谭志卫，赵　润，李　俊

(云南省环境科学研究院，云南高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室，云南 昆明 650034)



3S技术支持下的泸沽湖流域景观格局变化研究

谭志卫，赵润，李俊

(云南省环境科学研究院，云南高原湖泊流域污染过程与管理重点实验室，云南 昆明 650034)

采用1974、1993及2011年的3期经过校正处理的TM卫星影像为数据源，通过监督分类与人工目视纠错的方法获取3期土地利用数据，运用Fragstats 软件分析泸沽湖流域内40a的景观格局变化特征。结果表明：①建筑用地景观面积不断增加，增加的面积主要靠农地、林地、草地的转入；农地景观面积净减少0.9km2；水体面积相对稳定；林地与草地发生了约30km2的相互转化。②建筑用地、林地、农地的斑块形状指数增加，说明斑块形状越来越复杂。③景观中的优势度减少，各拼块类型在流域景观中呈不均衡化趋势分布的特征。

3S技术；景观格局；变化研究；泸沽湖

景观格局(Landscape pattern)指景观的空间结构特征，是景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置，是景观异质性在空间上的综合表现[1]。景观格局的研究是景观生态学研究的核心内容和热点问题之一[2-3]，空间格局、生态过程与尺度之间的相互作用也是景观生态学研究的核心问题之一[4]，而流域作为一个完整的自然地理单元，流域内景观格局是在自然与人类活动的长期相互作用过程中演变而成的[5]。本文选用泸沽湖流域为研究对象，揭示流域内生态环境与空间异质性特征，及与景观格局变化相关的流域资源环境问题，对全面了解泸沽湖景观格局变化，强化流域景观生态环境保护具有十分重要的意义。

1　研究区概况

泸沽湖为长江流域上游湖泊，位于云南省西北部和四川省西南部的两省交界处，是我国第三大深水湖泊。湖面面积57.7km2，其中云南境内30.3km2。流域面积247.6km2，云南部分107km2。最大水深105.3m，平均水深38.4m，蓄水量22.2亿m3，主要入湖河流有6条，入湖河流源近流短，呈现出明显的季节性，湖水主要靠雨水和临时性的沟溪汇水和区间坡面漫流补给。泸沽湖云南部分属丽江地区宁蒗县永宁乡落水行政村，主要居住着摩梭人、彝族和普米族。

2　研究方法

2.1数据准备及处理

采用1974年4月、1993年1月、2011年2月10日的3期TM卫星影像(分辨率为30M)作为数据源。利用Arcview、Arcmap及Erdas软件进行数据相关处理。

2.2土地利用遥感解译分类

根据实际需求，本次建立的景观分类体系为林地、农地、水域、建筑用地及草地。

本文利用ERADS软件，采用5、4、3波段组合，运用监督分类解译与人工目视纠错相结合的方法获取土地利用数据，并通过现场调查与分析，把2011年土地利用数据调整成2013年土地利用现状数据。

2.3景观指数选取

本文中根据实际需要选取了斑块密度指数(PD)、最大形状指数(LSI)、斑块分维数(PARFAC)、多样性指数(SHDI)、均匀度指数(SHEI)和优势度指数(D)，指数计算采用Fragstats软件。

3　结果与分析

3.1土地利用变化分析

从3期景观类型分布情况及面积统计来看，泸沽湖流域景观类型变化以林地景观、水域景观、农地景观、草地景观为主，建筑用地景观面积大幅度增加，以牺牲农地景观为代价，农地景观减少，林地景观增加，水域景观变化不大。详见表1、图1。

建筑用地面积在1974—2013年不断增加。前20a建筑用地面积增加了0.5km2，后20a建筑用地面积快速增加，共增加了4.23km2，面积比例从0.49%增长到0.69%，再增长到2.40%。分析原因，建筑用地景观面积的增长是以占用农地、林地及其它用地得来的。农地景观面积净减少0.9 km2，两个阶段减少量相当。

