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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 7 期摇 摇 2011 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
川南天然常绿阔叶林人工更新后土壤氮库与微生物的季节变化 龚摇 伟,胡庭兴,王景燕,等 (1763)…………
IBIS模拟东北东部森林 NPP主要影响因子的敏感性 刘摇 曦,国庆喜,刘经伟 (1772)…………………………
不同坡位沙棘光合日变化及其主要环境因子 靳甜甜,傅伯杰,刘国华,等 (1783)………………………………
氮、硫互作对克隆植物互花米草繁殖和生物量累积与分配的影响 甘摇 琳,赵摇 晖,清摇 华,等 (1794)………
海岛棉和陆地棉叶片光合能力的差异及限制因素 张亚黎,姚贺盛,罗摇 毅,等 (1803)…………………………
遮荫对连翘光合特性和叶绿素荧光参数的影响 王建华,任士福,史宝胜,等 (1811)……………………………
3 种木本植物在铅锌和铜矿砂中的生长及对重金属的吸收 施摇 翔,陈益泰,王树凤,等 (1818)………………
施氮水平对小麦籽粒谷蛋白大聚合体粒径分布的调控效应 王广昌,王振林,崔志青,等 (1827)………………
强光下高温与干旱胁迫对花生光系统的伤害机制 秦立琴,张悦丽,郭摇 峰,等 (1835)…………………………
环境因子和干扰强度对高寒草甸植物多样性空间分异的影响 温摇 璐,董世魁,朱摇 磊,等 (1844)……………
利用 CASA模型模拟西南喀斯特植被净第一性生产力 董摇 丹,倪摇 健 (1855)…………………………………
北京市绿化树种紫玉兰的蒸腾特征及其影响因素 王摇 华,欧阳志云,任玉芬,等 (1867)………………………
平衡施肥对缺磷红壤性水稻土的生态效应 陈建国,张杨珠,曾希柏,等 (1877)…………………………………
冬小麦种植模式对水分利用效率的影响 齐摇 林,陈雨海,周勋波,等 (1888)……………………………………
黄土高原冬小麦地 N2O排放 庞军柱,王效科,牟玉静,等 (1896)………………………………………………
花前渍水预处理对花后渍水逆境下扬麦 9 号籽粒产量和品质的影响 李诚永,蔡摇 剑,姜摇 东,等 (1904)……
低硫氮比酸雨对亚热带典型树种气体交换和质膜的影响 冯丽丽,姚芳芳,王希华,等 (1911)…………………
夹竹桃皂甙对福寿螺的毒杀效果及其对水稻幼苗的影响 戴灵鹏,罗蔚华,王万贤 (1918)……………………
海河流域景观空间梯度格局及其与环境因子的关系 赵志轩,张摇 彪,金摇 鑫,等 (1925)………………………
中国灌木林鄄经济林鄄竹林的生态系统服务功能评估 王摇 兵,魏江生,胡摇 文 (1936)…………………………
城郊过渡带湖泊湿地生态服务功能价值评估———以武汉市严东湖为例 王凤珍,周志翔,郑忠明 (1946)……
黄河三角洲植物生态位和生态幅对物种分布鄄多度关系的解释 袁摇 秀,马克明,王摇 德 (1955)………………
基于景观可达性的广州市林地边界动态分析 朱耀军,王摇 成,贾宝全,等 (1962)………………………………
红脂大小蠹传入中国危害特性的变化 潘摇 杰,王摇 涛,温俊宝,等 (1970)………………………………………
基于线粒体 Cty b基因的西藏马鹿种群遗传多样性研究 刘艳华,张明海 (1976)………………………………
不同干扰下荒漠啮齿动物群落多样性的多尺度分析 袁摇 帅,武晓东,付和平,等 (1982)………………………
秦岭鼢鼠的洞穴选择与危害防控 鲁庆彬,张摇 阳,周材权 (1993)………………………………………………
京杭运河堤坝区域狗獾的栖息地特征 殷宝法,刘宇庆,刘国兴,等 (2002)………………………………………
专论与综述
微生物胞外呼吸电子传递机制研究进展 马摇 晨,周顺桂,庄摇 莉,等 (2008)……………………………………
厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用 王摇 惠,刘研萍,陶摇 莹,等 (2019)…………………………
问题讨论
海河流域森林生态系统服务功能评估 白摇 杨,欧阳志云,郑摇 华,等 (2029)……………………………………
研究简报
体重和盐度对中国蛤蜊耗氧率和排氨率的影响 赵摇 文,王雅倩,魏摇 杰,等 (2040)……………………………
虾塘养殖中后期微型浮游动物的摄食压力 张立通,孙摇 耀,赵从明,等 (2046)…………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*290*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄04
封面图说: 日斜茅荆坝·河北茅荆坝———地处蒙古高原向华北平原过渡地带的暖温带落叶阔叶林,色彩斑斓,正沐浴着晚秋温
暖的阳光。
彩图提供: 国家林业局陈建伟教授摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
生 态 学 报 2011,31(7):1925—1935
Acta Ecologica Sinica
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基金项目:国家重点基础研究发展计划(973 计划)专题(2006CB403402鄄3)
收稿日期:2010鄄03鄄17; 摇 摇 修订日期:2010鄄08鄄13
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: volcano0505@ 163. com
海河流域景观空间梯度格局及其与环境因子的关系
赵志轩1,2,张摇 彪2,3,金摇 鑫2,4,翁白莎1,2,严登华2,鲍淑君2
(1. 天津大学建筑工程学院,天津摇 300072; 2. 中国水利水电科学研究院水资源研究所,北京摇 100044;
3. 河北工程大学城市建设学院,邯郸摇 056038;4.大连理工大学土木水利学院,大连摇 116023)
摘要:基于 GIS技术,以海河流域为对象,首先,分别采用 Fragstats3. 3 的标准法和移动视窗法先后分析了流域整体景观格局及
其空间分异特征;然后,针对流域本身自然地理梯度特点,分别沿流域纵向(河流流向)梯度和横向(垂直与河流流向)梯度设置
了两条样带,应用移动视窗法计算了景观层次下的斑块面积(AREA_MN)、蔓延度指数(CONTAG)、边界密度(ED)、形状指数
(LSI)、斑块密度(PD)、多样性指数(SHDI),获得了景观沿两个样带方向的梯度格局;最后,以高程、降水、气温、人口和 GDP 为
环境因子,以上述 6 个指数值为目标物种,利用去趋势典范对应分析(DCCA)方法研究了景观梯度格局与环境因子的关系。 结
果表明:2000 年海河流域内景观基质为农田,面积占 55. 9% ,流域内景观结构以块状结构为主,并零散分布有圈层和带状(廊
道)结构;景观梯度格局在两条样带上均表现为类似的特征,即随景观类型变化呈现不同幅度的波动,两条样带上均存在较为
明显的过渡带;DCCA分析表明:景观梯度格局与环境因子关系密切,区域高程、降水量、温度对流域尺度的景观格局起决定性
作用,人口数量、GDP则在局部地区对景观格局有着重要影响。
关键词:景观;梯度格局;环境因子;去趋势典范对应分析;Fragstats
Spatial gradients pattern of landscapes and their relations with environmental
factors in Haihe River basin
ZHAO Zhixuan1,2, ZHANG Biao2,3, JIN Xin2,4, WENG Baisha1,2, YAN Denghua2, BAO Shujun2
1 Civil Engineering College, Tianjin University. Tianjin 300072, China
2 Water Resources Department, China Institute of Water Resources &Hydropower Research ( IWHR), Beijing 100044,China
3 School of Urban Construction, Hebei University of Engineering, Handan 056038, China
