和田绿洲景观破碎化特征及驱动因素

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2021.00019

摘要/Abstract

摘要：

景观破碎化改变着区域景观结构的完整性和系统的连通性，对景观的稳定性和可持续发展具有重要影响。选取新疆和田绿洲为研究区，以1970年新疆考察数据与MSS影像，1990、2000、2013、2018年4期Landsat TM/ETM+同月相数据为主要数据源，采用景观指数法、移动窗口法、梯度分析及归因分析等方法开展绿洲景观破碎化的时空格局变化及驱动因素的研究。结果表明：近50年来，景观分裂指数（DIVISION）由0.94减少到0.89，香浓多样性指数（SHDI）从1.44减少到1.28，绿洲景观破碎化整体呈现减缓趋势。其中，城市景观破碎化程度最低，沿破碎化梯度从城市中心向外围呈现出先上升后下降的趋势。此外，景观破碎化程度与农业的发展呈倒“U”型函数关系，当农业扩张在绿洲面积的40%—50%时，景观破碎化程度达到峰值。人口增长，农业扩张与社会经济发展共同影响着绿洲破碎化的时空格局。本研究不仅为干旱区绿洲景观破碎化格局的空间变化分析及驱动因素研究提供科学依据，也对绿洲生态景观的规划与可持续管理具有重要的意义。

关键词: 绿洲, 景观破碎化, 移动窗口法, 时空变化, 破碎化指数

Abstract:

Landscape fragmentation changes the integrity of the regional landscape structure and the connectivity of the system， and has an important impact on the stability and sustainable development of the landscape. This paper selects Xinjiang Hotan Oasis as the research area， uses Xinjiang survey data and MSS images in 1970， and the four phases of Landsat TM /ETM+ data in 1990， 2000， 2013， and 2018 as the main data sources. The landscape index method， moving window method， Gradient analysis and attribution analysis methods to carry out research on the temporal and spatial pattern changes and driving factors of oasis landscape fragmentation， the landscape index method， moving window method， gradient analysis and attribution analysis were adopted Research on the temporal and spatial pattern changes and driving factors of oasis landscape fragmentation. The results show that in the past 50 years， the DIVISION index （DIVISION） has decreased from 0.94 to 0.89， and the Shannon diversity index （SHDI） has decreased from 1.44 to 1.28. The fragmentation of the oasis landscape has shown a slowing trend overall.， using landscape index method， moving window method， gradient analysis and Attribution analysis and other methods are used to study the temporal and spatial pattern changes and driving factors of oasis landscape fragmentation. The results show that in the past 50 years， the landscape fragmentation index has decreased from 0.94 to 0.89， and the Shannon diversity index has decreased from 1.44 to 1.28. The fragmentation of the oasis landscape has shown a slowing trend overall. Among them， the urban landscape has the lowest degree of fragmentation， showing a trend of first rising and then falling along the fragmentation gradient from the city center to the periphery. In addition， the degree of landscape fragmentation has an inverted U-shaped function relationship with the development of agriculture. When the agricultural expansion is 40%-50% of the oasis area， the degree of landscape fragmentation reaches its peak. Population growth， agricultural expansion， and socio-economic development jointly affect the temporal and spatial patterns of oasis fragmentation. This research not only provides a scientific basis for the analysis of the spatial change of the fragmentation pattern of the arid oasis landscape and the study of driving factors， but also has important significance for the planning and sustainable management of the oasis ecological landscape.

Key words: oasis, landscape fragmentation, moving window method, temporal and spatial changes, fragmentation index

中图分类号:

P901

薛冬萍, 薛杰, 戴恒, 孙怀卫, 刘毅, 刘云飞, 桂东伟. 和田绿洲景观破碎化特征及驱动因素[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 59-69.

Dongping Xue, Jie Xue, Heng Dai, Huaiwei Sun, Yi Liu, Yunfei Liu, Dongwei Gui. Analysis of spatial and temporal pattern changes and driving factors of Hotan Oasis[J]. Journal of Desert Research, 2021, 41(4): 59-69.

