五臺(tái)山植被景觀要素多樣性研究

袁建英

(山西省環(huán)境科學(xué)研究院生態(tài)環(huán)境遙感研究所，太原 030027)

生物多樣性是指生物及其所生存的環(huán)境所形成的生態(tài)復(fù)合體及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的總和，是生命系統(tǒng)的基本特征。景觀多樣性是生物多樣性的重要組成部分，它是由不同類(lèi)型的，景觀要素或生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成的，景觀在空間結(jié)構(gòu)、功能機(jī)制等方面的具有多樣性或變異性，可以用來(lái)表征景觀水平上生物組成的多樣化程度，它反映了景觀的復(fù)雜程度[1]。在較大的空間尺度上，景觀多樣性可以看做是其他層次多樣性的背景，并且可以在一定程度上制約這些層次上的生物多樣性的變化過(guò)程[2]。近年來(lái)，關(guān)于多樣性的研究主要集中在遺傳多樣性，物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性的等層次上，而關(guān)于景觀多樣性的研究剛剛處于起步階段[3]。

景觀多樣性主要包括景觀類(lèi)型多樣性、格局多樣性和要素多樣性[4]。景觀要素多樣性是指景觀要素的豐富程度和復(fù)雜程度，是景觀多樣性的類(lèi)型之一。對(duì)要素多樣性研究需要考慮景觀中不同景觀要素的數(shù)目多少以及它們各自所占的面積比例的大小。因此，對(duì)景觀要素多樣性進(jìn)行研究的生態(tài)學(xué)意義就在于其對(duì)物種多樣性的影響。在一個(gè)景觀中，要素多樣性與物種多樣性的關(guān)系一般呈正態(tài)分布。一般情況下，在景觀要素?cái)?shù)量少、面積大的均質(zhì)斑塊生境條件下，物種的多樣性較低;隨著要素多樣性和邊緣物種的增加，物種多樣性也相應(yīng)增加;當(dāng)景觀要素、斑塊數(shù)目與邊緣生境達(dá)到最佳比率時(shí)，物種多樣性最高。

本文通過(guò)對(duì)五臺(tái)山地區(qū)的景觀要素多樣性的研究，揭示了五臺(tái)山地區(qū)景觀要素的空間分布特點(diǎn)，為研究五臺(tái)山地區(qū)的生物多樣性的保護(hù)與合理開(kāi)發(fā)利用、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供有益的信息。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)源采用中巴資源衛(wèi)星所接收的CCD/HR影像數(shù)據(jù)(2010)，覆蓋整個(gè)五臺(tái)山地區(qū)，成像時(shí)間為植被生長(zhǎng)季。除了遙感數(shù)據(jù)外，本文還采用了五臺(tái)山地區(qū)1∶50000地形圖、土地利用分類(lèi)圖等，并且進(jìn)行了野外實(shí)地考察，從而獲取了野外考察資料和對(duì)應(yīng)的實(shí)地景觀照片等。由于涉及到多景數(shù)據(jù)，為了能全面的利用遙感影像反映的地物信息，因此必須先進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后利用研究區(qū)邊界圖合成該研究地區(qū)的整體影像[5]。

1.2 研究方法

首先，利用遙感影像處理軟件對(duì)遙感圖像進(jìn)行處理[5-7]，得到遙感解譯的基礎(chǔ)圖件;而后，確定遙感解譯的標(biāo)志以及生態(tài)景觀類(lèi)型從而繪制出生態(tài)景觀類(lèi)型專(zhuān)題圖;然后，利用GIS軟件，導(dǎo)入解譯結(jié)果，進(jìn)行拓?fù)浞治觥傩再x值及相關(guān)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算;最后，對(duì)選擇的生態(tài)景觀多樣性指數(shù)進(jìn)行計(jì)算從而進(jìn)行五臺(tái)山植被景觀要素的多樣性研究。

