1、学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c h2 2 F O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y二二三年第五期 林业科技通讯大凤川林场森林景观格局特征马文艳1,2,王乃江1,赵亚宁2,李华峰2,马德辉2,许兴成2,盖含文2(1.西北农林科技大学林学院,陕西 杨凌 7 1 2 1 0 0;2.甘肃子午岭林业管理局华池分局,甘肃 庆阳 7 4 5 0 0 0)摘要:为了解大凤川林场森林景观状况,本研究以大凤川林场1 9 8 6年、1 9 9 6年和2 0 0 8年森林资源二类调查数据为基础,运用景观生态学、地理信息系统技术以及景观指数
2、分析方法,从森林景观的斑块特征、景观的异质性和景观的空间分布格局3个方面,分析大凤川林场的森林景观,研究结果表明:阔叶林是主体森林景观,对大凤川林场森林景观产生深远影响,其他森林景观类型镶嵌其中;2 0 0 8年大凤川林场景观斑块破碎程度较1 9 8 6年加剧,景观连通性降低,森林景观整体异质性提高,异质斑块之间物质、能量交换以及相互影响程度加强;就景观的空间分布格局来看,阔叶类林地呈现出团簇状集中分布,疏林地、灌木林地和苗圃地则离散分布,景观斑块整体分布较为均匀。关键词:森林景观;景观指数;景观格局;大凤川林场中图分类号:S 7 5 7.2 文献标识号:A文章编号:2 0 9 70 2 8
3、5(2 0 2 3)0 50 0 2 20 5D O I:1 0.1 3 4 5 6/j.c n k i.l y k t.2 0 2 2.0 5.0 9.0 0 0 3第一作者:马文艳(1 9 8 6-),林业硕士,研究方向:森林景观。E-m a i l:9 1 3 0 4 1 9 1 5q q.c o m 森林景观是人们在一定的时空点上以视野范围内的森林植被为主体的一种自然景色。森林景观研究的目的在于通过对森林景观的内部结构特征以及它们之间的相互关系、影响程度等方面进行分析,来揭示森林形成、发展和演替的基本规律,探究对其的调控手段1-4。本研究基于大凤川林场1 9 8 6年、1 9 9 6年
4、和2 0 0 8年3期森林资源二类调查数据,分析1 9 8 6-2 0 0 8年大凤川林场的森林景观格局特征,并对引起森林景观格局发生变化的驱动力进行了分析,以期为林场科学经营管理提供指导。1 研究区概况大凤川林场位于甘肃省庆阳市华池县林镇乡境内,处在黄土高原中部重要生态公益林子午岭林区的核心区域。地理位置介于北纬3 6 0 7 -3 6 1 8、东经1 0 8 1 2 -1 0 8 2 4 之间。本区属黄土高原丘陵沟壑地貌类型,地势北高南低,海拔高度在10 7 316 6 5m之间,相对高差2 0 04 0 0m,坡度一般在1 5 3 5 之间。林区气候属于北温带大陆性季风气候,年平均气温8
5、.4,年均降雨量4 8 1.2mm,区内土壤类型主要有灰褐土、黄绵土、黑垆土、草甸土等。按照黄土高原植被区划,本区属于暖湿性森林草原地带。森林植被以暖温带阔叶林为主,区内共有木本植物4 3科8 2属1 7 2种,主要乔木树种有山杨(P o p u l u sd a v i d i a n a)、辽东栎(Q u e r c u sw u t a i s h a n i c a)等;灌木主要有沙棘(H i p p o p h a e r h a m n o i d e s)、狼 牙 刺(S o p h o r ad a v i d i i)等;草 本 植 物 主 要 有 黄 花 蒿(A r t e
6、 m i s i aa n n u a)等。2 研究方法2.1 数据预处理在A r c G I S1 0.2支持下,以林相图为底图进行矢量化,建立1 9 8 6年、1 9 9 6年和2 0 0 8年小班.S h a p e面图层和小班属性数据库,并生成研究区景观类型栅格图(栅格大小为3 0m3 0m),作为分析的基础数据。2.2 景观分类将研究区森林景观进行两级分类,第一级按地类分为:有林地、疏林地、灌木林地、未成林地、苗圃地、宜林地和非林地。第二级对有林地按树种组成分为:硬阔叶类林地,优势树种为栎类和杜梨;软阔叶类林地,优势树种为杨类和桦类;松类林地,优势树种为油松、落叶松、侧柏等。景观分类
