九寨溝自然保護區(qū)景觀格局及其斑塊穩(wěn)定性1)

劉延國 王 青

(西南科技大學(xué)，綿陽，621010)

王 軍

(四川省遙感中心)

景觀穩(wěn)定性是生態(tài)學(xué)與景觀生態(tài)學(xué)研究的復(fù)雜而又非常重要的內(nèi)容之一，但目前國內(nèi)外對景觀穩(wěn)定性的定義并不統(tǒng)一，多借用生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念來解釋［1－5］。生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性一般包括抵抗力、恢復(fù)力、持久性和變異性等4個方面的內(nèi)涵，可以理解為對于受非正常外力干擾的系統(tǒng)而言，抵抗力和恢復(fù)性是測度其穩(wěn)定性的主要指標;對于受環(huán)境因子正常波動干擾的系統(tǒng)而言，持久性和變異性是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性的指標［6－9］。景觀水平上一個生態(tài)系統(tǒng)可以視為一個相當寬度的斑塊或是一條狹窄的廊道，或是背景基質(zhì)，而廊道與基質(zhì)又可以理解為在整個景觀中面積較大、連通性較好的線性斑塊［7－11］，由此，景觀的穩(wěn)定性可以視為由其組成要素即斑塊的穩(wěn)定性所決定的，因此，景觀斑塊的劃分是景觀穩(wěn)定性分析的首要步驟，進而從景觀的格局即景觀中斑塊、廊道和基質(zhì)的空間組合出發(fā)，在分析其變化的基礎(chǔ)上，深入分析景觀的穩(wěn)定性［2－4，11－15］。這其中包含3個層次的指標:(1)基質(zhì)的比例:越趨近于50%，該景觀的穩(wěn)定性就越高;(2)斑塊數(shù)量和面積變化率:變化率越小，景觀穩(wěn)定性越高;(3)斑塊密度變化率:不論是絕對變化率還是相對變化率，變化率越小，景觀穩(wěn)定性越高［11，12－22］。文中根據(jù)上述 3個指標對九寨溝自然保護區(qū)景觀穩(wěn)定性進行分析。

1 研究區(qū)自然概況

九寨溝自然保護區(qū)位于四川省西北部的阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣中南部，地處青藏高原東緣岷山山脈南段尕爾納峰北麓，是長江水系嘉陵江源頭的一條支溝。其地理坐標介于東經(jīng)103°46'14″～104°03'04″、北緯 32°54'13″～33°16'13″之間，核心景區(qū)面積約720 km2，研究區(qū)面積730 km2。地貌上屬岷山山脈的深切割高山峽谷區(qū)，地勢北低南高，海拔高度由1996 m(九寨溝口)至4764 m(溝尾尕爾納峰)，南北相對高差達2768 m。

九寨溝自然保護區(qū)植物分布主要為溫帶、寒帶植物群落，也有極少數(shù)亞熱帶植物生長。植被隨海拔高度的變化呈現(xiàn)明顯的垂直分帶性，從下至上可劃分為3個植物分帶，即針闊葉混交林帶(海拔2800 m以下)、亞高山針葉林帶(2800～3800 m)、高山灌叢草甸帶(3800～4200 m)。

2 研究方法

數(shù)據(jù)來源及處理:將1987、1997和2005年3個不同時期TM7、TM4、TM2波段合成圖像作為基本信息源，在ERDAS Imagine 8.5 及ArcGIS9.0 軟件的支持下，以1∶100000地形圖、野外實地調(diào)查及相關(guān)的各種統(tǒng)計圖件作為參考數(shù)據(jù)源，參照我國《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標準一級分類系統(tǒng)［23－24］，將研究區(qū)域劃分為林地、灌木林地、草地、水域、裸巖石礫地、耕地和建設(shè)用地7大景觀類型，采用監(jiān)督分類及目視解譯的方法，得到1987、1997和2005年研究區(qū)景觀斑塊類型的矢量數(shù)據(jù)。

基質(zhì)的比例穩(wěn)定性:基質(zhì)的比例越趨近于50%，該景觀的穩(wěn)定性就越高，SM=1－(50%－M)，式中:SM為基質(zhì)的穩(wěn)定指數(shù);M為基質(zhì)的比例。SM的值越趨近于1，基質(zhì)的穩(wěn)定性越高。

斑塊特征穩(wěn)定性:能夠反映斑塊穩(wěn)定性特征的主要為斑塊數(shù)量、斑塊面積和斑塊形狀。因反映斑塊形狀的指數(shù)較多且大多數(shù)都主要反映的是斑塊形狀的相似性和復(fù)雜程度，因此，本研究僅以斑塊數(shù)量和面積的變化率來反映其穩(wěn)定性?；竟饺缦?