4 Department of Civil and Hydraulic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116023, China
Abstract: The spatial pattern and dynamic evolution of the landscape are jointly influenced by its physical environment,
animals and vegetations and human activities on a basin scale. Physical environmental factors including the elevation,
climate, hydrology and soil constitute the backdrop of the general landscape pattern formation and evolution. Biological
processes exert a significant impact on patch features on a small scale. Human activities, including population growth,
economic development and policy factors, play their due roles on any scale.
Landscape pattern analysis, a basis of further researches on landscape functions and dynamics, contributes to analyzing
spatial distribution characteristics of landscape components in a quantitative manner. During recent years, great
developments have been made on researches about indices and models of landscape pattern evolution in a quantitative way.
However, little has been known about gradient patterns and its relationship with environmental factors on a basin scale.
Gradient analysis, which is conducive to revealing driving forces behind landscape evolutionary processes, can reflect
the evolutionary laws of spatial landscape patterns. At present, there is still lack of systematic studies on selections among
diversified transects and their reflected differences of calculation results of landscape gradient patterns.
During the past two decades, tremendous changes have taken place in its landscape patterns in Haihe River basin.
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This paper, taking Haihe River Basin as its study area and based on GIS (Geographic Information System) technologies,
aims to analyze complete landscape patterns and its spatial differences within the whole basin through standard methods and
moving window analysis of Fragstats3. 3, and to investigate the relationships between the landscape gradient pattern and
environmental factors through detrended canonical correspondence analysis ( DCCA); to obtain gradient patterns of the
landscapes, two transects which have been set up along both longitudinal ( i. e. along river忆s flow direction) and lateral ( i.
e. perpendicular to river忆s flow direction) transects were cut off from the origin landscape data. Then 6 metrics (AREA_
MN、CONTAG、ED、LSI、PD、SHDI) under the landscape level were calculated by Moving window approach; And the
relationships between landscape gradient patterns and their driving environmental factors including elevation, precipitation,
temperature, population and GDP, with the aforesaid 6 metrics as targets were studied by using DCCA. The results show
that farmlands, accounting for 55. 9% of the total landscape, compose a major part and were the matrix in Haihe River
basin on year 2000. The spatial distribution pattern of landscapes metrics characterized in block structure associated with
ring structure and banded (corridor) structure. Blocks dominate the landscape structures in the basin with structures in the
forms of ring or banded ( corridor) dispersed on it; Two transects showed similar features: they fluctuated in different
amplitudes along these transects as landscape types changes, and both existing evident transitional zone. The DCCA
analysis results also showed that gradient changes of landscape metrics and environmental factors were closely correlated:
regional elevation, precipitation and temperature were the decisive factors for the landscape distribution pattern in the basin
scale; yet, population quantity and GDP were also affected the landscape pattern dramatically in regional scale.
