全 文 ：生态科学200k4年5月第23卷 第2期 ECOLOGlCSCIENCEMay2004，23(2)：18～133
基于RS、GIS的岷县草场退化的时空特征研究
徐丽华1，陈怀录2，徐建华1
(1．华东师范人学地理系，教育部地理信息开放实验室，上海200062：2．兰州人学地理系，兰州730000)
【摘要】 本文运用遥感手段，对2000年6月份的TM影像解译得到岷县草场资源分布图，对比分析1981年的岷县
：掌场资源分布，对岷县筚场退化的时空特征进行研究。经过^幻旭n’，的全局空问自相关计算、局域空间自相关计算一
G+统计的Z(G?1值的计算，发现岷县的草场退化重心位于县域的西北部；20年来草场资源一直呈现东多西少、南好
北差之势，并且这种空间格局愈加明显。表现为县域的西北部和中部的草场呈现大面积的集中退化的趋势，而东部的
几个乡镇的草场面积还有增加的现象。说明县域的西北部和中部的科技水平以及草场保护投入的资金相对不足，抗干
扰能力差。
关键词：MDmn’，G+统计草场退化
中图分类号：S96 文献标识码：A 文章编号：l008．8873(2004)02．128．06
Spatio-temporalfeatureof2rasslanddegradationinM nXianb嬲edonRS&GISmethod／XULi．Hua‘，CHENHuai．Lu。
XUJi．hua‘(1．GeographyDe artmentofEastChinaNo咖alUniverSity，GeographicalinfomationkeyLabofMinistryof
Education．ShangHai．200062：2．GeographyDep叭mentofLanZhouUniversity，1．anZhou。730000，China)
Abstract：Basedonthedataof2raSsIandinvesti2ationin198l锄dgraSslallddistributioncalculatedf而mTMremotesensin2
imagebvmeansofGIStechnolo霉|yin2CM)0，thespatialandtemporaldynamicofinMinXian’sgrasslandismonitored．
ContraStingthegrassl柚dofl981 withoneof2000，thespatialfeatureofdegradationwouldberesearchedinthepaper．Tbmost
spatialarIalysts，肘Dr口n，ispmbablyaknownme硒uretotestspatial她toco九目ation，柚dtheZ-valueof肘Dr口，l。Jindicates
positivespatialautocorrclation．Theresultsof朋ro，nn，andZ(Gi枣)andthemovingplotsallShowsthathecenterof
grassIandde2radationistheXiJiaIlgvillagewhichisatthenornl、vcstofMinXi卸．Froml98l t02000，thequ卸titiesof
￡rasslandsi theastaremorethaninthewest，andthequalitiesofgrasslandsinthe0岫marebetterhanintheno帕．Andme
spatialstmctureofgrassl锄dismoreobviouslytharIbeforeintheMinXian．Itshowsthathe譬rassl锄discentralized
degeneratedinthnonllwestandmmdleoftheMinXi锄’butthegr勰slandofthesomevma譬eswouldbeincreasin2inmee孙t．
1tiscausedbythelaggingoftheconomicandtechnology．Intherwords，littlemoney锄dpID0rtechnologyareusedinthe
area．Sotheareaisweaktothedistunancef}omthenvironments．
