内蒙古锡林郭勒盟景观格局变化对土壤保持能力的影响

doi:10.18402/resci.2018.06.15

摘要/Abstract

摘要：

提高土壤保持能力对于维持脆弱的草地生态系统稳定具有重要意义。本文在GIS技术的支持下,采用景观格局分析与逐步回归的统计方法,在流域尺度上对2005—2010年锡林郭勒盟景观格局变化对土壤保持能力的影响进行研究。结果表明：① 不同景观类型的土壤保持能力差异显著,单位面积土壤保持量为林地>农田>草地;② 2005—2010年,锡林郭勒盟林地土壤保持能力减弱,草地和农田土壤保持能力增强;③ 不同景观水平指数及不同斑块类型水平指数对土壤保持能力的影响差异显著;④ 景观水平上,流域土壤保持能力随着斑块数量和香农多样性指数的减小以及景观形状指数和香农均匀度指数的增加而相对增强,其中,斑块数量对土壤保持能力的影响更大;⑤ 斑块类型水平上,在降雨减少而植被覆盖度降低的情况下,随着聚合度的增加,林地土壤保持能力减弱幅度变小,其中,草地土壤保持能力随着最大斑块指数的增加而增强,农田土壤保持能力随着斑块面积百分比的增加以及平均邻接度指数的减小而增强。研究结果对于提高区域景观管理水平,促进水土保持具有借鉴意义。

关键词: RS/GIS, 景观格局变化, 土壤保持能力, 土壤侵蚀, 典型草原, 内蒙古锡林郭勒盟

Abstract:

Soil conservation is important for maintaining stability and sustainability of fragile arid and semi-arid grassland ecosystems. Here, using GIS technology the relationship between soil conservation and changes in landscape pattern at a watershed scale in the Xilingol league was analyzed using stepwise regression. We found that soil conservation in different landscape types varied. The pattern in the soil conservation per unit area was forest > farmland > grassland. From 2005 to 2010, soil conservation in forest ecosystems declined, while soil conservation of grassland ecosystems and farmland ecosystems increased. There were significant differences for soil conservation among different landscape-level metrics and among class-level metrics for different landscape types. At the landscape level, soil conservation of watersheds increased when patch numbers and the Shannon’s diversity index decreased and the landscape shape index and Shannon’s evenness index increased. Patch number had a higher effect on soil conservation. At the class level, rainfall and vegetation cover in forest decreased. Soil conservation of forest ecosystems decreased with increasing aggregation index. Soil conservation of grassland ecosystems increased with increasing large patch index. Soil conservation of farmland ecosystems increased with an increasing proportion of landscape and decreasing mean contiguity index. Landscape patterns and ecological processes impact each other. We can better understand the ecological significance of landscape pattern changes by looking at the impact of landscape pattern changes on soil conservation. The results of this study will promote regional landscape management and soil and water conservation.

Key words: RS/GIS, landscape change, soil conservation, soil erosion, typical grassland, Xilingol League,Inner Mongolia

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图/表 10

图1

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图2

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表3

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参考文献 25

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	景观指数	尺度	说明
基本指数	景观百分比/PLAND	斑块类型	景观中某一斑块类型的总面积除以景观总面积的百分比
	最大斑块指数/LPI	斑块类型	某斑块类型中的最大斑块占整个斑块类型面积的比例
	平均斑块面积/AREA_MN	斑块类型	某一斑块类型的总面积除以这一斑块类型的斑块个数
	斑块边缘密度/ED	斑块类型/景观	单位面积上某斑块类型/景观的斑块边缘长度
形状指数	平均形状指数/SHAPE_MN	斑块类型	反映了斑块形状相对于同等面积正方形的复杂程度
	平均邻接度指数/CONTIG_MN	斑块类型	基于某一斑块类型单元间的空间连通性来评估斑块形状,反映了某一斑块类型的边界轮廓,从而反映斑块形状特征
蔓延度指数	斑块数量/NP	景观	景观中斑块个数总量
	斑块密度/PD	斑块类型	单位面积上某斑块类型的斑块个数
	景观形状指数/LSI	斑块类型/景观	将斑块类型/景观看作一个整体,LSI值越大,说明边界长度长且不规则,斑块/景观破碎化程度越高
	聚合度指数/AI	斑块类型/景观	描述景观斑块聚集程度
多样性指数	香农多样性指数/SHDI	景观	基于信息理论的测量指数,反映景观异质性,对景观中各斑块类型非均衡分布状况较为敏感
	香农均匀度指数/SHEI	景观	反映景观组成的均匀度和优势度

数据名称	格式	空间分辨率	数据来源
数字高程模型DEM	GRID	90m	数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http://www.gscloud.cn）
2005年及2010年国家级气象站点月数据	TXT	—	中国气象数据网（http://data.cma.cn/）
锡林郭勒盟行政边界数据	SHP	—	数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn）
2005年及2010年土地利用数据	GRID	1km	数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn）^[24]
世界土壤数据库（HWSD）	SHP	1km	数据来源于“黑河计划数据管理中心”（http://heihedata.org）^[25]
2005年及2010年TM影像	IMG	30m	数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http://www.gscloud.cn）

	景观百分比（PLAND）	斑块边缘密度（ED）	景观形状指数（LSI）	平均斑块面积（AREA_MN）	聚合度指数（AI）
林地	-1.57	-31.67	-28.85	75.39	2.83
草地	0.04	-24.91	-23.97	120.27	0.51
农田	4.66	-34.48	-34.67	79.48	6.07
建筑用地	8.02	-27.49	-29.72	168.04	10.20
水域	10.38	2.73	-1.65	16.12	1.15
未利用土地	-7.02	-17.24	-14.01	-1.51	2.04

景观格局变量	标准系数	显著性
斑块数量（NP）	-0.515	<0.01
景观形状指数（LSI）	0.352	<0.01
香农多样性指数（SHDI）	-0.428	<0.01
香农均匀度指数（SHEI）	0.187	<0.05

土地利用类型	景观格局变量	标准系数	显著性
林地	聚合度（AI）	0.328	<0.01
草地	最大斑块指数（LPI）	0.169	<0.05
农田	斑块面积百分比（PLAND）	0.303	<0.01
	平均邻接度指数（CONTIG_MN）	-0.461	<0.01