Key Words: landscape; gradient pattern; environmental factors; DCCA; fragstats
景观格局包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置,是景观空间结构的具体体现,也是景观功
能和动态变化的重要因素[1]。 景观格局分析作为景观生态学的基本研究内容,可以数量化地分析景观组分
的空间分布特征,是进一步研究景观功能和动态的基础[2]。 近年来,用于定量表征景观格局演变的景观指数
及模型方面的研究发展迅速[3鄄4],国内外学者结合遥感数据利用景观格局指数对区域景观格局在时间维上的
动态演变进行了大量研究,深刻揭示了农田、湿地及森林景观的格局与动态演变规律,并探讨了快速城市化进
程给区域景观格局带来的影响[5鄄7],但是较少关注景观类型的空间梯度格局问题[8],21 世纪以来,开始出现城
市景观格局及其与城市化进程关系方面的研究[9鄄10],但从完整的流域角度研究景观空间格局尚属少见,尤其
是流域尺度下景观格局随环境因子梯度的演变规律及相互关系识别的研究更少。
景观格局具有异质性和等级性,异质性是景观类型划分的重要依据,而等级性主要产生于景观格局与过
程的尺度效应,使不同尺度间景观格局形成的原因和机制存在显著差异,对于流域尺度而言,景观空间格局及
其动态演替是流域内部物理环境、动植物和人类活动 3 种因素的共同作用的结果。 其中,物理环境如高程、气
候、水文和土壤等环境要素为流域整体景观格局形成及演替提供了背景因素;生物学过程对小尺度上的斑块
特征有重要影响,人类活动包括人口增长、经济发展以及政策方面的因素,在各个尺度上均起作用,与区域土
地利用格局变化关系密切,甚至可以是导致区域土地利用类型转换的主要驱动因子[11]。
海河流域是人类开发较早的流域之一,2000 年流域内人口总数为 1. 3 亿,GDP 总量为 11632. 7 亿元,分
别占全国的 10%和 15% ,在我国经济社会发展中占有重要地位,近年来,在全球气候变化和经济社会发展的
双重影响,流域内景观格局发生了较大变化。 本文以海河流域为例,重点关注流域景观格局的空间梯度特征,
并试图探寻其与流域物理环境及人类活动的关系,以期为流域景观总体规划管理提供科学依据。
1摇 研究区域与研究方法
1. 1摇 研究区域
海河流域地理坐标介于东经 112毅—120毅、北纬 35毅—43毅之间,流域面积 31. 9 万 km2。 区内地势西北高、
东南低(图 1),西部为山西高原和太行山区,北部为蒙古高原和燕山山区,东部和东南部为广阔平原,区内山
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图 1摇 海河流域地理位置
Fig. 1摇 Geographical location of Haihe River basin
地和平原近乎直接相交,丘陵过渡段很短。 流域气候属
温带半湿润、半干旱大陆性季风气候,1956—2000 年全
区多年平均降雨量 535mm,降雨时空分布呈明显的地
带性差异,全区年平均气温在 1. 5—14益,年平均相对
湿度 50%—70% ,年水面蒸发量介于 850—1300mm 之
间。 整个流域内高程、降水量、温度梯度变化明显,在东
南部平原区,人口密集,城镇居民点众多,人类活动干扰
程度大。
1. 2摇 研究方法
1. 2. 1 摇 数据来源
本研究土地利用数据(2000 年)来自中国科学院遥
感所根据 LANDSAT卫星遥感图像解译出的 1 颐10 万土
地利用数据;DEM 来自美国地质调查局 (WSGS)的
EROS建立的 30 弧秒数据(GTOPO30);1970—2000 年
均降水和年均气温、2000 年人口和 GDP 数据均来源于
中国自然资源数据库,数据空间分辨率均为 1km。 所有
数据均在 ArcGIS 9. 2 平台上生成 Krasovsky _1940 _
Albers投影,并将 DEM 重新输出为 1km伊1km 的栅格
数据。
1. 2. 2 摇 景观类型划分及样带设置
景观分类是景观格局及其动态过程研究的基础,本
研究重点关注流域物理环境和人类活动因素对景观格
局的影响,景观格局变化主要体现为土地利用和土地覆被变化,其实只是土地利用格局动态变化[12],在景观
类型划分时,参照土地利用一级分类标准,将流域内景观类型划分为农田、森林、草地、河湖、居民地和其他景
观 6 类,分别对应土地利用一级分类中的耕地,林地,草地,水域,城乡、工矿、居民用地和未利用土地,并利用
ESRI 的 ArcView 3. 3 Spatial Analyst将矢量数据转化为 1km伊1km的栅格数据。
流域本身是以河流为中心被分水岭所包围的完整的自然地理区域[8],作为相对独立的地貌单元,流域自
然地理梯度主要体现为沿河流流向的上、中、下游纵向梯度和垂直于河流流向的横向梯度两方面。 海河流域
支流水系众多、河流流向各异,干流河道并不明显,同时,根据研究目的,需要考虑流域内高程、降水、温度的空
间梯度以及流域内人口和 GDP的分布对景观格局的影响,综上,本次研究最终设置了西北鄄东南(Tr1)、西南鄄
东北(Tr2)两条样带,其中样带 Tr1 体现流域纵向梯度,样带 Tr2 则反映流域的横向梯度,两样带宽度均为
27km,长度分别为 820. 87、313. 76km,两条样带相交的中心地理坐标为东经 116毅28忆17义、北纬 39毅48忆22义(GCS_
Krasovsky_1940)(图 2)。
1. 2. 3摇 分析指标及计算方法
景观指数通常能够高度浓缩景观格局信息,其特征可以在单一斑块、斑块类型和景观 3 个层次上分析,为
克服单一格局指数的局限性、避免多个指数间可能出现冗余的现象,结合相关研究成果[13鄄15]和本文的研究目
的,选取类型水平上的景观类型面积(CA)、斑块数量(NP)、平均斑块面积(AREA_MN)、最大斑块指数
(LPI)、边界密度 ( ED)、聚集度指数 ( COHESION);景观水平上的斑块面积 ( AREA _MN)、蔓延度指数
(CONTAG)、边界密度(ED)、形状指数(LSI)、斑块密度(PD)、多样性指数(SHDI)共 12 个指数进行景观格局
分析。 各指标计算方法及生态学意义参见文献[16]。
基于 Fragstats 3. 3,首先采用标准法(Standard)分别计算类型和景观水平上指数,获得海河流域景观整体
7291摇 7 期 摇 摇 摇 赵志轩摇 等:海河流域景观空间梯度格局及其与环境因子的关系 摇
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图 2摇 海河流域景观类型及样带设置
摇 Fig. 2摇 Landscape type and location of the 2 sampling transects
in Haihe River basin
格局特征;然后采用 9km伊9km的正方形移动视窗,从流
域左上角开始向右向下移动,计算上述景观水平上的 6
个指数值,分析整个流域内景观格局的空间分布情况;
最后根据前面选择的 Tr1、Tr2 两个样条带,采用 27km伊
27km的正方形窗口,分别沿自西北向东南和自东北向
西南两个方向计算上述 6 个指数值,并基于 CANOCO
4. 5 平台的去趋势典范对应分析(DCCA)方法,计算景
观水平上 6 个指数与对应栅格的环境因子的相关系数,
分析景观格局与环境因子之间的相关关系。
由于移动视窗法的计算结果返回窗口中心栅格,为
消除边界效应对计算结果的影响,通常需要采用扩展带
法扩大研究区域范围,由于海河流域东部为渤海湾,本
次研究未作相关处理,因此在上述两种窗口尺寸下,各
