基于森林资源二类调查的仁义镇森林景观格局及破碎化分析

基于森林资源二类调查的仁义镇森林景观格局及破碎化分析通过景观的观点来审视城镇化的发展，是解决城市化过程中环境问题的新方法、新思路.采用2009年广西壮族自治区贺州市八步区仁义镇森林资源二类调查数据为基础数据，以GIS和Fragstats为技术支撑，从景观的组成结构、斑块特征等方面对研究区域景观的空间分布和结构特征进行了分析.结果表明,景观要素斑块中以小斑块所占比例最大，植被景观以乔木林和灌丛景观为主要类型.由于相对强烈的人类活动影响，区域内林业用地的景观破碎化程度较高.Key words: GIS; Forest landscape pattern; Landscape fragmentation; Babu District随着城镇化速度的明显加快，诸多环境问题日益凸显.建设城市森林是治理环境污染和改善人居环境的有效途径，通过景观现状分析，采用多样性、均匀度、分维度等景观指数分析方法，可以对城市森林建设进行前期格局分析，这为今后城市森林的规划建设奠定了理论基础.在遥感影像分辨率不高的前提下，如果仅依靠遥感影像目视判读很难做到对地物的精准划分.而采用森林资源二类调查的成果数据作为数据源则具备很高的精度，它是以小班为调查单元进行全区调查，是一种更具体更详细的调查.依据2009年广西壮族自治区贺州市八步区森林资源二类调查数据,重新合并、提取所需的属性数据及矢量数据，为景观格局分析提供数据基础.景观格局分析是景观生态学研究的基本内容，是进一步研究景观功能与动态的基础.景观格局既是景观异质性的具体体现，同时又是人类活动的结果与各种生态过程在不同尺度上作用的最终结果［1］.景观破碎化主要表现为斑块数量增加而面积缩小，斑块形状趋于不规则，内部生境面积缩小，廊道被截断以及斑块彼此隔离.景观破碎化会对生存于其中的物种带来一系列的影响.为了揭示该区景观格局特征和破碎化程度，为今后城市林业建设奠定基础，以广西壮族自治区贺州市八步区仁义镇为例，利用GIS建立量化的、空间化的环境数据库，分析了森林景观各斑块的类型及其相互关系，并将这些数据落实到具体的山头地块，在空间上形象地显示出来，最后对景观要素的斑块特征和格局进行分析研究，理清其森林结构布局，并分别从斑块数、斑块面积、斑块周长、分形维数和多样性等角度对各景观组分的数量特征进行分析，以阐明各景观组分间的特征差异，评价景观破碎化程度，进而揭示各组分在整个景观中的地位和作用的差异.1 研究地区概况八步区仁义镇位于广西东部，地理位置为东经111°08′~111°45′，北纬23°52′~24°9′，地处亚热带，气候温和，光照充足，雨量充沛，无霜期长.年均气温19．9℃，日照 1 587．3 h，降雨量 1 550．3 mm，无霜期299 d.属南岭山地丘陵区.全区森林面积为14 330.5 hm2，森林覆盖率为72．3％，活立木蓄积量为6万m3，以松、杉、速生桉为主.主要经济林果有八角、玉桂、板栗、油茶、油桐、龙眼、李子等10多种［2］.2 研究方法2.1 数据来源和预处理本次研究的资料有仁义镇2009 年森林资源二类调查数据、1∶1万遥感影像图、地形图、行政边界图、DEM模型及其他相关地学信息资料.利用GIS 软件将森林资源二类调查数据数字化，包括地形图等高线和林班小班等森林区划，结合属性数据建立了林相图.其中小班因子调查数据包括面积、优势树种、树种组成、经营类型、造林树种、土壤类型、坡度、海拔等20 多个属性数据项.