全 文 ：第 25 卷第 12 期
2005 年 12 月
生　　态　　学　　报
A CTA ECOLO G ICA S IN ICA
V o l. 25,N o. 12
D ec. , 2005
泾河流域分县景观格局特征及相关性
甄　霖1, 谢高地1, 杨　丽1, 2, 成升魁1
(11 中国科学院地理科学与资源研究所资源科学研究中心, 北京, 100101; 21 中国科学院研究生院, 北京, 100039)
基金项目: 国家 973 资助项目 (2002CB111506) ; 国家自然科学基金资助项目 (A EC44300)
收稿日期: 2005201229; 修订日期: 2005209210
作者简介: 甄霖 (1964～ ) , 女, 甘肃人, 博士, 主要从事生态社会学, 区域与农村发展规划研究. E2m ail: zhen l@ igsnrr. ac. cn, lin linzhen@yahoo.
com
Foundation item: N ational 973 P rogram (N o. 2002CB111506) , N ational N atural Science Foundation of Ch ina (N o. A EC44300)
Rece ived date: 2005201229; Accepted date: 2005209210
Biography: ZH EN L in, Ph. D. , m ain ly engaged in socioeco logy, regional and rural developm ent p lanning. E2m ail: zhen l @ igsnrr. ac. cn,
lin linzhen@yahoo. com
摘要: 景观生态主要是研究生态系统的空间格局。因而很有必要对空间格局进行数量化的分析, 在此基础上进行科学管理。应用
斑块数、斑块面积、斑块密度、优势度、聚集度和分维数计算了泾河流域 31 个县景观格局的特征, 首次以景观特征值为基础, 将
研究区域各县景观进行分类, 并对不同类型的景观特征及相关性进行分析。结果表明, 近年来流域破碎化程度有所增加, 各景观
指数值在研究区域之间变异很大。优势度和聚集度比较高的区域土地利用较单一, 常常是以农用地为主导如咸阳、泾阳和乾县,
或以农地和草地共同主导如环县。而优势度和聚集度较低的区域, 土地利用较多样化, 农地、林地和草地面积比例相近, 如泾源、
平凉、陇县、宁县和旬邑, 这些县位于黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区。高优势度、高聚集度和低分维数的区域为陕西省咸阳
市, 为泾河流域冲积平原区, 土地利用以大面积的农用地为主导。景观指数的相关分析表明, 3 种主要的土地利用面积比例之间
存在极显著负相关, 林地面积和优势度、聚集度有极显著负相关, 而草地面积和分维数存在极显著正相关, 分维数高的县位于泾
河流域中游的黄土高原沟壑区, 分维数低的县位于下游河谷阶地和关中平原和黄土高原交界处。这种相关性表明了自然地貌及
人类活动对景观的影响和干扰作用。
关键词: 景观指数; 泾河流域; 相关性
文章编号: 100020933 (2005) 1223343211　中图分类号: Q 149　文献标识码: A
Characters of landscape pa ttern s and correla tion in J inghe wa tershed
ZH EN L in1, X IE Gao2D i1, YAN G L i1, 2, CH EN G Sheng2Ku i1　 (11 Institu te of Geog rap h ic S ciences and N atu ra l R esou rces
R esearch , CA S , B eij ing 100101, Ch ina; 21 G rad ua te S chool of Ch inese A cad emy of S ciences, B eij ing , 100039, Ch ina). A cta Ecolog ica S in ica ,
2005, 25 (12) : 3343～ 3353.
Abstract: L andscape eco logy describes spat ia l pat tern s of land uses and eco system s. In o rder to m anage landscapes sustainab ly,
m ethods are needed to exp ress spat ia l pat tern s in a su itab le w ay. In the p resen t paper six indices that describe spat ia l pat tern s
are app lied, nam ely patch num ber, patch area, patch density, dom inance index, con tagion index and the fractal dim ension.
T hese indices have been used fo r the analysis of the landscape pattern s of all 31 coun ties located in the J inghe w atershed,
N o rthw est Ch ina. A pp lying these indices, the differen t landscapes of the w atershed have been classified in to th ree types of
spat ia l landscape pattern s. T he coun ties show ed dist inct varia t ions in their indices. A gricu ltu re, fo rest and grassland are the
th ree dom inan t land use types in the w atershed. H igh values of dom inance and con tagion indices w ere found in landscapes w ith
relat ively simp le land use pattern s, bo th fo r agricu ltu ral and grass land; these areas are mo stly located in the low er reaches of
the w atershed, such as in X ianyang, J ingyang and Q ianx ian coun ties. L ow values of dom inance and con tagion indices are
typ ically associated w ith mo re diversified land use and w ith an almo st equal share betw een agricu ltu re, fo rest and grass land;
T hese areas are mo stly found in the loess up lands and in ravines, as w ell as on the loess p lateau such as in J ingyuan, P ingliang,
L ongx ian, N ingx ian, and Xunyi coun ties. A com bination of h igh dom inance and con tagion indices w ith a low fractal dim ension
w as observed in X ianyang city, w h ich is located in the relat ively large p lain loess scalarifo rm areas in the low er reaches of the
w atershed. T he sign ifican t po sit ive co rrela t ion found betw een fo rest land area, dom inance and con tagion indices, and betw een
grassland and fractal dim ension indicate that fo rest and grassland are no rm ally scat tered in the w atershed, sign ifying that the
encroachm en t of agricu ltu ral land use in to grassland leads to a h igh degree of fragm en tat ion of land use. T h is clearly
demonstrates the hum an m an ipu lat ion of the landscape. T he tempo ral changes of landscape indices observed in the w atershed
over the last decades have no t been sign ifican t.