1.3 數(shù)據(jù)分析

多樣性指數(shù)在生態(tài)學(xué)中應(yīng)用十分廣泛[8]。經(jīng)典生態(tài)學(xué)中的多樣性指數(shù)將種的多樣性歸納為三種:(1)種的豐富度或多度，主要用豐富度指數(shù)來(lái)表示一個(gè)群落或生境中種的數(shù)目的多寡;(2)種的均勻度或平衡性，主要用均勻度指數(shù)來(lái)表示一個(gè)群落或生境中全部種的個(gè)體數(shù)目的分配情況，它反映了種屬組成的均勻程度;(3)種的總多樣性是上述兩種涵義的綜合，又稱(chēng)種的不齊性，主要利用多樣性指數(shù)來(lái)表示。利用這些多樣性指數(shù)來(lái)確定群落的空間分布規(guī)律。

豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的計(jì)算公式如下:

(1)豐富度指數(shù)(Margalef)，反映景觀斑塊類(lèi)型的豐富程度。

式中 m為景觀要素的數(shù)目;

A為景觀要素的總面積。(2)均勻度指數(shù)(Pielou)，反映各景觀斑塊類(lèi)型的分布的均勻程度。

H為香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)。

(3)香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)，它是景觀斑塊豐富程度和均勻程度的綜合反映。

式中 Pi=Ai/A;Ai為景觀要素i的面積。

(4)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，指某一類(lèi)景觀斑塊占優(yōu)勢(shì)的程度。

式中 Hmax=ln(m)，為最大多樣性指數(shù)。

2 結(jié)果分析

2.1 景觀要素的基本組成及各景觀要素的面積

本文所研究的五臺(tái)山地區(qū)植被景觀要素的總面積共有54018.62 hm2，共有植被景觀要素10種，分別為云杉林景觀(Ⅰ)、華北落葉松林景觀(Ⅱ)、云杉和臭冷杉林景觀(Ⅲ)、油松林景觀(Ⅳ)、遼東櫟林景觀(Ⅴ)、山楊白樺林景觀(Ⅵ)、溫帶灌叢景觀(Ⅶ)、溫帶草原及溫帶灌草叢景觀(Ⅷ)、山地草甸景觀(Ⅸ)和農(nóng)田景觀(Ⅹ)。其中Ⅰ-Ⅵ為森林景觀，Ⅶ為溫帶灌叢景觀，Ⅷ為溫帶草原及溫帶灌草叢景觀、Ⅸ為山地草甸景觀、Ⅹ為農(nóng)田景觀。各景觀要素的面積及比例列于表1.

表1 植被景觀要素的面積Tab.1 The area of the vegetation landscape elements

2.2 景觀要素多樣性分析

在生態(tài)學(xué)中常利用景觀豐富度、均勻度、多樣性、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)來(lái)確定群落的空間分布規(guī)律，同時(shí)可以對(duì)對(duì)景觀異質(zhì)性進(jìn)行定量化的描述和分析，量化格局的復(fù)雜程度。景觀豐富度、均勻度、多樣性、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 植被景觀要素多樣性指數(shù)Tab.2 The diversity indexes of vegetation landscape elements

景觀多樣性是生物多樣性的重要組成部分之一，生物多樣性由微觀多樣性和中觀多樣性組成?；蚨鄻有?、組織多樣性等屬于微觀多樣性;個(gè)體或物種多樣性、群落多樣性、系統(tǒng)多樣性等屬于中觀多樣性，而景觀多樣性是宏觀層次上的生物多樣性。多樣性指數(shù)是用來(lái)描述景觀要素復(fù)雜程度的，是豐富度和均勻度的綜合性指標(biāo)。多樣性指數(shù)值的大小直接反映景觀要素的數(shù)量多少和各景觀要素各自所占面積比例的大小[9]，景觀多樣性指數(shù)的大小反映組成景觀的景觀組分的多少和各景觀組分面積所占的比例大小。當(dāng)某一景觀由單一景觀組分組成時(shí)，景觀多樣性指數(shù)為0，說(shuō)明景觀是均質(zhì)的。當(dāng)某一景觀由兩種以上的景觀組分組成，且各景觀組分所占比例相等時(shí)，其景觀多樣性指數(shù)最大，景觀多樣性最高，即Hmax=ln(m).隨著景觀組分所占比例差異的增大，景觀多樣性指數(shù)變小，同時(shí)景觀多樣性下降[9]。所以，最大景觀多樣性指數(shù)(Hmax)僅僅由景觀組分類(lèi)型的多少?zèng)Q定，而與各景觀組分在景觀總面積中所占的比例無(wú)關(guān)。而均勻度指數(shù)則是描述不同景觀要素的分配均勻程度，它是要素多樣性指數(shù)與最大多樣性指數(shù)的比值。

