王 平, 丁智強(qiáng),2, 華紅蓮， 李玉輝, 段 霄

(1.云南師范大學(xué) 地理學(xué)部, 云南 昆明 650500； 2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 福建 福州 350007)

自20世紀(jì)80，90年代以來，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和激光雷達(dá)測距(LiDAR)等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使得以定量化為標(biāo)志的地貌測量學(xué)成為地球科學(xué)領(lǐng)域新的熱點研究方向之一，其強(qiáng)調(diào)對地貌過程的定量化描述[1]，聚焦于以量化的方式具體闡述氣候、水文等侵蝕過程對地貌的塑造及其相互作用[2]。經(jīng)過多年的發(fā)展，定量化指標(biāo)日趨豐富，相較而言，海拔、起伏度、坡度、坡向是反映區(qū)域地貌特征的基礎(chǔ)性指標(biāo)，具有易獲取、地貌意義明確的特點。而從地貌演化階段的角度分析，相比河流凹曲度(θ)、河流坡降指數(shù)(SL)、流域形狀指數(shù)(BS)、谷寬—高度比(VF)等地貌定量參數(shù)，面積—高程積分指數(shù)對區(qū)域地貌形態(tài)發(fā)育[3]、地貌演化階段[4]、構(gòu)造活動性[5]、水土流失強(qiáng)度等[6]各方面均有明確的指示作用，因而被廣泛應(yīng)用。

土地利用格局是陸表系統(tǒng)演化和人類活動雙重作用的結(jié)果，深刻影響著地表水文生態(tài)過程、局地大氣環(huán)流和地—氣系統(tǒng)碳存儲和碳釋放過程，同時，合理的土地利用格局還有利于加快原生植被的擴(kuò)散和動物遷徙。地形地貌作為自然地理環(huán)境要素的基礎(chǔ)，巖石類型、起伏大小、坡度陡緩、陰坡陽坡等直接決定了土壤層厚度、水分熱量分配等生境條件，進(jìn)而影響各土地利用類型在空間上的配置關(guān)系和人類對土地改造利用的方向及強(qiáng)度。近年來，隨著全球環(huán)境變化和人地關(guān)系地域系統(tǒng)矛盾不斷升級，地貌特征與土地利用格局的關(guān)系受到相關(guān)學(xué)者的關(guān)注，但目前的研究在區(qū)域上多以行政邊界、山脈、流域等為主，如哈凱等[7]、張靜等[8]的研究，而對以典型生態(tài)系統(tǒng)、地質(zhì)地貌遺跡、珍稀動植物資源為保護(hù)對象的自然保護(hù)區(qū)關(guān)注不夠。

滇東南是云南省向華南、華中及東南亞過渡的交匯地帶，多區(qū)域成分的疊加和喀斯特、非喀斯特地貌相互交錯，加之海拔梯度、坡度、坡向等影響下的水熱再分配，這種特殊的地理位置、地質(zhì)背景、自然環(huán)境條件是形成滇黔桂喀斯特古生物特有中心、中國多類群分化發(fā)育中心的保障和基本條件。自然保護(hù)區(qū)是該區(qū)域特殊生態(tài)系統(tǒng)、地質(zhì)地貌遺跡和珍稀動植物資源較為典型和集中的區(qū)域，同時也是中國面向東南亞開展“一帶一路”建設(shè)以及跨境生態(tài)文明建設(shè)與合作的前沿地帶和重要落腳點。對保護(hù)區(qū)地貌特征及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究有助于深入認(rèn)識該區(qū)生態(tài)環(huán)境空間分異機(jī)制，也可為優(yōu)化調(diào)整土地利用格局、開展水土流失治理、生態(tài)環(huán)境管護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)，但針對滇東南保護(hù)區(qū)的研究主要集中在動植物資源調(diào)查[9-10]、植物區(qū)系[11]、群落生態(tài)學(xué)[12]等方面，而在地貌特征及其對土地利用影響方面的研究較少。