式中:SP為斑塊的景觀穩(wěn)定指數(shù);ΔNi為第i類斑塊數(shù)量的變化率;ΔAi為第i類斑塊的面積變化率;Ni1、Ni2分別表示第 i類初期和末期的斑塊數(shù)量;Ai1、Ai2分別表示第i類斑塊初期和末期的斑塊面積。SP越接近于1，斑塊穩(wěn)定性越高。

斑塊密度穩(wěn)定性:不論是絕對密度還是相對密度，變化率越小，景觀格局越穩(wěn)定。斑塊密度穩(wěn)定性可以用以下公式表示為:SD=1－|ΔD|，其中:ΔD=(D2－D1)/D1。式中:SD為景觀穩(wěn)定指數(shù);ΔD為景觀密度變化率;D1、D2分別表示研究初期和末期的景觀密度。SD越接近于1，景觀格局穩(wěn)定性將越高。

式中:SDi為第i類景觀結(jié)構(gòu)組分的穩(wěn)定指數(shù);ΔDi為第i類景觀結(jié)構(gòu)組分的相對密度變化率;Di為第i類景觀組分的相對密度;Di1、Di2分別為第i類景觀組分初期和末期的相對密度;Ni為斑塊總數(shù);Ai為斑塊總面積。SDi越接近于1，景觀結(jié)構(gòu)組分的穩(wěn)定性就越高。

3 結(jié)果與分析

從表1可以看出，林地、灌木林地、草地、水域、裸巖石礫地、耕地及建設(shè)用地7大類景觀組分的面積分布極不均衡，林地的面積最大，為研究區(qū)景觀的基質(zhì);結(jié)合實地調(diào)查，水域主要以水系為主，為研究區(qū)景觀的廊道，草地、水域、耕地、裸巖石礫地及建設(shè)用地為研究區(qū)景觀斑塊。2005年與1987年相比，總體上林地、草地面積都有所增加，耕地面積減小，這與近年來保護區(qū)實施的退耕還林、還草和封山育林等生態(tài)恢復(fù)工程措施有直接聯(lián)系;灌木林地和水域面積呈減小趨勢，這與區(qū)域氣候變化有密切關(guān)系。

表1 九寨溝自然保護區(qū)景觀結(jié)構(gòu)組分類型

3.1 基質(zhì)的穩(wěn)定性

表2為研究區(qū)景觀的基質(zhì)穩(wěn)定性指數(shù)，從中可以看出基質(zhì)的穩(wěn)定性較高，兩個時段變化較小，總體上呈上升趨勢，說明基質(zhì)處于穩(wěn)定且健康發(fā)展的狀態(tài)，近年來保護區(qū)生態(tài)保護與恢復(fù)工程措施已初顯成效。

表2 九寨溝自然保護區(qū)景觀基質(zhì)的穩(wěn)定性指數(shù)

3.2 斑塊的穩(wěn)定性

表3為研究區(qū)1987—1997年景觀斑塊穩(wěn)定性指數(shù)。從斑塊特征穩(wěn)定性來看:灌木林地、耕地和林地的穩(wěn)定性最高，其次為裸巖石礫地、水域、草地，建設(shè)用地的斑塊穩(wěn)定性最低，它們的景觀穩(wěn)定指數(shù)從高到低依次為0.982、0.973、0.960、0.938、0.937、0.896、0.806;景觀斑塊在＜100 hm2及＞1000 hm2的尺度范圍內(nèi)，裸巖石礫地穩(wěn)定性最高，其次為林地，草地穩(wěn)定性最低;在100～1000 hm2尺度上，水域穩(wěn)定性最高，林地穩(wěn)定性最低。從斑塊密度穩(wěn)定性來看:耕地、灌木林地和林地穩(wěn)定性最高，其次為裸巖石礫地和水域，草地和建設(shè)用地穩(wěn)定性最低，其指數(shù)依次為0.963、0.946、0.919、0.877、0.874、0.792、0.612;景觀斑塊在＜100 hm2及＞1000 hm2尺度上，裸巖石礫地穩(wěn)定性較高，其次為林地，草地穩(wěn)定性最低;在100～1000 hm2尺度上，草地穩(wěn)定性最高，穩(wěn)定性指數(shù)為0.996，其次為水域，林地穩(wěn)定性最差。自然景觀斑塊的穩(wěn)定性依然取決于其自然穩(wěn)定性，中小尺度的草地斑塊最不穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性的波動必然會引起整個區(qū)域景觀格局的變化響應(yīng)。

