嘉蔭縣森林資源的景觀分析研究

李敏

（黑龍江省林業(yè)監(jiān)測(cè)規(guī)劃院，黑龍江 哈爾濱 150080）

1 研究地區(qū)基本概況

1.1 地理位置

嘉蔭縣位于黑龍江省東北部，黑龍江中游南岸，小興安嶺東段北麓，屬伊春市管轄，地理坐標(biāo)48°18′31″—49°23′40″N，129°9′46″—130°45′55″E，北部和東北與俄羅斯隔江相望，南部、東南與鶴崗市、蘿北縣相鄰，西部與遜克縣連接，西南與湯旺河、新青、烏伊嶺區(qū)接壤。南北長約160km，東西寬約32km，總面積6 739km2。

1.2 地貌水文氣候土壤

嘉蔭縣地勢(shì)西南高，東北低，屬低山丘陵地貌。西南部山脈縱橫，平均海拔450m左右；中部為漫崗丘陵區(qū)，平均海拔250m左右；黑龍江水系形成的帶狀平原，平均海拔150m左右。北部山脊較寬，平均坡度6～15°左右；東南部山脊，坡度較大，一般10～25°之間，最大坡度40°以上。

嘉蔭縣水資源豐富，屬黑龍江水系。其地表水有河流、沼澤及池塘，類型全部為淡水。黑龍江流經(jīng)嘉蔭縣流程249.5km，其較大的一級(jí)支流有烏云河、結(jié)烈河、烏拉嘎河、嘉蔭河。

嘉蔭縣屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季漫長且干燥嚴(yán)寒，夏季溫?zé)岫嘤?，春秋季較短且風(fēng)大，秋季降溫急劇，常有早霜危害。全縣年平均氣溫－1.1℃～1.5℃，最高氣溫37.0℃，最低氣溫－48.0℃，年≥10℃積溫2 300～2 500℃。早霜9月中旬，晚霜5月下旬或者6月初，植物生長期85～125 d；年日照時(shí)數(shù)2 537h。年平均降水量500～600 mm，年蒸發(fā)量1 470mm。結(jié)凍期9月中旬開始，解凍期4月末開始。

嘉蔭縣土壤主要為暗棕壤，面積186 946hm2，其次為沼澤土，面積23 760hm2。由于本地區(qū)起伏較小，因此土壤類型較少。

1.3 植被

嘉蔭縣境內(nèi)森林植被屬小興安嶺—老爺嶺植物區(qū)小興安嶺—張廣才嶺亞區(qū)，地帶性植物是紅松闊葉混交林。多年來，由于遭受多次經(jīng)營活動(dòng)的干擾和破壞，以及森林火災(zāi)的影響，導(dǎo)致了森林群落的逆行演替，原生植被已不存在。除少量的天然紅松、落葉松、云杉、冷杉外，大多是以柞樹、黑樺、白樺為主的闊葉混交林。主要喬木樹種有柞樹、黑樺、白樺、山楊等；灌木有榛子、胡枝子、繡線菊、刺五加等；草本植物有烏蘇里薹草、蕨類、柴胡、蒼術(shù)、黨參、芍藥、黃芪等；藤本類有少量的山葡萄和五味子等。

2 研究方法

2.1 景觀分析類型劃分

嘉蔭縣的森林資源景觀分為林業(yè)用地和非林業(yè)用地。非林業(yè)用地包括農(nóng)田、沼澤地和其他非林業(yè)用地類型。林業(yè)用地包括有林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地及其他林業(yè)用地，而有林地按林分類型可分為九類，包括柞樹林、楊樹林、白樺林、黑樺林、針葉純林、闊葉混交林、針闊混交林、珍貴闊葉林和針葉混交林。

2.2 景觀分析方法

本文借助Fragstats軟件計(jì)算并分析嘉蔭縣的森林景觀相關(guān)特征指數(shù)，力求用相對(duì)較少的指標(biāo)定量分析該流域的森林景觀。

