1、DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0170闻译竣，石超，王树伟，张金龙，马晓芳.近 35 年石羊河流域景观格局演变及其驱动因素.草业科学,2023,40(1):303-317.WENYJ,SHIC,WANGSW,ZHANGJL,MAXF.LandscapepatternevolutionanditsdrivingforcesintheShiyangRiverBasinfrom1986to2020.PrataculturalScience,2023,40(1):303-317.近 35 年石羊河流域景观格局演变及其驱动因素闻译竣1，石超1，王树伟1，张金龙2,
2、3，马晓芳2（1.金昌市污染源监控中心,甘肃金昌737100；2.中国科学院西北生态环境资源研究院/高分辨率对地观测系统甘肃数据与应用中心,甘肃兰州730000；3.中国科学院西北生态环境资源研究院/甘肃省遥感重点实验室,甘肃兰州730000）摘要：景观格局时空演变是土地利用变化最直接的体现，是景观生态学研究的重点和热点。本研究利用 19862020 年 4 期土地利用/覆被数据，借助 ArcGIS 和 FRAGSTATS 软件，采用标准法和移动窗口法计算景观格局指数，分析石羊河流域景观格局时空演变特征，并通过灰色关联度法探讨景观格局变化的主要驱动力。结果表明，近 35 年石羊河流域的景观结构
3、总体呈现“耕地与建设用地面积明显增加，未利用地面积大量减少，其余景观类型相对平稳”的变化趋势。19862010 年各景观面积转移相对简单，主要表现为未利用地转为耕地，20102020 年各景观面积转移变得复杂，主要表现为未利用地转为建设用地及耕地，林地和草地、未利用地和草地之间存在大面积的相互转换。19862020 年主体景观未利用地及草地的优势度降低，破碎度增强，而耕地及建设用地景观优势度增加，破碎度降低，整体景观趋于多样化、破碎化。灰色关联法分析发现，降水、气温、人口数量和第一产业是石羊河流域景观格局变化的关键驱动因素。研究结果可为研究区土地利用规划和管理、景观生态恢复、保护及可持续发展提
4、供科学依据。关键词：景观指数；移动窗口法；土地利用；时空演变；驱动力；灰色关联分析；石羊河流域文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)01-0303-15Landscape pattern evolution and its driving forces in theShiyang River Basin from 1986 to 2020WENYijun1,SHIChao1,WANGShuwei1,ZHANGJinlong2,3,MAXiaofang2(1.PollutionResourceMonitoringCenterofJinchang,Jinchang737100,Ga
5、nsu,China;2.GansuDataandApplicationCenterforHigh-resolutionEarthObservationSystem/NorthwestInstituteofEco-EnvironmentandResources,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,Gansu,China;3.KeyLaboratoryofRemoteSensingofGansuProvince/NorthwestInstituteofEco-EnvironmentandResources,ChineseAcademyofSciences,
6、Lanzhou730000,Gansu,China)Abstract:Thespatio-temporalevolutionoflandscapepatternisthemostintuitivemanifestationoflanduseandcoverchange(LUCC),andisthefocusoflandscapeecologyresearch.Basedonthelanduse/landcover(LULC)datafrom1986to2020,thelandscapepatternindexwascalculatedbythestandardandmovingwindowme
7、thodstoanalyzethetemporalandspatialevolutioncharacteristicsoflandscapepatternintheShiyangRiverBasinusingArcGISandFRAGSTATSsoftware.Themaindrivingforcesoflandscapepatternchangeweredeterminedbycalculatingthegreycorrelationdegree.Theresultsshowedthattheareasofcultivatedandconstructionlandhaveincreaseds
8、ignificantly,thatofunusedlandhasdecreasedsignificantly,andtheotherlandscapetypeshavehadarelativelystablechangetrendintheShiyangRiverBasininthelast35years.Thetransferofeachlandscapeareawasrelativelysimple,mainlymanifestedintheconversionofunusedtocultivated收稿日期：2022-03-14接受日期：2022-05-09基金项目：国家重点研发计划项目