T he paper concludes that con tinued research on develop ing and app lying landscape indices are crit ical fo r large2scale
environm en tal impact assessm en t and landscape m anagem en t. In part icu lar, co rrela t ions shou ld be estab lished betw een index
values and the actual eco logical p rocesses occu rring on the ground. Basic quest ions to be addressed in fu rther research shou ld
be the dep ict ion of changes of the indices over t im e and how w ell these changes co rrespond to the actual eco logical changes
tak ing p lace on the ground.
Key words: index; dom inance; con tagion; fractal dim ension; J inghe w atershed
　　景观生态主要研究生态系统的空间格局。景观格局与变化是人类与自然界长期相互作用的结果; 一切自然营力及人类活动
都将引起景观格局的变化[1 ]。目前, 人类面临的许多环境与发展问题都与景观变化有关, 这使得景观变化研究已经成为地理学、
生态学和人文科学综合研究的重要领域[1, 2 ]。在过去的几十年间, 对景观环境的研究和分析多集中在大的空间尺度。自开始强调
案例研究以来, 对人类活动影响下景观空间结构和格局的研究也成为景观生态学家关注的核心问题。因此, 景观研究者开始考
察景观动态变化的性质和类型, 开发监测农村土地利用和景观变化的模型[1 ]。对空间格局变化的研究则主要集中于格局的数量
化和所包括的空间过程, 这就需要充分开发和应用一套景观指数[2 ]来分析景观斑块的大小和形状, 各景观要素的空间布局以及
景观变化的速度和方向[3 ]。因而, 景观生态的研究主要集中于应用景观指数分析景观格局时空尺度上的变化及其驱动力。布仁
仓等[4 ]对黄河三角洲景观破碎化的分析, 吴波等[5 ]对毛乌素沙地景观格局变化研究, 王根绪等[6 ]在黄河源区对景观格局与生
态功能的动态变化研究, 发现了人为干扰尤其是人口增加对景观类型及其分布格局产生了巨大的影响, 这主要反映在斑块多样
性、破碎度、优势度、分维数和斑块密度的变化, 尤其是分维数的增加和优势度的下降, 是造成研究区景观破碎化的主要原因。赵
成义等[7 ]在新疆三工河流域研究表明, 人类活动影响强烈的景观要素, 其斑块多样性、破碎度、分离度和斑块密度等指数的值
较高。张丽等[8 ]利用景观空间格局指标分析了荒漠绿洲景观格局及其变化, 李华蕾等[9 ]对干旱区典型农业绿洲的景观变化与原
因分析, 毕晓丽等[10 ]研究了泾河河岸带景观格局的梯度变化, 结果表明泾河自上游而下, 景观水平上的景观指数有 3 种不同
的变化类型: 上升型、下降型和无明显趋势, 表现出斑块数量、丰富度、连接度的递增, 形状指数、分维数和斑块大小的递减; 李
正国等[11 ]发现草地和农地等与人为活动关系较为密切的景观类型是造成黄土高原景观破碎化的主要原因, 且高破碎化区域的
土壤裸露值明显高于低破碎化区域。肖笃宁等[12 ]观察到一些政策影响景观变化的负面例子, 如 20 世纪 50 年代末由于“大炼钢
铁”的影响, 一些地区毁林现象十分严重; 1990 年代初我国一度兴起的“开发区热”到处圈地建开发区, 占用不少农田。因此, 景
观格局的数量化对生态系统评估、监测起重要的作用。
尽管对景观结构和动态变化数量化的研究很多, 但多数研究局限于单一景观的变化或多景观在某个具体单元的特点[13 ],
但研究仍然缺少对景观指数变化内在驱动机制的研究。为此, 首先应比较景观结构和格局在不同地理环境和社会经济条件下随
时间的变化, 在此基础上对景观要素时空变化的行为做出一般性的判断, 这将对决策者和规划者制定景观发展规划和生物多样
性保护规划提供重要的科学依据。本文目的是应用景观指数, 对泾河流域 31 个县 20 世纪 80 年代到 2000 年景观格局及变化进
行时空分类分析, 并通过各指数间的相关性解释分析景观变化的内在驱动力。
1　研究方法
111　研究区概况
泾河为黄河十大水系之一, 是西北黄土高原地区的一条重要河流, 以洪水猛烈、输沙量大著称[13, 14 ]。该流域位于东经
106°14′～ 108°42′, 北纬 34°46′～ 37°19′之间。流域面积 45421km 2。其中水土流失面积 33220km 2, 占流域面积的 7312%。流域范
围涉及陕甘宁 3 省 (自治区) 31 个行政县。流域行政边界位于东经 105°49′～ 108°58′, 北纬 34°14′～ 38°10′之间, 总面积为 70039
km 2, 流域总面积占行政总面积的 65% (图 1)。截至 2002 年底, 流域总人口 620138 万人, 农业人口 549196 万人, 占总人口的
