守住京津"风沙防线"——察汗淖尔流域生态安全14年图谱

来源：滚动播报

（来源：科创中国）

生态安全是指人们赖以生存发展的生态环境系统处于一种不受污染和不受危害或破坏的良好状态，是人类生态安全的核心，同时也是国家可持续发展的基础。本文从景观结构出发，通过斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）、景观分离度指数（DIVISION）和景观聚集度指数（AI），对察汗淖尔流域2010年和2024年2期的生态安全状况进行了评价，并开展了动态变化分析，有望为生态安全格局的识别与风险评估提供科学依据。

察汗淖尔流域位于京津风沙源头区域，是建设中国北方生态安全屏障、阻挡风沙入侵的重要组成部分。因此，对察汗淖尔流域生态安全进行有效的评估具有重要意义。

景观是生态环境管理的基础单元，对景观水平结构与过程特征的生态安全研究与评价，有利于实现生态安全现状与动态的相结合。通过景观动态干扰分析，可以明确人类活动对流域生态安全的影响性质与过程，从而有针对性地提出生态安全修复和保护措施。研究将景观生态学原理与分析方法引入察汗淖尔流域的生态安全评价中，通过遥感数据的解析获取研究区土地利用和景观指数，并在此基础上计算生态系统类型转换强度和生态系统综合动态度，从而实现对该流域生态安全状况的全面评估。

1、研究区概况

察汗淖尔流域位于内蒙古自治区乌兰察布市商都县和河北省张家口市尚义县交界处，总面积为7359 km2。流域海拔为1272~1800 m，为典型的波状高原地形，地处半干旱的农牧交错带地区，属中温带半干旱大陆性季风气候。年平均降水量为300~400 mm，且降水量由南向北递减，由山区向平原地区递减。流域内冬季严寒、夏季凉爽，四季分明。目前，该流域内的湖泊已成为季节性湖泊，根据第二次全国土地调查统计的水体面积为24.59 km2 ，2/3在商都县、1/3在尚义县（图1）。

2、研究方法

2.1 土地利用数据获取

景观指数的计算是以土地利用数据为基础的，我们的研究采用2010年和2024年的Landsat 8遥感影像，采用最大似然监督分类法获取土地利用数据，并参照对应时期的全国林地一张图数据和全国第二次土地利用调查数据构建分类体系。

1）遥感影像预处理。以1∶10000地形图为参考，采用二次多项式和最近邻域插值法对两期影像分别进行几何精纠正并保证配准误差在1个像元以内。

2）土地利用分类。结合监督分类的方法将土地利用分为耕地、林地、草地、水域、建设用地（城乡、工矿、居民用地）和未利用土地6个一级类型以及25个二级类型。

3）为了更详细分析察汗淖尔流域各子生态系统类型面积及其变化情况，根据分类结果，结合《国家森林资源连续清查技术规定（2014）》以及察汗淖尔流域实际的生态状况特征进行了调整和界定。

2.2 生态安全评价方法

主要从生态系统格局和生态系统类型转换特征2个角度评估流域生态安全状况。

2.2.1景观指数获取与分析

景观稳定性强调的是景观抵抗干扰、保持原状的能力，能够反映系统在受到人类的干扰和破坏以后的景观生态安全状态。通过斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）、景观分离度指数（DIVISION），以及景观聚集度指数（AI）来评估。

1）斑块密度。揭示出景观基质被类型斑块分割的程度，对生物保护、物质和能量分布具有重要影响。PD值愈大，破碎化程度愈高，计算公式为

2）景观形状指数。景观形状指数反映景观类型内部斑块的组合状况以及与外部其他景观类型组合分布的复杂程度，计算公式为

3）景观分离度指数。景观分离度指数用于度量某类型景观不同斑块个体分布的离散程度，侧重景观内部，计算公式为

4）景观聚集度指数。景观聚集度指数基于同类型斑块像元间公共边界长度来计算。当某类型中所有像元间不存在公共边界时，该类型的聚合程度最低；当类型中所有像元间存在的公共边界达到最大值时，具有最大的聚合指数。计算公式为