7、系统建立后,对景观要素类型一致且地理位置邻近的小班进行合并,形成研究区1 9 8 6年、1 9 9 6年和2 0 0 8年3期2个分类级别上的森林景观类型分布图。详见图1和图2。2.3 相关计算利用F r a g s t a t e s4.2软件,对研究区森林景观类型进行分析。根据景观指数的生态学意义和研究区实际,从斑块类型级别、斑块级别和景观级别3个层次共选取1 4个常用景观指数对大凤川林场森林景观特征进行分析。3 结果与分析3.1 大凤川林场森林景观的斑块特征森林景观斑块面积的计算结果如表1。学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c hF O R E S TS C
8、 I ENC EANDT E CHNO L O G Y2 3 二二三年第五期 林业科技通讯图1 一级景观要素分布图图2 二级景观要素分布图表1 大凤川林场景观要素斑块面积单位:h m2年份要素类型ABCDEFGHI1 9 8 6年35 7 8.5 8 73 1 2.7 741 5 7.1 0 1 5 8.4 03 4 1.8 22 9.4 33 4 2.3 6 2 3 4.7 21 9 9 6年38 6 8.8 3 68 8 6.7 1 6 0 3.5 4 29 2 7.1 6 3 3 3.9 09 9 0.6 33 3.0 33 7 2.2 4 1 3 8.1 52 0 0 8年37 3 7
9、.6 1 1 11 5 8.0 2 5 8 2.9 31 7 5.2 37 4.8 87 9.7 41 8.1 82 6 7.0 3 6 1.5 6 注:A硬阔叶类林地;B软阔叶类林地;C松类林地;D疏林地;E灌木林地;F未成林地;G苗圃地;H宜林地;I非林地(下同)。斑块面积(C A)是景观要素类型特征的重要参数之一。不同时期景观斑块的大小,不仅能够反映景观动态变化的趋势,也表征了景观的稳定状况5。由表1可知,1 9 8 6-2 0 0 8年的景观类型斑块面积变化明显,主体斑块类型稳定。斑块平均形状指数(SHA P E_AM)是度量斑块空间结构的形状指标,当景观中所有的斑块均为正方形时,SH
10、A P E_AM=1;其值增大时,斑块的形状偏离正方形,表明斑块的形状越复杂6。从图3可知,软阔叶类林地的平均形状指数在3个时期均为最大;从变化趋势来看,非林地的平均形状指数减小,其他斑块类型的平均形状指数趋势不明显。斑块分形指数(F R A C_AM)能够表征在一定的观测尺度上斑块和景观格局的复杂程度,其数值越大图3 研究区不同景观类型的斑块平均形状指数表明斑块边界形状越复杂。从图4可知,研究时段软阔叶类林地分形指数最高,表明软阔叶类林地的斑块形状取决于自然地貌,边界形状最复杂,因而指数值大,这与软阔叶类林地面积广阔,广泛分布于研究区密切相关。苗圃地和非林地的分形指数最小,非林地和苗圃地都是
11、人类有计划有目的干扰而成的,人类改造的痕迹明显,其边界形状较为规则,所以数值小;从分形指数的数值来看,各斑块类型和景观的值均远远小于2,说明大凤川山区森林景观的边界褶皱程度不高7。图4 研究区不同景观类型的斑块平均分形指数3.2 大凤川林场森林景观的异质性景观异质性是景观不同与其他生命组建层次的最大区别,主要体现在景观的分类、组合及属性的变化程度上8。本研究主要采用斑块密度、边缘密度、香农多样性指数和香农均匀度指数进行分析。景观斑块密度(P D)反映了单位面积上景观要素类型斑块的疏密,是一种反映斑块分化和破碎程度的指标。从图5中可知,研究期间,硬阔叶类林地的斑块密度较高,苗圃地的斑块密度最小,
