湖南嘉義森林公園森林景觀格局分析

曹瑜娟，陳亮明，陳冬洋

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004）

湖南嘉義森林公園森林景觀格局分析

曹瑜娟，陳亮明，陳冬洋

（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004）

以湖南嘉義森林公園為研究區(qū)，基于2009年研究區(qū)森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，利用DEM數(shù)據(jù)與森林植被圖進(jìn)行疊加統(tǒng)計分析，采用Fragstats4.2軟件分別分析了研究區(qū)內(nèi)一級、二級景觀要素在不考慮海拔因素和考慮海拔因素時的景觀格局。結(jié)果表明：在不考慮海拔因素時，竹林分布最為廣泛且破碎度高，為主要森林景觀要素類型，兩級景觀類型的分維數(shù)都相差不大，且值接近1，整體上受人類活動干擾較大；一級、二級景觀類型的分布面積和斑塊數(shù)量基本隨海拔增高，呈先增后減趨勢；3級（500～700 m）高程的面積最大，分布的景觀類型和斑塊數(shù)較多。為此，在嘉義森林公園的經(jīng)營活動中，建議嚴(yán)格控制人類自身干擾活動對森林景觀的影響，提高不同海拔的景觀類型多樣性，進(jìn)而優(yōu)化森林景觀格局，創(chuàng)建可持續(xù)的、穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)。

景觀格局；海拔；景觀格局指數(shù)；嘉義森林公園

森林景觀是以森林生態(tài)系統(tǒng)為主體構(gòu)成的景觀，也包括森林生態(tài)系統(tǒng)在整體格局和功能中發(fā)揮重要作用的其他類型的景觀[1]。森林景觀的研究目的在于了解景觀結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)變化，揭示相互間的影響規(guī)律，明確調(diào)控手段，并通過科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計實(shí)現(xiàn)對景觀的有效管理和保護(hù)[2]。景觀格局主要是指景觀要素或結(jié)構(gòu)成分的數(shù)量、形狀、斑塊大小及其空間分布模式[3]。目前，景觀格局的研究方法主要有景觀指數(shù)法和空間統(tǒng)計學(xué)法[4]，其中，景觀格局指數(shù)法不僅能高度濃縮景觀空間格局的信息，反映空間配置特征，而且還能通過專門的計算機(jī)軟件（如Fragstats）來實(shí)現(xiàn)，因此，在景觀生態(tài)學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用[5-6]。本研究以湖南嘉義森林公園為考察對象，以森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，利用ArcGIS軟件建立矢量化空間分析工具，選擇合適的景觀指數(shù)，利用Fragstats軟件提取景觀指數(shù)，對研究區(qū)景觀要素在不考慮海拔因素和考慮海拔因素時的景觀格局進(jìn)行相關(guān)分析。

1 研究區(qū)概況

嘉義森林公園位于湘東地區(qū)岳陽市平江縣東南部，地處羅霄山脈北段，連云山北端西坡，地勢南高北低，研究區(qū)內(nèi)麗江河由南向北，匯入汨羅江。地理位置為東經(jīng)113°51'52"～113°58'24"，北緯28°31'17"～28°38'00"。公園南北長13 km，東西寬10 km，總面積達(dá)4 762 hm2，海拔124～1 272.5 m，地處濕潤的大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，屬中亞熱帶向北亞熱帶過渡氣候帶，溫暖濕潤，日照充足，降水充沛，四季分明。土壤以紅壤、山地黃壤、山地黃棕壤等為主，平均坡度25°左右。研究區(qū)森林植被在全國植被區(qū)劃中屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，天然植被繁茂，植被類型和植被區(qū)系復(fù)雜，樹種結(jié)構(gòu)及林分情況復(fù)雜。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究數(shù)據(jù)來源主要為2009年湖南嘉義森林公園森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)、森林植被分布圖、DEM數(shù)據(jù)和1∶10 000地形圖。

在Arc GIS 10.2中將矢量圖轉(zhuǎn)化成Grid格式（cell size選擇為35 m×35 m），用DEM數(shù)據(jù)與森林植被圖進(jìn)行疊加分析，定量化反映用地類型和優(yōu)勢樹種組在不同海拔高度的空間分布。將柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入景觀指標(biāo)計算軟件Fragstats4.2中，分別在景觀類型、斑塊類型和景觀水平上選取景觀指數(shù)進(jìn)行研究，以反映研究區(qū)各景觀類型的空間分布特征。

