福建龍棲山自然保護區(qū)主要景觀斑塊大小分布規(guī)律研究

池 新 欽

?

福建龍棲山自然保護區(qū)主要景觀斑塊大小分布規(guī)律研究

池 新 欽

（福建省林業(yè)調查規(guī)劃院福建福州 350003）

將福建龍棲山國家級自然保護區(qū)分為6類景觀類型，統(tǒng)計各類景觀類型斑塊數和斑塊大小。采用正態(tài)分布、對數正態(tài)分布、Weibull分布、Γ分布、Beta分布、負指數分布以及瑞利分布擬合景觀斑塊大小分布規(guī)律，其結果說明，所有類型的斑塊大小分布規(guī)律均不服從正態(tài)分布，多數景觀的斑塊大小分布服從對數正態(tài)分布，只有少數景觀的斑塊大小分布服從Weibull分布、瑞利分布、Γ分布、Beta-分布和負指數分布；不同的等級在相同的分布和景觀類型下，擬合的結果也是有差別的，等級Ⅱ是各景觀類型的斑塊大小分布擬合效果最理想的；可補充景觀斑塊大小規(guī)律研究內容，為決策提供支持。

龍棲山自然保護區(qū)；景觀類型；斑塊；瑞利分布；分布規(guī)律

準確把握景觀要素空間分布的整體趨勢以及規(guī)律是景觀生態(tài)學研究中的一個突出問題。景觀斑塊大小是研究景觀要素特征的主要參數之一[1]，它影響著景觀中的物種動態(tài)、潛在環(huán)境、潛在林產品、能量、養(yǎng)分和水流等生態(tài)特征與過程[2]，是設計自然保護區(qū)時要考慮的重要因素。以往關于斑塊大小的研究較多關注于斑塊大小對生態(tài)群落的影響[3,4]，然而，由于斑塊分布特征還不大清楚，近年來這方面已受到一些景觀生態(tài)學家的關注。Mladonoff等[5]比較分析受干擾和未受干擾的森林景觀中斑塊大小分布；Baskent等[6]研究認為群落和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性或保護可以通過確定和提供的一個負指數分布來實現；劉燦然等[7]的研究結果表明，只有少數類型的斑塊大小服從負指數分布，而大多數類型的斑塊大小則服從對數正態(tài)分布；何東進等[8,9]研究武夷山景區(qū)主要景觀類型斑塊大小分布規(guī)律，并指出多數斑塊大小服從對數正態(tài)分布，少數服從Γ分布和Weibull分布，而所有類型的斑塊大小均不服從正態(tài)分布。江波等[10]的研究結果認為絕大數斑塊大小的分布服從對數正態(tài)分布，只有少數類型斑塊大小的分布服從負指數分布。胡欣欣[11]采用多個概率分布分析龍棲山主要景觀斑塊大小分布規(guī)律。鑒于關于斑塊大小分布規(guī)律研究文獻較少，以及瑞利（Rayleigh）分布[12,13]是一種特殊的Weibull分布，本文在文獻[11]的基礎上考察龍棲山主要景觀斑塊與瑞利分布的關系，即以福建龍棲山自然保護區(qū)為研究對象，分析斑塊大小分布規(guī)律與瑞利分布的關系，以補充景觀斑塊大小規(guī)律研究內容，也為決策提供支持。

1 研究地區(qū)概況

福建龍棲山自然保護區(qū)位于福建省將樂縣境內，地處亞熱帶季風氣候區(qū)，含有原生性森林和天然次生林，蘊有多種生態(tài)系統(tǒng)及其景觀。1998年8月，經國務院批準，設立福建龍棲山國家級自然保護區(qū)（國函[1998]68號）[14]。福建龍棲山國家級自然保護區(qū)森林覆蓋率達到96.5%[11]，總面積15619.4hm2，其中各種面積具體情況見表1[11]。

表1 各類面積情況 單位：hm2

2 研究方法

2.1 數據來源與處理

為了較準確分析福建龍棲山景觀斑塊大小的分布規(guī)律，本研究所采用的數據及其文檔包括：福建龍棲山國家級自然保護區(qū)總體規(guī)劃（2005-2015年）、福建龍棲山國家級自然保護區(qū)綜合科學考察報告、2007年森林資源二類調查數據、森林植被分布圖和林相圖。

首先在ArcInfo GIS中將各類圖柵格成Grid格式；其次采用景觀結構定量分析軟件Fragstats針對柵格化的結果分別計算不同水平級的景觀指數：斑塊類型景觀指數、景觀類型景觀指數以及景觀指數；最后，根據相關調查結果給以景觀類型劃分、劃分景觀等級以及采用概率分布擬合景觀斑塊大小分布規(guī)律。