因此，本文將野外地質(zhì)地貌調(diào)查和基于ALOS(advanced land observing satellite)DEM的數(shù)字地形分析相結(jié)合，以滇東南老山省級自然保護(hù)區(qū)為對象，綜合保護(hù)區(qū)范圍大小、DEM數(shù)據(jù)精度以及研究目標(biāo)，選擇海拔、起伏度、坡度、坡向、面積—高程積分值等定量化指標(biāo)，結(jié)合地形剖面圖分析保護(hù)區(qū)地貌特征及其對土地利用類型分布的影響，以期為保護(hù)區(qū)資源環(huán)境管理和可持續(xù)發(fā)展提供地貌學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

老山自然保護(hù)區(qū)(以下簡稱保護(hù)區(qū))位于滇東南文山州麻栗坡縣東南部，紅河一級支流盤龍河流域內(nèi)，東、東南與越南接壤，沿中越國境線分布，地理位置22°51′—23°15′N，104°43′—104°52′E，涉及猛硐、天寶、麻栗、下金廠和八布5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。南北長約38 km，東西寬約13 km，面積20 500 hm2。以季風(fēng)常綠闊葉林和中山濕性常綠闊葉林等生態(tài)系統(tǒng)以及多種珍稀瀕危野生動植物資源為主要保護(hù)對象。中部發(fā)育有西北—東南向的文山—麻栗坡大斷裂(圖1)，以北地區(qū)出露寒武系、泥盆系、二疊系，石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r與泥巖、頁巖、砂巖互層分布，地表河流稀少，地下喀斯特水文系統(tǒng)發(fā)育，以南地區(qū)出露印支期、燕山期花崗巖、花崗斑巖等，地表河網(wǎng)密布，有猛硐河、曼文河、南江河、昆腦河等。在中國地貌區(qū)劃中[13]，位于湘鄂渝黔滇中山區(qū)(VB)西南緣，海拔高度107～2 288.5 m，以大起伏中山為主。以600 m左右海拔為界，以下的河谷地區(qū)氣候類型為北熱帶濕潤季風(fēng)氣候，以上的山區(qū)為亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫10～23 ℃，年降水量1 050～2 000 mm。土壤有磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤、黃棕壤、石灰土等。自然植被有季節(jié)雨林、季風(fēng)常綠闊葉林、中山濕性常綠闊葉林、熱性竹林和濕熱性次生灌叢等。

圖1 云南省老山自然保護(hù)區(qū)地理位置及地質(zhì)構(gòu)造

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

以1∶10 000地形圖和1∶50 000區(qū)域地質(zhì)圖為工作底圖，數(shù)字地形分析基于ALOS DEM數(shù)據(jù)，像元分辨率為12.5 m×12.5 m。在ArcGIS 10.2軟件對DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后以1∶10 000地形圖為基準(zhǔn)，對DEM進(jìn)行海拔校正，并隨機(jī)、均勻地選取地形圖上有明確位置和海拔數(shù)據(jù)的500個點，對校正后的DEM進(jìn)行精度評價，結(jié)果顯示其與1∶10 000地形圖的平均誤差為1.5 m，中誤差為7.6 m，校正后的精度誤差滿足本研究的需要。海拔直接從校正后的DEM數(shù)據(jù)上獲取和分析。坡度、坡向基于DEM提取。另外，由于DEM提取坡度具有明顯的尺度效應(yīng)，所以進(jìn)一步對坡度進(jìn)行修正。起伏度的計算方法較多，本文以保護(hù)區(qū)最低點(海拔107 m)即盤龍河與保護(hù)區(qū)東部邊界的交匯點作為量算起伏度的基點，并以李炳元等[13]的分類標(biāo)準(zhǔn)對起伏度進(jìn)行等級劃分。