8816% , 流域行政区内总人口 945175 万人, 其中农业人口 787130 万人, 占总人口的 83125% , 人均 GD P 为 3929 元。
流域深处内陆, 受大陆季风影响, 降水量由南向北逐渐减少, 局地暴雨多, 年际变化大, 其气候特点是冬春干旱少雨, 夏秋
多暴雨, 春秋有霜, 冬季降雪。北、中部属干旱区, 南部为半干旱及小部分偏湿润区。流域内水系较发达。集水面积大于 1000km 2
的主要支流有 11 条 (表 1) ; 大于 500km 2 的支流有 26 条, 长约 1～ 2km 的冲刷沟溪十分发育, 达万条以上。流域内地形支离破
碎, 植被较少, 为黄土高原严重水土流失区之一, 也是黄河泥沙的主要来源地, 人类驱动下的景观变化直接影响着该区水土流
4433　 生　态　学　报 25 卷
图 1　泾河流域边界
F ig. 1　Boundary of the J inghe w atershed
失的形成和演变, 同时对区域生态环境和全球变化产生深远影
响[15, 16 ]。
全流域涉及黄土丘陵沟壑区、黄土高原沟壑区、土石丘陵
区、黄土丘陵林区和黄土阶地区等 5 个地貌类型。其中以黄土丘
陵沟壑区所占面积最大, 其次是黄土高原沟壑区, 是流域两种主
要的地貌类型。土地利用类型主要有农地 (坡耕地、梯田耕地、坝
地和水田)、果园、林地 (灌木、天然林、乔木和经济林)、水域、荒
地、未利用土地、交通用地和居民用地 (图 2)。在 1986 年至 2000
年的十几年间, 6 个一级地类的面积均发生了变化。面积净变化
量以草地和耕地为最大; 其次为林地和建设用地。其中草地、林
地、水域和未利用土地的面积都有所减少, 而耕地面积和城乡建
设用地呈增加的趋势。主要农作物有冬小麦、玉米、洋芋、高粱、
大豆、油料、药材等。另外, 林果、蔬菜近年来发展也比较迅速, 已
成为农村经济的重要组成部分。
近年来, 以流域行政县为基本单元的人类社会经济活动直
接影响了泾河流域景观变化[17 ] , 流域行政边界内的景观格局及
其变化代表了整个流域景观格局的特征和变化。系统研究泾河
流域景观格局特征及变化, 对于了解我国西部地区特别是黄河上游的景观变化, 促进生态环境的定向恢复具有重要价值。本文
基于流域所涉及的 31 个行政县, 对景观格局特征及相关性进行研究。
表 1　泾河流域主要河流及其长度和面积[13 ]
Table 1　R ivers and L engths and Catchmen ts’ Areas in the J inghe watershed[13 ]
河名
R ivers
发源地
P lace of O rigin
河长 (km )
L ength
集水面积 (km 2)
Catchm ents’ area
河 Ruihe R iver 甘肃华亭县关山梁 Guanliang mountain, H uating county, Gansu 11619 1671
洪河 Honghe R iver 宁夏彭阳县新荣乡 X inrong tow nsh ip , Pengyang county, N ingxia 18712 1336
蒲河 Puhe R iver 甘肃环县毛井乡M ao jing tow nsh ip , H uanxian county, Gansu 204 7478
茹河 Ruhe R iver 宁夏彭阳县大湾乡 D aw an tow nsh ip , Pengyang county, N ingxia 17114 3375
马莲河M alianhe R iver 陕西定边县高天池乡 Gao tianch i tow nsh ip , D ingbian county, Shaanxi 37418 19086
山城川 Shancheng Chuan 宁夏盐池县牛头山 N iutoushan, Yanch i county, N ingxia 7619 1943
东川 Dongchuan 陕西定边县白马崾　乡M ayao jian tow nsh ip , D ingbian county, Shaanxi 13114 3065
固城川 Gucheng Chuan 甘肃合水县三里店乡 Sanlidian tow nsh ip , H eshui county, Gansu 10316 2478
黑河 H eihe R iver 甘肃华亭县上关乡 Shangguan tow nsh ip , H uating county, Gansu 16810 4255
达溪河 D axihe R iver 陕西陇县李家河乡 L ijiahe tow nsh ip , L ongxian county, Shaanxi 12618 2537
三水河 Sanshuihe R iver 陕西旬邑县洪峙乡 Hongsi tow nsh ip , Xunyi county, Shaanxi 12819 1321
112　数据来源及分析方法
本项研究的空间数据基础来自中国资源与环境数据库, 使用了 1986 年和 2000 年 2 个时期的L andsat TM 数据。在土地利
用ö覆盖变化信息提取的过程中, 参考了地形图和区域专题研究资料。
对上述两期 TM 遥感影像数据进行地理坐标配准, 然后在经过了几何精度校正后的遥感影像上进行计算机屏幕人机交互
