流域治理已成为黄土丘陵沟壑区公认的治理方式，通过流域治理，可以达到景观格局的合理配置、生态系统的稳定、流域范围内的健康。景观格局及其变化过程研究是当前学术界研究的一个热点，许多学者开展了较为细致和深入的研究，并已建立起日益成熟的理论体系(黄奕龙等，2005；陈利顶等，2006；卫伟等，2006a；2006b；傅伯杰等，2008)。流域是一种重要的自然地理单元，对流域景观格局的研究，是揭示流域生态状况、空间变异性特征以及与生态过程相关的区域资源环境问题的有效手段。目前，国内外对于流域景观格局及其演变的研究较多，方法与研究重点也各有不同。国内研究较多的流域有岷江流域(胡志斌等，2004；叶延琼等，2006)、黑河流域(卢玲等，2001a；2001b)。整体生态环境的改善依赖于不同尺度流域生态环境的改善，而流域生态环境改善则依赖于构成流域生态环境的各个林草植被生态系统稳定性的提高，因此研究生态系统空间格局及其演化规律显得意义更为重大。

近年来，国内学者对黄土丘陵沟壑区的土地利用、景观变化和格局进行了研究(郑海峰等，2007；卫伟等，2006；虎陈霞等，2007；游珍等，2007；王继军等，2007；董有福等，2005；王静戟等，2004；温仲明，2004a；2004b)。李芬等(2008)对纸坊沟流域近70年农业生态安全进行了评价；周萍等(2008)对纸坊沟流域不同坡面及坡位土壤特征进行了研究。这些研究都基于卫星图片、历史资料和土地利用图，对整个流域的土壤理化特征、植被现状等方面进行研究。

本文通过野外调查，在现地勾绘纸坊沟流域植被类型图的基础上，运用景观生态学有关原理和研究方法，在arc/info、Arcview 3.2a地理信息系统软件的支持下分析不同治理时期安塞县纸坊沟流域景观格局的基本特征，系统研究了近25年来景观要素斑块规模、斑块形状、多样性，以及破碎化演化过程和相关规律，目的是为同类地区的环境治理和植被建设提供依据。

1 研究区和研究方法 1.1 研究区概况

陕西省安塞县纸坊沟流域(36°51′N，109°19′E)，属黄土高原丘陵沟壑区。海拔1 010~1431 m，属暖温带半干旱气候区，年平均降水量为491 mm，7—9月占全年降水的61%，干燥度指数1.48，年均气温8.8 ℃，≥10 ℃年积温2800~3500℃。本区为森林草原区，土壤主要为黄绵土。植被类型主要为旱生的天然灌木群落，如狼牙刺(Caragana rosea)、扁核木(Prinsepia utilis)、杠柳(Periploca sepium)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)、沙棘(Hippophae rhamnoides)等；人工群落有刺槐(Robinia pseudoacacia)、小叶杨(Populus simonii)(吴钦孝等，1998；程积民等，2002；王佑民等，1997)。

1.2 研究方法

1)植被图的现地勾绘  首先在2005年7月对整个流域踏查，熟悉地形、地貌和地面标志物，熟悉不同植被类型颜色。野外勾绘中，携带安塞纸坊沟流域地形图(1:7 500比例尺)，分2个小组，1个小组绘图，1个小组在对面山坡上确认(植物)植被。然后由沟口开始，2个小组分别在对面山坡上，沿流域向上，逐地块勾绘植被斑块，确认地形地物、植被斑块边界、植被斑块质量(群落高度、盖度和多度等)。植被类型图的现地勾绘过程中，尽量精确记录野外观察到的植被特征。不同类型群落斑块边界绘图后，对面植被确认小组要测量群落基本特征(建群种、主要伴生种、群落平均高度、盖度等)。

2)植被图数字化  利用数字化仪将1982，1990和2005年的安塞纸坊沟流域1:7 500的植被类型图输入计算机，建立黄土高原电子植被类型图库，运用arc/info，Arcview 3.2a地理信息系统软件对其进行数字化处理，建立纸坊沟流域植被数据库，该库包含了所有的植被类型和各类型斑块的数量、面积、周长、空间位置等信息。