林地景观面积在1974—2013年表现为先减少后增加。前20a，林地面积减少了29.05 km2，减少率为20.92%，后20a林地面积增加了26.27km2，增长率为23.93%，最终净减少1.78 km2。草地面积在1974—2013年表现为先增加后减少。前20a增加了29.46km2，后20a减少了30.60 km2，最终净减少1.14 km2。林地与草地景观的变化主要为两者的相互转化，而转化的原因主要受当时的社会发展水平、生活方式及政策导向影响。20世纪70—80年代泸沽湖流域还处于生产水平低、社会发育程度参差不齐的状态，很多区域还保持着刀耕火种、游牧游耕的生活方式，致使林地大量转化为草地(牧草地)。而近20a，随着社会经济及旅游业的发展，刀耕火种、游牧游耕的生活方式基本消失，建筑用地大面积扩张，加上泸沽湖当地政府实施“林业生态保护”、“水土流失治理”、“生态环境的整治”等工程，大量的草地又退草还林，使得林地面积增长。

表1　1974—1993—2013泸沽湖流域景观类型转移矩阵表

3.2景观格局变化分析

将景观生态学的理论与方法应用于泸沽湖流域景观结构变化的研究中，从景观空间格局变化的某些特征分析主要各地类动态变化的规律。景观格局指数是景观空间格局和异质性的定量描述。通过对不同时期同一景观类型的景观格局定量分析，可以反映泸沽湖景观结构的变化趋势以及所受到的干扰程度。

3.2.1景观生态指数分析

斑块密度指数。从表2可以看出，建筑用地景观的斑块密度增加。主要原因为当地经济发展及旅游业的兴起，大量的建筑拔地而起，而在现场调查中发现当地的建筑用地建设基本上是当地农户自发在自家宅基地上随意修建，毫无整体规划概念，因此导致建筑用地的斑块密度与斑块数增加。农地、林地、草地景观的斑块密度在前后20a表现为先增加后减少，说明农地、林地、草地在前20a异质性增大，破碎度增加，而后20a，随着流域内人类对泸沽湖生态的保护， “林业生态保护”、“水土流失治理”、“生态环境的整治”等工程的实施，农地、林地、草地越来越趋向聚集、成片分布，这种变化也与分维数的变化相一致。

斑块形状指数。1974—2013年，建筑用地、农地与林地的斑块形状指数在增加，说明这3类型斑块的形状越来越复杂。随着社会发展及当地旅游业的兴起，并在规划概念不强的条件下，大量无规划的建筑用地导致建筑用地与被占用的农地与林地的形状均向不规划方向发展。水域的斑块形状变化不大；草地的斑块形状呈先增加后减少的变化趋势，说明前20a无序的刀耕火种的生活方式导致斑块向不规划方向发展，而后20a在政府指导下，被占用的草地被用来植树造林，草地又向规划方向发展。

分维数指数。从总体上看，1974—2013年各类景观分维数值大部分在1.2～1.5，反映了不同景观的几何形状比较复杂的特点，人为因素干预比较大。建筑用地、农地的分维数在减少，这是因为这几类景观受规划改造的影响大，人类利用改造越多的地方，其分维值越小，反之越大；林地与草地的分维值先增加后减少；水域的分维数值略有增加，变化不大，因为在研究期间泸沽湖面积与状况变化不大，说明受干预程度小。

表2　湖泸湖流域景观生态指数

3.2.2景观类型多样性分析

如表3所示，1974—2013年泸沽湖流域景观多样性指数(SHDI)与均匀度指数(SHEI)表现为先增加后减少，优势度(D)指数表现为先减少后增加。

前20a，多样性指数增加了0.1636，均匀度增加了0.1016，表明研究区的景观多样性在毁林开荒的影响下不断增加，各斑块类型在景观中趋于均匀分布。后20a多样性指数减少了0.1048，均匀度减少了0.0651，表明研究区的景观多样性随着人类开发活动的强烈干预(湖泊流域保护相关活动及旅游开发等)，各景观类型的分布不均匀程度在增加。

前20a，优势度减少了0.1636，反映了研究区各景观类型所占的比例差异在减少。后20a优势度增加了0.1048，反映了研究区各景观类型所占的比例差异在不断加大，即一种或者少数几种景观占优势的地位在明显降低，该流域内林地面积增加是优势度指数变化的重要原因。优势度总体上表现出与多样性及均匀度相一致的趋势。