判读 (即人工解译)。土地利用分类采用中国科学院资源环境数据库中的全国 1∶10 万土地利用分类系统共划分出 6 个一级类
型 (耕地、林地、草地、水域、城乡建设用地和未利用土地) , 21 个二级类型, 5 个三级类型。以各个分县为单位存储数据, 存储格式
为 coverage, 数据处理采用A rcinfo 813 和A rcview 312, 用 Excel 软件对属性数据进行统计分析。分析所定义栅格为 30m ×
30m , 因此, 多边形最小面积为 900 m 2。计算了泾河流域 31 个县各景观类型的斑块密度指数, 以期对该流域的景观破碎程度进
行简单度量, 同时计算了 4 个重要的景观指数, 即: 斑块密度、优势度、聚集度和分维数, 一起对该流域景观的其它特征值进行度
量。景观指数计算应用 FRA GSTA T S 313 软件完成。①
113　景观格局指数及生态学意义
543312 期 甄　霖等: 泾河流域分县景观格局特征及相关性 　
① 下载网址: h t tp: ööwww 1um ass. eduölandecoöresearchöfragstatsödow nloadsöfragstats- dow nloads. h tm l
6433　 生　态　学　报 25 卷
景观指数共有两类: 格局指数和变化指数[18 ]。格局指数描述了一个地区或一个时期景观的镶嵌状况, 也就是状态参数, 其
中有些可提供镶嵌的形状特征, 如斑块大小和形状。变化指数则描述景观镶嵌性的时间变化, 也就是变化参数。这些参数的计算
依赖于不同时间格局指数值 (即变化速率)。
(1) 斑块数 (N )　整个景观的斑块数量, 单一类型的斑块数量:
N P = n i (1)
　　式中, n i 为景观中 i 类斑块的数目, N P 则是相应景观类型的总数,N P≥1, 无上限。N P = 1 则表明景观由一种斑块类型组
成。
(2) 斑块面积 (A ) 　整个景观的斑块平均面积= 斑块总面积ö斑块总数:
A = a ij
1
10000 (2)
　　式中, a ij 为斑块 ij 的面积 (m 2) ; A 由斑块面积 (m 2)除以 10 000 而得 (换算为公顷 hectares)。A > 0, 无上限。
(3) 斑块密度 (PD )　单位面积上的斑块数, 它能表明景观的破碎化:
PD =
n i
A
(10, 000) (100) (3)
　　式中, n i 为景观中 i 类斑块的数目; A 为景观斑块的总面积 (m 2) ; PD > 0, 其大小由单元大小限制, 单位为每 100 hm 2的斑
块数。
(4) 优势度指数 (D )　优势度指数计算公式为:
D = H m ax + ∑
m
k= 1
(P k) log2 (P k) (4)
　　式中, H m ax= log2 (m ) , P k是 k 种景观类型所占总面积的比,m 是研究区中景观类型的总数。H m ax为研究区各类型景观所占
比例相等时, 景观拥有的最大的多样性指数。
(5) 聚集度指数 (C ) 　聚集度描述的是景观里不同生态系统的团聚程度。计算公式为:
C =
1 +
∑
m
i= 1
∑
m
k= 1
(P i)
g ik
∑
m
k= 1
g ik
õ ln (P i) g ik∑m
k= 1
g ik
2ln (m )
(100) (5)
　　式中, P i 为景观中 i 类斑块所占比例; g ik为斑块 i 与斑块 k 相邻的多边形数目 (由双计数方法计算而来) ; m 为景观中斑块
类型总数, 包括景观边界。
聚集度指数 (C )取值范围为: 0< C ≤ 100。C 的取值越大, 则代表景观由少数团聚的大斑块组成; C = 100, 表明景观类型高
度聚集, 景观由单一类型组成。C 取值小, 则代表景观由许多小斑块组成, C = 0, 表明景观类型高度分散。
(6) 分维数 (FD )　景观斑块的形状不规则, 带自相似性, 一般认为具有分形的性质。分维分析就是对不规则的图形进行定
量描述。景观斑块的分维数采用周长与面积关系进行计算, 它反应了景观形状在空间尺度上的复杂程度, 计算公式为:
FD =
2
n i∑
m
i= 1
( lnp ij õ lna ij ) - ∑n
j= 1
lnp ij ∑
n
j= 1
lna ij
n i∑
n
j= 1
lnP 2ij - ∑
n
j= 1
lnp ij
2
(6)
　　式中, a ij为斑块 ij 的面积 (m 2) ; p ij为斑块 ij 的周长 (m ) ; n i 为景观中 i 类斑块的数目。
FD 一般均处于 1～ 2 之间 (1≤FD ≤2)。有其 2 个物理意义: 其一, FD 愈趋近于 1, 则斑块的几何形状愈趋向于简单, 斑块
形状愈有规则, 表明受干扰的程度愈大[15 ]。其二, FD 愈趋近于 2, 则斑块的几何形状愈趋向于复杂, 斑块由高度旋绕的形状组
成。从分维值还可以看出斑块的发展消退趋势, 以及与生态过程的关系。
2　结果分析
211　景观指数及景观格局
对泾河流域 31 个县的景观特征值进行计算、分类和分析, 揭示了流域内景观特征表现出时空变化规律。
21111　斑块数、平均斑块面积、斑块密度指数　泾河流域不同时期的景观特征见表 2, 可以看出, 不同景观类型的平均斑块面
积差异较大, 其中, 两时期均以草地景观的平均斑块面积最大, 分别为 223127 hm 2 和 221106 hm 2, 而建成区景观的斑块面积则
