巴西热带雨林森林景观转化时空特征及破碎化分析_宁静

地理研究GEOGRAPHICAL RESEARCH 第34卷第7期

2015年7月V ol.34,No.7July,2015巴西热带雨林森林景观转化时空特征及破碎化分析

宁静1，杜国明1，孟凡浩1，匡文慧2，闫凤丽1，张英秀1

(1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨150030;2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京100101）

摘要：巴西热带雨林地区森林景观转化及破碎化导致森林生态系统的功能和区域环境发生变

化，并引起全球范围内的关注。以欧洲太空局全球土地利用/土地覆被数据和Landsat 解译数据

为基础，利用热点提取、信息熵、地统计分析模型及轨迹分析的方法探讨不同砍伐阶段森林破

碎性的变化特点以及森林破碎化与整个区域景观格局变化的相关性。结果表明：①热带雨林

地区的森林面积迅速减少，其中，Rondonia 州、Maton Grosso 州和Para 州最为典型。②森林破

碎性的变化趋势并非整体性的增加或减少，而是出现明显的局地性特点；③森林砍伐的数量与

土地系统的信息熵呈正相关，即森林的数量及质量直接决定巴西热带雨林地区的土地系统稳

定性。

关键词：热带雨林；景观转化；破碎化；时空特征；巴西

DOI:10.11821/dlyj201507004

1引言

森林景观格局的时间演变过程是解释和分析自然生态系统生态状况的重要手段。景观破碎化表现为景观要素在外力作用下原来连续景观逐步变为许多彼此隔离的不连续的斑块镶嵌体的过程[1,2]。巴西北部及中西部地区存在地球上最大的热带雨林，大规模的森林砍伐开始于20世纪60年代。在地方政策驱动下，热带森林面积迅速减少，热带雨林大面积消失，森林景观逐渐趋于破碎化[3,4]成为影响巨大的全球环境问题。森林景观的转化及破碎化会对森林生态系统产生严重的影响，例如，破坏生物的生境，导致生物多样性下降，破坏全球碳平衡，甚至会对全球气候系统产生干扰[5]。国际上很多学者都致力于探讨长期存在的热带雨林的面积减少及破碎化问题。从研究内容来看，研究侧重点主要集中在三个方面：①通过热带雨林的数量、分布模式和空间尺度的时空变化来分析热带雨林的破碎性及其生态影响，并通过研究一致认为森林面积的大小是热带雨林保护和物种多样性控制的最关键因素之一，是森林景观破碎性的重要标志[6-8]。Hall 等认为遥感数据是这类研究最有效的监测数据源，也是量化景观破碎化的有效手段[9-15]。②热带雨林破碎化动力机制的研究。大多数学者关注政府行为的作用，例如农业殖民政策[16,17]，农业信贷政策[18,19]；也有学者认为巴西热带雨林破碎性的增加是市场机制的参与，特别是牛肉、大豆等农牧产品的市场需求刺激了森林景观的转化，进一步导致森林景观的破碎化[20,21]。③收稿日期：2014-12-21;修订日期：2015-04-29

基金项目：国家“863”计划项目（2013AA122802）；中国科学院重点战略部署课题（KSZD-EW-Z-021-02）；国家重

点基础研究发展计划（973计划）项目（2014CB954302）；国家自然科学基金项目（41201183)

作者简介：宁静（1978-）,女,黑龙江哈尔滨人,博士,副教授,研究方向为土地生态环境问题及3S 技术应用。

E-mail ：njing_today@

通讯作者：杜国明（1978-），男，内蒙古宁城人，博士，副教授，主要研究方向为土地资源优化配置。

E-mail ：nmgdgm@

地理研究34卷森林景观的干扰特征及规律研究。如，Rodrigo 等研究耕作手段、作物结构和政府监管差异所造成的巴西热带雨林砍伐速度的空间变化特征[22]；Philip 等通过分析巴西Mato Gros-so 和Rondônia 州土地覆被变化所引起的温室气体和生物量变化，进而探讨了巴西热带雨林的砍伐问题[23]；Sébastien 研究了农业技术水平与巴西热带雨林砍伐之间的关系[24]；还有学者对人为干扰下热带雨林的未来情景进行了研究[25,26]。

综合来看，对巴西热带雨林森林砍伐的研究深入到了相关学科的各个领域，进一步表明巴西的热带雨林在全球环境、生态、经济系统中的重要作用和地位。但是大多数研究只是将森林的破碎性作为单一问题的表象，没有深入地去探讨人类活动和森林动态及景观破碎性之间的联系。本文尝试以森林砍伐造成的森林破碎性的变化为切入点，探讨不同干扰阶段森林破碎化与整个区域景观格局变化的相关性，以期能够更加全面地描述巴西热带雨林森林破碎化的变化特征以及可能带来的环境风险和生态效应。

2研究区概况

研究区位于巴西北部及中西部，

面积约为443.34×104km 2，占巴西国

土总面积的75.44%，包括北部的六个

州，中西部一个州，主要分布在热带

和亚热带湿润阔叶林生态地理分区

中。研究区地形主要有平原（亚马逊

平原）、高原（巴西高原和圭亚那高

原）和盆地（巴拉圭盆地）。研究区

主要位于热带地区，拥有世界上最大

的热带雨林区和世界第一大河——亚

马逊河（图1）。根据气候特点，大部

分地区属于半潮湿热带气候，每年分

旱季和湿季，年均降雨量1500mm ，

年平均气温18℃~28℃。

巴西人口增长迅猛，从1980年

的1.2亿增长到2004年的1.8亿。

2010年巴西人口为1.9亿，根据IBGE 2004年数据显示研究区人口约有1632万，相当于巴西人口总数的9.6%。该区域的经济发展主要依靠巴西胡桃、橡胶、牛肉等农产品出口，林木采伐业也比较发达。据FAO 统计，1990年研究区森林覆盖面积达375×104km 2，到2005年约为336×104km 2，15年间减少39×104km 2。

3数据来源与研究方法

3.1数据来源

主要包括：1980年覆盖研究区的欧洲太空局（European Space Agency ）全球300m 土地利用/土地覆被数据（Globcover 数据）。2004-2007年覆盖研究区的Landsat ETM 遥感影像（分辨率15m ），共378景。参照谷歌地球高分辨率影像和其他辅助数据，结合地学

图1研究区位置示意图Fig.1Location of the reserch area 1236