9、“祁连山自然保护区生态环境评估、预警与监控关键技术研究”(2019YFC0507404)第一作者：闻译竣(1979-)，女，甘肃张掖人，工程师，主要从事污染源监控、环境应急、环境管理等方面工作。E-mail:通信作者：张金龙(1985-)，男，河北石家庄人，工程师，硕士，主要从事遥感与生态环境应用研究。E-mail:第40卷第1期草业科学303-317Vol.40,No.1PRATACULTURALSCIENCE1/2023http:/landfrom1986to2010.Thetransferofeachlandscapeareabecamecomplexfrom2010to2020,mai
10、nlymanifestedintheconversionofunusedtoconstructionandcultivatedlands,andexhibitedalarge-areamutualconversionbetweenforestlandandgrassland,andunusedlandandgrassland.During19862020,thedominanceofunusedlandandgrasslanddecreasedand the fragmentation increased,whereas the dominance of cultivated land and
11、 construction land increased and thefragmentationdecreased,andtheoveralllandscapetendedtobediversifiedandfragmented.Temperature,precipitation,population,andprimaryindustryarethekeydrivingfactorsoflandscapepatternchangeintheShiyangRiverBasin.Theresultscanprovideascientificbasisforlanduseplanningandma
12、nagement,andlandscapeecologicalrestoration,protection,andsustainabledevelopment.Keywords:landscapeindex;movingwindowmethod;landuse;spatio-temporalevolution;driveanalysis;greyrelationanalysis;ShiyangRiverBasinCorresponding author:ZHANGJinlongE-mail:景观格局是由自然或人为形成的大小形状不同的斑块在空间上的配置以及其相互作用的结果，反映生态系统的演变过程
13、1-3。景观格局变化是土地利用变化最直接的体现，基于土地利用变化的景观格局演变分析是景观生态学研究的重要内容4。景观格局变化的驱动机制研究可揭示整体景观的演变规律，对模拟、预测未来景观格局变化也具有一定的指导意义，越来越成为景观生态学的研究热点5。国外关于景观格局的研究始于 20 世纪 50 年代，且以定性研究为主6-9。我国景观格局的研究始于 20 世纪 80 年代初，由林超等引入中国10。随着对景观格局、功能及过程研究的不断深入，景观格局研究逐步呈现生态学、地理学、3S 技术及地统计学等各学科间交叉融合的发展态势，景观指数对景观格局的高度概括性使其成为景观格局分析的重要手段，用来刻画景观格
14、局空间特征、识别景观生态风险区及揭示景观格局变化引起的生态问题11-17。研究区域多集中在城市地域、湿地及人类活动较为剧烈的流域。巫丽芸等18运用景观格局指数、缓冲带分析及移动窗口法，分析了福建海岛内陆到海岸地带的景观破碎化梯度变化特征。付扬军等19基于 19902015 年遥感影像数据，采用标准法和移动窗口法揭示了汾河流域景观破碎化时空演变过程。景观格局变化驱动力因素主要分为自然和人为因素两大类型20，Kefalas 等21研究表明自然植被区变化主要受地形、气候和自然灾害的影响，农业区变化则与社会经济发展情况密切相关。方法上国内外以定性分析22、相关性分析23和回归分析24为主，灰色关联分析
15、对数据量要求少且能够定量化分析未知因子间的相关关系，逐渐被运用到景观格局驱动机制研究中25。内陆河流域是景观生态学研究的热点区域26。石羊河流域生态环境脆弱但人口密集，剧烈的人类活动和趋向暖湿的气候转型强烈干扰流域景观生态，生态环境问题严重27。因此，石羊河流域景观格局变化及其驱动力研究具有区域典型性及必要性。该流域景观演变分析已有一定开展28-29，但大多局限于景观演变过程，立足全流域的景观格局变化及驱动力定量化研究较少。本研究以 19862020 年土地利用数据为基础，运用景观格局指数和灰色关联度探究了石羊河流域景观格局动态演变特征及驱动因素，为优化流域景观格局结构、助力景观生态恢复、保护
16、及可持续发展提供科学依据。1 材料与方法 1.1 研究区概况石羊河流域位于甘肃省河西走廊东部，祁连山北麓，介于 101.1104.2E，37.239.5N，总面积约4.03104km2(图 1)。属西北干旱区内陆河流域，地势南高北低，整体可分为南部祁连山地、中部走廊平原区、北部低山丘陵区及荒漠区 4 大地貌单元30。流域气候空间分异明显，太阳辐射强、温差较大、降水稀少、蒸发强烈，是我国最干旱的地区之一31。行政区划上来看，主要包括武威市的凉州区、古浪县、民勤县，金昌市的永昌县、金昌区及张掖市肃南裕固族自治县部分地区，是我国内陆河流域中人口最密集、水土资源开发利用程度最高、生态环境问题严重的流域之一32。近年来，政府及相关部门相继采取一些诸如调整农业种植结构、植树治沙等流304草业科学第40卷http:/域治理措施，开展该区域景观格局时空演变研究可为相关部门生态恢复措施的制定、产业格局调整等提供科学依据。1.2 数据土地利用/覆被数据基于美国陆地卫星 LandsatMSS(1986 年)、Landsat TM/ETM(2000 年 和 2010年)和 Landsat8(2020 年)数据