以2019年Google Earth 0.55 m×0.55 m分辨率遙感影像圖為基礎(chǔ)，綜合中國土地利用類型分類方案和保護(hù)區(qū)實際情況，通過目視解譯將保護(hù)區(qū)土地利用類型劃分為林地、耕地、草地、園地、建筑、水域和未利用地7個一級類型，之后通過實地考察驗證修改，得到保護(hù)區(qū)土地利用類型空間分布數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

(1) 面積—高程積分指數(shù)(hypsometric integral， HI)?；驹硎且阅硡^(qū)域的相對高度比為縱軸、相對面積比為橫軸，繪制得到面積—高程曲線(hypsometric curve， HC)，曲線與X軸和Y軸圍成的面積代表流域受到風(fēng)化侵蝕作用后地表殘留物質(zhì)所占原有物質(zhì)的比例，通過計算面積—高程曲線的積分公式(1)得到：

(1)

式中：y=f(x)為面積高程曲線的曲線擬合方程，HI為面積—高程積分值。HI<0.35，0.35≤HI≤0.6，HI>0.6分別對應(yīng)戴維斯地貌侵蝕演化的老年期、壯年期、幼年期[14-15]。

(2) 地形位指數(shù)和分布指數(shù)。為判斷地形因子對土地利用類型空間分布特征的綜合影響，引入地形位指數(shù)，其計算公式為：

(2)

(3)

式中：P為分布指數(shù);e為地形因子;i為景觀類型。Sie為地形因子e或地形因子e某一等級下的第i類土地利用面積;Si是整個研究區(qū)內(nèi)第i類土地利用的總面積;Se是研究區(qū)內(nèi)地形因子e或e的某一等級地形的總面積;S是研究區(qū)的總面積。分布指數(shù)越大，某一土地利用類型在該地形因子上的優(yōu)勢度越高，即地形因子的這一級別上適宜該類土地利用發(fā)育和分布[17]。地形位指數(shù)和分布指數(shù)的計算過程參見喻紅等的研究。

3 結(jié)果與分析

3.1 海拔、起伏度與基本地貌類型

保護(hù)區(qū)海拔107～2 288.5 m，平均為1 249 m。低海拔(107～1 000 m)、中海拔(1 000～2 000 m)和亞高海拔(2 000～2 288.5 m)3個類型面積分別為80.1，191.9，17.0 km2，占總面積的27.7%，66.4%，5.9%，低海拔山地呈帶狀分布于盤龍河兩岸以及保護(hù)區(qū)西南的南江河河谷附近，中海拔山地呈面狀分布于盤龍河左岸的羅家?guī)r至下金廠和盤龍河右岸的老山至昆腦后山，亞高海拔山地呈斑塊狀分布于大老堡、黑山及大梁子一帶(圖2a)。保護(hù)區(qū)起伏度為0～2 181.5 m，平均1 125 m。河谷平原(0～30 m)、丘陵(30～200 m)、小起伏山地(200～500 m)、中起伏山地(500～1 000 m)、大起伏山地(1 000～2 181.5 m)面積比例為0.6%，3.6%，8.6%，24.5%，62.7%，即隨著起伏度的增大，對應(yīng)的面積占比逐漸增大，其空間特征與海拔類似。結(jié)合海拔和起伏度兩個指標(biāo)，可得到保護(hù)區(qū)基本地貌類型分類系統(tǒng)(圖2b)。低海拔河谷平原面積占比為0.7%，主要分布于盤龍河下游河谷、猛洞河中游河谷，低海拔丘陵、小起伏低山、中起伏低山面積占比分別為3.5%，3.5%，20%，主要分布于盤龍河河谷兩岸，大起伏中山面積占比為67.6%，主要分布于南部的老山至昆腦后山、中北部的羅家?guī)r至下金廠，大起伏亞高山面積占比為4.8%，主要分布于北部的大老堡、黑山附近。

