基于GIS的山丹縣林地景觀格局分析

徐興華

(山丹縣林業(yè)勘察設(shè)計(jì)隊(duì)，甘肅 張掖 734100)

林地是森林資源的重要組成部分，林地管理是資源林政管理中的重要內(nèi)容，保護(hù)好林地就是保護(hù)林業(yè)發(fā)展空間，保護(hù)管理好林地是維護(hù)國家生態(tài)安全，建設(shè)生態(tài)文明的重要基礎(chǔ)工作。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建設(shè)用地規(guī)模逐年增大，林地征占用數(shù)量日益增多，使本來就處于弱勢的林地保護(hù)負(fù)擔(dān)更加沉重。為貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記“山水林田湖草是一個生命共同體，對山水林田湖草進(jìn)行統(tǒng)一保護(hù)、統(tǒng)一修復(fù)”的指示精神，樹立尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的綠色發(fā)展理念，科學(xué)、高效、合理利用林地資源，保障社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，必須從空間上和時間上對全縣林地資源的保護(hù)、利用和開發(fā)做出總體安排。為優(yōu)化林地結(jié)構(gòu)布局、落實(shí)林地用途管制、提高林地利用效益、實(shí)現(xiàn)林地科學(xué)管理，本文以張掖市山丹縣為例，從土地利用結(jié)構(gòu)、空間格局及利用類型之間的空間關(guān)系等角度分析了土地利用格局特征，以此作為林地集約利用定量評價及林地資源優(yōu)化配置研究提供參考。

1 研究區(qū)自然概況

1.1 研究區(qū)自然概況

山丹縣位于甘肅省西北部河西走廊中段，地處100°41′—101°42′ E，37°50′—39°03′ N，東鄰金昌市永昌縣，西接張掖市甘州區(qū)，南以祁連山冷龍嶺與青海省門源縣為界，北過龍首山與內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善右旗相望。境內(nèi)波狀起伏，溝壑縱橫，山川交錯，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，平均海拔2 996.5 m，地勢三面環(huán)山，東南高，西北低，屬大陸性高寒半干旱氣候，是一個半農(nóng)半牧縣。其季節(jié)分布不均，具有日照長，太陽輻射強(qiáng)，氣溫低，晝夜溫差大，降水量少而集中，蒸發(fā)量大，濕度小，全年無霜期短等特點(diǎn)。年平均降雨量177 mm，年平均氣溫7.7 ℃，全年無霜期214 d。鄉(xiāng)鎮(zhèn)總?cè)丝?0.69萬人，轄轄6鎮(zhèn)2鄉(xiāng)，115個村民委員會，總面積5402.43 km2。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究主要數(shù)據(jù)源為2017年最新衛(wèi)星遙感影像，利用山丹縣已有的林地落界調(diào)查成果，將林地落界更新數(shù)據(jù)庫與DOM套合、解譯，利用地理信息系統(tǒng)軟件對土地利用點(diǎn)線要素直接矢量化，建立拓?fù)潢P(guān)系，錄入林地利用各種屬性，數(shù)據(jù)檢查、編輯、入庫等工作程序，建立集影像、圖形、地類、面積和權(quán)屬于一體的林地更新調(diào)查數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)。最后利用林地更新調(diào)查數(shù)據(jù)庫計(jì)算、分類統(tǒng)計(jì)功能，按要求匯總山丹縣各林地類型及土地權(quán)屬等數(shù)據(jù)。技術(shù)路線如圖1：

2.2 林地景觀及類型

林地景觀是指由林地生態(tài)系統(tǒng)組成的異質(zhì)性地理單元，其主要特征是可辨識性、空間重復(fù)性和異質(zhì)性[1]。林地景觀的類型一般根據(jù)林地的類別進(jìn)行分類。

林地分為兩級。其中一級分為8類，包括有林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、苗圃地、無立木林地、宜林地、輔助生產(chǎn)林地。有林地、灌木林地、未成林造林地、無立木林地、宜林地5個一級地類共分為13個二級地類[2]。

2.3 空間格局分析方法--景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)方法是景觀生態(tài)學(xué)空間分析方法的一種，它適合于土地利用類型這種在空間上不連續(xù)的類型變量數(shù)據(jù)，利用景觀格局指數(shù)能夠定量地反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置的某些特征[3]。本文根據(jù)景觀格局指數(shù)所反映的不同生態(tài)意義，選取了斑塊數(shù)目(N)和面積(A)、平均伸長指數(shù)(G)、分維數(shù)、土地利用多樣性指數(shù)、均勻性指數(shù)、優(yōu)勢度指數(shù)、景觀破碎度、景觀分離度8個指數(shù)進(jìn)行分析[4-6]。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