最小, 分别为 12169 hm 2 和 13190 hm 2。表明草地是该流域景观的基质, 而城乡居民点和建设用地则主要是散布其中, 景观破碎
度较高, 斑块密度指数更好地说明了这一点, 在 6 种景观类型中, 两时期均以建成区斑块密度最大, 说明建成区景观破碎化程度
743312 期 甄　霖等: 泾河流域分县景观格局特征及相关性 　
最高。
与 1986 年相比, 2000 年林地景观的斑块数目明显增加, 但斑块面积却有所减少, 表明林地景观的破碎化程度呈增加趋势,
而林地景观的斑块密度有所增加也反映出了这一趋势; 耕地景观的斑块密度指数也有所上升, 表明耕地的破碎化程度也有所增
加; 而建成区和未利用土地景观的斑块密度有所减少, 表明这两种景观类型的破碎度有所下降。建成区景观破碎度的降低是因
为城镇的扩张, 使得居民点和建设用地连片分布; 而未利用土地景观破碎度下降是由于一些未利用土地被连片利用。就流域整
体而言, 流域景观斑块总数目在增加, 斑块平均面积由 107121 hm 2 下降到 105127 hm 2, 反映出流域破碎化程度有所增加。这一
趋势在斑块密度指数中也得到了体现。
表 2　泾河流域不同时期的景观特征
Table 2　Landscape characters of the J inghe watershed in 1986 and 2000
类型 T ypes
1986 年 2000 年
斑块数 (块)
Patch N o.
平均斑块面积
(hm 2)
A verage patch
area
斑块密度
(斑块öhm 2)
Patch density
(Patchesöhm 2) 斑块数 (块)Patch N o. 平均斑块面积(hm 2)A verage patcharea 斑块密度(斑块öhm 2)Patch density(Patchesöhm 2)
林地景观 Fo rest land 14747 49182 29611 15173 47163 31816
草地景观 Grassland 13696 223127 6113 13676 221106 6119
水域景观W ater body 672 57106 1118 637 57129 1111
建成区景观U rban and built2up 8359 12169 65812 8616 13190 61919
未利用土地Barren land 971 142174 618 990 143192 619
耕地景观A rable land 26881 108193 24618 27442 107184 25415
总计 To tal 65326 107121 60914 66534 105127 63210
21112　优势度指数　表 3 为优势度指数值及分布。甘肃省的宁县优势度值最低, 1986 年和 2000 年分别为 0161 和 0160, 而陕
西省的咸阳优势度值在 2 个年代均最高, 为 1161。低优势度表明土地利用由多种类型组成, 如农地、林地、草地、建筑用地等, 且
各类土地比例相似。高优势度表明景观由一种或少数几种土地利用主导, 如集约化的作物生产对土地的利用。与宁县相比, 咸阳
位于关中平原, 是我国主要的粮食基地之一, 主要种植冬小麦和夏玉米等粮食作物, 粮食作物种植面积占土地面积 82% 以上,
而在宁县, 粮食面积仅占 44% , 林地和草地分别占 20% 和 33% , 表明其土地利用的多元化。
为进一步分析各研究区域景观指数与土地利用之间的关系, 将景观指数依数值大小分为高、中、低 3 组[19 ]。泾河流域景观
优势度指数分组为:
第 1 组　高优势度D > 1130, 土地利用多样性单一;
第 2 组　中优势度D 0171～ 1130, 土地利用多样性中等;
第 3 组　低优势度D < 0170, 土地利用多样性高。
图 3 表明, 高优势度主要分布在陕西省的乾县和咸阳, 以及甘肃省的环县。主要原因是前两个县以农地为主导 (82% ) , 而后
者以农地 (38% )和草地 (58% )为主导, 二者比例高达 96%。土地利用的相对单一化使得这 3 个县优势度较高 1 优势度低的县
主要分布在陕西省的陇县 (优势度为 016365) , 旬邑 (016571) , 甘肃省的宁县 (016085) , 平凉 (016663) , 正宁 (016765) , 以及宁夏
回族自治区的泾源县 (016198)。这些县的共同特点是农地、林地和草地分布比例大致相同, 分别为陇县 31% , 31% 和 36% ; 旬
邑 33% , 31% 和 36% ; 宁县 44% , 20% 和 33% ; 平凉 46% , 11% 和 38% ; 正宁 46% , 32% 和 21% ; 泾源县 29% , 29% 和
40 %。优势度从 1986 年到 2000 年变化不大, 从分类看, 仅镇原和永寿两县的景观由 1986 年的中优势度变为 2000 年的低优势
度, 其原因在于镇原县 3 种土地利用比例 2000 年趋于类似, 分别由 1986 年的 49% , 3% 和 46% 变为 2000 年的 45% , 32% 和
21% , 土地利用多元化程度的增加引起了优势度的下降; 与 1986 年相比, 永寿县 2000 年农地略有增加的趋势 (47127% 升为
47187) , 而林地和草地略有减少的趋势 (分别由 12170% 和 35195 降为 12156 和 35191 (表 2) , 优势度指数略有下降。正宁县的景
