库布其沙漠

内蒙古库布齐沙漠典型农牧交错区农田景观变化研究※

王林林1，马良2，3，宋芙蓉1，左登华1

（1.滨州学院地理旅游系，山东滨州256603；2.北京师范大学资源学院，北京100875；3.山东省水利科学院，山东济南250013）

摘要：以内蒙古库布齐沙漠东北部的农牧交错区为研究区，采用1987、1995和2003年的TM影像为数据源，在3S

技术的支持下分析了各时期农田景观格局特征及1987-1995、1995-2003两个时间段内的农田与其它景观类型之

间的相互转移过程。结果表明：1987~2003年间，农田面积增加，斑块数量减少，斑块形状规则，分布趋向于均匀，并

由分散状态向集中状态发展；农田主要是与草甸、固定沙丘、半固定沙丘和居民地等类型之间进行转化。

关键词：景观格局；农田景观；农牧交错区；3S技术；库布齐沙漠

中图分类号：F323.21文献标识码：B文章编号：1000-0275(2009)05-0595-04

DynamicsAnalysisofCrop-landscapeofAgri-Grazing-EcotoneinHobqDert

WANGLin-lin1,MALiang2，3，SONGFu-rong1，ZUODeng-hua1

(mentofGeographyandtourism,BinzhouUniversity,Binzhou,Shandong256603,China;

eofResourcesScienceandTechnology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China;

onrvancyRearchInstituteofShandongProvince,Jinan,Shandong250013,China)

Abstract：ThisstudyareaislocatedinthenortheastofHobqdert,d-satTMimages

of1987,1995and2003wereinterpretedbadon3Ssoftware(Arcview3.2,Erdas8.6andArcgis9.0).Itanalyzedthe

dynamicsofcrop-landscapebycomparingpatternsofcrop-landscapein1987,gressofland-u

changingbetweencrop-landscapeandothertypeswereanalyzedbyusingconvectionmatrixesfrom1987to1995and

ultsshowedthat:from1987to2003,theareaofcroplandincread,itspatchnumberdecread,

thecroplandpatchesbecominguniformdistribution,andtheirshapeisregular,andittransformedfromdispersionstateto

ndmainlyconvertedwithmeadow,fixedsand-dune,mi-fixedsand-duneandhabitation.

Keywords：landscapepattern;crop-landscape;Agri-Grazing-Ecotone;3Stechnique;Hobqdert.