图/表 10

图1 研究区概况

Fig.1 Overview of the study area

图2 梯度分析示意图

Fig.2 Schematic diagram of gradient analysis

表1 和田绿洲土地利用/覆盖面积（km2）变化 (km2)

Table 1 Changes in land cover area of Hotan Oasis landscape types

年份	耕地	城乡工矿居民用地	低覆盖度草地	中覆盖度草地	高覆盖度草地	林地	水域
1970	1 606.845	89.284	1 982.421	800. 6857	255.837	105.688	235.861
1990	1 466.478	159.624	1 880.225	856.493	153.765	162.674	151.374
2000	1 247.563	229.14	1 970.462	942.577	148.401	167.743	249.887
2013	2 023.592	132.922	1 828.937	636.142	202.721	104.911	226.439
2018	1 862.493	565.248	1 244.332	194.309	49.729	165.382	134.299

图3 1970—2018年和田绿洲土地利用/覆盖时空变化

Fig.3 Temporal and spatial changes of land use in Hotan Oasis from 1970 to 2018

图4 和田绿洲景观构成和动态度K变化

Fig.4 Changes of landscape composition and dynamic degree K of Hotan Oasis

图5 景观类型破碎化时空分布

Fig.5 Spatiotemporal distribution of landscape fragmentation

图6 景观分裂度（DIVISION）在城市8个方向上的时间梯度变化规律

Fig.6 The temporal gradient change law of landscape fragmentation in 8 directions of the city

图7 农田景观类别与绿洲景观类别之间的关系

Fig.7 The relationship between farmland landscape categories and oasis landscape categories

图8 景观分裂度指数、斑块密度与农业化水平之间的关系

Fig.8 The relationship between landscape fragmentation index， patch density and agriculturalization level

表2 1990—2018年和田绿洲景观破碎化主要影响因子变化

Table 2 Changes in the main factors affecting landscape fragmentation in Hotan Oasis from 1990 to 2018

年份	城镇人口比例/%	总人口 /万人	农机总动力 /万W	地区生产总值/万元	第一产业 /万元	第二产业 /万元	第三产业 /万元	固定投资总额/万元	财政支出 /万元	有效灌溉面积/hm²
1990	25.37	134.2	22 227	91 679	47 341	14 656	29 681	162.67	151.37	156 706
2000	25.46	166.4	33 364	271 280	149 948	37 145	84 187	162.74	249.88	160 790
2010	22.43	208.9	53 275	1 034 972	363 132	175 493	496 347	104.91	226.43	165 410
2018	21.70	252.2	109 760	3 055 700	687 532	546 970	1 821 197	165.38	134.29	365 913

