 2 　金塔绿洲不同景观类型的廊道长度
Table 2 Length of different landscape corridor in Jinta Oasis( km)
类　型
Type
干渠和支渠
Main and sub2ditch
长　度
Length %
毛　渠
Raw ditch
长　度
Length %
等级公路
Hierarchical road
长　度
Length %
等外公路
Ordinary road
长　度
Length %
合　计
Total
长　度
Length %
水浇地 Irrigation land 203 57 473 69 10 47 336 63 1120 61
林　地 Woodland 4 1 49 7 2 1 27 5 81 4
城　镇 Town 24 7 16 2 41 18 26 5 107 6
裸　地 Bare land 65 18 85 12 48 21 86 16 285 16
草　地 Grassland 57 16 63 9 27 12 54 10 201 11
合　计 Total 686 99 352 99 226 98 529 99 1793 98
特色之一 ,主要包括河流、渠道和公路等 (人工防护
林网密度较大 ,没有原始资料可查 ,所以本文未进行
分析) .
　　由表 1 可见 ,金塔绿洲廊道总长约1838. 5km ,
廊道密度为 2. 1km·km - 2 ,以渠道和公路为主 ,分别
占 56. 8 %和 41. 6 %. 对金塔绿洲的廊道周长和面积
比统计可见 ,该指标值与廊道宽度的积接近于 2 ,说
明廊道景观相对于其他景观类型在形状上具有特殊
性 ,可用来进行廊道的判定.
312 　金塔绿洲景观格局特征和动态变化分析
　　图 3b 为金塔绿洲 2000 年 Landsat TM 影像图 ,
根据 863 西部金睛行动甘肃省黑河流域试验区退耕
还林还草动态遥感监测课题对 1990 年 8 月 30 日和
2000 年 7 月 8 日两期 TM 数据进行的土地覆盖/ 土
地利用的解译结果 (采用 432 波段合成 ,人工判读) ,
可以获得金塔绿洲两个时期的景观格局分布图 (图
4) . 由图 4 可以看出水浇地、草地和林地沿渠道的分
布 ,表明绿洲内的主要景观格局的分布与水资源的
分布有密切的相关性 ;城镇和工矿用地、水浇地主要
沿公路林地分布 ,成为主要物质流输入和输出的区
域. 从景观格局变化来看 ,10 年来金塔绿洲的景观
格局变化显著 ,主要表现为水浇地的增加和居民地
的扩展 , 其中水浇地增加了 9280hm2 , 增加了
53. 85 % ,居民地增加了 181. 14 % ,斑块数由 22 个
增加到了 102 个[5 ] .
313 　金塔绿洲廊道与景观格局空间关系
　　由表 2 可以看出 ,绿洲廊道主要分布在水浇地、
城镇居民区、裸地和草地内 ,水浇地内的廊道长度占
图 5 　金塔绿洲不同景观类型廊道密度
Fig. 5 Density of different landscape corridors in Jinta Oasis.
A)水浇地 Irrigation land ;B) 林地 Woodland ; C) 城镇 Town ; D) 裸地
Bare land ; E)草地 Grassland. 1)毛渠 Raw ditch ;2)干渠 Main ditch ;3)
小路 Road ;4)公路 Road.
绿洲内廊道总长度的 60. 89 %. 图 5 为金塔绿洲不
同景观类型廊道密度图. 由图 5 可见 ,水浇地、林地
和城镇居民地的各种廊道密度都较大 ,其中前两者
水渠密度最大 ,表明受之影响程度最高 ;水浇地和城
镇居民地的公路廊道密度最大 ,表明受公路廊道的
影响最大.
314 　金塔绿洲廊道均匀性
　　金塔绿洲沟渠廊道和公路廊道的均匀度指标值
分别为 0. 244 和 0. 303 ,表明实验区内不同区域的
沟渠密度相对于总沟渠密度平均偏差 24. 4 % ,公路
密度相对于总公路密度平均偏差 30. 3 % ,所以金塔
绿洲内公路廊道的非均匀度高于沟渠廊道 ,沟渠廊
道的分布更趋于均匀.
315 　金塔绿洲廊道变化对景观的影响
　　从以上的密度分析可以看出 ,金塔绿洲的景观
结构及组成类型的空间分布严格受沟渠廊道的影
响 ,表明绿洲内的景观格局的变化与水资源的变化
有密切的相关性. 绿洲内灌溉主要为渠道灌溉 ,其水
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源依赖于上方的鸳鸯池水库. 对鸳鸯池水库水量的
分析结果 (图 6) 可以看出 ,近 10 年来 ,鸳鸯池水库
对金塔绿洲的水量贡献变化不大 ,但绿洲内农田灌
溉面积有较大的扩展 ,主要源于水资源利用程度的
提高 ,例如在干支渠衬砌施工中应用了渠道防冻胀
技术、“U”型渠道衬砌、低压管道、喷滴渗灌等技术 ,
取得了较好的效果[3 ] . 在景观格局上使绿洲内水浇
地和农林复合区的面积有较大地增加. 所以绿洲内
沟渠廊道质量的改进是影响水浇地等景观变化的重
要驱动力之一.
图 6 　1990～2000 年鸳鸯池水库放水量
Fig. 6 Drainage quantity from Yuanyangchi Reservoir during 1990s.
1) 1990 ;2) 1991 ;3) 1992 ;4) 1993 ;5) 1994 ;6) 1995 ;7) 1996 ;8) 1997 ;9)
1998 ;10) 1999 ;11) 2000.
4 　结 　　论
411 　密集的廊道体系是干旱区绿洲内部景观的重
要特色之一. 干旱区绿洲廊道主要包括河流、沟渠、
公路和人工防护林网. 河流的主要功效为水流、下渗
形成地下径流和矿物养分的迁移和动物的生存空
间 ,沟渠的主要功效为水流 ,公路的主要功效为物质
流 ,人工防护林网的主要功效为阻隔荒漠景观扩展
和入侵 ,保护农田、道路、渠道等.
412 　用长度和宽度表示廊道的线性特征 ,用周长和
面积比表示廊道的形状特征 ,并以此特性进行廊道
判别 ;用密度表示廊道的疏密程度 ;用非均匀度来表
示廊道的均匀程度.
413 　对金塔绿洲廊道的各类指标值的计算与统计 ,
得出廊道总长为 1838. 5km ,廊道密度为 2. 1km·
km - 2 , 以渠道和公路为主 , 分别占 56. 8 % 和
41. 6 %. 水浇地、林地水渠密度最大 ,受之影响程度
最高 ;水浇地和城镇居民地的公路廊道密度最大 ,受
之影响最大.
414 　从景观格局变化来看 ,10 年来金塔绿洲的景
观格局变化显著 ,主要表现在水浇地的增加和居民
地的扩展. 景观结构及组成类型的空间分布严格受
沟渠廊道的影响 ,绿洲内沟渠廊道质量的改进是影
响水浇地等景观变化的重要驱动力之一.
415 　在分析过程中 ,遥感手段提供了基础数据源 ,
GIS 手段则为廊道的指标计算和空间分布的分析处
理提供了有力的工具 ,所以遥感和 GIS 技术与景观
研究方法的有机结合 ,将为绿洲廊道景观的研究提
供有效的手段.
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作者简介 　马明国 ,男 ,1976 年出生 ,在读博士 ,主要从事遥
感与地理信息系统应用与研究 ,发表论文 7 篇. Tel : 09312
4967299. E2mail : mmg @ns. lzb. ac. cn.
8261 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