※滨州学院青年人才创新工程项目（编号：BZXYQNLG200706）。

作者简介：王林林（1982-），男，山东滨州人，助教，主要从事地理信息系统应用研究。

收稿日期：2009-03-19；修回日期：2009-07-09

第30卷第5期

2009年9月

Vol．30No．5

Sept．2009

农业现代化研究

RESEARCHOFAGRICULTURALMODERNIZATION

景观格局、功能及其动态变化是景观生态学研

究的三大核心问题[1，2]。格局决定功能，功能的改变

最终将从结构的变化中反映出来。因此，景观格局构

成为三大核心问题中的核心[3，4]，景观格局动态变化

及与过程的关系已成为国内外景观生态学研究的重

点之一[5-7]。近年来，随着景观生态学的发展，对农田

景观的斑块特征及农田景观与其它景观要素相互关

系的研究已日益得到研究者重视[8-11]。农业景观比自

然景观有更大的变异性，它既受到自然环境的制约，

又受到人类活动和社会经济条件的影响和干预[10，11]。

库布齐沙漠位于内蒙古西部、鄂尔多斯高原北

部，是我国的第七大沙漠，由于人类活动参与，它的

地表覆被变化也非常突出[12]。对于库布齐沙漠地区

的研究尚多集中在植物生理、植被与水分的关系、沙

漠化动态等方面[13-15]，而对于其景观变化的研究尚

未见报道。鉴于此，本文基于3S技术，以库布齐沙漠

东北部地区的农牧交错区作为研究区，通过采用景

观指数、转移矩阵等方法来分析研究库布齐沙漠农

牧交错区1987-2003年间的农田景观格局特征及

变化过程，旨在为当地农牧业发展提供理论依据。

1研究区概况

研究区设在库布齐沙漠东北端的农牧交错区，

行政区划包括树林召、王爱召、白泥井和吉格斯泰4

个乡镇，地处E109°52′-110°44′，N40°07′-40°28′，总

面积为1534.39km2，在行政区划上隶属于内蒙古鄂

尔多斯市的达拉特旗（图1）。研究区内人口43.7万

人，平均96人/km2，为我国干旱半干旱地区人口密

度较大地区[16]。农田由1987年的28106.1hm2增至

2003年的52994.9hm2，面积比例由18.32%增至

34.54%，耕作比例升高明显。

研究区地处温带干旱草原、荒漠草原过渡带，属

典型的温带大陆性气候，大陆度75%。干燥少雨，冬

寒夏热，昼夜温差大。全年平均日照时数为3142.2h，

年平均气温6.1℃，7月份最高为22.9℃，1月份最低

为-13.7℃，平均年变幅为36.6℃。年均降水量305.9

第30卷

农业现代化研究

mm，主要集中在7~9月份。风沙灾害频繁，年均风速

3.1m/s，年均大风日数23.4d。

土壤以栗钙土、风沙土、草甸土为主，土壤肥力

低，质地粗，结构松散，遇有大风、强度降水、过度利

用等外部条件影响，都会引起风蚀沙化、草地退化

等。该区域的主要植物种有柠条（Caraganakorshin－

skii）、油蒿（Artemisiaordosica）、沙米（Agriophyllum

squarrosum）、冷蒿（Artemisiafrigida）、阿尔泰紫菀

（Asteraltaica）、甘草（Glycyrrhizauralensis）、籽蒿

（Artemisiasalsoloides）、木蓼（Atraphaxisfrutescens）

等灌木、多年生和1年生草本植物组成。

2数据获取与研究方法

2.1数据获取

本文以达拉特旗地区1987年、1995年及2003

年的三期TM影像为基础，分辨率为30m，成像时间

为7、8月份，可明显分辨农田景观。通过图象增强、

几何校正和坐标转换后，确立解译标志，利用地理信

息系统软件ArcView3.2在1：10万比例尺下对影像

进行人机交互解译。在ArcInfo9.0、Erdas8.6等软件

的支持下，对解译数据进行拓扑、属性引导、剪切、投

影转换获得三个时期的景观类型覆被矢量数据（图

2）。根据研究区地貌、土壤、植被覆盖度的特点，同时

也考虑人类活动的影响，将研究区的景观类型分为

农田、固定沙丘、半固定沙丘、流动沙丘、草甸、河床、

林地、居民地、湿地、水体等10类[17]。

2.2研究方法

本研究基于1987年、1995年及2003年的3期

景观类型覆被矢量数据，通过采用景观指数、转移矩

阵等方法来分析研究库布齐沙漠农牧交错区的农田

景观格局特征及变化。景观指数选取景观类型总面

积（CA）、景观百分比（PLAND）、平均斑块面积

（MPS）、斑块数（NP）、斑块密度（PD）、最大斑块指数