观优势度有增加的趋势, 其分类由 1986 年的低 (优势度值 0167) 变为 2000 年的中 (优势度值 1101) , 土地利用也变为主要由农
地 (52% )和草地 (39% )主导; 其余各县景观优势度在 1986 年至 2000 年期间基本保持稳定。
21113　聚集度指数 (C )　泾河流域 31 个县C 值范围为 56185～ 81106。咸阳市聚集度值在 1986 年和 2000 年两个时段都最高,
分别为 81106 和 79141, 陇县最低, 分别为 56188 和 56185。与优势度分析类似, 对聚集度也进行分类分析, 分类的范围为:
第 1 组　高优势度 D > 75, 景观由团聚大块组成;
第 2 组　中优势度D 601001～ 75, 景观中等破碎;
第 3 组　低优势度D < 60, 景观由破碎小块组成
分析结果表明 (图 4) , 陕西省的咸阳和泾阳为聚集度高的区域, 指数值分别为 81105 和 76195, 表明这两县景观由少数主导
8433　 生　态　学　报 25 卷
性的大斑块组成, 即农地组成, 其面积分别占总面积的 82% 和 77%。由此发现, 咸阳的优势度和聚集度值均较高, 这充分表明,
大面积的农地分布使得该地区土地利用单一化, 斑块面积大, 团聚程度高, 结构简单。
表 3　泾河流域 1986 年和 2000 年各县景观指数值
Table 3　Landscape index by coun ties in J inghe watershed in 1986 and 2000
省
P rovince
县
County
1986 年 2000 年
优势度
Dom inance
index
聚集度
Contagion
index
分维数
F ractal
dim ension
斑块密度
Patch
density
优势度
Dom inance
index
聚集度
Contagion
index
分维数
F ractal
dim ension
斑块密度
Patch
density
宁夏 固原 Guyuan 110894 6310821 113937 110351 110668 6215423 113986 111236
N ingxia 泾源 J ingyuan 016198 5816097 113970 018903 016149 5816188 114006 019248
隆德L ongde 111344 6111047 114146 110931 111373 6019978 114092 111807
彭阳 Pengyang 110682 6611788 114535 110750 110392 6514956 114576 111828
盐池 Yanch i 019264 6617446 113373 015651 018758 6611010 113361 015676
甘肃 崇信Congxin 017934 6014232 114587 112659 019147 6112922 114553 113385
Gansu 合水H eshui 017548 6010598 113984 113121 017511 5919599 114031 113114
华池H uach i 111467 6616743 115222 018911 111553 6617768 115216 019086
环县H uanxian 113959 7118193 114870 019430 113965 7118272 114819 019447
华亭H uating 110492 6211014 114660 113654 018003 6112323 114689 113783
泾川 J ingchuan 110486 6417969 114507 115299 110311 6417315 114558 115709
灵台L ingtai 019882 6710809 114925 019978 019991 6714106 114895 019881
宁县N ingxian 016085 6018815 113923 115950 016003 6017670 113963 116015
平凉 P ingliang 016663 6018760 114607 111321 016870 5918106 114583 111995
庆阳Q ingyang 110663 7119835 115023 018611 110602 7119085 115050 018656
西峰X ifeng 017608 6714536 113737 116891 017403 6710864 113801 117052
镇原 Zhenyuan 110256 6712555 114837 110710 016708 6711530 114866 110762
正宁 Zhengning 016765 5912625 113923 115092 110175 5911915 113933 115159
陕西 彬县B inxian 019191 6417247 114299 110480 018975 6413566 114289 110581
Shannxi 长武Changw u 018273 6312397 114526 114620 018162 6310609 114482 114726