2.2 景觀類型的劃分

福建龍棲山國家級自然保護區(qū)植被類型主要有：常綠針葉林（暖性針葉林）、落葉闊葉林、常綠闊葉林、竹林、灌叢以及草叢與草坡[14]。另外，根據森林景觀的外在特征，并結合當地林業(yè)工作者的生產實踐、研究成果，景觀類型具體劃分為[11]：松林景觀(A)、闊葉林景觀(B)、竹林景觀(C)、杉林景觀(D)、經濟林景觀(E)、疏林地景觀(F)、灌木林地(G)、無立木林地(H)以及非林地(I)，具體各類景觀界定標準見文獻[11]。另外，通過軟件計算景觀類型指數所獲得的數據與文獻[11]相同，見表2。

表2 各類景觀類型基本特征 單位：hm2，km

2.3 景觀斑塊大小等級的劃分

依據上述的斑塊大小信息，分別采用10、15以及20作為斑塊數，并記錄相應的等級為等級Ⅰ、等級Ⅱ和等級Ⅲ。另外，不同斑塊數的情況下，將各類斑塊面積的最小值和最大值區(qū)間內容均勻劃分若干分組，各組區(qū)間為[a,a)，具體見公式（1）。

ai=(i-1)(xmax-xmin)/n+xmin1

2.4 景觀斑塊大小分布的擬合

本文的景觀斑塊大小分布擬合是在文獻[11]的擬合基礎上，增加瑞利分布擬合。另外，分布的適應性檢驗也采用卡平方（χ2）檢驗。

3 結果與分析

由于景觀斑塊大小的不同，本文不考慮斑塊數小于30的景觀類型。另外，為了更好分析景觀斑塊大小的分布規(guī)律，將所有斑塊作為一種景觀類型（J）。故本文中用于分析景觀斑塊大小分布規(guī)律的景觀類型有：A、B、C、D、I以及J。

表3給出采用正態(tài)分布、對數正態(tài)分布、Weibull分布、Γ分布、Beta分布、負指數分布以及瑞利分布擬合景觀斑塊大小分布規(guī)律的結果。其中，“+”和“-”分別表示在顯著水平0.01和0.05下，擬合結果存在顯著差異，而“=”表示在顯著水平不存在顯著差異。

表3 斑塊大小分布擬合結果

從表3可以看出，采用不同的概率分布擬合景觀斑塊大小分布規(guī)律的結果是不一樣的。針對正態(tài)分布而言，所有的景觀斑塊大小均不服從正態(tài)概率分布；針對對數正態(tài)分布而言，能較好擬合部分景觀類型斑塊大小的分布規(guī)律；而其他的概率分布，不在同景觀類型下，或多或少反映出服從某種概率分布。例如：Weibull分布可用于擬合C景觀類型在斑塊數為10和15下的斑塊大小分布規(guī)律。同樣的結果也出現在瑞利分布上。另外，從表3可知，瑞利分布與Weibull分布結果是一樣，可能因為瑞利分布是一種特殊的Weibull分布。

從表3也可以看出，不同景觀類型在不同規(guī)模下有各自的分布規(guī)律。對A景觀類型而言，對數正態(tài)分布能夠反映在不同斑塊數目下的斑塊大小分布規(guī)律，Beta分布在斑塊數為10時能夠擬合景觀斑塊大小的分布規(guī)律；然而，對于其他的概率分布都無法反映出該景觀斑塊大小的分布規(guī)律。對B景觀類型而言，幾乎得到與A景觀類型相同的結論。對C景觀類型而言，其斑塊大小分布規(guī)律與A景觀類型相同，而且，在斑塊數目為10和15情況下，Weibull分布和瑞利分布都能指出分布的規(guī)律。對D景觀類型而言，相對其他的景觀類型，較多的概率分布能夠擬合其斑塊大小分布規(guī)律，例如：對數正態(tài)分布、Γ分布、Beta分布和負指數分布。對I景觀類型而言，在斑塊數目為10下，可用對數正態(tài)分布刻畫；而在斑塊數目為15下，可用Beta分布刻畫。對J景觀類型而言，給出的概率分布都未能較好刻畫其大小分布規(guī)律。