圖2 云南省老山自然保護(hù)區(qū)海拔、基本地貌類型

3.2 坡度和坡向分析

坡度往往影響著坡面流水的侵蝕強(qiáng)度，了解區(qū)域坡度特征可以為保護(hù)區(qū)水土保持規(guī)劃和治理措施配置提供重要的空間參考。保護(hù)區(qū)坡度在0°～80°，平均為22.5°，隨著坡度的增大，對應(yīng)柵格數(shù)先增加后減少，各坡度面積大小排序為：斜坡(15°～25°)>緩陡坡(25°～35°)>緩坡(5°～15°)>急坡(35°～45°)>平坡(0°～5°)>險坡(>45°)。在空間上，15°～35°的斜坡和緩陡坡面積占比最大，廣泛分布于保護(hù)區(qū)內(nèi)，而大于35°的急坡和險坡主要分布于保護(hù)區(qū)西南的母雞坡—南江河—馬鹿洞、中部盤龍河沿岸的羅家?guī)r、大坪子、阿蚌山和大梁子以東，<15°的平坡和緩坡主要分布于盤龍河河谷以及老山、猛洞一帶的山間盆地、谷地和大坪子至黑山的峰叢盆地和谷地(圖3a)。坡向作為重要的地形因子，在海拔高度相同的情況下，不同坡向直接影響了坡面接收太陽輻射和降雨量大小的差異。將保護(hù)區(qū)坡向劃分為平地(0°)，陰坡(315°～45°)，半陰坡(45°～90°和270°～315°)，半陽坡(90°～135°和225°～270°)，陽坡(135°～225°)5個等級，各等級的面積占比為0.86%，27.69%，22.18%，24.76%，24.51%。各坡向類型的面積占比以平地最少，其次是半陰坡，半陽坡和陽坡接近，陰坡最多。在空間上盤龍河右岸以陰坡和半陰坡為主，盤龍河左岸除大梁子以東各類型坡向較均衡外，其余地區(qū)以陽坡和半陽坡為主(圖3b)。

圖3 云南省老山自然保護(hù)區(qū)坡度和坡向空間分布特征

3.3 面積-高程積分特征

以保護(hù)區(qū)范圍為計算面積—高程積分值(HI)的空間尺度，得到不同DEM分辨率下的HI值。從圖4a可以看出，DEM分辨率從12.5 m×12.5 m重采樣到1 000 m×1 000 m，對應(yīng)的HI均在0.53～0.55之間波動變化。根據(jù)HI與地貌演化階段的對應(yīng)關(guān)系，保護(hù)區(qū)尺度下基于不同DEM分辨率計算的HI，均反應(yīng)了保護(hù)區(qū)的地貌演化階段處于壯年早期，不同DEM分辨率下的HI雖有波動，但不影響對保護(hù)區(qū)地貌演化階段的判斷，所以最終以分辨率為12.5 m×12.5 m的DEM計算保護(hù)區(qū)HI?；谠摲直媛实腄EM，以不同的集流閾值計算得到流域平均面積與平均HI的變化關(guān)系。

從圖4b中可以看出，隨著流域平均面積從1 km2增大到20 km2，其平均HI也逐漸從0.461增大到0.542，二者的關(guān)系可用y=0.003 9x+0.453 6 (n=20，R2=0.896 5)表示，說明保護(hù)區(qū)的平均HI與流域平均面積呈正相關(guān)?；赥arboton等[18]對集流面積臨界值與Horton’s Laws法則的判斷以及Baker等[19]對流域侵蝕—堆積作用與流域空間尺度關(guān)系的研究，參考不同地區(qū)地理環(huán)境差異與集流閾值確定的關(guān)系[20]，結(jié)合保護(hù)區(qū)河流多以山區(qū)性河流為主，具有流域面積小、河道陡峭、水流湍急等特點，確定以500 hm2的集流閾值劃分子流域，計算各子流域HI。