Keywords：^，D，n，l。，：G堆Stalistics；Degradationofgrassland
l 引 言
我国有草地面积占国土面积的41．7％，在数量上
中国是世界上草地资源最多的国家之一，在农业发展
史上是世界上最早利用草地资源进行畜牧业生产的国
家之一。在陆地生态系统中，我国草地又是全球退化
最严重的国家之一⋯。我国草地主要分布于西部与北
部经济相对落后地区，草地资源是这些地区的主要自
然资源，受人类活动的影响，退化严重憎儿⋯。目前国
内外对草场退化的研究已经很多，但是大多数是针对
草场退化内在自然机制、病理机制以及防治草场退化
的技术：I：程措施，从时空格局研究草场退化，尤其是
从草场退化的空间格局和空间相互作用角度的研究还
很少见到。
自然界任何事物的存在都有其内在的空间规律，
草场退化同样也存在着空间规律和空间相互作用。一
般认为，空间分布的内在规律性存在两个方面，(一)，
在空间上任意事物均与其他事物相联系，距离越近，
联系越强(存在空间自相关)；(二)，在一个地理空间
系统内，冈果关系制约着系统状态，但是系统状态除
了受输入冈子影响外，部分还受到其他区域的影响。
所以，就草场退化来说，目前的空间格局除了受自然
社会条件、病虫害等外部输入因子的作用外，空间相
互影响和空间联系是其另外一个重要的因素。
岷县位于甘肃省东南部、定西地区南部，地处甘
南高原东缘，是甘肃重要的畜牧大县。岷县草场退
化日趋严重，从1981年至2000年20年间，植被盖
度由85％～95％下降至6l～74％，生物多样性遭到破
坏，生态环境逐步恶化。本文运用RS与GIs技术，对
比分析岷县1981年和2000年地草场变化状况，从时
空两个方面揭示该区域的草场退化内在规律，为合理
利用草地资源与整治生态环境提供科学依据。
2数据来源与研究方法
本次首次将全局和局部空间自相关统计方法引
入草场退化的空间格局和空间规律研究，通过计算不
同年份及变化的空间自相关性，来分析草场退化的空
基金项目：甘肃省世行办资助项目
作者简介：徐丽华(1977一)，女．在读博士研究生。湖北红安人，专业
方向为遥感与地理信息系统
2004-03．3I收稿，2004．05．20接受
万方数据
2期 徐酣华，等：基于Rs、GlS的岷县草场退化的时空特征研究
间分布形态。
2．1空间白相关性研究方法
目前衡量空间相互作用最好的方法是莫朗指数
(Moran’sI)和G统计。Moran’sI是表示空间自相关
的最常用指标，它表示实体与其相邻的空间实体之间
的相似程度【4曲I。一般我们选用全局指标和局域指标来
度量空间白相关性【l叭。Moran’sI系数是常用的全域
空间相关性指标，而Getis’sGi统计则是常用的表示局
域空间相关性的指标。在进行空间相关性分析时，首
先要进行空间权重矩阵的确定。根据邻接标准，空间
权重矩阵W，的规则为：
岭忙 区域f与区域．『相邻区域f与区域．『不相邻
(1)
2．1．1全局性空间臼相关指标哪MoranI
(1)MoranI的定义为：
毫毒吲矿_)(J，-_) (2)
，(d)=型』L—可—：-——一s2∑∑w。
t。I J●o
讼尺尺(，)=
其中．
庀=
其中s2=吉车(x．一i)2，j置丢差xr，t表
示区域f的观测值，w。，为距离权重矩阵，n为样
本总数。
(2)MoranI的检验
MoranI的取值在[一1，1]之间，对于计算结果的
检验公式为：
z(d)：掣兰型2．
√以尺(，)
(3)
可以采用随机分布和近似正态分布两种假设进行
验证。其中对于正态分布情况“2l：
E。(，)=一÷眦，I(，)=拿袢也。2(，)wo【，l。一lJ
对于随机分布情况：
ER(，)=一÷
咒((n2—3，l+3)wl一，1w2+3w；)一足((，l2一，1)wl一2，1w2+6w02)
，l∑(x．一r)4
wo(n—1)(，l一2)(，l一3)
；w。=∑∑w。；
(曼(工．一r)z)z
‘ ’
w-=吉辜季cw。+w一，2：wz2辜cwt．+w．一，2；
式中wf．和w．，分别表示权重矩阵中i行和f列之和。
当讹m玎，为正时，区域f与邻接区域7之间有
正相关，在距离d的范围内的观测值有趋同的趋势；
当讹mn，为负时，区域f与邻接区域，之间有负相
关，在距离d的范围内的观测值有不同的趋势：当
肘DmnJ为零时，观测值属于独立随机分布。
2．1．2局部空间相关检验指标一G’统计
G统计州米进行局部的空间关联计算Il5】Il61，但是