2.2 森林景觀分類

森林景觀類型劃分是開展森林景觀生態(tài)研究的前提，是森林景觀格局和功能分析的基礎(chǔ)，也是森林景觀規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)、管理、保護(hù)和恢復(fù)的基礎(chǔ)。本研究根據(jù)《湖南省森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查技術(shù)規(guī)定》（湖南省林業(yè)廳，2013年3月）、《湖南省森林資源調(diào)查常用數(shù)表》和研究區(qū)土地利用特點(diǎn)，將研究區(qū)內(nèi)森林景觀類型分為純林地、混交林地、竹林地、未成林造林地、采伐跡地、水域、建設(shè)用地7大類，再根據(jù)優(yōu)勢樹種這一因子進(jìn)行了景觀劃分（見表1），形成了2級的景觀類型體系。分類后可以得到森林景觀格局空間分布圖（見圖1）。

2.3 景觀格局指數(shù)

進(jìn)行景觀格局分析應(yīng)用最為廣泛的方法是計算景觀格局指數(shù)，進(jìn)而建立起格局和景觀過程之間的聯(lián)系。景觀格局指數(shù)分為斑塊類型水平指數(shù)（class-level index）、斑塊水平指數(shù)（patchlevel index）和景觀水平指數(shù)（landscape-level index）。根據(jù)研究目標(biāo)，結(jié)合嘉義森林公園特點(diǎn)及實(shí)際情況，本研究在不考慮海拔因素時在景觀整體水平和景觀要素類型水平2個級別上選取了斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、聚合度（AI）、分維數(shù)（FRAC_MN）、散布與并列指數(shù)（IJI）5個景觀指數(shù)對研究區(qū)森林景觀格局進(jìn)行計算與分析[8-9]。在考慮海拔因素時，選取了斑塊數(shù)量（NP）和斑塊類型面積（CA）2個景觀指數(shù)對研究區(qū)進(jìn)行相關(guān)綜合分析。其中，斑塊數(shù)量和斑塊密度可綜合反映研究區(qū)景觀的破碎化程度；通過分維數(shù)來分析景觀格局的復(fù)雜程度及人為干擾程度[10]。

表1 景觀要素劃分因子及分級Table 1 The factors and levels in element classification of landscape

圖1 嘉義森林公園森林景觀要素劃分示意Fig.1 Forest landscape elements in Jiayi Forest Park

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)景觀特征分析

由表2可知，各一級景觀類型擁有的斑塊面積分布不均衡，面積由大到小排列為：純林地＞竹林地＞未成林造林地＞混交林地＞采伐跡地＞水域＞建設(shè)用地。其中，純林地面積最大，占總面積的66.44%，前4者面積之和占研究區(qū)總面積比例超過98%，而建設(shè)用地僅占總面積的0.16%。研究表明，整個研究區(qū)的植被覆蓋良好，且以純林地、竹林地、未成林造林地3種用地類型為主。二級景觀類型面積由大到小排列為：杉木林＞中生闊葉林＞竹林＞慢生闊葉林＞馬尾松林＞速生闊葉林＞其他＞國外松林，其中，杉木林、中生闊葉林、竹林占有較高面積比例，這三者占總面積的比例超過了91%，表明它們是研究區(qū)的優(yōu)勢景觀類型。