五臺(tái)山地區(qū)的景觀要素多樣性指數(shù)H=1.36，與最大多樣性指數(shù)Hmax=2.30相比，其值較低，這一結(jié)果說(shuō)明在五臺(tái)山地區(qū)的各種景觀要素所占比例差別較大，少量植被景觀要素居主導(dǎo)地位。10種植被景觀要素中，山地草甸景觀要素的面積最大(24067.91 hm2)，云杉、臭冷杉林景觀要素的面積最小(53.72626 hm2)，面積極差達(dá)到了24014.18 hm2，二者相差懸殊(表1)。五臺(tái)山地區(qū)植被景觀要素面積分配相差很大，也與當(dāng)?shù)氐拇怪备叨炔町惔螅瑲夂蜃兓黠@有直接關(guān)系，且五臺(tái)山本身山地面積大，故高山草甸面積大，也是自然選擇的結(jié)果。

2.3 景觀要素優(yōu)勢(shì)度分析

景觀要素優(yōu)勢(shì)度用于表示景觀結(jié)構(gòu)中一種或幾種景觀要素支配景觀的程度大小，用來(lái)表示景觀要素多樣性與最大景觀要素多樣性的偏離程度。對(duì)于數(shù)目相同的不同景觀的景觀要素，景觀要素多樣性指數(shù)越大，優(yōu)勢(shì)度越小。組成景觀的各景觀要素所占的比例相等時(shí)，優(yōu)勢(shì)度為0[10]。而景觀要素均勻度指數(shù)則反映的是各景觀斑塊類(lèi)型的分布均勻程度。當(dāng)對(duì)于景觀要素?cái)?shù)目相同的不同景觀，景觀要素均勻度指數(shù)越大，優(yōu)勢(shì)度越小。不同景觀的各景觀要素所占的比例相等時(shí)，當(dāng)均勻度達(dá)到最大值時(shí)，優(yōu)勢(shì)度則為0.

五臺(tái)山地區(qū)的景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)A=0.94，景觀要素的優(yōu)勢(shì)度相對(duì)較高(表2)，說(shuō)明五臺(tái)山地區(qū)有少數(shù)景觀要素居于主導(dǎo)地位。從表1可以看出，該地區(qū)的山地草甸景觀占到了總面積的44.55%;而云杉、臭冷杉林景觀僅占總面積的0.1%.所以，五臺(tái)山地區(qū)的各植被景觀要素面積比例的差異比較顯著，從而導(dǎo)致該地區(qū)的優(yōu)勢(shì)度較高。

從生態(tài)學(xué)角度上講，景觀要素多樣性與物種總的生物多樣性呈正相關(guān)關(guān)系即景觀要素多樣性減少物種的總生物多樣性也會(huì)相應(yīng)減少。面積較大的斑塊在五臺(tái)山地區(qū)占有相當(dāng)大的比例，這為生態(tài)旅游的進(jìn)一步發(fā)展提供了巨大的發(fā)展前景。如何協(xié)調(diào)生態(tài)旅游的發(fā)展與保護(hù)五臺(tái)山地區(qū)的景觀要素多樣性是該地區(qū)今后工作的一個(gè)重點(diǎn)。

3 結(jié)論

五臺(tái)山地區(qū)的植被景觀要素豐富度指數(shù)值為0.82，均勻度指數(shù)值為 0.59，香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)值為1.36，景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)值為0.94.從這些數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)五臺(tái)山地區(qū)有少數(shù)景觀要素居主導(dǎo)地位。當(dāng)?shù)氐拇怪备叨炔町惔?，氣候變化明顯，且五臺(tái)山本身山地面積大，所以該區(qū)各景觀要素的面積差異顯著，也是自然選擇的結(jié)果。今后該區(qū)應(yīng)從景觀生態(tài)學(xué)和保護(hù)生物學(xué)理論著手，采用區(qū)域景觀保護(hù)戰(zhàn)略，加強(qiáng)科學(xué)的規(guī)劃和管理，以實(shí)現(xiàn)保持生物多樣性的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略。

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