12、表明硬阔叶类林地以更小的斑块分散出现,苗圃地则以较大的斑块积聚分布;各景观类型斑块密度值在0.0 1 241.2 8 13之间,景观要素类型之间斑块密度差异较为明显,景学术研究 A c a d e m i cR e s e a r c h2 4 F O R E S TS C I ENC EANDT E CHNO L O G Y二二三年第五期 林业科技通讯观异质性较高;从变化趋势看,研究时段斑块密度变化较明显,除疏林地和未成林地外,其他景观类型的斑块密度都增大,其中以非林地的斑块密度变化最大,1 0 0h m2上增加了1.1个斑块。这一时期林业基础设施、生产辅助设施、道路等的修建,使得非林地斑块
13、密度变化最显著,同时,大面积植树造林和森林抚育,使得疏林地和未成林地斑块数量减少,斑块密度降低。也表明这一时期研究区森林景观斑块类型破碎化程度加剧,景观异质性提高,与前面斑块数变化分析结果基本一致。图5 研究区不同景观类型的斑块密度斑块的边缘密度(E D)表示在单位面积上景观要素类型与其相邻其他景观要素类型斑块之间的边缘长度9。数值越大,表示景观要素类型边界被割裂的程度越高;反之,景观要素类型保存完好,连通性就高。从图6可知,3期各景观要素的边缘密度大小位置变化不大,除疏林地、灌木林地和未成林地的边缘密度变小外,其他森林景观要素的边缘密度均明显增大,说明疏林地、灌木林地和未成林地的连通性较好,
14、而其他森林景观类型被边界割裂程度高,景观破碎化程度加剧,边缘效应可能性增大1 0。图6 研究区不同景观类型的边缘密度香农多样性指数(SHD I)是分析同一景观在不同时期的多样性与异质性的敏感指标。当景观由单一景观要素类型构成时,景观表现为均质,其指数值为0;当景观由2种以上景观要素类型组成,并且各景观要素类型所占比例相等时,景观表现出最高多样性。香农均匀度指数(SHE I)能够反映出景观受到一种或少数几种优势要素类型的支配状况,是分析同一景观不同时期多样性变化的一个有效手段。由表2可以看出,研究期间大凤川林场香农多样性指数和香农均匀度指数均呈现出先升后降的变化特点,研究区在1 9 9 6年香农
15、多样性指数和香农均匀度指数最大,分别为1.5 2 97和0.6 9 62,说明在这一时期,研究区的景观多样性最高,不同景观斑块分布的均匀程度也最高,各景观斑块之间的差异小;1 9 9 6年以后,香农多样性指数和香农均匀度指数均减小较多,说明这一时期研究区景观结构组成的复杂程度减弱,多样性水平降低,同时,研究区受优势景观类型控制,并呈现出扩张的趋势,景观各组成成分分配更加不均匀,景观异质性降低,各景观斑块之间的差异比较大,很好地证明了研究区受软阔叶类林地类型影响显著,与前面斑块面积百分比分析一致。表2 大凤川林场景观多样性和均匀性指数的变化年份景观指数香农多样性指数香农均匀度指数1 9 8 6年
16、1.3 2 350.6 3 651 9 9 6年1.5 2 970.6 9 622 0 0 8年0.9 1 100.4 1 463.3 大凤川林场森林景观的空间分布格局3.3.1 同质景观要素间的空间分布 同类森林景观要素之间的空间关系有2个方面:一是某类型景观要素内部斑块之间的空间关系;二是同类景观要素类型的不同结构成分之间的空间关系。可用要素连接度指数和平均最近距离进行分析1 1。平均最近距离(ENN_MN)是景观空间格局分析的重要指标之一,在斑块水平,平均最近距离的值越大,反映了同类型斑块间的距离较远,同类型景观就呈现出分散状态;若平均最近距离的值小,同类型斑块间的距离就会近,同类型景观就表现出团聚分布。从图7可明显看出,研究期间,各类森林景观要素的平均最近距离差异显著,非林地、苗圃地和疏林地分别在3个时期的平均最近距离最大,软阔叶类林地的平均最近距离保持最小;反映出在研究区硬阔叶类林地和软阔叶类林地分布呈现团簇状态,较为集中;也说明阔叶类林地斑块间的干扰性强,这与阔叶类林地分布广,面积大密切相关,与前面阔叶类林地是研究区景观贡献最大的景观类型结论一致。要素连接度(C ONNE