表3　1974—2013年流域景观类型多样性指数

3.3泸沽湖流域景观结构改变对生态系统功能的影响分析

(1)流域的面山区域，研究期间林地面积先减少后增加，而草地先增加后减少。前20a当地无序的刀耕火种毁林方式使林地大量消失，也使占优势的常绿阔叶林遭到了前所未有的破坏，生物多样性降低，生态系统越来越脆弱。后20a虽然在政府干预下，林地面积有所增加，但林地植被主要为云南松林，整个森林系统呈现阔叶林向针叶林的逆向演替，森林生态系统的稳定性受到极大影响。

(2)流域的湖盆区，建筑用地不断增加对生态系统的影响。建筑用地不断增加主要受当地经济发展与人口增加影响，经济发展与人口增加在后20a表现尤为突出。例如GDP， 1995年为0.021亿元，到2013年增加到0.290亿元，2013年比1995年增加了约14倍；常住人口，1995年为0.214万人，到2013年增加到0.307万人，人口增加了50%；旅游人数， 2012年人数为1995年的18倍。而人口的增加最终导致流域的污染增加。根据《泸沽湖流域水污染综合防治“十一五”、“十二五”规划》，2010年TN与TP的入湖量是2004年的2.5倍，入湖污染的增加也是湖泊水生态系统的潜在威胁。

3.4结论

40a泸沽湖流域景观格局变化如下：

(1)建筑用地景观面积不断增加，林地与草地景观发生了大面积的相互转化。

(2)建筑用地、林地、农地的斑块形状指数都有所增加，说明这3类型的斑块的形状越来越复杂。建筑用地、农地的分维数在减少，主要是人类规划改造的原因所致。

(3)泸沽湖流域景观多样性指数与均匀度指数表现为先增加后减少，优势度指数表现为先减少后增加。说明景观中的优势度减少，各拼块类型在流域景观中呈均衡化趋势分布的特征。

(4)流域面山区域林地中植被类型向单一方向发展影响森林生态系统的稳定性；湖盆区建筑用地增加，而影响其增加的驱动——常住人口、GPD、旅游人数的大量增加带来的污染影响水生态系统功能的正常运行，对生态系统的稳定性也是潜在威胁。

[1]邬建国. 景观生态学-格局、过程、尺度与等级[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000.

[2] Forman R T T, Godron M. Landscape Ecology[M]. New York，1986

.[3] 肖笃宁. 国际景观生态学研究的最新进展-第五届景观生态世界大会介绍[J]. 生态学杂志, 1999, 18(6): 75-76.

[4] Wu J, Marceat D. Modelling complex ecological systems: anintroduction[J]. Ecological Modelling,2002(153):1-6.

[5]叶延琼，陈国阶.GIS支持下的岷江上游流域景观局分析[J].长江流域资源与环境,2006,15(1):112-115.

Dynamic Change of Landscape Pattern in the Lugu Lake Wetland Based on 3S Technology

TANZHI-wei, ZHAO Run，Li Jun

(Yunnan Institute of Environmental Science, Yunnan Key Laboratory of Pollution Process and Management of Plateau Lake -watershed, Kunming Yunnan 650034 ,China)

Base on the date source of the corrected TM satellite imagery of three periods in the year of 1974, 1993, and 2011 in the LuguLake watershed, supervised classification and artificial visual error correction method were applied to obtain the land use date. Then, Fragstats software was used to analyze the changes of the landscape pattern in 40 years. The results showed that the area of construction land has increased mainly by the transfer of the area of farmland, forest land, and grassland. Farmland area decreased 0.9km2. Water area was relatively stable. Forest land and grassland transformed reciprocally about 30km2. The shape indices of construction land, forest land, and land patch of farmland increased, which meant that the patch shape has become more and more complex. Landscape dominance index decreased. Each patch type in the watershed landscape showed a trend of imbalanced distribution.

3S technology; landscape pattern; change; Lugu Lake

2016-05-11

云南省科技计划项目(2013FD077)，云南省生物多样性保护专项资金<泸沽湖、洱海、抚仙湖三大高原湖泊水生态调查与评估>。

谭志卫(1982-)，女，硕士研究生。

X87

A

1673-9655(2016)05-0107-04