圖4 云南省老山自然保護(hù)區(qū)HI對DEM分辨率、流域平均面積的響應(yīng)關(guān)系

基于12.5 m×12.5 m分辨率DEM，以500 hm2的集流閾值劃分得到保護(hù)區(qū)共有37個子流域(圖5)。子流域平均面積為7.8 km2，HI為0.279～0.763，平均HI為0.501。在37個子流域中，處于老年期的有2個，占子流域總數(shù)的5.4%，其HI分別為0.279，0.308，處于壯年晚期的有14個，占子流域總數(shù)的37.8%，其平均HI為0.400，處于壯年早期的有9個，占子流域總數(shù)的24.3%，其平均HI為0.499，處于幼年期的有12個，占子流域總數(shù)的32.4%，其平均HI為0.655。在空間分布上，HI具有顯著的空間分異性，即為以盤龍河為界，其左岸除下金廠至牛山堡以東流域為壯年期地貌外，其余子流域以幼年期地貌為主，右岸以壯年期地貌為主，其中猛洞河的子流域主要處于壯年晚期地貌階段，南江河的子流域除昆腦河下游處于壯年晚期地貌階段外，其余均處為壯年早期地貌階段，而河谷區(qū)域除曼昆河流域、阿蚌山東北區(qū)域處于壯年晚期階段，那馬河流域、曼文河流域處于壯年早期，八里河流域處于幼年期以外，其余為幼年期地貌(圖5)。

3.4 地形對土地利用類型分布的影響

以2019年Google Earth影像為基礎(chǔ)，通過目視解譯將保護(hù)區(qū)土地利用類型劃分為林地、耕地、草地、園地、建筑、水域和未利用地7個一級類，對應(yīng)面積分別為190.83，55.90，17.51，16.94，5.60，1.24，0.63 km2，面積占比分別為66.11%，19.37%，6.07%，5.87%，1.94%，0.43%，0.22%。從各土地利用類型在不同地形因子等級上的分布指數(shù)看，海拔、坡度及二者綜合影響下的地形位指數(shù)等級上土地利用分布指數(shù)的變化趨勢基本一致，但從單一的土地利用類型上看，變化又有所差別(圖6)。

圖5 云南省老山自然保護(hù)區(qū)面積-積高程分值及地貌演化階段

圖6 云南省老山自然保護(hù)區(qū)各地形上土地利用類型的分布指數(shù)

隨著海拔的增加，草地、林地的分布指數(shù)分別從0.41，0.74增大到5.06，1.21，耕地先由0.52增大到1.08，之后減小到1.31，未利用地先由4.32減小到0，之后增大到1.72，建筑、水域和園地分別從2.08，9.00，5.08逐漸減小到0.48，0，0，5個海拔段內(nèi)主導(dǎo)的土地利用方式分別為水域(9.00)、園地(2.79)、林地(1.12)、草地(1.31)、草地(5.06)。在各坡度等級上，隨著坡度的增大，林地和園地的分布指數(shù)分別從0.75，0.53增大到1.21，1.48，草地先從平坡的1.41減小到急坡的0.77，最后在險坡區(qū)域又增大到1.08，耕地、建筑、水域、未利用地則逐漸減小，6個坡度等級上主導(dǎo)的土地利用方式分別為水域(5.81)、建筑(2.08)、耕地(1.10)、林地(1.09)、林地(1.20)、林地(1.21)。在各地形位指數(shù)等級上，隨著地形位指數(shù)的增大，林地的分布指數(shù)從0.49增大到1.28，建筑、水域、未利用地的分布指數(shù)在減小，而園地則先從1.32減小到0.52，后又增大到1.69，耕地先增大后減小，草地先減小后增大再減小。在各坡向等級上，從平地、陰坡、半陰坡、半陽坡到陽坡，隨著熱量水平的增加，耕地、草地、園地、建筑、未利用地等的分布指數(shù)均逐漸增大，林地、水域為先增大后減小，各坡向類型上主導(dǎo)的土地利用方式分別為建筑(0.21)、林地(1.30)、林地(0.97)、建筑(1.14)、耕地(1.58)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