结合广西森林植被景观生态特征和经营需要,对小班类型进行定性分析,并最终确定了8 种景观要素类型,分别为非林地、杉木类、松树类、桉树类、阔叶类、竹类、经济林、灌木林.结合该区域行政界线图，在ArcGIS 软件支持下，将森林植被类型矢量格式转换为栅格格式.每个栅格的大小为10 m×10 m，得到森林景观分布图（图1）.将栅格数据输入景观指数计算软件FRAGSTATS 3.3 中计算森林植被的景观格局指数.2.2 景观指数选取对利用FRAGSTATS软件获得的20 余种景观指数进行相关性分析，去除相关性较大的一些指数，并根据研究需要，最终在斑块类型水平上选取类型面积（CA）、斑块数（NP）、平均斑块面积(AREA)、斑块总面积（TA）等多个景观指数进行森林景观空间格局分析；在景观水平上，选取了斑块密度（PD）、斑块边缘密度（ED）、香农景观多样性指数（SHDI）以及香农景观均匀度指数（SHEI）等景观指数［4］进行景观层次上的森林植被景观异质性和多样性分析.3 景观格局分析3.1 景观要素斑块特征分析3.1.1 景观组成结构分析由表1可见，研究区域的景观类型以非林地为主，其面积占景观总面积的39.29 %；其次是松树类,占24.52%，桉树类占17.51%，阔叶树类占12.03%，是控制景观格局的重要组成部分；竹类面积比最小，仅占总面积的0.13%.从斑块数和斑块比来看，松树类的斑块数最多，为217块，占整个区域斑块数的22.30%；其次是非林地类和桉树类，斑块数和斑块密度分别为210块、21.58%及195块、20.04%；阔叶树类斑块数也较多，斑块比为14.80%；竹林类和灌木林地斑块数最少，斑块比分别为1.44%和1.54%.乔木林、灌木林和非林地的面积比例为1.48∶0.04∶1.由于森林采伐等长期的人类活动影响，森林景观比例在逐渐缩小，当前非林地类型占有较高比例，该区植被现以乔木林和灌丛景观为主要类型，二者面积占全区的59.4%，斑块数占全区的67%(表1).3.1.2 景观斑块特征分析景观类型斑块特征主要是通过斑块大小、形状特征、分维度等指数来反映［1］.斑块形状特征（又称斑块形状指数）反映斑块形状的复杂程度.形状指数越大，表示斑块形状越复杂.由表2可以看出，8种景观类型的斑块形状指数在4.43～24.99.松树林和桉树林的斑块形状指数较大，这是因为本地区松树和桉树种植面积较广、分布不均匀，因此斑块形状不规则，而研究区域很多地方大量种植桉树，使桉树分布面积大，并且分布也很不规则.软阔类次之，它保留了原始林的某些特征，再加上对其采伐一般采用间伐，而后种植桉树或其他树种，所以形状也较不规则.而杉木、经济林和竹林多为人工营造的林分，形状相对规则.由此可见，非林地斑块平均面积最大，远大于其它景观类型，原因是研究区域的居民点、天然水库、湖泊等属于非林地，这些景观类型的面积较大，从而使平均面积增大.在森林景观中，松树类、桉树类和灌木类斑块平均面积较大，斑块平均面积大于22 hm2.杉木类和阔叶树类斑块平均面积偏低，竹林类斑块平均面积最小.竹类的分维数最大，主要原因是其基本上成点状分布，形状不规则，复杂程度较高.景观斑块特征分析结果，在森林景观中，松树类形状最不规则，其余景观类型的分维数都比较高，显示出该区域森林景观破碎化程度较高.3.1.3 景观斑块数量特征分析从8类景观要素斑块面积特征(表1)可以看出，全林区8种景观要素类型斑块总数为973个，斑块总面积为24 732.64 hm2.非林地、松树类、桉树类和阔叶树类占总面积的93.36%，是该林区的主要森林景观要素，其斑块数由多到少依次为松树类、非林地、桉树类和阔叶树类，但差别不明显.