参考文献 45

1	韩其飞，罗格平，白洁，等.基于多期数据集的中亚五国土地利用/覆盖变化分析［J］.干旱区地理，2012，35（6）：909-918.
2	李秀彬.全球环境变化研究的核心领域：土地利用/土地覆被变化的国际研究动向［J］.地理学报，1996（6）：553-558.
3	巩杰，孙朋，谢余初，等.基于移动窗口法的肃州绿洲化与景观破碎化时空变化［J］.生态学报，2015，35（19）：6470-6480.
4	巩杰，谢余初，高彦净，等.1963—2009年金塔绿洲变化对绿洲景观格局的影响［J］.生态学报，2015，35（3）：603-612.
5	贾宝全，慈龙骏，韩德林，等.干旱区绿洲研究回顾与问题分析［J］.地球科学进展，2000（4）：381-388.
6	刘传胜，张万昌，雍斌，等.绿洲景观格局动态及其梯度分析的遥感研究［J］.遥感信息，2007（3）：62，66，84，102.
7	Wang Y G，Xiao D N，Li Y.Temporal-spatial change in soil degradation and its relationship with landscape types in a desert-oasis ecotone：a case study in the Fubei region of Xinjiang Province，China［J］.Environmental Geology，2007，51（6）：1019-1028.
8	付扬军，师学义，和娟，等.汾河流域景观破碎化时空演变特征［J］.自然资源学报，2019，34（8）：1606-1619.
9	王道骏，陈英，贾首杰，等.基于景观格局指数的耕地细碎化研究：以甘肃省临夏北塬地区为例［J］.中国农学通报，2014，30（32）：184-188.
10	王蓉，周宝同，甘雪坤.西南山地景观破碎化与城镇化及社会经济发展水平的关系研究：以重庆市渝北区为例［J］.长江流域资源与环境，2018，27（3）：624-631.
11	李秀梅，白涛.干旱区冷凉型绿洲景观格局变化分析［J］.中国沙漠，2014，34（3）：919-926.
12	毋兆鹏.中国绿洲稳定性研究的审视［J］.干旱区资源与环境，2008（10）：42-48.
13	胡艳兴，潘竟虎.基于土地利用空间格局的兰州市景观稳定性［J］.中国沙漠，2016，36（2）：556-563.
14	傅伯杰.景观生态学原理及应用［J］.应用与环境生物学报，2011，17（2）：157.
15	傅小锋.干旱区绿洲发展与环境协调研究［J］.中国沙漠，2000，30（2）：96-99.
16	洪鸿加，彭晓春，陈志良.长沙市景观破碎化时空分异特征研究［J］.国土资源遥感，2011（1）：133-137.
17	张飞，塔西甫拉提·特依拜，丁建丽.干旱区绿洲土地利用/覆被及景观格局变化特征：以新疆精河县为例［J］.生态学报，2009，29（3）：1251-1263.
18	郭明，马明国，肖笃宁.基于遥感和GIS的干旱区绿洲景观破碎化分析：以金塔绿洲为例［J］.中国沙漠，2004，34（2）：89-94.
19	Gao J，Li S.Detecting spatially non-stationary and scale-dependent relationships between urban landscape fragmentation and related factors using Geographically Weighted Regression［J］.Applied Geography，2010，31（1）：292-302.
20	林世滔，谢弟炳，刘郁林，等.景观格局特征与区域生物多样性的关系研究［J］.生态环境学报，2017，26（10）：1681-1688.
21	孙玉芳，李想，张宏斌.农业景观生物多样性功能和保护对策［J］.中国生态农业学报，2017，25（7）：993-1001.
22	Bogaert J.Forest Fragmentation：Causes，Ecological Impacts and Implications for Landscape Management［M］//Li C，Lafortezza R，Chen J.Landscape Ecology in Forest Management and Conservation： Challenges and Solutions for Global Change. 2011：273-296.
23	Jaeger J A G.Landscape division， splitting index， and effective mesh size： new measures of landscape fragmentation［J］.Landscape Ecology，2000，15（2）：115-130.
24	曹宇，肖笃宁，欧阳华，等.额济纳天然绿洲景观演化驱动因子分析［J］.生态学报，2004，24（9）：1895-1902.
25	张秀霞，颉耀文，吕利利.敦煌绿洲近30年的景观变化研究［J］.干旱区资源与环境，2018，32（3）：170-175.
26	Yang L，Pan X，Liu J，et al.Spatio-temporal variation characteristics of land surface temperature and cold island effect in Ejina oasis［J］.Journal of Arid Land Resources and Environment，2019，33（2）：116-121.
27	祖拜代·木依布拉，夏建新，普拉提·莫合塔尔，等.克里雅河中游土地利用/覆被与景观格局变化研究［J］.生态学报，2019，39（7）：2322-2330.
28	仇江啸，王效科，逯非.城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系：以北京城区为例［J］.生态学报，2012，32（9）：2659-2669.
29	赵玉涛，余新晓，关文彬.景观异质性研究评述［J］.应用生态学报，2002（4）：495-500.
30	苏显力.基于移动窗口法的下辽河平原区农田景观异质性研究［D］.沈阳：沈阳农业大学，2018.
31	Dramstad W E.Integrating landscape-based values-norwegian monitoring of agricultural landscapes［J］.Landscape and Urban Planning，2001，57（3/4）：257-268.
32	侯碧清，钟永德.3S技术在株洲市城市绿地景观空间结构中的应用［J］.中南林学院学报，2005（3）：68，72，88.
33	康欢欢.榆林地区景观破碎化时空动态分析［D］.西安：长安大学，2013.
34	赵锐锋，姜朋辉，赵海莉.黑河中游湿地景观破碎化过程及其驱动力分析［J］.生态学报，2013，33（14）：4436-4449.
35	李义玲，乔木，杨小林.干旱区典型流域近30年土地利用/覆被变化和景观破碎化分析：以玛纳斯河流域为例［J］.中国沙漠，2008，28（6）：1050-1057.
36	冯永玖，刘艳，周茜.景观格局破碎化的粒度特征及其变异的分形定量研究［J］.生态环境学报，2013，22（3）：443-450.
37	付刚，肖能文，乔梦萍.北京市近二十年景观破碎化格局的时空变化［J］.生态学报，2017，37（8）：2551-2562.
38	由畅，周永斌，于丽芬.景观破碎化数量分析方法概述［J］.中国农学通报，2006（5）：146-151.
39	王新源，刘世增，陈翔舜，等.河西走廊绿洲面积动态及其驱动因素［J］.中国沙漠，2019，39（4）：212-219.
40	常学礼，李秀梅，白雪莲，等.荒漠绿洲交错区绿洲扩张与主要水文过程［J］.中国沙漠，2019，39（4）：204-211.
41	Wu J.Effects of changing scale on landscape pattern analysis： scaling relations［J］.Landscape Ecology，2004，19（2）：125-138.
42	Alhamad M N.Mediterranean drylands：the effect of grain size and domain of scale on landscape metrics［J］.Ecological Indicators，2010，11（2）：611-621.
43	Šímová P K G.Landscape indices behavior：a review of scale effects［J］.Applied Geography，2012，34：385-394.
44	Parent J R，Volin J C.Validating Landsat-based landscape metrics with fine-grained land cover data［J］.Ecological Indicators，2016，60：668-677.
45	张志军，伍维模，张宏.塔里木河中游耕地扩张及景观破碎化研究［J］.地理空间信息，2018，16（8）：19-23.