目前，針對自然保護(hù)區(qū)的研究主要集中在生物多樣性[21]、地化循環(huán)等[22]方面，而作為自然保護(hù)區(qū)生物多樣性豐富的重要原因和生態(tài)環(huán)境重要組成部分的地貌特征、發(fā)育演化及其資源環(huán)境效應(yīng)的研究甚為薄弱。在主體功能區(qū)劃、國土空間管控越來越精細(xì)化、專門化的背景下[23]，有針對性地深入定量分析自然保護(hù)區(qū)地貌特征具有重要意義。本文在ArcGIS平臺上基于12.5 m×12.5 m分辨率ALOS DEM數(shù)據(jù)對保護(hù)區(qū)地貌特征進(jìn)行定量分析，相比袁國強(qiáng)[24]、萬曄等[25]的研究，在方法上更加注重對地貌參數(shù)的定量化提取和分析，也進(jìn)一步提高了地貌特征研究的效率、精度和可靠性。通過對保護(hù)區(qū)地貌特征的分析，其海拔、坡度和起伏度等在盤龍河左、右岸呈對稱分布特征，地勢整體雖然由兩側(cè)向河谷傾斜，但左、右岸沿西北—東南的傾向卻是相反的，而且兩側(cè)的水系、子流域數(shù)量等呈不對稱分布，坡向呈反向分布。通過對該區(qū)構(gòu)造運動、巖性等的分析發(fā)現(xiàn)，保護(hù)區(qū)中部受北西—南東走向的文麻斷裂帶控制，發(fā)育形成深切割的盤龍河及其支流，奠定了保護(hù)區(qū)中部低、南北高的基本地貌格局，同時保護(hù)區(qū)及周邊更大尺度的環(huán)狀構(gòu)造、旋鈕構(gòu)造廣泛發(fā)育，它們使得文麻斷裂上、下盤出現(xiàn)相反的構(gòu)造應(yīng)力場，所以導(dǎo)致盤龍河左、右岸西北—東南向的地勢呈現(xiàn)相反的傾斜特征。

在使用面積—高程積分(HI)分析區(qū)域地貌演化階段和構(gòu)造活動性時，DEM分辨率和流域尺度效應(yīng)是首要考慮的問題。在本研究中，固定空間尺度下的HI不隨DEM分辨率的變化而變化，這與Perez-Pena等[26]、Mahmood等[27]、張?zhí)扃鞯萚28]的研究結(jié)果一致，說明HI不隨DEM分辨率變化具有普遍性。從HI與集流閾值的關(guān)系看，保護(hù)區(qū)的HI具有顯著的尺度效應(yīng)，且HI與集流閾值呈正相關(guān)關(guān)系，而天山地區(qū)的HI與集流閾值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[28]，Hurtrez等[29]的研究亦反映了隨著流域面積的增大，對應(yīng)的面積—高程積分值逐漸減小，這被解釋為大型流域主要受河流過程的支配。而小型流域則受面狀侵蝕過程的支配。Cheng等[30]的研究顯示臺灣山區(qū)流域積分值的尺度效應(yīng)與流域所處的穩(wěn)態(tài)或者非穩(wěn)態(tài)階段有關(guān)，Walcott等[31]在非洲東南部的研究則顯示了面積—高程積分與流域面積大小沒有相關(guān)性。考慮到保護(hù)區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖出露面積較大，且之前關(guān)于HI尺度效應(yīng)的研究多在非喀斯特區(qū)，所以保護(hù)區(qū)內(nèi)HI與集流閾值呈正相關(guān)關(guān)系是否與喀斯特區(qū)獨特的水文過程和地質(zhì)地貌結(jié)構(gòu)有關(guān)，還需需深入的研究。保護(hù)區(qū)內(nèi)HI的空間分布具有明顯的空間效應(yīng)，已有研究表明HI空間效應(yīng)是構(gòu)造、巖性、氣候等因素綜合作用的結(jié)果，但就保護(hù)區(qū)而言，較小的空間范圍內(nèi)構(gòu)造和氣候因子沒有顯著的差異，所以通過疊加HI空間分布圖與巖性圖發(fā)現(xiàn)，以盤龍河為界，盤龍河左岸碳酸鹽巖廣布，地表河流非常稀少，地下喀斯特水文系統(tǒng)十分發(fā)育，除下金廠至牛山堡以東為泥盆系碳酸鹽巖，對應(yīng)的HI較小以外，大梁子、黑山、大老堡、陶家丫口、大坪子一帶以寒武系泥質(zhì)碳酸鹽巖夾碎屑巖為主的地層，對應(yīng)的HI多大于0.6，反應(yīng)了不同純度的碳酸鹽巖背景下的HI空間效應(yīng)。盤龍河右岸以花崗巖地層為主，地表河流極為發(fā)育，河網(wǎng)密布，對應(yīng)的HI均在0.35～0.6。所以可以認(rèn)為巖性是造成保護(hù)區(qū)HI空間分異的重要因素，這與Lifton等[32]通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)大流域(1 000 km2)的面積—高程積分值主要受構(gòu)造活動的影響，而小流域(100 km2)主要受巖性的影響的結(jié)論基本一致。