3)景观要素划分  根据纸坊沟流域的景观特点、综合植被类型(土地利用类型)和地形特征构成景观中相对同质的景观要素，确定以景观功能、土地利用类型及群落优势种为主要依据的景观要素分类体系。将景观要素分为3级(宋永昌，2001)，见表 1。

4)数学分析  运用景观指数对近25年来纸坊沟植被景观类型的动态进行定量分析，同时进行差异显著性分析，从数学的角度来解释其变化趋势。

本文选取的景观多样性指数是景观多样性指数、景观丰富度指数、景观均匀度指数和景观优势度指数(傅伯杰，1995；王晓燕等，2004；肖笃宁，1991)；景观破碎化指数是生境破碎化指数和生境分离度指数(郭晋平等，1999)。

式中：H是景观多样性指数，P_k是景观类型k所占总面积的比例，m是景观要素类型个数。H越大，表示景观的多样性越大。

景观丰富度指数(R)，本文采用Margalef丰富度指数，反映斑块类型的丰富程度：

式中：m为景观类型的数目(下同)，A为景观的总面积。

景观均匀度指数(E)：实际多样性和最大多样性之比，是景观多样性的相对值，描述景观中不同景观类型的分配均匀程度。其公式为：

式中：H为Shannon多样性指数，H_max=ln(m)，是多样性指数的最大值(下同)。P_k是景观类型k所占面积的比例(下同)。显然当E趋近于1时，景观斑块的均匀度程度亦趋于最大。

景观优势度指数(D)：在群落生态学中，优势度用来反映种群在群落组成结构中的地位和作用，借用优势度的原理构造景观优势度指标，也可以用来测度景观受一种或少数几种景观类型控制的程度(肖笃宁，1991；刘先银等，1994)。表达式为：

生境破碎化指数(C_k)：反映景观被分割的破碎程度，即景观里某一景观类型在给定时间内和给定性质的破碎化程度，是景观异质性的一个重要组成。

式中：∑N_k表示景观类型k的斑块总数，A_k为景观类型k的总面积(下同)，C_k值越大，表明景观要素类型k破碎化程度越大。

生境分离度指数(F_k)：表示某一景观类型中不同斑块的分离程度。其计算公式为：

式中：F_k为景观类型k的分离度，D_k为景观类型k的距离指数，S_k为景观类型k的面积指数。

式中：A为景观的总面积，n_k是景观类型k中的斑块总数。分离度值越大，表明景观在地域分布上越分散，景观分布越复杂。

2 结果与分析

本文根据纸坊沟流域的景观特点，结合研究的需要，综合植被类型(土地利用类型)和地形特征构成景观中相对同质的景观要素，确定了以景观功能、土地利用类型及群落优势种为主要依据的景观要素分类体系，研究它们在近25年间的变化。

2.1 景观类型及面积构成动态及其分析

纸坊沟3个时期景观类型如图 1所示。从图 1可以看出，近25年来纸坊沟总的景观类型没有发生明显的变化，但其景观结构及空间分布发生了明显变化。结合表 1，2可以看出，1982年纸坊沟流域总面积为8.275 km²，分为23个景观组分类型，共有斑块229个，斑块面积分布极不均衡。生态防护型草地景观的面积最大，生产经济型农田景观的面积次之，两者面积之和为6.093 km²，占整个流域的73.631%，构成了该时期流域内的主导景观。从植被景观功能上分析，生态防护型、生产经济型景观和生活服务型景观的面积比例为1:0.490:0.023。3种功能型景观的面积比例差异比较大。1990年纸坊沟流域共划分出24个景观组分类型，共有291个斑块。生态防护型草地景观和灌丛景观的面积比较大，两者面积之和达5.195 km²，占整个流域的62.780%；成为该时期流域内的主导景观。从植被景观功能上分析，生态防护型、生产经济型景观和生活服务型景观的面积比例为1:0.302:0.019。可以看出，生产经济型景观的面积比例趋于下降。2005年纸坊沟流域可划分为24个景观组分类型，共有斑块192个，较前2个时期的斑块数有所下降。生态防护型草地景观和森林景观的面积比较大，两者面积之和达5.647 km²，占整个流域的68.242%；成为该时期流域内的主导景观。从植被景观功能上分析，生态防护型、生产经济型景观和生活服务型景观的面积比例为1:0.183:0.018。可以看出，生产经济型景观的面积比例逐渐下降，而生活服务型景观的面积比例几乎保持不变。这一治理时期，流域内生态防护型景观的面积比例已经达到了历史最高水平。