指数的计算结果分别以初始流域边界为基准向内萎缩
了 4. 5km和 13. 5km。
2摇 海河流域景观空间格局分析
2. 1摇 海河流域景观整体格局
景观组分的空间异质性可由层次水平上的斑块面
积(CA)、斑块数量(NP)及平均斑块面积(AREA_MN)
体现,这 3 个指数也常被用来表征一定区域内的景观破碎化程度,表 1 可见,2000 年流域内不同景观类型的
面积有较大差别,其中景观基质为农田,总面积达到 17. 83km2,占流域面积的 55. 9% ,森林、草地、河湖与其他
景观之和占 40. 44% ,表明海河流域受人类活动干扰程度较大。 居民地的斑块数量(NP)最多,未利用土地最
少,二者相差 3035;就平均斑块面积(AREA_MN)而言,最大为农田,达 7490. 84 km2,最小为居民地,为
324郾 91km2;由于在本研究尺度下,居民地主要由城镇及农村居民点组成,说明区内城镇及农村居民点数量众
多并且较为分散,其他景观总体较少且分布相对较为集中,这点可以从其蔓延度指数(COHESION)值得到验
证。 森林斑块数量比农田多 102,草地斑块数量则比农田多了 576,但是二者的平均斑块面积却仅为农田面积
的 35. 23%和 27. 75% ,说明二者的破碎化程度均大于农田。 草地 LSI值最大、ED值仅次于农田,表明其斑块
形状更加不规则;农田的 ED值最大,说明其作为基质,被其它景观类型割裂的程度最大,尽管其它景观类型
的镶嵌作用降低了农田景观本身的连通性、增加了其破碎化和不规则化的程度,但其 COHESION 值仍然最
高,即农田类型之间衔接程度最高,表明其作为基质,在区域景观类型中占据着优势地位。
表 1摇 海河流域类型水平上景观格局指数值
Table 1摇 Landscape Metrics Value of Class type in Haihe River basin
类型 Type CA / km2 NP AREA_MN / km2 LSI ED COHESION
农田 Farmland 17. 83 2380 7490. 84 56. 53 2. 95 99. 62
森林 Forest 6. 01 2278 2638. 72 62. 73 1. 89 98. 69
草地 Grass 6. 14 2956 2078. 76 85. 32 2. 62 97. 81
河湖 River and Lake 0. 44 722 604. 29 29. 12 0. 24 81. 48
居民地 Residential area 1. 17 3593 324. 91 55. 24 0. 73 73. 42
其他景观 Other landscape 0. 31 558 552. 15 28. 05 0. 19 76. 71
摇 摇 CA:景观类型面积 Class area;NP:斑块个数 Number of patches;AREA_MN:平均斑块面积 Average patch area;LSI:景观形状指数 Landscape
shape index;ED:边界密度 Edge density;COHESION:聚集度指数 Patch Cohesion index
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2. 2摇 景观格局空间分布特征
2000 年海河流域景观水平上的 6 个指数值具有明显的空间分异特征。 对流域整体而言,以自西南至东
北走向呈弧形分布的太行山、燕山山脉为界,6 个指数值在其两侧均有较大差异(图 3):北部蒙古高原和燕山
山区的景观类型以森林和草地为主,区内 PD、ED、LSI、SHDI 值较高,而 AREA_MN、CONTAG 值较低,表明森
林、草地景观多由离散的小斑块构成,形状较不规则、破碎化程度较高,由于该地区人口数量少,城镇化水平很
低,因此景观格局主要由海拔、降水、温度等自然条件控制。 在西部山西高原和太行山区,优势景观同样为森
林和草地,但与北部地区不同的是,在高程相对较低、人口相对密集的长治、阳泉、忻州、朔州等地区存在西南鄄
东北方向的条带状农田景观类型,使得该地区出现了 AREA_MN、CONTAG 高值带(区)以及 PD、ED、LSI、
SHDI低值带(区)。 流域东南部的华北平原地区是 AREA_MN、CONTAG两个指数的高值区,LSI、SHDI、PD和
ED值则相对较低。 此外,居民地(城镇居民点)以及水域作为离散的斑块(湖泊和水库)或连续的廊道(河
流)镶嵌在农田景观类型上,使得各景观格局指数不同程度的呈现出圈层、带状(廊道)结构特征。
3摇 景观空间梯度格局
流域景观格局空间分布差异是景观异质性的具体体现,景观空间格局梯度变化是指在某一区域内景观特
征沿着某方向有规律地变化[1,17],这种变化特征反映了景观异质性的空间相关(空间梯度和趋势度)关系[18]。
总体而言,在两样带上各指数值均呈现不同幅度的上下波动特征(图 4)。 对于沿河流流向的样带 Tr1 而
言,各个指数有 3 个明显的波动过程,以 AREA_MN为例,第 1 个峰值出现在河北省怀来县、北京市延庆县、昌
平县交界处,峰值处景观类型为森林,上游地区景观类型以草地、森林和农田为主;第 2 个峰值出现在北京市
区,居民地是该区域的优势景观,两个峰值之间属山区向平原过渡的中游地区,景观类型由森林转变为农田和
居民地;第 3 个峰值位于流域下游平原地区,区内景观类型以农田为主,并有居民地斑块镶嵌其中,使得
AREA_MN总体呈下降趋势,到达天津市后居民地景观比重增加,表现为 AREA_MN的小幅上升,其他指数波
动过程与 AREA_MN相似。
样带 Tr2 垂直于河流流向,仍以 AREA_MN为例,样带上自东北向西南依次出现了 3 个峰值,到达第 1 个
峰值前,样带上景观类型以森林和草地为主,景观破碎程度较高、平均斑块面积相对较小,在经过以农田为优
势景观类型北京市顺义县后,达到第 1 个峰值;第 2 个峰值位于河北省定州市境内,区内农田景观面积占市辖
区总面积的 97. 3% ;两峰值间景观类型主要为农田和居民地,AREA_MN值较第 1 个峰值前高,说明农田景观
较森林、草地自然景观的连通性较好;第 3 个峰值位于山西省武乡县境内,优势景观类型仍为农田,第 2、3 峰
值间的景观类型主要为草地,其次为森林。
4摇 景观梯度格局与环境因子的关系
分别以 Tr1、Tr2 两样带上的每个移动视窗作为一个采样点,窗口下的高程、降水、温度、人口、GDP数据作
为环境因子,6 个格局指数计算结果作为目标物种,利用 CANOCO 4. 5 下的 DCCA 方法分析两样带上景观格
局梯度与环境因子的关系,该方法可以直观的把环境因子、物种、样方同时展现在排序轴的坐标平面上,已成
为目前植被梯度分析与环境解释的趋势性分析方法之一[19]。
4. 1摇 DCCA计算结果对研究目标的展示度
DCCA分析表明:海河流域纵、横向景观梯度格局与环境因子对应分析(CA)特征值总和分别为 0. 014、
0郾 013。 其中样带 Tr1 第 1、3 排序轴特征值分别为 0. 004、0. 008,两者之和占前 4 轴特征值的 85. 71% ,第 1 排
序轴与景观格局指数相关性 F检验值为 94. 919,为极显著相关(P = 0. 002)。 第 1 排序轴解释了景观格局指
数与环境因子关系的 94. 4% 。 环境因子第 1 排序轴与景观格局指数特征第 1 排序轴的相关系数为 0. 607,达
到了显著相关(P<0. 05),样带 Tr2 第 1 排序轴特征值为 0. 004,占前 4 轴特征值的 30. 77% ,第 1 排序轴与景
观格局指数相关性 F检验值为 240. 88,也为极显著相关(P = 0. 002)。 第 1 排序轴解释了景观格局指数和环
