寬闊水自然保護區(qū)景觀格局特征分析

胡艷, 楊瑞,*

1. 貴州大學林學院, 貴陽 550025

2. 貴州大學喀斯特生態(tài)環(huán)境研究中心, 貴陽 550025

1 前言

景觀是人們常提到的概念之一, 與人們生活密切相關, 它涉及內(nèi)容非常廣泛, 包括了地理、園林、生態(tài)、建筑、文化、美學、藝術等多個不同方面, 是由多種不同類型生態(tài)系統(tǒng)構成的集合體, 具有重復性格局的地理單元, 其結構、功能和動態(tài)相互作用,形成多種多樣的景觀結構功能特征[1-2]。由于不同的學科、不同的領域有各自的研究體系和方向, 在研究景觀相關的問題時就存在著各不相同的偏好和興趣, 對景觀的定義和解釋就存在較大的差異性, 對景觀分布特征的過程和動態(tài)變化認識有較大的差異和復雜性[3]。形狀不相同、大小不一樣、在屬性上有一定差異的景觀斑塊在空間上的分布特征稱作為景觀分布格局[4]。它不僅體現(xiàn)的是景觀的異質性, 同時也是不同的生態(tài)過程在各個尺度上所作用的結果[5]。對景觀格局研究目的是通過對景觀不同種類要素的空間布局和異質性的分析, 創(chuàng)建空間布局與景觀生態(tài)過程之間的對應關系, 以此來了解景觀空間布局與生態(tài)作用過程之間的相互關系[6]。對景觀格局進行分析主要選擇的是景觀指數(shù)法, 在看似雜亂無序的表面中挖掘各個斑塊之間的分布規(guī)律, 分析資源、物種以及環(huán)境的分布格局, 使自然保護區(qū)的功能和作用得到最大程度的發(fā)展[7]。

對自然保護區(qū)的景觀格局分析需要有統(tǒng)一的原則上, 建立科學的、合理的景觀格局評估指數(shù)體系。在國外, Turner等人采用定量分析法分析了景觀格局的特征。在國內(nèi), 宋先先、王得祥等人用景觀指數(shù)法研究了景觀布局的特征[8]。無論在國內(nèi)還是國外, 對景觀格局的研究都非常多, 研究的對象多樣化，采用的方法多樣性。但是運用高分辨率的遙感影像研究自然保護區(qū)景觀格局的文章少見。文章以2015年的高分一號遙感影像數(shù)據(jù)為基礎, 選取 GIS和 Fragstat4.2分析軟件及景觀指數(shù)分析法, 分析寬闊水國家自然保護區(qū)的景觀空間分布特征, 促進寬闊水自然保護區(qū)景觀生態(tài)過程的均衡發(fā)展, 增強寬闊水自然保護區(qū)的森林結構的完整性, 充分利用景觀資源和生態(tài)過程的多樣性和異質性, 協(xié)調(diào)發(fā)展研究區(qū)域的整體優(yōu)化服務, 更好的促進寬闊水自然保護區(qū)資源的開發(fā)和利用。

2 研究區(qū)域概況與研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

寬闊水自然保護區(qū)位于黔北的遵義市綏陽縣區(qū)內(nèi)[9]。東面與正安相毗鄰, 西面與桐梓相接壤, 處在三個縣交界之處。地理坐標為東經(jīng) 107°02′42″—107°13′26″, 北緯 28°08′23″—28°19′10″, 東西延長約19 km, 南北拉伸約20 km, 面積26124.89 hm2。保護區(qū)最高峰是太陽山, 海拔 1762 m; 最低點是地處于西北部塘村河河底, 海拔 650 m。相對高差達1112 m。該區(qū)出露地層有早古生界寒武系、奧陶系、志留系、晚古生界下二疊統(tǒng)以及新生代第四系地層。主要土壤類型包含山地的黃壤、山地黃棕壤、石灰土等。隸屬于中亞熱帶的濕潤性季風氣候區(qū), 由于保護區(qū)在中間高四面比較低的相對隆起高地上, 冬季沒有嚴寒, 夏季沒有炎熱的酷暑, 降雨量十分充足, 具有低緯度山地季風潮濕性氣候的特點, 為動、植物的生息繁殖提供了良好的生態(tài)環(huán)境。

2.2 研究方法

本研究以寬闊水自然保護區(qū)管理局提供的 2015年的高分一號遙感影像為基礎數(shù)據(jù)源, 運用ENVI5.1遙感圖像處理軟件對圖像進行校正、拼接、裁剪等預處理[10]。并通過野外實地調(diào)查, 對處理后的圖像建立景觀解譯標志, 結合 ArcGis10.2軟件和林相圖對遙感圖像進行目視解譯。結合森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)對保護區(qū)的景觀類型分類。并將分類后的景觀類型圖轉化為2.5 m×2.5 m的柵格數(shù)據(jù)。根據(jù)相關文獻資料選取合理的景觀指數(shù)[11], 景觀指數(shù)的計算公式與意義見表[12-14]。并用柵格版本的 Fragstat4.2軟件計算景觀格局指數(shù), 分析景觀格局特征。