2.2 景观要素多样性演化动态及其分析

纸坊沟流域由于曾受到强烈干扰，自然景观被破坏殆尽，从而形成高度均质化的人工或半人工景观。对流域景观要素多样性演化过程进行分析，有利于了解景观要素多样性与自然生态过程和社会经济活动之间的关系，对该区土地资源合理利用和景观设计、规划、管理及区域可持续发展有重要意义。

从图 2可以看出，景观要素多样性指数(H): 1982，1990，2005年流域景观要素多样性指数分别为1.316，1.413，1.339，但与最大景观多样性指数H_max(1.609)相比，3期的景观要素多样性指数均小于最大多样性指数H_max(1.609)。时间序列上比较可以看出, 1990, 2005和1982年植被景观要素的多样性指数值是依次降低。这一结果表明，20世纪90年代流域治理以来，大面积造林种草，使流域内植被景观要素多样性增加，造林过程中，并没有考虑到“适地适树(草)”的原则，部分林草由于不能适应当地的生境条件，群落功能渐渐衰退。这是引起流域内植被景观要素多样性降低的原因之一。景观要素丰富度指数(R)：由于不同治理时期研究对象的植被景观要素数目是一个定值，因此丰富度指数值均为1.893。景观要素均匀度指数(E)：从图 2可以看出, 1990, 2005和1982年的均匀度指数依次减小，但三者之间的差别比较小。所表现出来的规律性与多样性指数值反映出来的规律是一致的。从图 2可以看出, 1982, 2005和1990年植被景观要素的优势度指数依次减小。

2.3 景观要素的破碎化动态及其分析

通过对景观破碎化的分析，可以从一定角度对景观的稳定性和干扰程度进行评价，尤其是对人类活动的干扰程度进行适当的评价，为景观管理和规划设计提供依据。此外，景观破碎化与自然保护密切相关，对生物和资源保护具有重要意义(傅伯杰等，2001)。

图 3，4所示生境破碎化指数和生境分离度指数，通过分析可以看出，生境破碎化指数之间的差异明显高于生境分离度指数之间的差异，2005年的生境破碎化指数和分离度指数较低，1990年的生境破碎化指数和分离度指数较高，说明1990年纸坊沟流域景观斑块被分割的破碎程度、分离程度较高，2005年流域景观斑块被分割的破碎化程度、分离程度较低。

3 结论及讨论

通过对纸坊沟流域景观格局总体特征分析可以看出，整个流域景观由复杂破碎地形，沿河道沟谷延伸为主线延伸，形成相对独立的地理单元。虽然不同治理时期景观各有特征，但总体格局变化不大，生态防护功能型、生产经济型和生活服务型景观构成比例相对稳定。

生态防护型草地景观在整个治理过程中，拥有的斑块数量最多，占有的面积最大，拥有的斑块平均面积较大，面积变异系数较小。2005年流域内生态防护型景观占有的面积最大，生产经济型景观占有的面积最小。各个植被景观组分拥有的斑块数较少，斑块平均面积较大，破碎化程度比较低。

通过对不同时期植被景观要素斑块规模的演化过程分析可以看出，在该流域内生产经济型果园和农田景观这类人工景观的形状比较规则，而生态防护型草地、森林和灌丛景观这类半人工半天然化的景观形状相对比较复杂。说明人为干扰是引起植被景观要素斑块形状变化的一个主要因素。

沿时间顺序纵向比较可以看出，处在2005年这一治理时期的植被景观要素的斑块形状较为规则，人为破坏减少，政府积极的干预措施已经对流域植被景观的保护和恢复起到了作用。随着治理时间的推移，流域植被景观要素的多样性指数和均匀度指数都是先增大后减小，而优势度指数表现为先减小后增大的趋势。流域生境破碎化指数和生境分离度指数随着时间的推移先增大后减小，破碎化指数间的差异明显高于分离度指数之间的差异。

2005年流域景观格局更趋合理，林草植被治理取得了成效，植被生态系统治理达到了比较理想程度，乔灌草植被比例合理，农业生产水平提高，区域生态系统安全性提高，可以作为当地植被和生态建设的典范。