境因子关系的 93. 6% 。 环境因子第 1 排序轴与景观格局指数特征第 1 排序轴的相关系数为 0. 582,相关性小
于样带 Tr1,但仍显示出较好的相关性(P<0. 07)。 两条样带上相关分析结果表明景观格局梯度与环境因子间
9291摇 7 期 摇 摇 摇 赵志轩摇 等:海河流域景观空间梯度格局及其与环境因子的关系 摇
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图 3摇 海河流域景观格局指数空间分布特征
Fig. 3摇 characteristics of spatial distribution of landscape metrics in Haihe River basin
AREA_MN:平均斑块面积 Average patch area;PD:斑块密度 Patch density; ED:边界密度 Edge density;LSI:景观形状指数 Landscape shape
index;CONTAG:蔓延度指数 Landscape contagion index;SHDI:景观多样性指数 Shannon diversity index
关系较密切。
4. 2摇 排序轴与环境因子的相关关系
DCCA排序结果给出了排序轴与环境因子间的相关系数、典范系数及流域内景观格局指数、各采样点和
环境因子的排序值。 Tr1、Tr2 样带上景观格局指数(S_AX1—S_AX4)与各环境因子(E_AX1—E_AX4)对应相
关系数分别见表 2、表 3。 两个样带第一排序轴与高程、降水、温度相关性较好,样带 Tr1 第 2 轴与人口相关性
相对较强,样带 Tr2 第 2 轴与 GDP、人口相关性相对较强,第 1、2 排序轴与环境因子的相关分析结果表明:在
流域尺度上,高程、降水、温度等自然条件是海河流域景观格局及其空间分布的决定性因素,人口、GDP 等表
征人类活动的环境因子则起次要作用。
两样带上的环境因子中,温度与高程均呈显著负相关,降水在 Tr1 样带上与高程也呈负相关关系,而在样
带 Tr2 上则与高程呈显著正相关,这是由海河流域降水的时空分布特征导致的:样带 Tr1 自西北向东南海拔
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图 4摇 海河流域样带上景观格局指数的梯度变化(a. Tr1:自西北向东南;b Tr2:自东北向西南)
Fig. 4摇 Gradients variation in Landscape Metrics of 2 transects in Haihe River basin( a. from northwest to southeast;b from northeast to
southwest)
高度由 1224m减小为 4m,而降水量则由 407. 06mm上升为 552. 87mm;样带 Tr2 西南、东北地区均位于海拔较
高的山区,降水量也相对较大。 人口和 GDP具有协同效应,并呈现正相关关系。
4. 3摇 环境因子对景观格局指数的影响程度
为进一步分析各环境因子对不同景观格局指数的影响程度,本文基于 CANOCO 4. 5 得到了景观格局指
数在 DCCA排序第 1、2 轴的分布格局,如图 5 所示。 该图代表各环境因子影响下样带 Tr1 和 Tr2 上的景观梯
度格局特征,其中各环境因子箭头的长度代表其对景观格局指数的影响程度(解释量)大小,而任意两个环境
1391摇 7 期 摇 摇 摇 赵志轩摇 等:海河流域景观空间梯度格局及其与环境因子的关系 摇
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表 2摇 海河流域样带 Tr1 上景观格局指数 DCCA排序轴与环境因子间的相关系数
Table 2摇 Correlation coefficients matrix of landscape metrics axes, environment axes and environment factors by DCCA in transect Tr1 of Haihe
River basin
S_AX1 S_AX2 S_AX3 S_AX4 E_AX1 E_AX2 E_AX3 E_AX4 E GDP POP P
S_AX2 -0. 450
S_AX3 -0. 791 0. 626
S_AX4 0. 057 0. 671 -0. 471
E_AX1 0. 607
E_AX2 0. 354
E_AX3 0. 257
E_AX4 0. 282
E 0. 761 0. 043 -0. 018 -0. 091 0. 923 0. 121 -0. 212 -0. 209
GDP -0. 178 0. 122 0. 147 0. 206 -0. 293 0. 344 0. 436 0. 308 -0. 437
POP -0. 187 0. 239 0. 024 0. 099 -0. 307 0. 677 0. 229 0. 135 -0. 301 0. 885
P -0. 658 -0. 125 0. 224 0. 111 -0. 754 -0. 354 0. 748 0. 316 -0. 756 0. 504 0. 335
T -0. 695 -0. 059 0. 214 -0. 021 -0. 919 -0. 165 0. 867 -0. 039 -0. 995 0. 458 0. 315 0. 808
摇 摇 S_AX1鄄S_AX4 为前 4 轴的景观格局指数信息;E_AX1鄄 E_AX4 为前 4 轴的环境因子信息 s;E:高程;P:降水;T:温度;GDP:国内生产总值;
POP:人口;-:相关系数为 0
表 3摇 海河流域样带 Tr2 上景观格局指数 DCCA排序轴与环境因子间的相关系数
Table 3摇 Correlation coefficients matrix of landscape metrics axes, environment axes and environment factors by DCCA in transect Tr2 of Haihe
River basin
S_AX1 S_ AX2 S_AX3 S_AX4 E_AX1 E_AX2 E_AX3 E_AX4 E GDP POP P
S_AX2 -0. 146
S_AX3 -0. 813 0. 186
S_AX4 0. 030 0. 370 -0. 007
E_AX1 0. 582
E_AX2 0. 470
E_AX3 0. 128
E_AX4 0. 071 0. 015
E 0. 846 0. 043 -0. 048 0. 003 0. 766 0. 091 0. 173 0. 074
GDP -0. 113 0. 287 -0. 002 -0. 014 -0. 193 0. 611 0. 094 -0. 053 -0. 281
POP -0. 180 0. 224 0. 015 -0. 016 -0. 309 0. 477 0. 013 0. 014 -0. 321 0. 547
P 0. 650 0. 153 0. 079 0. 009 0. 602 0. 326 0. 009 0. 092 0. 919 -0. 303 -0. 288
T -0. 739 -0. 092 0. 112 0. 023 -0. 926 -0. 197 0. 001 0. 137 -0. 802 0. 305 0. 300 -0. 782
摇 摇 S_AX1鄄S_AX4 为前 4 轴的景观格局指数信息;E_AX1鄄 E_AX4 为前 4 轴的环境因子信息 s;E:高程;P:降水;T:温度;GDP:国内生产总值;