对于G统计而言，对于空间点i，只是关心周围是高
值还是低值，但不包括自己(即i≠，)；而G’统计中
对于周围的定义却包括了自己(即i=7)18lI⋯112J，因
此在探讨空间白相关的局域状况，使用G’更能说明问
题。
G+，(d)=∑w{，x』／∑xJ
i i
E(Gj+(d))=Ⅵ’／，l—l
砌r(G。’(d))=
(4)
(5)
(6)
一ER2(J)(7)
wl’(，l一1一wf+)12+
(n—1)2(n一2)y’f12
(8)
(9)
(10)
式中，n为观测个数，t为位置f的观测值，{wu)
为空间距离权重矩阵，而
●n n
wf2艺w{『，¨。’=∑工』，n，
月 ’一2
Kz+=(；等)一¨： ⋯)
对于G。’(d)的显著性测定，其z值的计算公式
为：z(G。’)：年丝拿 (12)
万方数据
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蓊霎凶鞑鞭蓄誓磊逶羹籍i葵垂霎霎雾霾毳蓁藿夔需i
羹囊蓁冀羹‘l：l羹羹：
蓁!!甏斟旨蓄馨菘饔源攫．!i鬓囊塞盏羹
2，11i 霪雾藿菰羹霆需篓i蒜猛鋈塑鞲羹蓁孽霪鬻
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薹蒲肇姜蓦爰根据公塞萎鬈霉；霎娓蟛鸥矗鞭W婆卿
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裂冀蓠蓁塑值塾季i鍪鬟霎蓁雾霎雾冀羹蓁雾豢樊蓁
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万方数据
2期 徐HⅡ华，等：皋于RS、GIS的岷县草场退化的时窄特征研究 13l
表2 岷县各乡镇草场资源G统计及其z值
!垒垒!￡圣Q!!璺!i!!!!!璺坠皇!堕!!!墨!璺!坚!!Q!g!璺翌!璺坠壁!塑Q丛!!!i坠坠i坚i垒坠
编0 名称 1981年(198ls)2000年(2000s) 198l～2000年问
(1D) (Nameoftown) (f幻m198lto2000)
G?(d) z1．n胁 G?(d) z二。 G?(d) z二m。
从表1可见，三个MDrn，l’，的均为正值，表明三个
时间段上的各乡镇草场资源分布存在着正的空间白相
关，即高值与高值集聚，低值与低值集聚；在随机分
布和近似止态分布下的z值均较小。若Iz，I>1．962，
则表明样本不正常，即样区对总体的偏离太大；反之，
则说明MDm，t’，表现的空间白相关现象不是一个偶然
事件ll3lIl4|。本次研究计算的lz(№肌埘f)I以及
z(尺洲如”1)I均小于1．962，因此可以说明1981年和
2000年的岷县草场资源分布以及20年内岷县各乡镇
草场资源增减情况存在较强的正的空间自相关，表现
为1981年利2000年草场资源空间分布总的存在有草
场面积大的区域和草场面积大的区域邻接的趋势，草
场面积小的区域和草场面积小的区域有相互邻接的趋
势；20年内(1981年到2000年)草场资源退化情况
的空间分布也存在着退化草场面积大的区域与退化草
场面积人的区域邻接的趋势，退化草场面积小的区域
与退化草场面积小的区域邻接的趋势。说明岷县草场
的成片分布较为集中，而破碎的草场也是较为集中的
分布；随着人类活动的影响，草场面积退化较大的区
域警现集中分布的趋势，而草场面积退化较小，或者
说草场面积有增加的区域也是集中分布的。
3．3局域指标计算及结果分析
运用公式(8)～(11)对岷县各乡镇草场资源
分布空间臼相关局域指标(G值及其检验指标Z值)
的计算结果见表2：
由表2和图4～6可见，1981年岷县的堡予、中寨、
小寨、文斗、西江、蒲麻、禾驮、闾井、中都9个乡
镇的G木统计计算出的标准化结果z(G?)的值为正
值，这些区域集中分布在县域中部和西北角，表明这
些区域的草场空间分布形态呈现被草场面积较大的区
域包围的趋势：相反，其余乡镇的z(G?)值为负值，
表明这些区域的草场空间分布形态呈现被草场面积较
小的区域包围的趋势(见图4)。2000年岷县的堡子、
中寨、维新、文斗、清水、蒲麻、禾驮、闾井、锁龙、
申都、马坞11个乡镇的z(Gj)值计算为正值，这些
乡镇集中分布在整个县域的中部和东部以及西北角，
表明这些区域的草场空间分布形态呈现被草场面积较
大的区域包围的趋势：而其余的乡镇的z(G?)值为负