3 結果分析

3.1 景觀結構組成

結合森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)和植被分布圖對保護區(qū)的景觀類型分類。將保護區(qū)景觀類型分為自然景觀和人為景觀兩個一級景觀。其中自然景觀包括常綠闊葉林、落葉闊葉林、常綠針葉林、常綠落葉闊葉混交林、常綠灌叢、落葉灌叢、水域(包括河流、湖泊、水庫等)7個二級景觀, 人為景觀包括道路、農(nóng)地、居民點3個二級景觀, 如圖1。

利用柵格版本的Fragstat4.2軟件計算景觀類型指數(shù), 由表2知保護區(qū)的總面積為26124.89 hm2, 其中自然景觀占89.67%, 人為景觀僅占10.33%。面積大小順序為： 常綠闊葉林＞常綠落葉闊葉混交林＞常綠針葉林＞落葉闊葉林＞農(nóng)地＞常綠灌叢＞落葉灌叢＞道路＞水域＞居名點, 面積分別為 9964.03 hm2、5279.53 hm2、4274.62 hm2、2755.49 hm2、2432.23 hm2、817.91 hm2、256.17 hm2、211.68 hm2、78.37 hm2、54.86 hm2, 說明各個景觀斑塊的面積之間存在異質性。在寬闊水自然保護區(qū)內(nèi), 以常綠闊葉林為主要景觀類型, 其次是常綠落葉闊葉混交林。常綠闊葉林面積在整個自然保護區(qū)內(nèi)最大, 占研究區(qū)域總面積的38.14%; 斑塊數(shù)量307個, 平均斑塊面積、邊界密度分別為32.46 hm2、42.10 m·hm-2, 在所有景觀類型中值最大。說明常綠闊葉林景觀連續(xù)性最好,有較大的物流強度, 能夠有利于邊緣物種的增加,是整個保護區(qū)的優(yōu)勢景觀, 構成了研究區(qū)域的景觀基底。道路景觀面積小, 邊界密度高, 構成了研究區(qū)域的景觀廊道。

表1 景觀指數(shù)公式Tab. 1 The formula table of landscape index

圖1 研究區(qū)景觀類型分類圖Fig. 1 Distribution map of landscape types of the study area

3.2 景觀類型異質性

景觀斑塊密度是反映景觀中斑塊分散程度的一個重要指標[15]。由表 2可知, 自然景觀斑塊密度為3.15 個·hm-2, 斑塊密度小, 斑塊分化程度小; 人為景觀斑塊密度達到了 11.46 個·hm-2, 是自然景觀的幾倍。這表明人為景觀受人類活動的影響, 在一定面積上的斑塊數(shù)量較多, 斑塊的規(guī)模性小, 異質性高,對整個保護區(qū)的景觀均勻度和破碎度均有影響。

景觀邊界密度反映的是景觀區(qū)域內(nèi)不同斑塊之間的物質及能量交換的強度[16]。自然景觀的斑塊邊界密度表示的是每個類型景觀在發(fā)展過程中的趨勢,人為景觀斑塊的邊界密度表示的則是受人為活動的影響程度。由表 2數(shù)據(jù)可知, 常綠闊葉林的邊界密度最大, 說明常綠闊葉林在不斷的蔓延, 可能會導致周圍景觀面積縮小, 導致景觀異質性增強; 人為景觀中農(nóng)地的邊界密度居第二, 說明人為景觀中農(nóng)地受人為活動影響最大。

平均斑塊面積能很好的反映景觀的破碎程度[17]。在保護區(qū)內(nèi)平均斑塊面積順序為常綠落葉闊葉混交林＞常綠闊葉林＞落葉闊葉林＞常綠針葉林＞常綠灌叢＞落葉灌叢＞水域＞道路＞農(nóng)地＞居民點?？梢缘贸鲎匀痪坝^的平均斑塊面積均大于人為景觀, 說明自然景觀的破碎度總體要低于人為景觀。在自然景觀中常綠落葉闊葉混交的平均面積最大, 破碎度最低, 其次是常綠闊葉林, 而人為景觀中的居民點平均斑塊面積最小, 破碎度最高, 景觀破碎化明顯。

由表 2知, 整個保護區(qū)內(nèi)的景觀聚集度指數(shù)都相對較高。自然景觀聚集度指數(shù)在90以上, 說明自然景觀類型的連續(xù)性較好, 分布集中。人為景觀聚集度指數(shù)低, 尤其是道路和居民點, 景觀聚集度指數(shù)僅為86.65和84.49。表明人為景觀連續(xù)性差, 分布隨意性強。