表3 九寨溝自然保護區(qū)1987—1997年景觀斑塊穩(wěn)定性指數(shù)

表4為研究區(qū)1998—2005年景觀斑塊穩(wěn)定性指數(shù)。從斑塊特征穩(wěn)定性來看:裸巖石礫地、林地的穩(wěn)定性最高，其次為灌木林地、水域、草地、耕地，建設(shè)用地的斑塊穩(wěn)定性最低，保護區(qū)的生態(tài)恢復(fù)工程措施及生態(tài)移民政策是后兩者穩(wěn)定性最低的直接原因，它們的景觀穩(wěn)定性指數(shù)從高到低依次為0.979、0.977、0.964、0.844、0.287、0.105、－0.033;景觀斑塊在各尺度范圍內(nèi)，裸巖石礫地、林地穩(wěn)定性最高，草地穩(wěn)定性都較低，在100～1000 hm2尺度上，耕地已轉(zhuǎn)化為其它景觀斑塊類型。從斑塊密度穩(wěn)定性來看:林地、裸巖石礫地穩(wěn)定性最高，其次為灌木林地、水域和建設(shè)用地，草地和耕地穩(wěn)定性最低，它們的穩(wěn)定性指數(shù)依次為0.982、0.957、0.922、0.555、0.348、－0.281、－4.209;景觀斑塊在＜10 hm2尺度上，林地、裸巖石礫地穩(wěn)定性最高，耕地穩(wěn)定性最差，尤其在1～10 hm2尺度上，穩(wěn)定性指數(shù)達到－9.288;在10～100 hm2尺度上，裸巖石礫地穩(wěn)定性最高，穩(wěn)定性指數(shù)為0.946，建設(shè)用地穩(wěn)定性最低，穩(wěn)定性指數(shù)為0.068。由此可見，人工景觀的穩(wěn)定性與保護區(qū)實行的一系列措施具有同步性;而自然景觀的穩(wěn)定性依然取決于其自然穩(wěn)定性，并隨氣候的波動而變化。

表4 九寨溝自然保護區(qū)1998—2005年景觀斑塊穩(wěn)定性指數(shù)

4 結(jié)論與討論

由于基質(zhì)在景觀格局中的特殊地位，基質(zhì)的穩(wěn)定必然是景觀格局穩(wěn)定的基礎(chǔ)，九寨溝自然保護區(qū)基質(zhì)的穩(wěn)定性較高，變化率較小，說明基質(zhì)處于穩(wěn)定且健康狀態(tài)。從斑塊數(shù)量和面積變化率來分析，林地、裸巖石礫地與灌木林地的變化率最小，其景觀穩(wěn)定性最高，其次為水域和草地，耕地與建設(shè)用地的變化率最大，景觀穩(wěn)定性最低;從斑塊密度變化率分析，林地與灌木林地的景觀穩(wěn)定性最高，其次為裸巖石礫地、水域和耕地，草地和建設(shè)用地穩(wěn)定性最低?？傮w來看，兩者評價結(jié)果基本趨于一致。林地、裸巖石礫地、灌木林地及水域的穩(wěn)定性變化可視為對自然驅(qū)動力起主導(dǎo)作用的響應(yīng)，草地、耕地及建設(shè)用地的穩(wěn)定性變化主要是保護區(qū)近年來的退耕還林、還草、封山育林等生態(tài)恢復(fù)工程及生態(tài)移民與安居工程等人類活動作用的結(jié)果。

從斑塊特征穩(wěn)定性和斑塊密度穩(wěn)定性兩個不同層次進行數(shù)據(jù)分析，所得結(jié)論不相一致，不一致性在＜10 hm2草地上最為明顯，說明中小斑塊草地對于保護區(qū)景觀的穩(wěn)定性具有重要意義，應(yīng)特別予以重視，應(yīng)對其進行科學(xué)合理的保護、規(guī)劃和建設(shè);景觀穩(wěn)定是相對的，變異是絕對的，是區(qū)域自然變化和人類活動共同作用的結(jié)果，通過亞穩(wěn)定狀態(tài)不斷向高穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展，從而增強對外界干擾的抵抗能力及恢復(fù)能力，有利于維持景觀格局，保障景觀功能的穩(wěn)定發(fā)揮，從而實現(xiàn)保護區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

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