（LPI）、平均斑块分维数（FRAC）、散布与并列指数

（IJI）等8个指数[18]；通过对不同时期的景观类型覆

被矢量图层进行空间叠加运算，输出景观类型的转

移矩阵（ConvectionMatrix），可以获得各种类型之间

的转化面积，借以反映景观类型在不同时段之间的

变化程度和动态变化[19]。其中，景观指数计算借助于

软件Fragstats3.3，转移矩阵分析借助于软件Arcin－

fo9.0和Arcview3.2，农田重心转移分析是在软件

ArcGIS9.0的支持下完成的。

3结果分析

3.1农田景观格局特征分析

农田面积在1987-2003年间呈增加变化，由

28106.1hm2增加到52994.9hm2（表1）。其中，1987-

1995年间增长较快，平均增加2483.8hm2/a，说明在

此期间开垦了大量的土地作为农田，农田景观的景

观百分比由18.32%增长到31.27%，增长了12.95%；

1995-2003年间农田面积增长速度减慢，平均增加

627.3hm2/a，景观百分比由31.27%增长到34.54%，

仅增长了3.27%。农田斑块数量呈减少趋势，由137

个减少到85个，共减少52个，第一个时段减少27

个，第二个时段减少25个，这说明农田景观由分散

状态向集中状态发展。由于农田面积增加，斑块数量

减少，从而使得农田景观的平均斑块面积增加，由

205.15hm2增加到623.47hm2。农田景观的最大斑块

图1研究区位置图

图2研究区景观类型覆被矢量数据图

596

第5期

指数显示，1987-1995年，由2.25%变为15.43%，表

明农田在此期间具有明显的集中过程；1995-2003

年间，由15.43%变为13.76%，表明农田斑块在此期

间具有不同程度的破碎。

平均分维数（FRAC）主要揭示斑块及斑块组成

景观的形状特征（形状和面积的相互关系），它反映

在一定的观测尺度上斑块和景观格局的复杂程度。

FRAC的变化在1~2之间，当FRAC=1时，斑块形

状为简单的欧几里德正方形。当FRAC=2时，斑块

形状极其复杂，其周长由面填充而成。FRAC值越

大，表明斑块的形状越复杂。农田景观的平均分维数

显示，变化在1.074-1.078之间，变化很小，表明农

田斑块形状近似于欧几里德正方形（表1）。

散布与并列指数（IJI）表示的是一类斑块在整

个景观中的分布状况。IJI取值小时表明斑块类型仅

与少数几种其它类型相邻接；IJI越大表明各斑块间

比邻的边长趋于均等的，即各斑块间的比邻概率趋

向均等的，该种类型的斑块在景观中分布是比较适

宜的。农田景观的IJI显示，变化在74.12~85.16之

间，表明农田斑块在景观中的分布较均匀（表1）。同

时，农田景观的IJI随时间的变化逐渐增加，表明农

田在景观中的分布趋向于均匀。

从所有景观类型来看（图2），1987年，固定沙丘

（42313.8hm2）、半固定沙丘（33600.5hm2）、流动沙丘

（29667.9hm2）的面积均大于农田景观；1995年，农田

面积增加到47976.5hm2，大于固定沙丘（43546.0hm2）、

半固定沙丘（23018.4hm2）、流动沙丘（18833.7hm2）的

面积；2003年，农田景观占研究区面积的34.54%。

这表明，在1987~2003年间，研究区内景观类型由

固定沙丘占主导地位向农田景观占主导地位转化，

即人类活动在该区域的景观变化过程中起到主导

作用。

3.2农田景观与其它景观类型的转化

上述分析说明，农田与其它景观类型在不同的

时期有相互间的转化，仅从面积和景观百分比变化

上分析农田景观变化并不能够清晰表达农田景观的

变化过程。因此，对1987、1995和2003年3个时期

的景观类型矢量数据分别进行1987-1995、1995-

2003的空间叠加运算，输出各时间段内的景观类型

面积转移矩阵（ConvectionMatrix），获得各种类型之

间的转化面积、转化率，进而分析不同景观类型面积

之间动态转化关系（表2、表3）。

农田景观转出数据显示（表2），1987~1995年

间，农田转出面积4969.2hm2，占1987年农田面积的

17.7%，主要转为固定沙丘（1677.4hm2）、草甸

（1230.8hm2）、林地（727.6hm2）、半固定沙丘

（555.8hm2）和居民地（325.5hm2）；其中，转入固定沙

丘和草甸的面积分别占农田面积的6.0%和4.4%。

1995-2003年间，农田转出面积6951.4hm2，占1995

年农田面积的14.5%，主要转为固定沙丘（2951.