2.2.1 建立森林資源數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫是GIS的基礎(chǔ)，也是整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)的重要內(nèi)容，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)庫建設(shè)是人力、物力和時(shí)間資源高額投入而又在短時(shí)間內(nèi)難見效益的系統(tǒng)工程[1]。遙感成為景觀信息的載體，可靠的數(shù)據(jù)庫是景觀分析的基礎(chǔ)，運(yùn)用3S技術(shù)對(duì)森林資源進(jìn)行監(jiān)控，來獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理與分析，其結(jié)果將更為準(zhǔn)確。

空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫是一整體，由兩庫共有的關(guān)鍵值把空間實(shí)體的圖形數(shù)據(jù)與反映空間實(shí)體特征的屬性數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，使圖中每塊小班圖形與小班記錄連為一體[2]。

利用ArcMap，依據(jù)公共屬性合并小班分布圖的屬性表和小班屬性庫，將所有記錄都放入小班分布圖的屬性表中。則數(shù)據(jù)庫建立完成。數(shù)據(jù)庫建成，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖形的一體化查詢，使查詢結(jié)果圖文并茂，清晰、準(zhǔn)確、直觀地顯示森林資源分布現(xiàn)狀及地理位置，實(shí)現(xiàn)可視化查詢和管理[3]。

2.2.2 景觀指數(shù)的選用 景觀指數(shù)是指能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡單定量指標(biāo)[4]。因此，通過景觀指數(shù)來描述景觀格局，進(jìn)而建立景觀結(jié)構(gòu)與過程或現(xiàn)象的聯(lián)系，可更好地解釋與理解景觀功能。景觀指數(shù)可分為描述景觀要素的指數(shù)（即景觀要素特征指數(shù)）和描述總體特征的指數(shù)（即景觀異質(zhì)性指數(shù)）兩個(gè)層次[5，6，7]。但許多學(xué)者在用景觀指數(shù)描 述景觀結(jié)構(gòu)，對(duì)景觀過程進(jìn)行生態(tài)學(xué)解釋時(shí)，發(fā)現(xiàn)有些景觀指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義并不明確，甚至有相互矛盾的現(xiàn)象。

本研究采用以下景觀指數(shù)對(duì)各類斑塊進(jìn)行分析研究：

（1）斑塊形狀指數(shù)（SIi）：斑塊的形狀指數(shù)主要是描述斑塊發(fā)育程度，是指斑塊的周長和相同面積圓周長的比。

（2）斑塊的近圓指數(shù)（SICi）：根據(jù)Miller的近圓指數(shù)式，即某類景觀要素各斑塊面積與具有相同周長圓形面積之比。

（3）景觀要素全局斑塊密度（PD）：是指某斑塊類型在整體景觀中的單位面積斑塊數(shù)。

式中，Ni為該景觀的總斑塊數(shù)，A為研究范圍內(nèi)景觀總面積。

（4）景觀要素內(nèi)部斑塊密度（PDi）：景觀中某類景觀要素的單位面積斑塊數(shù)。

式中，PDi為第i類景觀要素自身的斑塊密度，Ai為該景觀類型的總面積。

（5）景觀多樣性指數(shù)：景觀的多樣性體現(xiàn)在景觀中斑塊體的復(fù)雜程度、齊全程度及多樣化狀況，本文參考基于信息理論的計(jì)測(cè)指數(shù)Shannon－Weiner指數(shù)來計(jì)算景觀的多樣性。計(jì)算公式為：

式中，APi為第i類景觀要素面積占景觀總面積的比，即APi＝Ai／A。

（6）均勻度（E）：景觀實(shí)際多樣性與最大多樣性指數(shù)（Hmax）的相對(duì)比值。

（7）分維數(shù)（Dfi）：反映空間實(shí)體幾何形狀的不規(guī)則性，其值愈高，說明該類景觀要素的斑塊形狀愈復(fù)雜。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 數(shù)據(jù)庫的建立及森林景觀類型劃分