3.2 不考慮海拔因素

表3列出了研究區(qū)按用地類型劃分的各一級景觀類型的景觀指數(shù)結(jié)果。從表3中可知：（1）從斑塊數(shù)量來看，竹林地的斑塊數(shù)量最多，為122；其次為未成林造林地，為68，表明竹林地破碎化程度較未成林造林地高；采伐跡地的斑塊數(shù)最小，僅為4，表明采伐跡地破碎化最低。（2）從斑塊密度來看，竹林地斑塊密度最大，為2.54，表明竹林地出現(xiàn)頻數(shù)較大，為主要景觀基質(zhì)。（3）在7種一級景觀類型中，水域的聚合度指數(shù)最小，為43.36，表明水域景觀較為分散；而其他6種一級景觀類型的聚合度指數(shù)差別不大，且均大于70，表明它們的景觀較為聚集，各個景觀類型之間排列較為緊密。（4）由于研究區(qū)內(nèi)森林植被近幾年經(jīng)人工間伐撫育過，且各一級景觀類型的分維數(shù)相差不大，數(shù)值接近1，表明人類活動在整體上比較強(qiáng)烈。（5）純林地的散布與并列指數(shù)最大，為56.99，表明純林地與多種景觀類型相鄰接；竹林地最小，為36.05，表明竹林地僅與少數(shù)景觀類型相鄰接，周圍景觀類型較單調(diào)。

表2 嘉義森林公園景觀要素的組成結(jié)構(gòu)Table 2 Primary and secondary structure of the landscape elements of Jiayi Forest Park

表4列出了研究區(qū)按優(yōu)勢樹種組劃分的二級景觀類型的景觀指數(shù)結(jié)果。從中可知：（1）從斑塊數(shù)量來看，竹林的斑塊數(shù)量最多，為127，表明竹林的景觀破碎度較高；國外松林、速生闊葉林和馬尾松林的斑塊數(shù)量都較小，分別為2、9、10，表明它們的景觀破碎度較低。（2）從斑塊密度來看，竹林斑塊密度最大，為2.64，表明這一景觀類型在研究區(qū)分布較廣、影響較大，為主要森林景觀。（3）在8種二級景觀類型中，聚合度指數(shù)差別不大，且聚合度均大于60，表明其景觀較為聚集，各二級景觀類型之間排列較為緊密。（4）各個二級景觀類型的分維數(shù)相差不大，且其值接近1，表明斑塊的自我相似性較高，斑塊形狀較有規(guī)律，斑塊集合形狀較簡單，整體上受人類活動干擾較大。（5）杉木林的散布與并列指數(shù)最大，為64.73，表明以杉木為優(yōu)勢樹種的森林景觀與多種景觀類型相鄰接，且杉木林分布廣泛；慢生闊葉林和國外松林的散布與并列指數(shù)較小，分別為38.82、38.97，表明它們都僅與少數(shù)景觀類型相鄰接。

表3 按用地類型的森林景觀格局特征Table 3 The forest landscape pattern properties by land-use type

表4 按優(yōu)勢樹種組森林景觀格局特征Table 4 The forest landscape pattern properties by dominant tree species group

3.3 考慮海拔因素

根據(jù)田婉婷等人[11-12]的研究成果，結(jié)合研究區(qū)最低海拔124 m，最高海拔1 272.5 m的高程特點(diǎn)，按海拔每200 m為一個等級劃分，共分為6個不同海拔高度等級（見表5）。

由表6可知，純林地和未成林造林地在1～6級（0～1 300 m）高程中均有分布，面積在3級（500～700 m）達(dá)到最高值，表明純林地、未成林造林地在研究區(qū)內(nèi)垂直分布較為廣泛；其次是竹林地；水域只分布在1～2級（0～500 m），且面積小。

表5 嘉義森林公園海拔等級劃分Table 5 The altitude hierarchies of Jiayi Forest Park

表6 嘉義森林公園一級景觀用地類型在不同海拔的面積分布Table 6 Jiayi Forest Park first-class landscape area of land-use types at different altitude

由圖2可知，純林地、混交林地、竹林地、未成林造林地和采伐跡地的面積均隨海拔的增高呈先增后減的趨勢；1～6級高程所占總面積比例也呈先增后減的趨勢；3級（500～700 m）高程分布的面積最大，占總面積的38.39%；2級（300～500 m）高程內(nèi)的一級景觀類型最多，且分布的面積僅次于3級，占總面積的30.70%，表明研究區(qū)內(nèi)300～500 m 海拔的變異程度最高，適合多種物種生存。

由表7可知，3級（500～700 m）高程內(nèi)斑塊數(shù)分布最多，說明此高程內(nèi)破碎化程度最高，隨著海拔的增加或者降低斑塊數(shù)呈遞減趨勢；2級（300～500 m）高程內(nèi)分布的斑塊數(shù)較3級（500～700 m）少，但7種一級景觀類型均有分布，故它的多樣性最高，一級森林景觀最豐富；6級（1 100～1 300 m）高程內(nèi)斑塊數(shù)分布最少，且只有純林地、未成林造林地2種一級景觀類型，故多樣性最低。