平均斑块面积最小的为竹林和经济林.在各类森林景观要素中，松树类的斑块数最多且具有最大的总面积和最大的平均斑块面积，在整个景观中数量占绝对优势，是构成该林区森林景观基质的要素类型；同时，又有最大和最小的斑块面积，说明其斑块形状的差异最大.3.1.4 景观粒级结构景观粒级结构是指景观要素的粗、细粒结构，斑块在很大程度上受自然和人为干扰因素的影响，而粒级大小又取决于整个景观研究的尺度［5］.本研究把斑块体分为5级:小斑块(200 hm2)(表3).从表3可看出，8种景观要素中，以小斑块比例最大，占总斑块数的60%以上，中、小斑块之和约占总斑块数的90%，大斑块和超大斑块占10%，因此该区以中小斑块为主.就单个景观要素类型看，杉木类、经济林类、松树类和桉树类4种类型以小斑块为主；松树类和桉树类中、大斑块相对较多.超大斑块和巨大斑块主要分布在桉树类、松树类和阔叶树类中，占全部景观范围内超大斑块和巨大斑块的90%以上,说明针阔混交林相对完整，接近该区的天然植被.综上所述，森林景观要素中小斑块占斑块数比重最大，显示出该区域森林景观破碎化程度较高.3.2 景观的异质性分析目前关于景观异质性有很多不同的定义，但较为一致的是“景观异质性是景观尺度上景观类型组成和空间结构上的变异性和复杂性”［7］.通常采用多样性指数、斑块密度、边缘密度等指标来描述和分析景观异质性.3.2.1 景观斑块密度和边缘密度景观斑块密度反映景观整体斑块分化程度.斑块密度高,表明一定面积上异质景观要素斑块数量多,斑块规模小,景观异质性高.斑块的边缘密度反映景观中异质性斑块之间物质、能量和物种交换的潜力及其相互影响的强度,可直接表征景观整体的复杂程度［3］.松树类斑块密度最大，达0.88块/hm2，非林地类、桉树类和阔叶树类斑块密度大于0.5块/hm2，其它景观类型斑块密度较小，竹林地斑块密度最小，仅为0.06块/hm2.这说明本区域内主要森林景观的异质性较高.景观类型的边界密度即斑块边缘度，是指景观类型周长与类型面积的比，是一个景观类型单位面积所拥有的周长.单位面积上的周长值大，景观类型被边界割裂的程度高；反之，景观类型保存完好,连通性高.因此，该指标在一定程度上反映了景观类型的破碎化程度.由表4可知，所有景观中，斑块边缘度最高的为松树类（30.01 km/km2），最低者为竹林（0.40 km/km2）.将各个景观组分边缘度排序，发现该顺序与景观组分斑块总周长的分布顺序大体相同.这意味着两种情况:面积和周长皆大者，边界密度比较大，景观破碎化程度较高，如非林地；反之，面积和周长皆小者，边界密度比较低，分布面积虽小，类型仍保持完整，如竹林.这2种情况的破碎化都比较严重.3.2.2 景观多样性景观多样性指数(SHDI)和景观均匀度指数(SHEI)是一种基于信息理论的测量指数，在生态学中应用很广泛.均匀度指数(SHEI)为1时是景观多样性最大，均匀度指数(SHEI)值较小时优势度一般较高，可以反映出景观受到一种或少数几种优势斑块类型所支配；均匀度指数（SHEI）值趋近1时，优势度低，说明景观中没有明显的优势类型且斑块类型在景观中均匀分布.利用上述数据，依据景观多样性指数指标公式，得出本研究区域的景观多样性指数为1.52，表明景观异质性较高；均匀度指数为0.73，表明各景观类型所占比例差别大，景观中有一定的优势类型，其中松树林、桉树林和非林地景观类型占优势，但景观类型丰富，多样性仍然较高.3.3 景观要素空间相互关系分析景观要素的空间关系包括同质景观要素的空间关系和异质景观要素的空间关系,可以用蔓延度指数、聚集度指数、距离指数、分离度指数等加以描述和分析(表5).CONTAG（蔓延度）指标描述的是景观不同拼块类型的团聚程度或延展趋势.