利用ArcMap，依據(jù)公共屬性合并小班分布圖的屬性表和小班屬性庫，將所有記錄都放入小班分布圖的屬性表中，則嘉蔭縣的小班數(shù)據(jù)庫建立完成。

根據(jù)實(shí)際情況及相關(guān)的森林資源類型分類標(biāo)準(zhǔn)，將嘉蔭縣的森林資源景觀分為農(nóng)田、沼澤地、其他非林業(yè)用地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、其他林業(yè)用地、柞樹林、楊樹林、白樺林、黑樺林、針葉純林、闊葉混交林、針闊混交林、珍貴闊葉林和針葉混交林。

3.2 景觀指數(shù)的計(jì)算

利用所建立GIS數(shù)據(jù)庫信息，計(jì)算出各景觀元素的面積、長度及各類型景觀的比例和平均大小。依據(jù)得到的各景觀屬性數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)計(jì)算不同類型景觀要素斑塊的數(shù)量、面積（最大面積、最小面積、平均面積、總面積）、面積標(biāo)準(zhǔn)偏差和面積百分比等景觀指數(shù)。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用形狀指數(shù)、近圓指數(shù)、景觀要素斑塊密度、景觀多樣性指數(shù)H與均勻度E、分維數(shù)等指數(shù)對(duì)研究區(qū)城市森林景觀格局進(jìn)行具體描述及分析。以下是本研究中根據(jù)已有數(shù)據(jù)，選用的景觀指數(shù)的計(jì)算結(jié)果：

景觀多樣性指數(shù)H＝2.526 9

最大多樣性指數(shù)Hmax＝4.000 0

均勻度E＝0.631 7

表1 各類森林資源景觀要素的特征值

續(xù)表1

嘉蔭縣景觀多樣性指數(shù)H＝2.526 9，最大多樣性指數(shù)Hmax＝4.000 0，說明嘉蔭縣的土地利用不是很豐富，而根據(jù)計(jì)算的各個(gè)景觀面積百分比也可以看出，林業(yè)在嘉蔭縣占據(jù)了主導(dǎo)地位。

嘉蔭縣的均勻度指數(shù)為0.631 7，說明整個(gè)嘉蔭縣的景觀各類型斑塊分布不太均勻。在嘉蔭縣中，存在優(yōu)勢(shì)類型，在整個(gè)嘉蔭縣的生態(tài)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。

森林景觀所占的比例為66.3%，說明這個(gè)地區(qū)是森林景觀控制了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。嘉蔭縣所有景觀百分比排序?yàn)椋洪熑~混交林＞農(nóng)田＞柞樹林＞白樺林＞沼澤地＞其他非林業(yè)用地＞黑樺林＞針葉純林＞楊樹林＞灌木林地＞針闊混交林＞其他林業(yè)用地＞未成林造林地＞疏林地＞針葉混交林＞珍貴闊葉林。

嘉蔭縣闊葉混交林的斑塊分布最廣、最多，而珍貴闊葉林的斑塊分布很少。嘉蔭縣的各景觀全局斑塊密度排序：闊葉混交林＞農(nóng)田＞柞樹林＞白樺林＞沼澤地＞針葉純林＞其他非林業(yè)用地＞黑樺林＞楊樹林＞其他林業(yè)用地＞灌木林地＞未成林造林地＞針闊混交林＞疏林地＞針葉混交林＞珍貴闊葉林。

嘉蔭縣在針葉純林的斑塊中，針葉樹種的分布密度最大，最稠密；而在其他非林業(yè)用地中，其自身的組成成分分布密度最小、最稀疏。嘉蔭縣的各景觀內(nèi)部斑塊密度排序：針葉純林＞未成林造林地＞針葉混交林＞其他林業(yè)用地＞珍貴闊葉林＞疏林地＞楊樹林＞灌木林地＞針闊混交林＞柞樹林＞白樺林＞闊葉混交林＞沼澤地＞黑樺林＞農(nóng)田＞其他非林業(yè)用地。