如圖3 所示，所有一級景觀類型（除水域、建設(shè)用地外）斑塊數(shù)分布均呈先增后減的趨勢。純林地、未成林造林地在1～6級（0～1 300 m）高程內(nèi)均有分布，說明海拔對它們的限制較低；混交林地與竹林地斑塊數(shù)隨海拔分布曲線比較曲折，說明混交林地與竹林地對海拔的選擇性較強(qiáng)；由于高海拔環(huán)境對人類活動制約較大，故采伐跡地、建設(shè)用地比較集中分布在中低海拔區(qū)，高海拔區(qū)無分布。水域斑塊分布范圍最窄，僅分布在1～2級（0～500 m）高程內(nèi)。

圖2 嘉義森林公園一級景觀斑塊面積隨海拔變化分布情況Fig.2 The fi rst-class landscape plaque area distribution with altitude changing of Jiayi Forest Park

表7 嘉義森林公園不同海拔等級一級景觀斑塊數(shù)量分布Table 7 Jiayi Forest Park the grade of different altitude the first-class landscape plaque quantity distribution

圖3 嘉義森林公園一級景觀斑塊數(shù)隨海拔變化分布情況Fig.3 The fi rst-class landscape plaque quantity distribution with altitude changing of Jiayi Forest Park

由表8分析可知，研究區(qū)內(nèi)各二級景觀各優(yōu)勢樹種組的分布受海拔高度的影響大，杉木林、中生闊葉林在1～6級（0～1 300 m）高程內(nèi)雖均有分布，但主要分布在2～4級高程內(nèi)，分別占各自總面積的87.98%、66.04%；竹林、馬尾松林在1～5級高程均有分布，且較為均衡，但6級（1 100～1 300 m）高程內(nèi)沒有分布；國外松林與速生闊葉林面積小且大部分分布在2～3級高程內(nèi)，但速生闊葉林在300 m以下有少量分布；慢生闊葉林在2～4級高程分布較多，在5～6級高程無分布。

表8 嘉義森林公園二級景觀各優(yōu)勢樹種組在不同海拔的面積分布Table 8 Jiayi Forest Park second-class landscape area of dominant tree species group at different altitude

由圖4可知，8種二級景觀類型（除其他外）的面積均隨海拔的增高呈先增后減的趨勢；1～6級高程所占總面積比例也呈先增后減的趨勢；2～3級（300～700 m）高程內(nèi)均分布有8種二級景觀類型，表明研究區(qū)內(nèi)300～700 m 海拔的森林景觀最為豐富。

圖4 嘉義森林公園二級景觀斑塊面積隨海拔變化分布情況Fig.4 The second-class landscape plaque area distribution with altitude changing of Jiayi Forest Park

由表9可知，馬尾松林、國外松林、速生闊葉林的斑塊數(shù)隨海拔遞增的變化不是很明顯，斑塊破碎度在各高程帶都比較小；竹林、杉木林、中生闊葉林的斑塊數(shù)隨海拔增加的變化趨勢大體相同，都經(jīng)歷了先增加后減少的過程，且斑塊數(shù)量較大，表明這三類景觀在整個高程范圍內(nèi)的破碎化程度都較大。二級景觀類型斑塊數(shù)隨海拔增加呈先增后減趨勢，且分布的優(yōu)勢樹種組類型也呈先增后減趨勢（見圖5），表明在2～3級（300～700 m）高程內(nèi)樹種多樣性最強(qiáng)，故海拔變化，二級景觀垂直分布特征變化明顯。

4 結(jié)論與討論

本研究以湖南嘉義森林公園為研究對象，采用土地利用類型和優(yōu)勢樹種組的2級景觀要素劃分模式，分別分析在不考慮海拔因素和考慮海拔因素時研究區(qū)森林景觀的特點(diǎn)，得出如下結(jié)論：

表9 嘉義森林公園不同海拔等級二級景觀斑塊數(shù)量分布Table 9 Jiayi Forest Park the grade of different altitude the second-class landscape plaque quantity distribution