淳化Chunhua 017536 6216811 113619 017003 017197 6210236 113656 016973
定边D ingbian 110156 6419874 114273 016073 110026 6415843 114239 016109
泾阳 J ingyang 111045 7619470 113098 018469 110558 7516784 113106 018638
礼泉L iquan 110570 6910663 113450 016028 110090 6812802 114334 111226
麟游L inyou 018486 6812887 114349 111220 018480 6813740 113373 016048
陇县L ongxian 016365 5618831 114918 111536 016333 5618500 114868 111581
乾县Q ianxian 113250 7217823 113752 018075 112811 7210507 113673 018226
千阳Q ianyang 017323 6412106 114640 111542 017267 6411692 114601 111572
咸阳市X ianyang 116099 8110578 113467 019188 116134 7914091 113448 019207
旬邑Xunyi 016571 5718214 113920 112663 016449 5716205 113887 112724
永寿 Yongshou 017105 6412970 113511 110097 016913 6319342 113506 110165
　　低聚集度表明景观破碎化程度高, 主要分布在受人类活动影响较大的区域, 如陕西省旬邑 (聚集度为 57182) , 或地形地貌
复杂, 将景观分割为许多小斑块, 如陕西省陇县 (56188)、甘肃省正宁 (59126) 和宁夏泾源 (58161)。在泾河流域, 但凡林地和草
地分布的区域, 一般来说地形较为复杂, 兼具塬地、山地和坡地, 海拔也较高, 而且林地和草地分散在不同的位置, 这是造成景观
较为破碎的主要原因。
21114　分维数指数 (FD )　分维数指数分类范围为:
第 1 组　高分维数 FD > 1150, 景观由形状复杂的斑块组成;
第 2 组　中分维数 FD 11351～ 1150, 景观斑块形状复杂程度中等;
第 3 组　低分维数 FD < 1135, 景观由简单几何形状的斑块组成。
图 5 表明分维数的地理分布, 分维数高的区域主要甘肃省的华池和庆阳, 此两县位于泾河流域中游, 属黄土高塬沟壑区, 其
特点是地形和斑块形状复杂, 草地比例高达 51% , 是 31 个县中最高的, 且分散分布于不同位置, 将整个景观分割成小而多的复
杂斑块, 农地和草地比例占总土地面积的 95% 以上。与之相对应, 分维数低的区域主要是陕西省的泾阳 (分维数为 113098)、咸
阳 (113467)和礼泉 (11345) , 以及宁夏的盐池 (113373)。如前所述, 泾阳和咸阳土地由结构简单、面积大的农地组成, 礼泉县农地
面积也高达 73% , 盐池县草地面积占 56% 且连片分布, 荒地面积比例达 13% , 是流域所有县中最高的。从地形特点来讲, 泾阳、
咸阳、礼泉和麟游位于泾河流域下游, 属河谷阶地, 是关中平原和黄土高原交界处, 而盐池位于丘陵地带和向平原区的过渡地
带, 地势相对于中游而言较平坦。
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图 3　优势度空间分布图
F ig. 3　Geograph ic distribu tion of the dom inance index
图 4　聚集度空间分布
F ig. 4　Geograph ic distribu tion of the contagion index
0533　 生　态　学　报 25 卷
图 5　分维数空间分布
F ig. 5　Geograph ic distribu tion of the fractal index
212　景观指数特征值的统计学意义
为探讨景观指数间的相互关系, 研究应用 SPSS 统计软件计算了皮尔逊相关系数 (表 4)。表中 PA、P F、P G 分别代表农地面
积、林地面积和草地面积的比例。结果表明, 农地面积和林地面积、草地面积之间存在极显著负相关, 相关系数分别为
- 015443 3 和- 018013 3 (p < 0101)。这种相关性也反映了西部地区土地利用的特点, 即土地利用主要是农、林、草 3 种方式, 农
地面积主导的区域, 林地和草地面积相对较小。
表 4　景观指数相关性分析
Table 4　Pearson correlation coeff ic ien ts expressing the relation sh ips between landscape indices
林地面积
P ropo rtion of
fo rest, P F
草地面积
P ropo rtion of
grassland, P G
斑块密度
Patch density,
PD
优势度
Dom inance