表2 景觀指數(shù)Tab. 2 The index of landscape

3.3 景觀類型多樣性

由表 3可知, 整個自然保護區(qū)景觀聚集度指數(shù)(AI)=98.97, 景觀類型集中程度高, 由景觀類型水平指數(shù)中的景觀聚集度指數(shù)也可以看出此結論。研究區(qū)內(nèi)的景觀類型有10種, 只從這方面看景觀類型豐富。從Simpson多樣性指數(shù)來看, Simpson多樣性指數(shù)(SHDI)=1.61, Simpson多樣性指數(shù)較高, 從自然保護區(qū)的景觀類型數(shù)目也可得出此結論。從 Shnanon均勻度指數(shù)來看, 其值(SHEI)=0.69。總體來說研究區(qū)域內(nèi)景觀多樣性高, 均勻度不高。

4 結論

通過對研究區(qū)內(nèi)景觀格局三個不同層次的分析,結合野外實地考察, 得出研究區(qū)的總體景觀格局特征如下：

根據(jù)對不同層次的景觀指數(shù)分析, 得出保護區(qū)總體景觀結構特征： 基底—廊道—斑塊。其中常綠闊葉林構成了寬闊水自然保護區(qū)的景觀基底, 道路構成了保護區(qū)的景觀廊道。其他的景觀類型以斑塊的形式分布在整個研究區(qū)域中。

人為因素影響了整個寬闊水自然保護區(qū)的景觀連續(xù)性和多樣性的發(fā)展。由Simpson多樣性指數(shù)和景觀類型數(shù)可得出保護區(qū)內(nèi)景觀類型多樣性較高;Shnanon均勻度指數(shù)(SHEI)=0.69, 說明總體景觀分布布局不太均勻; 從占斑塊總面積的百分比、景觀聚集度指數(shù)可得出絕對優(yōu)勢景觀突出。

由于寬闊水自然保護區(qū)屬于原始森林自然保護區(qū), 保護區(qū)內(nèi)大多數(shù)屬于原始景觀, 增加景觀的均勻度應根據(jù)各景觀類型生存所需的地理條件增加相應景觀類型。典型亞熱帶亮葉水青岡形成的常綠落葉闊葉混交林是整個自然保護區(qū)的重點保護對象,根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計常綠落葉闊葉混交林內(nèi)主要以近成熟林、成熟林和過熟林為主, 幼齡林的數(shù)量十分稀少。結合此景觀類型分布特征及其形狀特征,應在常綠落葉闊葉混交林群落下層種植亮葉水青岡幼苗及與亮葉水青岡互利共生的植物類型, 同時增加常綠落葉闊葉混交林的邊界密度。同時對其他的優(yōu)勢度趨于減少的自然景觀類型增加其景觀的類型的幼齡林樹, 增加邊緣的邊界密度和邊界長度; 在開發(fā)旅游資源的同時控制游客數(shù)量, 控制瀝青水泥路面積, 增加斑塊之間的連通性, 增加不同景觀類型之間、不同斑塊之間的物質能量流動強度, 以維持寬闊水自然保護區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。寬闊水自然保護區(qū)管理局可根據(jù)此研究結論制定相關的管理措施,在降低研究區(qū)內(nèi)景觀破碎度、增加景觀之間連續(xù)性,降低人為因素影響的同時, 應增加景觀類型的多樣性, 提高各景觀類型之間的均勻度。

表3 景觀多樣性指數(shù)Tab. 3 The index of landscape diversity

5 討論

分析目前的研究現(xiàn)狀和結合本次研究, 景觀生態(tài)系統(tǒng)結構成分的類型、數(shù)量以及空間靜態(tài)分布與配置關系研究成果最多, 已基本形成專門的研究方法; 但由于受時間、信息、資料諸多因素限制, 論文還存在一些欠缺和不完善的地方, 有一些內(nèi)容需要在今后的研究中繼續(xù)開展。

本文只做了2015年的景觀格局分析。為了更好的掌握寬闊水自然保護區(qū)景觀格局特征, 還需應用多期遙感數(shù)據(jù)對景觀格局演變進行分析, 分析景觀格局的演變過程及動態(tài)變化的規(guī)律, 將在接下來的研究中逐步進行。研究寬闊水自然保護區(qū)的景觀格局分布的規(guī)律對保護生物多樣性、保護森林植被有著至關重要的意義, 本文只是針對自然保護區(qū)的管理提出了一些參考性的建議, 但怎樣處理好保護區(qū)生態(tài)環(huán)境保護和地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展關系問題, 還需要進一步深入研究。

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