圖5 嘉義森林公園二級景觀斑塊數(shù)隨海拔變化分布情況Fig.5 The second-class landscape plaque quantity distribution with altitude changing of Jiayi Forest Park

（1）在不考慮海拔因素時，一級景觀類型中，竹林地斑塊數(shù)最大，斑塊密度也最大，表明竹林地破碎度較高；水域的斑塊數(shù)和斑塊密度都較小，但聚合度最小，表明水域是零星的散布在研究區(qū)內(nèi)，沒有大面積成片的水景；二級景觀類型中，竹林的斑塊數(shù)最大且斑塊密度最大，這進(jìn)一步證實(shí)了以竹為森林景觀的景觀類型在研究區(qū)分布廣泛且破碎度高；其次，中生闊葉林的斑塊數(shù)僅次于竹林，且聚合度較大，表明中生闊葉林較為大片集中分布。

（2）在不考慮海拔因素時，一級、二級景觀類型的分維數(shù)都相差不大，且值接近1，表明斑塊的自我相似性較高，斑塊集合形狀較簡單，整體上受人類活動干擾較大，因此，建議在森林公園的經(jīng)營活動中，應(yīng)以現(xiàn)有的森林景觀格局為基礎(chǔ)，以封育為主，充分發(fā)揮天然更新對森林生態(tài)的自我恢復(fù)能力，減少大量人類干擾活動，優(yōu)化森林景觀格局。

（3）在考慮海拔因素時，研究區(qū)內(nèi)的3級（500～700 m）高程面積最大，分布的景觀類型和斑塊數(shù)最多，往兩邊呈遞減趨勢；隨著海拔的變化，景觀類型分布特征垂直變化明顯，一級、二級景觀類型的分布面積和斑塊數(shù)基本隨海拔的增高，呈先增后減趨勢。

（4）本研究僅采用了一期二類調(diào)查數(shù)據(jù)對嘉義森林公園的景觀格局進(jìn)行了靜態(tài)分析，而利用不同時期的二類調(diào)查數(shù)據(jù)分析其動態(tài)變化特征有待于進(jìn)一步研究。研究中通過面積和斑塊數(shù)量分析了高程這一因素對景觀格局的影響，而森林景觀格局的形成是在多個因素影響下形成的，因此有必要考慮在其他因素（比如坡度、光照等）的情況下，利用多年數(shù)據(jù)，進(jìn)一步研究分析景觀格局特征。

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The feature analysis on forest landscape pattern of Jiayi Forest Park

CAO Yu-juan, CHEN Liang-ming, CHEN Dong-yang
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

Set Jiayi Forest Park (Hunan) as the research area.Base on the forest resource inventory data for management in research area in 2009, statistics for overlay and analysis the DEM data with the diagram of forest vegetation. Research on the different landscape grid and distribution of the 1st and the 2nd landscape elements if the altitude considered. It is important to notice that, when the altitude haven’t been considered, as the main forest landscape element, the bamboo forest is distributed widely and the degree of fragmentation is high. Fractal dimension of 1st and 2nd those different landscape types are numeration closely and tend to 1, significantly affected by human activities. The primary and secondary distribution area of landscape types basically following the high level of elevation,shown a trend of decrease after increase first. The third elevation area (500-700 m) occupied the largest area in the research zone, which contains many different kinds of nature landscape types and more plaque.Due to above research data and analysis. Strict control of human interface activities on the in fluence of forest landscape, aggrandize the landscape types diversity of different elevation aiming at optimization of forest landscape pattern, create a sustainable and stable forest ecosystem is needed during operate the business activities in Jiayi Forest Park.

landscape pattern;altitude; indices of landscape pattern; Jiayi Forest Park

S759.91

A

1673-923X(2016)06-0117-07

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.06.024

2015-09-06

中央財政林業(yè)科技推廣項(xiàng)目基金（2015XT008）

曹瑜娟，碩士研究生

陳亮明，教授；E-mail：chenliangming@csuft.edu.cn

曹瑜娟，陳亮明，陳冬洋，等. 湖南嘉義森林公園森林景觀格局分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2016, 36(6): 117-123.

[本文編校：吳 彬]