保護(hù)區(qū)土地利用類型在不同地形因子上的分布指數(shù)具有地形梯度效應(yīng)，同時隨著地形梯度的變化，不同土地利用類型分布指數(shù)的變化趨勢具有差異性，說明土地利用類型的空間分異是多種地形因子綜合作用的結(jié)果。同時，以地形因子為基礎(chǔ)的人類活動強(qiáng)度差異也是導(dǎo)致這一分異的重要原因。不同海拔梯度的分布指數(shù)說明水域主要分布于低海拔的盤龍河河谷地帶，而海拔為500～1 000 m的河谷斜坡地帶是保護(hù)區(qū)內(nèi)熱量水平較高的區(qū)域，所以土地利用方式主要以種植香蕉、菠蘿等熱帶水果的園地為主，海拔超過1 000 m的區(qū)域是保護(hù)區(qū)的主體部分，主導(dǎo)的土地利用方式為林地和草地。而在坡度梯度上，水域、建筑、耕地這3種土地利用類型對坡度變化較為敏感，<5°是水域分布的主要區(qū)域，>15°的區(qū)域已基本無水域和建筑，而>25°則基本無耕地分布，而是以林地為主，說明隨著坡度的增加，人類干擾的程度在降低，土地利用類型從低坡度區(qū)域以人類為主導(dǎo)向高坡度區(qū)域以自然過程為主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。坡向梯度的變化反應(yīng)了建筑的空間配置受到坡向和坡度的約束，即建筑往往修筑在坡度較小、向陽的區(qū)域，同時由于坡向影響熱量和水分的分配，這對農(nóng)作物的生長至關(guān)重要，所以在熱量水平較高的半陽坡和陽坡，主導(dǎo)的土地利用類型是耕地，而熱量水平較低的半陰坡和陰坡則以自然狀態(tài)的林地為主，從生態(tài)系統(tǒng)類型來看，從陰坡到陽坡，熱量水平的增加使得自然生態(tài)系統(tǒng)逐漸過渡到人工生態(tài)系統(tǒng)。綜合來看，林地主要分布在較高等級的地形梯度上，其分布指數(shù)在較高等級的地形梯度上具有主導(dǎo)優(yōu)勢，而建筑、耕地、水域和未利用地等受人類活動干擾較大的土地利用類型則分布于中、低等級地形梯度上，這一結(jié)果與哈凱等[7]、張靜等[8]的研究結(jié)果一致。