2.2.2 生态系统类型相互转化强度

生态系统类型相互转化强度反映研究区生态系统类型在一定时段内变化的总体趋势，通过土地覆被转类指数来衡量。我们的研究按照该流域生态服务功能强度对土地利用类型进行生态系统级别的划分，具体如表1所示。在对生态系统类型定级后，将生态系统类型变化前后的生态级别相减，结果为正值表示研究区生态系统类型构成状况及宏观生态状况总体上转好，值越大，说明转好程度越高；反之表示转差，且绝对值越大，说明转差程度越大。

表1 土地覆被类型及其对应生态级别

在完成了多期土地利用分类之后，土地覆被转类指数为

2.2.3 生态系统综合动态度

生态系统综合动态度是定量描述研究时段内生态系统变化速度的指标，主要着眼于变化的过程而非变化结果，反映了研究区生态系统类型变化的剧烈程度，便于在不同空间尺度上找出生态系统类型变化的热点区域。生态系统综合变化率为

3、结果与分析

3.1 土地利用及变化分析

利用监督分类得到的两期土地利用结果如图2所示。从土地利用分布图可以看出，察汗淖尔流域的耕地所占面积最大，其次为森林和草地，然后依次为无立木林地、未成林造林地、建设用地、盐碱地、湿地，苗圃所占面积最小。

图3显示了各土地利用类型的变化趋势，耕地面积呈现下降趋势，从2010年的3001.78 km2下降到2024年的2876. 35 km2；森林面积呈现上涨的趋势，从2010年的1324.73 km2增加到2024年的1576.37 km2。草地面积呈现下降趋势；盐碱地面积上升。此外，建设用地面积有所增加。

3.2 景观格局动态分析

图4显示了基于2期土地利用数据对察汗淖尔流域各景观指数的计算结果。综合分析格局指数PD、LSI、DIVISION、AI的空间分布规律表明，耕地、森林、草地、建设用地、其他林地的景观破碎度呈下降趋势，其中耕地和森林的景观破碎度的下降较为显著；其他林地和盐碱地在该时间内景观破碎度相差不大；其他土地和湿地的景观破碎度呈上升趋势，其中湿地的景观破碎度的增加较为急剧。总体而言，流域景观破碎化程度降低，生态环境有所改善。

3.3 生态系统相互转换特征

计算生态系统类型相互转换强度和综合动态度结果表明，2010—2024年，察汗淖尔土地覆被转类指数为47.36%。当土地覆被转类指数结果为正值时，表示区域土地覆被类型转好；结果为负值时，表明区域土地覆被类型转差。总的来说，2010—2024年，土地覆被类型仍然在向较好的方向转变。

4、结论

通过Landsat 8遥感影像获取了察汗淖尔流域2010年和2024年的土地利用数据，并分析了各土地利用类型在该时间段内的变化。在此基础上，计算了2期的斑块密度、景观形状指数、景观分离度指数、景观聚集度指数，从景观格局角度分析评价了察汗淖尔流域的生态安全状况。结果表明，2010—2024年，流域内的盐碱地面积显著上升。从景观格局的角度分析，耕地和森林的景观破碎度下降较为显著，而湿地的景观破碎度急剧增加。总体来说，察汗淖尔土地覆被转类指数和土地覆被综合变化率分别为47.36%和20.54%，表明土地覆被类型仍然在向较好的方向转变。

未来，结合高分辨率遥感数据、地理大数据与人工智能算法，有望进一步提高景观格局识别的精度与自动化水平，推动遥感景观分析法在国家生态安全格局构建、生态保护红线划定，以及区域国土空间规划等方面发挥更大作用。

本文作者：岳贵杰、张刚、王涛

作者简介：岳贵杰，北京工业职业技术学院，北京市电气安全技术研究所，副教授，研究方向为遥感信息获取及应用。

文章来源：岳贵杰, 张刚, 王涛. 基于景观分析法的生态安全状况评估[J]. 科技导报, 2025, 43(13): 63−68.

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