值，呈现被草场面积较小的区域包围的趋势。
20年内，岷县草场面积增减的G木统计计算的结
果表明，秦许、阆井、锁龙、岷县城郊、十里、马坞、
寺沟、麻子川8个乡镇的z(G0值是负值，其草场面
积的退化情况的空间分布形态呈现被草场面积减少较
小的区域所包围的趋势，这些乡镇主要分布在县域的
东部、西南部乡镇；而其余的14个乡镇则呈现被草场
面积减少较多的区域所包围的趋势，这些乡镇主要分
布在县域的中部和西北部(见图6)。因此20年内，
岷县草场面积增减的G木统计中的z(G?)值的计算
万方数据
132 生态科学 23卷
图4 1981年岷县草场资源分布空间局域自相关
Fig4 SpatialassociationofM nXian’SGrasslandin1981
图5 2000年岷县草场资源分布空间局域自相关
Fig5 SpatialassociationofM nXian’SGrasslandin2000
况。根据《岷县社会统计年鉴(2002)》统计显示，以
非农业人口为指标计算的城镇化水平、以及人均国内
生产总值，二项指标的排序结果表明，岷县的城关、
梅川、小寨、马坞、锁龙、麻子川、闾井、寺沟等乡
镇的排序较前，而这些乡镇主要位于县域的东部和西
南部，这与草场面积退化的空间分布格局大体是相似
的，因此草场退化的原因与本区域的人口和社会经济
发达状况密切相关。正是因为岷县中部和鹾南部的社
会经济较为落后，在保护和发展草场资源方面投入的
资金不足，使得这些区域的草场生态环境较为脆弱，
生态恢复能力较弱，因此容易受到人类活动的影响，
图6 198卜2000。年岷县草场资源退化情况空间局域自相关 致使警场退化较为严重。同时申于岷县中部和西南部
Fig6SpatialassociationofMinXian，sGrasslanddegradation经济发展不活跃，管理体制不完善，牧民过度放牧而
from1981to2000 无人制止等原因，造成这些区域的草场破坏较其他地
区严重。
表明，岷县草场退化呈现大面积的集中退化与小面积
的分散退化的趋势，这与前面计算MDranl得到的结果
是一致的：并且在县域的中部和西北部存在大面积的
集中退化的趋势，而在县域的东部则出现草场面积增
加的现象。
3．4草场退化重心的移动
根据计算1981．2000年的20年间岷县草场退化的
重心远远偏离几何中心，而且一直向西北方向偏移，
说明近20年来，岷县的草场资源退化程度在空间上，
西北部要远远强于东南部。这个和我们前面运用
Moran。，和G’统计的z(G?)两个检验指标计算1981
年和2000年岷县草场面积和20年内岷县草场面积的
增减情况的空间关联结果是相吻合的。无论是从全局
的空间自相关检验还是从局域空间关联分析，都可以
得到岷县的草场退化是大面积集中出现在县域的中部
和北部的，而在县域的东部的闾井、锁垄和马坞三个
乡镇以及西南部的寺沟乡还出现了草场面积增长的情
4结论
由于本次研究的2000年的资料是遥感解译的结
果。精度受影像质量和分类方法的影响，但是能够相
对的说明各乡镇草场面积变化的空间分布格局。通过
上文分析得到如下结论：
(1)Moran‘I计算的结果表明：从1981年到2000
年的20年内草场资源退化情况的空间分布存在着退
化草场面积大的区域与退化草场面积大的区域邻接的
趋势，退化草场面积小的区域与退化草场面积小的区
域邻接的趋势。说明岷县草场的成片分布较为集中，
而破碎的草场也是较为集中的分布：随着人类活动的
影响，草场面积退化较大的区域呈现集中分布的趋势，
而草场面积退化较小的区域也是集中分布的。
(2)岷县草场面积增减的G木统计中的z(G?)值
的计算表明，岷县草场退化呈现大面积的集中退化与
小面积的分散退化的趋势；并且在县域的中部和西北
万方数据
万方数据
基于RS、GIS的岷县草场退化的时空特征研究
作者： 徐丽华， 陈怀录， 徐建华
作者单位： 徐丽华,徐建华(华东师范大学地理系,教育部地理信息开放实验室,上海,200062)， 陈怀录
(兰州大学地理系,兰州,730000)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGIC SCIENCE
年，卷(期)： 2004,23(2)
被引用次数： 3次

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