POP:人口;-:相关系数为 0
因子箭头间的夹角大小表示二者的相关程度,任意两景观指数之间的距离表征二者空间分布的差异水平,各
景观格局指数到某一环境因子轴的投影的位置次序代表这些指数在这一环境梯度上的最适值排序。
由图 5 可见,高程、多年年均降水量、多年年均气温对纵向和横向景观梯度格局影响均相对较大,排序图
上各景观指数之间的距离表明 AREA_MN和 CONTAG的空间差异水平最小,它们和 LSI、ED、PD和 SHDI4 个
指数间的空间差异较大,表明两组指数在空间分布上呈负相关关系。 分别考察各指标与环境因子的关系,可
以发现样带 Tr1 上各指标在高程轴上最适值排序为 ED>SHDI>PD>LSI>AREA_MN> CONTAG;在降水和温度
轴上最适值排序为 CONTAG>AREA_MN>PD>LSI>SHDI>ED;在人口、GDP 轴上的最适值排序为 AREA_MN>
CONTAG>LSI>SHDI>PD>ED。 对样带 Tr2 而言,在高程和降水轴上最适值排序为 ED>SHDI>LSI>PD>AREA_
MN>CONTAG,在温度轴上最适值排序为 CONTAG>AREA_ MN>PD>LSI>SHDI>ED;在人口、GDP轴上的最适
值排序为 CONTAG>AREA_MN>PD>SHDI>LSI>ED。 从流域尺度上分析,AREA_MN、CONTAG 与人口数量、
2391 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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GDP、气温具有较明显的正相关关系,与高程则呈负相关,表明在海河流域人类活动主要集中在低海拔地区,
人类活动使得 AREA_MN有增大的趋势,对于 CONTAG而言,在温度较高、高程较低的平原地区,CONTAG值
较大,这主要是因为农田属于人造景观,主要分布在流域东南部的平原地区,作为景观基质,其斑块形状相对
较为规则,同时,本研究采用的空间分辨率为 1km伊1km,道路对农田斑块的切割作用未能体现。 LSI、ED、PD
和 SHDI4 个指数均与高程呈正相关关系,相对而言,ED、SHDI最大值发生在高程比 LSI和 PD更高的地区,说
明高海拔地区各类景观斑块面积所占的比例更为均衡,斑块连通性相对较差。
图 5摇 海河流域景观格局指数与环境因子的 DCCA排序图(a.样带 Tr1;b.样带 Tr2)
Fig 5摇 DCCA ordination of 6 Landscape metrics and 5 environment factors in Haihe River basin(a. transect Tr1;b. transect Tr2)
5摇 结论与讨论
5. 1摇 海河流域景观梯度格局及其与环境因子的关系
海河流域景观基质为农田,主要分布在流域东南部的华北平原地区,其景观平均斑块面积较大,优势度
高,形状规则且破碎程度较低。 森林和草地主要分布在流域西部、北部的山区和高原,景观平均斑块面积较
小,形状不规则且破碎化程度较高。 居民地斑块数量最大,大部分镶嵌在平原区景观基质上,分布较为分散。
空间分析表明,海河流域景观格局整体具有明显的地域性特征,总体以块状结构为主,在居民地、河湖及其他
景观等局部地区则呈圈层结构和带状(廊道)结构,景观格局梯度变化较大的地区多处于两种不同景观之间
的过渡地带。
Tr1、Tr2 两样带上各个景观格局梯度变化特征表明:在流域尺度上,景观格局指数在沿河流流向的纵向梯
度和垂直于河流流向的横向梯度上均有明显变化,样带上不同地区内景观类型及其分布格局的差异是导致景
观指数变化的直接原因,而流域景观格局是地形地貌、气候、水文等自然条件及人口数量与分布、城市化进程
以及经济发展速度等社会因素共同作用的结果,从某种意义上说,流域尺度上景观格局演变是在自然和人类
活动二元驱动下导致流域景观类型、规模、组成、布局发生改变,体现为景观格局随环境因子梯度发生变化。
位于山区与平原区之河流中游地区同时也是流域山区与平原区之间的过渡地带,该过渡带两侧景观类型差异
明显,景观格局波动幅度也相对较大。 DCCA分析表明:在 1km栅格分辨率下,流域景观梯度格局与自然环境
因子及人类活动关系密切,区域高程、多年平均降水量、多年平均年气温对流域景观空间梯度格局影响显著,
相对而言,人口、GDP起次要作用,仅在靠近城市的局部地区起到了主导作用,这种作用主要体现为视窗沿样
带方向移动过程中,每当经过城市时,各景观格局指数均会产生不同程度的波动过程,表明人口数量、GDP 在
局部地区对流域景观梯度格局也有着重要的影响。
5. 2摇 梯度带选择
梯度分析结果能够反映景观空间格局的演变规律,有助于揭示景观演变过程的驱动力[20],梯度分析是将
景观格局与生态过程联系起来的基础[21],而所选梯度带的典型性和代表性是实现上述目的的前提,选择样带
时需综合考虑研究目标、关注的主要景观类型以及景观所处地区的地形特征等因素。 目前,不同样条带选择
方案及其所反映的景观梯度格局计算结果的差异方面尚缺乏系统地研究,前人在研究城市景观时多选择通过
城市中心区的水平和(或)垂直样带[21鄄23],而在研究植被景观时,除这两个方向外,往往还根据植被所处区域
的自然地理梯度特征,选择相应条带[18,24]。 对于流域土地利用景观而言,景观梯度格局变化主要体现在流域
纵向、横向两个方面,纵向梯度具有从第 1 级河流到高级河流河口区域地理位置变化而表现出的景观类型梯
3391摇 7 期 摇 摇 摇 赵志轩摇 等:海河流域景观空间梯度格局及其与环境因子的关系 摇
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度差异;横向梯度则是垂直于河道的位置变化而表现出来的景观类型差异[7],同时,由于所处地区的地形地
貌、气象水文等条件往往存在较大差异,使得不同流域间的横向、纵向景观梯度格局特征差异非常显著,本文
在选择样带时,依据海河流域自身的纵向、横向梯度特征,并综合考虑了流域内高程、水分、温度、人口和 GDP
的空间梯度变化,最后选择了上述 2 个样条带,并对流域景观梯度格局特征进行了详细地分析研究,取得了比
较客观的研究成果。
5. 3摇 景观梯度格局中的尺度效应
空间幅度往往随着研究区域的选定而确定,因此尺度效应的研究主要集中在空间粒度方面[25],研究成果
表明,不同的景观有不同的格局特征,对尺度变化的响应也不同,因此只有针对特定景观的合适尺度,而没有
最佳尺度[26]。 由于流域面积较大,受到计算机容量、环境因子数据精度等问题的限制,本文采用了粒度为
1000m的栅格,在这种粒度下,道路、河流廊道对流域景观斑块的切割作用没有体现出来,使得在以农田和居
民地为主的平原区景观破碎化程度整体低于以森林和草地为主要景观的流域西部和北部地区。 景观粒度如
何影响景观梯度格局与环境因子之间的关系,影响机制如何,有待进一步研究。
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5391摇 7 期 摇 摇 摇 赵志轩摇 等:海河流域景观空间梯度格局及其与环境因子的关系 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 7 April,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Seasonal variation of soil nitrogen pools and microbes under natural evergreen broadleaved forest and its artificial regeneration