地形位指數(shù)綜合反應(yīng)了海拔和坡度對土地利用類型空間分布的制約，已受到廣大學(xué)者的認(rèn)可[33-34]。但從本研究中可以看出，對于在海拔梯度和坡度梯度上變化一致的土地利用類型，地形位指數(shù)具有很好的指示性，如建筑、水域的分布指數(shù)隨著海拔和坡度梯度的增大而減小，對于在地形位指數(shù)上亦表現(xiàn)出相同的趨勢，即低海拔和低坡度對應(yīng)的低地形位低等級上，建筑的分布指數(shù)較高，另外，如林地的分布指數(shù)隨著海拔和坡度梯度的增大而增大，對應(yīng)地形位指數(shù)上亦表現(xiàn)出較大的分布指數(shù)，如對海拔和坡度有較好適應(yīng)性的草地、未利用地等，不同地形位指數(shù)等級上的分布指數(shù)也表現(xiàn)出相應(yīng)的變化趨勢，但是例如耕地，其對海拔的適應(yīng)性較好，而分布指數(shù)隨著坡度梯度的增大而減小，這在地形位指數(shù)上沒有體現(xiàn)出來。同樣海拔和坡度梯度對園地分布指數(shù)的影響是相反的，即園地主要分布在低海拔、高坡度的區(qū)域，但從地形位與分布指數(shù)的關(guān)系看，在該指數(shù)定義的高海拔、高坡度所對應(yīng)的高地形位等級上，園地的分布指數(shù)表現(xiàn)出與實際情況不符的特征。所以雖然地形位指數(shù)可以更加綜合地反應(yīng)出地形空間分異的細(xì)節(jié)信息[17]，但后續(xù)工作應(yīng)該進(jìn)一步明確地形位指數(shù)等級與低海拔—低坡度、低海拔—高坡度、高海拔—低坡度、高海拔—高坡度的對應(yīng)關(guān)系。另外對于耕地、建筑等既受坡度約束，又和坡向息息相關(guān)的土地利用類型，僅用地形位指數(shù)進(jìn)行分析顯然已滿足不了實際需要，未來應(yīng)開發(fā)更多綜合性的地形指表來表征這類土地利用類型的地形效應(yīng)。

4.2 結(jié) 論

本研究將野外地質(zhì)地貌調(diào)查結(jié)果與GIS數(shù)字地形分析相結(jié)合，選擇海拔、起伏度、坡度、坡向、面積—高程積分、地形位指數(shù)、分布指數(shù)等定量化指標(biāo)探討老山省級自然保護(hù)區(qū)地貌特征及對土地利用類型分布的影響。

(1) 保護(hù)區(qū)地勢整體由東北、西南向中部的盤龍河河谷傾斜，盤龍河左岸為西北高，東南低，坡向以陽坡和半陽坡為主，右岸與之相反。海拔107～2 288.5 m，平均為1 249 m，低、中、亞高海拔分別占總面積的27.7%，66.4%，5.9%。起伏度0～2 181.5 m，平均為1 125 m，以中至大起伏山地為主。基本地貌類型以大起伏中山(67.6%)、中起伏低山(20%)為主。坡度0°～80°，平均為22.5°，以斜坡(38.69%)和緩陡坡(26.67%)、緩坡(21.34%)為主，以盤龍河為界，海拔、坡度、起伏度呈左、右岸對稱分布的空間特征。

(2) 面積—高程積分(HI)對DEM分辨率無響應(yīng)，而與集流閾值呈正相關(guān)關(guān)系(R2=0.896 5)，HI為0.279～0.763，平均為0.501，反應(yīng)了保護(hù)區(qū)整體處于地貌演化的壯年早期階段，在子流域尺度上則表現(xiàn)出幼年期、壯年期和老年期地貌共存的空間格局。

(3) 土地利用類型具有顯著的地形梯度效應(yīng)，其中建筑主要分布于低海拔、低坡度的陽坡，園地主要分布于低海拔、高坡度的陽坡，水域分布于低海拔、低坡度的平地，林地主要分布于高海拔、高坡度的陰坡、半陰坡、半陽坡，耕地對坡向和坡度變化更為敏感。