多源土地利用数据下景观格局对径流-泥沙影响的不确定性
Uncertainty analysis on the effects of landscape pattern on runoff and sediment using multi-source land use data:a case study in the Hushan River Basin of the Poyang Lake Regions
摘要景观格局是表征土地利用(LUCC)空间分布特征的重要指标,人类活动导致的景观格局变化是改变流域径流-泥沙过程的重要因素之一.现有研究仅采用单一来源的LUCC产品探究景观格局对径流-泥沙过程的影响,忽略了不同LUCC产品给研究带来的不确定性.以鄱阳湖区饶河上游虎山流域为研究对象,基于1963-2022年气象水文数据和3种同分辨率的1990-2020年七期LUCC产品,分析流域降雨、径流、输沙和土地利用的变化特征,并结合相关分析和偏最小二乘回归法(PLSR)探究景观格局变化对径流-泥沙特征的影响及其不确定性.研究发现,1963-2022年,虎山流域年输沙模数(STM)和含沙量(SSC)呈显著增长趋势(P<0.001),径流深(RD)呈不显著增长趋势.流域内主要的LUCC为林地和耕地,约占流域面积的(79.57±6.03)%和(15.72±2.36)%.1990-2020年,城镇扩张主要侵占林地和耕地,且存在较多林地-耕地之间的相互转化.不同LUCC产品得到的景观格局指数存在显著的差异(P<0.05),主要由其对灌木和草地的识别差异所导致的.总体来说,研究区景观的最大斑块面积有所减小,景观破碎度有轻微增长,景观多样性有一定的增加.不同LUCC产品下得到的景观格局对径流-泥沙的影响存在差异,所有产品一致的结论是:斑块密度(PD)和蔓延度指数(CONTAG)与RD、STM和SSC呈负相关关系,边缘密度(ED)、Shannon多样性指数(SHDI)和Shannon均匀度指数(SHEI)与STM和SSC呈正相关关系;PLSR模型显示最大斑块占景观面积比例、斑块结合度、景观分割度、SHDI和修正的Simpson均匀度指数(MSIEI)对RD、STM和SSC的变化具有重要意义.选用ED表征面积-边缘特征、选用PD和CONTAG表示聚散度特征以及选用SHDI和SHEI表征多样性特征可以相对减少LUCC产品对研究结果带来的不确定性.通过增加流域内林地与耕地之间的连通性,减少零散分布的耕地,尽可能避免两种景观类型之间的相互转换,可以减少景观破碎化程度,缓解流域土壤侵蚀.研究成果可为鄱阳湖区水土流失防治及生态文明建设提供参考.
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