forests in Southern Sichuan Province, China GONG Wei, HU Tingxing, WANG Jingyan, et al (1763)…………………………
Sensitivity analysis for main factors influencing NPP of forests simulated by IBIS in the eastern area of Northeast China
LIU Xi, GUO Qingxi, LIU Jingwei (1772)
……………
…………………………………………………………………………………………
Diurnal changes of photosynthetic characteristics of Hippophae rhamnoides and the relevant environment factors at different slope
locations JIN Tiantian, FU Bojie, LIU Guohua, et al (1783)……………………………………………………………………
Interactive effects of nitrogen and sulfur on the reproduction, biomass accumulation and allocation of the clonal plant Spartina
alterniflora GAN Lin, ZHAO Hui, QING Hua, et al (1794)………………………………………………………………………
Difference in leaf photosynthetic capacity between pima cotton (Gossypium barbadense) and upland cotton (G. hirsutum) and
analysis of potential constraints ZHANG Yali, YAO Hesheng, LUO Yi, et al (1803)……………………………………………
Effects of shades on the photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters of Forsythia suspensa
WANG Jianhua, REN Shifu, SHI Baosheng,et al (1811)
…………………
…………………………………………………………………………
Growth and metal uptake of three woody species in lead / zinc and copper mine tailing
SHI Xiang, CHEN Yitai, WANG Shufeng,et al (1818)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………
GMP particles size distribution in grains of wheat in relation to application of nitrogen fertilizer
WANG Guangchang, WANG Zhenlin, CUI Zhiqing,et al (1827)
………………………………………
…………………………………………………………………
Damaging mechanisms of peanut (Arachis hypogaea L. ) photosystems caused by high鄄temperature and drought under high irradiance
QIN Liqin, ZHANG Yueli, GUO Feng,et al (1835)………………………………………………………………………………
The effect of natural factors and disturbance intensity on spacial heterogeneity of plant diversity in alpine meadow
WEN Lu, DONG Shikui, ZHU Lei,et al (1844)
……………………
……………………………………………………………………………………
Modeling changes of net primary productivity of karst vegetation in southwestern China using the CASA model
DONG Dan, NI Jian (1855)
………………………
…………………………………………………………………………………………………………
The characteristics of Magnolia liliflora transpiration and its impacting factors in Beijing City
WANG Hua, OUYANG Zhiyun, REN Yufen,et al (1867)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Ecological effects of balanced fertilization on red earth paddy soil with P鄄deficiency
CHEN Jianguo, ZHANG Yangzhu,ZENG Xibai,et al (1877)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Effects of planting patterns on water use efficiency in winter wheat QI Lin, CHEN Yuhai, ZHOU Xunbo,et al (1888)………………
Nitrous oxide emissions from winter wheat field in the Loess Plateau PANG Junzhu, WANG Xiaoke, MU Yujing, et al (1896)……
Effects of hardening by pre鄄anthesis waterlogging on grain yield and quality of post鄄anthesis waterlogged wheat (Triticum aestivum
L. cv Yangmai 9) LI Chengyong, CAI Jian, JIANG Dong, et al (1904)…………………………………………………………
Effects of simulated acid rain with lower S / N ratio on gas exchange and membrane of three dominant species in subtropical forests
FENG Lili, YAO Fangfang, WANG Xihua, et al (1911)
…
…………………………………………………………………………
Molluscicidal efficacy of Nerium indicum cardiac glycosides on Pomacea canaliculata and its effects on rice seedling