[1]	孙高鹏, 刘宪锋, 王小红, 李双双. 2001—2020年黄河流域植被覆盖变化及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 205-212.
[2]	宋冰, 王国华, 缑倩倩, 席璐璐. 沙埋对河西走廊荒漠绿洲过渡带一年生草本植物的影响[J]. 中国沙漠, 2021, 41(3): 185-194.
[3]	李军豪, 陈勇, 杨国靖, 周立华. 1975—2018年民勤绿洲沙漠化过程及其驱动机制[J]. 中国沙漠, 2021, 41(3): 44-55.
[4]	何建华, 秦文华, 郭嘉兵, 陈沛源, 马金珠. 敦煌绿洲地下水微量元素分布特征及其成因[J]. 中国沙漠, 2021, 41(2): 109-119.
[5]	王生霞, 王飞. 河西内陆河流域绿洲面积对地表径流的响应[J]. 中国沙漠, 2021, 41(2): 231-241.
[6]	张华, 安慧敏. 基于GEE的1987—2019年民勤绿洲NDVI变化特征及趋势分析[J]. 中国沙漠, 2021, 41(1): 28-36.
[7]	武磊, 李常斌, 王刘明, 谢旭红, 张媛, 魏健美. 基于ESA-LUC和MODIS-NDVI的西北干旱荒漠-绿洲体系分类阈值及应用[J]. 中国沙漠, 2020, 40(6): 139-150.
[8]	曹永香, 毛东雷, 蔡富艳, 王雪梅, 开买尔古丽·阿不来提null, 苏松领. 新疆策勒绿洲化进程中典型下垫面的小气候空间差异[J]. 中国沙漠, 2020, 40(6): 180-189.
[9]	王德金, 赵文智, 周宏. 河西走廊中部荒漠砾幂特征及其对土壤水分入渗的影响[J]. 中国沙漠, 2020, 40(6): 233-241.
[10]	李森, 王涛, 张志山, 颜长珍, 毛忠超. 生态输水后民勤盆地绿洲适宜规模及结构变化[J]. 中国沙漠, 2020, 40(6): 91-97.
[11]	巩炜, 胡广录, 付鹏程, 李浩然, 周川, 邓丽媛. 干旱区沙漠-绿洲过渡带固沙植物的土壤水分入渗特征[J]. 中国沙漠, 2020, 40(5): 200-208.
[12]	胡菲, 张克存, 安志山, 鱼燕萍. 敦煌沙漠、绿洲和戈壁地表风动力环境特征同步对比[J]. 中国沙漠, 2020, 40(4): 113-119.
[13]	周洒洒, 何清, 金莉莉, 张建涛. 塔克拉玛干沙漠北缘绿洲-荒漠过渡带辐射特征[J]. 中国沙漠, 2020, 40(4): 43-51.
[14]	常学礼, 李秀梅, 白雪莲, 季树新, 王理想. 荒漠绿洲交错区景观稳定性与维持机制[J]. 中国沙漠, 2020, 40(3): 43-50.
[15]	毛忠超, 李森, 张志山, 胡宜刚, 李昌盛. 荒漠-过渡带-绿洲界定——以石羊河流域为例[J]. 中国沙漠, 2020, 40(2): 177-184.