0hm2）、半固定沙丘（1206.6hm2）、草甸（843.9hm2）、林

地（658.7hm2）和居民地（581.4hm2），其中，转入固定

沙丘和半固定沙丘的面积分别占农田面积的6.2%

和2.5%。

各景观类型转入农田景观的数据显示（表3），

1987-1995年间，转入农田的面积共24839.1hm2，占

1995年农田面积的51.8%，主要转入景观类型有半

固定沙丘（8686.8hm2）、固定沙丘（5554.9hm2）、草甸

（5289.0hm2）、流动沙丘（2779.4hm2）和河漫滩

（1320.8hm2）；其中，半固定沙丘、固定沙丘和草甸转

入农田的面积分别占1995年农田面积的18.1%、

11.6%和11%。1995-2003年间，转入农田的面积共

11969.7hm2，占2003年农田面积的22.7%，主要转

入农田的景观类型有草甸（3890.7hm2）、半固定沙丘

（2628.1hm2）、固定沙丘（2401.2hm2）、林地（796.2hm2）

IJI

（%）

74.117

82.427

85.156

FRAC

（1-2）

1.074

1.078

1.077

LPI

（%）

2.25

15.43

13.76

MPS

（hm2）

205.15

436.15

623.47

PD

（个/hm2）

0.0893

0.0717

0.0554

NP

（个）

137

110

85

PLAND

（%）

18.32

31.27

34.54

CA

（hm2）

28106.1

47976.5

52994.9

年份

（年）

1987

1995

2003

表1农田景观格局特征

注：CA为景观类型总面积；PLAND为景观百分比；NP为斑块数；MPS

为平均斑块面积；PD为斑块密度；LPI为最大斑块指数；FRAC为平均斑块

分维数；IJI为散布与并列指数。

6.2

2.5

0.2

1.8

0.6

1.4

1.2

0.5

0.2

0.0

2951.0

1206.6

81.5

843.9

266.9

658.7

581.4

241.0

114.7

5.7

6.0

2.0

0.3

4.4

0.6

2.6

1.2

0.3

0.3

0.1

1677.4

555.8

90.2

1230.8

170.0

727.6

325.5

78.8

85.6

27.5

固定沙丘

半固定沙丘

流动沙丘

草甸

河床

林地

居民地

湿地

水体

河漫滩

表2农田景观转出面积及百分比

4.5

5.0

0.9

7.3

1.5

1.5

0.9

0.2

0.7

0.2

2401.2

2628.1

458.4

3890.7

775.4

796.2

453.8

91.6

352.9

121.4

11.6

18.1

5.8

11.0

0.9

0.1

0.7

0.3

0.5

2.8

5554.9

8686.8

2779.4

5289.0

418.4

60.8

323.7

158.9

246.4

1320.8

固定沙丘

半固定沙丘

流动沙丘

草甸

河床

林地

居民地

湿地

水体

河漫滩

占2003年农田

面积比（%）

1995-2003

转入面积（hm2）

占1995年

农田面积比（%）

1987-1995

转入面积（hm2）

景观类型

表3各景观类型转入农田景观面积及百分比

占1995年农

田面积比（%）

1995-2003

转出面积（hm2）

占

1987年

农田面积比（%）

1987-1995

转出面积（hm2）

景观类型

王林林等：内蒙古库布齐沙漠典型农牧交错区农田景观变化研究

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第30卷

农业现代化研究

和河床（775.4hm2）；其中，草甸、半固定沙丘、固定沙

丘转入农田的面积分别占2003年农田面积的

7.3%、5%和4.5%。

综合以上农田与其它景观类型之间的转化可

知，农田主要是与草甸、固定沙丘、半固定沙丘和居

民地等类型之间进行转化。其中，农田主要是转向固

定沙丘、半固定沙丘和居民地等类型；农田的主要转

入类型有固定沙丘、半固定沙丘和草甸等类型。同

时，农田在第一时间段（1987-1995年）的增长幅度

大于第二时间段（1995-2003年），农田在第一时间

段转化为各类沙丘的面积也大于第二时间段。这说

明人类活动使得大量的牧草场（固定沙丘、半固定沙

丘、草甸等）转化为农田，大量闲置农田退化为沙丘。

4结论与讨论

4.1本文选取库布齐沙漠东北端的农牧交错区作

为研究区，采用1987、1995和2003年30m分辨率

的栅格数据作为数据源，通过采用景观指数、转移矩

阵等方法来分析研究库布齐沙漠农牧交错区的农田

景观格局特征及变化。结果显示，1987-2003年间，

农田面积增加，斑块数量减少，斑块形状规则，分布

趋向于均匀，并由分散状态向集中状态发展；农田景

观与其它景观类型的转化显示，农田主要是与草甸、

固定沙丘、半固定沙丘和居民地等类型之间进行转

化。其中，农田主要是转向固定沙丘、半固定沙丘和

居民地等类型；农田的主要转入类型有固定沙丘、半

固定沙丘和草甸等类型。这主要是由于农牧交错区

的农田随土壤肥力、降水量等因素变化。耕作多年的

土壤肥力降低，农田则被弃耕（成为撂荒地），转化为

固定沙丘、半固定沙丘等类型；降水量增加，适耕面

积增加，农田面积则增加，降水量减少，农作物枯萎，

草类植物生长，农田变为草甸，或由于表层经过翻耕

变松散，成为固定沙丘、半固定沙丘等类型。因此，由

于自然、人文等因素，使得农田景观与其它景观类型

之间互相转化。

4.2人口增加意味着对物质需求的增加。因此，人

们大量开垦土地、快速发展畜牧业，同时扩大工程建

筑面积及居住面积。从而使得农田总面积大量增加，

主要是草甸、固定沙丘、半固定沙丘、河漫滩景观类

型转为农田，但农业活动很容易使地表活化，形成沙

丘；畜牧业的快速发展会造成过度放牧、草场退化等

问题；研究区内人口增长会需求大量的工程建筑面

积和居民地，会有大量的农田、固定沙丘转变为居民

地。因此，应根据区位条件，统筹安排各类用地。如农

用地与非农用地、农业用地内部之间要统筹兼顾，在

区域内建立良性的生态平衡，制定合理的土地利用

规划，促进区域土地的开发利用与环境的协调发展。

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