DAI Lingpeng, LUO Weihua, WANG Wanxian (1918)
…………………
……………………………………………………………………………
Spatial gradients pattern of landscapes and their relations with environmental factors in Haihe River basin
ZHAO Zhixuan, ZHANG Biao, JIN Xin, et al (1925)
……………………………
……………………………………………………………………………
The assessment of forest ecosystem services evaluation for shrubbery鄄economic forest鄄bamboo forest in China
WANG Bing,WEI Jiangsheng,HU Wen (1936)
…………………………
……………………………………………………………………………………
Evaluation on service value of ecosystem of Peri鄄urban transition zone lake: a case study of Yandong Lake in Wuhan City
WANG Fengzhen,ZHOU Zhixiang,ZHENG Zhongming (1946)
…………
……………………………………………………………………
Explaining the abundance鄄distribution relationship of plant species with niche breadth and position in the Yellow River Delta
YUAN Xiu, MA Keming, WANG De (1955)
………
………………………………………………………………………………………
Forestland boundary dynamics based on an landscape accessibility analysis in Guangzhou, China
ZHU Yaojun,WANG Cheng,JIA Baoquan,et al (1962)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Changes in invasion characteristics of Dendroctonus valens after introduction into China
PAN Jie, WANG Tao, WEN Junbao, et al (1970)
………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Population genetic diversity in Tibet red deer (Cervus elaphus wallichi) revealed by mitochondrial Cty b gene analysis
LIU Yanhua,ZHANG Minghai (1976)
………………
………………………………………………………………………………………………
Multi鄄scales analysis on diversity of desert rodent communities under different disturbances
YUAN Shuai,WU Xiaodong,FU Heping,et al (1982)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Cave鄄site selection of Qinling zokors with their prevention and control LU Qingbin, ZHANG Yang, ZHOU Caiquan (1993)…………
The habitat characteristics of Eurasian badger in Beijing鄄Hangzhou Grand Canal embankment
YIN Baofa,LIU Yuqing,LIU Guoxing,et al (2002)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Electron transfer mechanism of extracellular respiration: a review MA Chen, ZHOU Shungui, ZHUANG Li, et al (2008)…………
The biochemical mechanism and application of anammox in the wastewater treatment process
WANG Hui, LIU Yanping, TAO Ying, et al (2019)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Discussion
Evaluation of the forest ecosystem services in Haihe River Basin, China
BAI Yang, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, et al (2029)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Scientific Note
Effects of body size and salinity on oxygen consumption rate and ammonia excretion rate of Mactra chinensis Philippi
ZHAO Wen,WANG Yaqian,WEI Jie,et al (2040)
………………
…………………………………………………………………………………
Study on microzooplankton grazing in shrimp pond among middle and late shrimp culture period
ZHANG Litong, SUN Yao, ZHAO Congming, et al (2046)
…………………………………
……………………………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊 Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊 Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1 ~ 9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任: 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑: 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 7 期摇 (2011 年 4 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 7摇 2011
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