表3的結果說明，在不同的斑塊數目下，景觀斑塊大小的分布規(guī)律刻畫出的結果也是不一樣的。等級Ⅱ的斑塊數目更容易用概率分布擬合其斑塊大小分布規(guī)律。

4 結論

景觀斑塊大小是景觀斑塊特征的表現之一，其分布規(guī)律的研究，有利于分析分析景觀空間格局和生態(tài)過程。本文以福建龍棲山國家級自然保護區(qū)為研究對象，采用7種不同概率分布擬合各類景觀類型斑塊大小的分布規(guī)律，其結果表明，總體上采用對數正態(tài)分布能夠較好擬合不同景觀類型斑塊大小分布規(guī)律；瑞利分布與Weibull分布擬合的結果相同；不同的景觀類型應采用不同的概率分布；不同的等級規(guī)模影響著概率分布刻畫斑塊大小分布規(guī)律。在大多數概率分布擬合中，等級Ⅱ的擬合效果較其他的好，這也指出未來需要在斑塊規(guī)模進一步分析，以便找出“規(guī)模適中”的等級。

[1] 肖篤寧主編.景觀生態(tài)學:理論、方法及應用[M].北京:中國林業(yè)出版社,1991:92-93.

[2] 徐化成.景觀生態(tài)學[M].北京:中國林業(yè)出版社，1996.

[3] 洪偉, 吳承楨. 福建龍棲山森林群落林窗邊緣效應研究[J]. 林業(yè)科學, 2000,36(2):33-38.

[4] 池新欽, 黃傳忠. 福建龍棲山自然保護區(qū)的綜合價值分析[J].華東森林經理, 2002,16(2):52-59.

[5] Mladenoff DJ,White MA,PastorJ,et al.Comparing spatial patern in unalteredold-growth and disturbed forest landscape.Ecological Applications, 1993,3(2): 294-369.

[6] Baskent EZ,Jorden GA.Characterizing spatial structure of forest landscape.Canadian Journal of Forestry Research,1995,25:1830-1849.

[7] 劉燦然,陳靈芝.北京地區(qū)植被景觀中斑塊大小的分布特征[J].植物學報（英文），1999,41(2):199-205.

[8] 何東進,洪偉,胡海清,等.武夷山景區(qū)主要景觀類型斑塊大小分布規(guī)律及其等級尺度效應分析[J].應用生態(tài)學報,2004,15(1):21-25.

[9] 何東進.武夷山風景名勝區(qū)景觀格局動態(tài)及其環(huán)境分析[D]. 哈爾濱：東北林業(yè)大學, 2004.

[10]江波，袁位高，戚連忠，等.灘地植被景觀斑塊分布特征與生態(tài)潛力評價[J].生態(tài)科學，2005，24(2)：107-112.

[11]胡欣欣.龍棲山國家級自然保護區(qū)森林景觀格局分析及其生態(tài)評價[D].福州：福建農林大學,2009.

[12]Weisstein, Eric W. Rayleigh Distribution. [EB/OL]. http://mathworld.wolfram.com/Rayleigh Distribution. html, 2017-06-08/2017-07-14.

[13]Siegrist K.The Rayleigh Distribution. [EB/OL]. http://www.math.uah.edu/stat/special/Rayleigh. html, 2017-07-14.

[14]福建省林業(yè)廳.福建龍棲山國家級自然保護區(qū) [EB/OL]. http://www.fjforestry.gov.cn/ InfoShow. aspx?InfoID=38226&InfoTypeID=5&LanMuType=769, 2011-08-10/2017-07-14.

A study on regularities of the patch distribution of the main landscapes in Longqishan nature reserve of Fujian province

Chi Xinqin

This paper divided the landscape type into 6 categories, and counted the number and size of patch of each landscape type.The results of the rules of patch size, which were fitted by Normal distribution, lognormal distribution, Weibull distribution, Γ distribution, Beta-distribution, the negative exponential distribution, and the Rayleigh distribution, indicate all types of patch size distribution are not subject to normal distribution, but only a small number of landscape patch size distribution obey Weibull distribution, Rayleigh distribution, Γ distribution, Beta-distribution and the negative exponential distribution. The majority of the landscape patch size distribution obeys lognormal distribution. The fitting results are different under different grades in the same distribution and landscape types, but grade Ⅱ is the best among the fitting results of the patch size distribution. The results can supplement the research on the rules of patch size, and provide the support for decision-making.

Longqishan rational nature reserve；patch size；Rayleigh distribution; distribution rule

S759.9

A

1004-7743（2017）03-0065-04

2017-06-18

池新欽，男，工程師，從事林業(yè)調查規(guī)劃設計工作；E-mail：fjlgy3139@qq.com。