嘉蔭縣的景觀形狀指數(shù)非常復(fù)雜，嘉蔭縣的形狀指數(shù)最大的為農(nóng)田和其他非林地，而在森林資源中，灌木林地和楊樹林的斑塊形狀指數(shù)最大，即斑塊形狀最為復(fù)雜。森林景觀中斑塊形狀指數(shù)的排序?yàn)椋浩渌橇謽I(yè)用地＞農(nóng)田＞灌木林地＞楊樹林＞其他林業(yè)用地＞疏林地＞白樺林＞闊葉混交林＞針闊混交林＞黑樺林＞柞樹林＞針葉純林＞針葉混交林＞珍貴闊葉林＞未成林造林地＞沼澤地

嘉蔭縣所有景觀近圓指數(shù)排序：黑樺林＞未成林造林地＞珍貴闊葉林＞闊葉混交林＞針闊混交林＞柞樹林＞針葉純林＞針葉混交林＞白樺林＞其他林業(yè)用地＞疏林地＞灌木林地＞楊樹林＞農(nóng)田＞其他非林業(yè)用地＞沼澤地。

嘉蔭縣所有景觀分維數(shù)排序：針葉純林＞未成林造林地＞其他林業(yè)用地＞疏林地＞楊樹林＞針葉混交林＞沼澤地＞灌木林地＞珍貴闊葉林＞農(nóng)田＞針闊混交林＞其他非林業(yè)用地＞白樺林＞柞樹林＞闊葉混交林＞黑樺林。

4 結(jié)論

嘉蔭縣共分16 772個(gè)小班，總面積341 792 hm2，平均面積20.378 7hm2。其中林 業(yè)用地12664個(gè)，面積為231 538hm2，占總面積的66.3%，有林地占嘉蔭縣林業(yè)用地的97.8%。非林業(yè)用地4 108個(gè)，面積為110 254hm2，占總面積的33.7%。農(nóng)田和沼澤地占非林業(yè)用地的84.4%。

嘉蔭縣的景觀類型可劃分為16類，疏林地、灌木林地、未成林造林地及其他林業(yè)用地、柞樹林、楊樹林、白樺林、黑樺林、針葉純林、闊葉混交林、珍貴闊葉林和針葉混交林、針闊混交林、農(nóng)田、沼澤地和其他非林業(yè)用地。嘉蔭縣的主要景觀為闊葉混交林、農(nóng)田、柞樹林、白樺林和沼澤地，占了總面積的88.15%。嘉蔭縣所有景觀面積百分比排序?yàn)椋洪熑~混交林＞農(nóng)田＞柞樹林＞白樺林＞沼澤地＞其他非林業(yè)用地＞黑樺林＞針葉純林＞楊樹林＞灌木林地＞針闊混交林＞其他林業(yè)用地＞未成林造林地＞疏林地＞針葉混交林＞珍貴闊葉林。

嘉蔭縣的土地利用類型不是很豐富，而根據(jù)計(jì)算的各個(gè)景觀面積百分比也可以看出，林業(yè)在嘉蔭縣占據(jù)了主導(dǎo)地位。

[1]陳育峰.遙感與地理信息系統(tǒng)一體化技術(shù)在重大自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估中的應(yīng)用.首屆ARC／INFO中國用戶會(huì)議論文集，1994

[2]王維芳，郎奎建.地理信息系統(tǒng)在森林資源管理中應(yīng)用的研究[J].防護(hù)林科技，2003（3）：4－5

[3]馮秀蘭，宋鐵英，姚建新，等.基于GIS的集體林森林資源信息管理系統(tǒng)的研制與開發(fā)[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，23（3）：81－85

[4]鄔建國.景觀生態(tài)學(xué)－格局、過程、尺度與等級(jí)[M].北京：高等教育出版社，2000

[5]傅伯杰，陳利頂，馬克明，等.景觀生態(tài)學(xué)原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2001

[6]陳文波，肖篤寧，李秀珍.景觀指數(shù)分類及構(gòu)建研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002（1）：121－125

[7]Leitao AB，Ahern J.Applying landscape ecological concepts and metrics in sustainable landscape planning[J].Landscape and Urban Planning，2002（2）：65－93