单一因子难以全面表征地形特征^[31]。土地利用类型分布与高程和坡度有关,故采用坡度和高程组成的地形位指数综合表征地形特征。计算公式如下:

T=lg[(E/E₀+1)×(S/S₀+1)] (1)

式中: E,E₀分别表示高程及平均高程值; S及S₀表示坡度和坡度均值,坡度和高程增加时,T随之增大,相反则会减小,而当坡度增大高程减小,或者高程增加坡度减小时,T则处于前两者的中间。

地形对地类分布产生的影响,实质可认为是各梯度上地类的分布频率,故用分布指数来表达景观分布特征,还可消除地形梯度下各个土地利用类型面积比例差异而造成的量纲差异。公式如下:

P=(S_ie/S_i)/(S_e/S) (2)

式中:P为分布指数,分布优势和p值两者具有正相关性; S_ie表示i地类在e地形内的面积; S_i为i地类的总面积,S_e表示e地形的总面积; 当p=1时,表明e地形内i地类的面积占比与研究区内i的面积比例相等; p<1时,该地类在e梯度内呈劣势分布,反之为优势分布,且P越大,分布优势越明显。

纯喀斯特地貌类型在研究区域内分布范围较广,占研究区总面积的55.57%。根据公式(2)和Origin 2017软件获得研究区不同地形梯度的分布指数(图3)。

由图3可知,水域分布指数变化最大,在第1梯度内指数达4.57,在1～3梯度内为优势分布,随着地形梯度的增加分布指数逐渐降低,说明水域集中分布在低地形梯度区,在地形位高的区域水域面积较少。水田在1～3梯度为优势分布,水浇地和园地是1～4梯度,最大分布指数分别是3.60,2.66及1.99,表明3种地类对坡度海拔低的区域选择性较强,主要分布在西秀、平坝、普定和惠水等地。旱地在第5梯度有最大值1.16,优势区间为2～6,说明其对地形选择性较小,能在较高梯度有较好的适应性^[19]。有林地和其他林地在4～8梯度为优势分布区,与地形呈现先增后减趋势,多分布在地形位一般区域(4～6梯度),有林地在第8梯度时分布指数为1,表明第8梯度内的有林地与在研究区内的比例相同,是其优势向劣势的分界点,而其他林地分界点在8～9地形梯度间。灌木林地在1～5为劣势分布,6～10梯度为优势分布,与梯度变化呈正相关关系,在较高地形位适宜性较好^[32]。草地地形梯度特征呈倒“U”型变化,第4梯度前为劣势而5～10呈优势分布,第7梯度达到优势分布峰值1.64,后又逐渐降低。农村居民点和城镇建设用地在1～3梯度为优势分布,在第1梯度有最大指数2.37,4.05,均随着梯度增加而减小,农村居民点由优势向劣势转变发生在4～5地形位,而城镇建设用地过渡区间为3～4,说明城镇用地对地形的选择性比农村居民点强。未利用地分布指数与梯度表现为正相关性,6～10梯度为优势分布,第10梯度有最大分布值2.06,主要集中在紫云西北部、东部和关岭中部。

非喀斯特地貌类型在研究区分布范围较小,主要集中在镇宁和紫云,在织金、清镇和六枝及花溪有少许分布(图4),占研究区总面积的21.48%。

由图4可知,有林地优势分布为5～9地形梯度阶段,草地为5～10,灌木林地和其他林地为6～10,除有林地外,其余均与地形梯度呈正相关,在第10梯度有最大分布值,分别是1.35,1.67,2.12,有林地在第7梯度时就达到最大分布值1.15,但几类生态用地均分布在较高地形位区域。农村居民点、水田、园地、道路、基础设施用地、城镇建设用地、水浇地及水域均随着地形梯度增加而减小,在第1梯度均有最大分布值,城镇建设用地和水域高达7.36,6.18,其他几类均在2～2.5之间。旱地在3～6梯度为优势分布,最大分布值1.05位于第4梯度,在地形梯度上表现为先增后减特征。未利用地与地形位具有正相关性,7～10地形位为优势分布,其余阶段为劣势分别,第10梯度有最大值3.24。

图2 研究区地形位指数

图3 纯喀斯特区域土地利用类型在各地形梯度上的分布指数

图4 非喀斯特区域土地利用类型在各地形梯度上的分布指数

亚喀斯特地貌类型在研究区内分布范围较小,主要集中在惠水、长顺、花溪、西秀、普定和织金等地方,其他区域也有少许分布(图5),占研究区总面积的22.95%。

图5 亚喀斯特区域土地利用类型在各地形梯度上的分布指数

由图5可知,工矿用地、道路、城镇建设用地和水浇地在1～3地形梯度为优势分布,工矿和城镇建设用地在第2梯度有最大值3.02,3.31,道路在第1梯度时有最大值2.41,3种地类优势分布主要集中在六枝、普定、西秀等县城中心和清镇市东南部及花溪东北部区域; 农村居民点、水田和基础设施用地在1～4梯度为优势分布,水田在第1梯度有最大值2.47,而农村居民点和基础设施用地最大值在第2梯度,分别是2.03,1.85; 园地优势分布区域为1～4梯度,在第2梯度有最大值1.80; 水域优势区间为1～2梯度,最大优势分布值在第1梯度,达9.49,两区间分布值相差8.16; 上述9地类均与地形梯度呈现负相关关系,水域变化最为明显,表明在亚喀斯特区域,这几种土地利用类型对低地形的选择性最强,如水田在平坝、西秀和惠水等地分布较广。灌木林地和未利用地在6～10梯度为优势分布,与梯度成单调递增关系,在第10梯度有最大值2.39,1.66,而旱地、有林地、草地和其他林地均是先增加后减小,旱地在3～7梯度为优势分布,草地为4～9,有林地是4～7,而其他林地则为5～10,分布指数均没有较大差异,但旱地分布指数更接近于1,说明旱地在3～7梯度的比重接近于整个亚喀斯特内旱地的比重。

纯喀斯特与非喀斯特及亚喀斯特存在着土地利用地形的差异,主要表现在:(1)土地利用从优势向劣势以及从劣势向优势分布过渡的地形梯度带不同,如有林地在纯喀斯特地貌过渡地形梯度为4和8,非喀斯特为5和9,亚喀斯特则是4和7,其对非喀斯特地形适应更强。(2)土地利用类型变化趋势和速率不同,变化趋势上如农村居民点在纯喀与非喀区是单调递减,而亚喀区则是先增后减趋势; 在变化速率上如旱地在纯喀区由0.83增加至1.16后降至0.63,非喀则是从0.64增加到1.08在降至0.94,而亚喀区则是由0.66上升至1.05再降至0.92,旱地在非喀区变化速率低于亚喀区,更远低于纯喀区。(3)耕地的优势分布地形位面积占比顺序是:纯喀区(26.26%)<亚喀区(26.61%)<非喀区(26.64%),水田在纯喀区优势区间为1～3,亚喀和非喀区则为1～4,同时亚喀区在优势向劣势的过渡值(1.07)比非喀区(1.12)小,旱地在纯喀区优势分布最小梯度为第2级,亚喀和非喀区则为第3等级且由劣势向优势过渡值分别是1.03,1.05,非喀区优势值大于亚喀区。综上表明耕地在非喀区地形选择性小于亚喀区,更低于纯喀区。