index, D
分维数
F ractal
dim ension, FD
聚集度
Contagion
index, C
农地面积
P ropo rtion of arab le land, PA
- 015443 3 - 018013 3 - 01034 014953 3 - 01225 016003 3
林地面积
P ropo rtion of fo rest, P F
- 01028 01268 - 015353 3 - 01060 - 016883 3
草地面积
P ropo rtion of grassland, P G
- 01093 - 01223 014383 3 - 01266
斑块密度 Patch density, PD - 01273 01232 - 014183 3
优势度Dom inance index, D - 01016 017193 3
分维数 F ractal dim ension, FD - 01187
　　3 3 p < 0101 (两尾测验)
　　农地面积 (PA ) 和 优势度指数和聚集度指数呈现极显著正相关, 相关系数分别为 014953 3 和 016003 3 (p < 0101) , 其主要
原因是在泾河流域, 农地一般连片分布, 因此, 农地面积大意味着景观由相对比较大的斑块组成, 因此优势度和聚集度也较大,
相应地斑块密度和分维数比较小, 农地面积 (PA )和斑块密度 (PD )、分维数 (FD ) 之间的弱相关性反映了这种趋势。从泾河流域
土地利用比例来看 6 种土地利用类型中, 农地面积最大, 占总土地面积的 47164% , 其次为草地 (36127% )、林地 (12120% )、工
业和建筑用地 (2146% )、水域 (0177% ) 和荒地 (0166% )。这也证实了相关系数的客观性。
153312 期 甄　霖等: 泾河流域分县景观格局特征及相关性 　
林地面积比例 P F和优势度指数及聚集度指数存在极显著负相关性, 相关系数分别为- 015353 3 和- 016883 3 (p < 0101) ,
表明林地分布区域优势度和聚集度均较低。泾河流域林地面积占总土地面积的 12% , 在很多区域, 林地的分布比较分散, 在山
地、塬地、坡地均可发现林地分布, 同时, 是否有林地及其面积大小代表了土地利用多元化程度。即: 林地的分布表明土地利用多
元化, 并有草地及其他类型的土地利用方式。因此, 优势度和聚集度比较低。
草地面积比例 PG 和分维数 FD 呈极显著正相关 (r= 014383 3 ) , 表明草地分布区域景观形状复杂。主要原因是草地一般分
布在不适于种植粮食作物的地方, 其分散而不规则分布将比较大的景观分割成不规则的形状复杂的小斑块, 造成较高的分维数
值。有代表性的县域有陇县、华池和庆阳, 草地面积高达 36% , 51% 和 51% , 分维数值却很高。此外, 草地分布一般也伴随者林
地, 是造成景观形状复杂的原因之一。
分析还发现, 斑块密度 PD 和聚集度 R C 存在极显著负相关 (r= - 014183 3 , p < 0101) , 表明斑块密度高时, 斑块类型多,
形状复杂, 聚集程度低。而优势度D 和聚集度R C 之间的极显著正相关 (r= - 017193 3 , p < 0101)则表明优势度高时, 景观由大
块团聚的斑块组成。
综合考虑优势度、聚集度和分维数这 3 个景观指数的分类组合发现, 陕西咸阳市具有这些指数的极端值, 即: 高优势度、高
聚集度、低分维数, 充分体现该区域景观由少数团聚程度高形状简单的土地利用类型组成, 也就是大面积的农地成片分布在平
川地, 这也是关中平原景观的典型特点。这充分说明, 地形地貌是影响景观特征的决定性因素, 在相同地形地貌单元, 景观特征
的变化主要由人类土地利用活动来决定。
3　结论和讨论
采用景观指数及其相关性描述泾河流域景观特征。主要结论总结为以下几点:
(1) 各景观指数值可以反映泾河流域景观, 尤其是土地利用的变化情况。具体而言, 土地利用由单一类型, 如农地, 或两种
土地利用, 如农地和草地主导时, 优势度和聚集度均较高; 而当 3 类土地利用比例相近时, 优势度和聚集度均较低。
(2) 林地和草地分布一般较分散, 但凡有这两类土地分布的区域, 土地利用多元化程度高, 斑块数及斑块密度相对较高, 斑
块被分割成多种类型, 且形状复杂, 分维数高。说明了人类强烈活动或纯粹的人工景观要素对景观复杂性的影响。
(3) 景观指数之间存在相关性, 分析表明, 3 类主要土地利用类型间有相互牵制的作用, 农地的增加必然降低了林地和草地
面积, 即景观变化主要是各主要土地类型间的相互转化, 荒地开垦和城市化对泾河流域景观影响较小。
K rumm el 等研究表明[20 ] , 农业生产的多元化常常使得景观分维数降低, 本研究结果也支持这一结论。同时, 分维数及其变
化可以表明人类活动对景观的影响程度。但是, 仅仅景观指数的计算还不足以解决其应用问题, 今后的研究应加强景观指数在
景观生态和大的区域尺度中的应用, 尤其要强调景观指数值和生态过程的相关性。因此, 进一步研究应回答的问题是: 在了解景
观指数值及其时空变化的基础上, 如何确定相应的生态过程的变化, 以及景观尺度转化的问题[21 ]。
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