由于该指标包含空间信息，是描述景观格局的最重要的指数之一.一般来说，高蔓延度值大说明景观中的某种优势拼块类型形成了良好的连接性；反之，则表明景观是具有多种要素的密集格局，景观的破碎化程度较高.经计算，本地区的蔓延度指数为44.54，说明景观的破碎化程度较高.景观分离度是指某一景观类型中不同斑块个体分布的分离程度.分离度的值越大,表明景观在地域分布上越分散,景观分布越复杂.由表5可以看出，竹类的分离度最大,说明竹林在其中最为分散，非林地的分离度最小,说明该类型之间聚集状况较好.斑块聚集度指数可以量化相应景观类型的自然连接性.聚集度指数高说明景观斑块聚集更加紧密,而聚集度指数低说明景观要素在景观中分散于许多不同景观要素斑块之间.在8个一级景观要素类型的聚集度指数中,以非林地的聚集度指数最高(83.83),其次为桉树类、阔叶树类、松树类、杉木类、经济林类和竹类、灌木林类.非林地的聚集度最高,说明非林地斑块比较集中,灌木林类聚集度最小,说明灌木林斑块比较分散.距离指数用来描述同质景观内斑块间的连接程度或隔离程度,而分离度指数用来描述景观内斑块间的离散程度.在本研究中,其表明的结果与分离度指数结果大体一致.松树类、非林地、桉树类、阔叶树类、竹类、经济林类、杉木类、灌木林类各斑块间的距离指数依次增大,即斑块间的隔离程度越来越大，聚集度减小.4 结论对仁义镇森林景观格局进行分析，可以初步量化认识景观格局的现状，有利于充分认识人类活动对景观和资源分布格局的影响，从而为科学的规划和利用提供科学依据.研究结果表明，该地区共划分8类景观要素，其中以桉树类、松树类和阔叶树类为主，3者面积之和高达13 371.30 hm2，占森林景观的94%，占全区的54.06%，是该地区的主要森林景观要素类型.松树类的形状指数、分维数较高，其斑块形状和布局较为复杂，经济林类和杉木类形状指数和分维数较低，说明其受人类活动影响较大，形状规则.景观要素以中、小斑块比例最大，占总斑块数的90%以上，大斑块和巨大斑块主要分布于松树类和桉树类.景观多样性指数为1.52，说明景观异质性较高，均匀度指数为0.73，说明各景观类型所占比例差别大，景观中有一定的优势类型，其中桉树类和松树类占有优势.森林景观斑块多呈小面积零散分布，森林景观斑块平均面积较小，显示出较高程度的破碎化.森林植被景观关系着区域社会经济的可持续发展,在城市化进程中，人类在利用土地资源的同时不可避免地会带来一些不利影响.因此,在今后的城市林业建设中，必须以保护现有林地为主,尽量减少各种不利的干扰,合理地增加城镇森林景观的异质性,控制森林景观斑块数以降低森林景观的破碎程度,从而维持整个生态系统的稳定.加强区域森林景观建设和生态安全控制,对于区域的物质循环、能量流动，生物的迁移及生物多样性的保护均有重要作用.参考文献:［1］邬建国.景观生态学——格局、过程、尺度及等级［M］.北京:高等教育出版社，2000.［2］/basicdata/ressituation/forestsituation/200706/t20070611_120413.ht ml［3］角媛梅,马明国,肖笃宁.黑河流域中游张掖绿洲景观格局研究［J］.冰川冻土,2003,25(1):94-991.［4］McGarigal K，Cushman S A，Neel M C，et al. 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