山丹縣(非天保區(qū))土地總面積313 230 hm2，林地面積99 885.04 hm2，其中：有林地2 942.88 hm2，疏林地18.21 hm2，灌木林地64 576.31 hm2，未成林地27 102.96 hm2，苗圃地73.34 hm2，無立木林地539.55 hm2，宜林地4 631.33 hm2，林業(yè)輔助生產(chǎn)用地0.46 hm2。林地面積中，人工起源的森林面積18 893.04 hm2，占林地總面積的18.91%，天然起源的林地面積75 819.69 hm2，占林地總面積的81.09%。人工起源的林地面積中，有林地2 942.88 hm2，疏林地面積18.21 hm2，灌木林地面積8 254.55 hm2，未成林造林地7 605.03 hm2，苗圃地72.37 hm2；天然起源的森林面積中，灌木林地面積56 321.76 hm2，未成林封育地19 497.93 hm2。山丹縣景觀結(jié)構(gòu)如表1：

山丹縣喬木林齡組結(jié)構(gòu)中，幼齡林面積1 393.25 hm2，中齡林面積385.73 hm2，近熟林面積424.66 hm2，成熟林面積721.69 hm2,過熟林面積17.55 hm2；優(yōu)勢樹種組成以楊類為主，其中：楊類1 497.64 hm2，沙棗79.74 hm2，梨161.39 hm2，杏58.52 hm2，山杏929.86 hm2，其他樹種215.73 hm2。

表1 山丹縣景觀結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀表

3.2 景觀結(jié)構(gòu)特征

景觀多樣性是指不同類型的景觀在空間結(jié)構(gòu)、功能機(jī)制和時間動態(tài)方面的多樣化和變異性，它揭示了景觀的復(fù)雜程度。分析結(jié)果表明：研究區(qū)的多樣性指數(shù)為0.53，均勻度指數(shù)為0.25，優(yōu)勢度指數(shù)為1.55。這說明區(qū)域土地利用面積分布差別較大，分布不均勻。

3.3 林地景觀空間格局分析

山丹縣土地利用空間格局分析，主要選取了斑塊面積、斑塊周長、斑塊分維數(shù)、斑塊伸長指數(shù)、景觀破碎度、景觀分離度等。山丹縣林地景觀格局特征指數(shù)如表2。

表2 山丹縣林地景觀格局特征指數(shù)

3.3.1 斑塊面積、數(shù)量分析 從總斑塊數(shù)量看，國特灌>喬木林地>其他林地>未成林造林地>苗圃地>疏林地。有林地、灌木林地斑塊數(shù)量較多，但有林地由于其斑塊大多零散分布，未能形成較大斑塊，所以其平均斑塊面積較小。由于山丹縣年降水量較少、蒸發(fā)量大、全年無霜期短等特點(diǎn)，所以區(qū)域人工喬木林地、未成林造林地面積較??；區(qū)內(nèi)牧草地、灌木林地面積分布最廣，占總土地資源面積的62.09%，這主要是由該區(qū)的地理性質(zhì)決定的，該區(qū)的自然環(huán)境致使其天然林面積較大，并且其平均斑塊面積較大。

3.3.2 分維數(shù)分析 分維數(shù)反映土地利用斑塊形狀的復(fù)雜性，斑塊的幾何形狀越簡單，表明受人類干擾的程度越大。數(shù)據(jù)顯示，整個區(qū)域分維數(shù)不大且分布不存在明顯差異，分維數(shù)均較低，且均小于1.20。其中：喬木林地、未成林造林地分維數(shù)較低，因?yàn)樗鼈兙鶎儆谥苯庸┤藗兪褂玫耐恋?，受人類活動的干擾性較強(qiáng)，幾何形狀較為簡單，與自然規(guī)律相符。天然灌木林分維數(shù)較低，說明受人類干擾性較小，斑塊形狀簡單，但本縣是一個半農(nóng)半牧縣，對天然植被依賴性大，天然灌木林資源的斑塊數(shù)目多、種類多、面積大、受人類影響的程度不同，而且天然灌木林屬于自然土地利用，土地利用形狀應(yīng)該較為復(fù)雜，與自然規(guī)律不符。以上分析表明，不能充分反映各景觀類型的形狀復(fù)雜程度，表明了分維數(shù)在描述景觀結(jié)構(gòu)時的不穩(wěn)定性問題[7]；該區(qū)域各土地利用類型的分維數(shù)普遍較高，在1.20以下，說明利于邊緣種的增加和生物多樣性的繁育。

3.3.3 伸長指數(shù)、分離度分析 伸長指數(shù)、分離度的分析結(jié)果顯示：喬木林地>未成林造林地>國特灌>其他林地> 疏林地>苗圃地。喬木林地伸長指數(shù)、分離度較大，未成林造林地分離度較大，主要受人類因素的影響，與人類的經(jīng)營活動密切相關(guān)。天然灌木斑塊面積較大，集中在周邊大部分地區(qū)，分布較為集中連片，分離度較低。

3.3.4 景觀的破碎化分析 景觀的破碎化與人類活動緊密相關(guān)，與景觀格局、功能與過程緊密聯(lián)系，同時它又是與自然資源保護(hù)互為依存。喬木林地景觀破碎度最大，為0.67，說明林帶分布較為零散，主要受人類居住區(qū)及活動強(qiáng)度等因素的影響。其他斑塊破碎度其他斑塊破碎度在0～0.5，均較低，該區(qū)域天然灌木林地資源豐富，斑塊數(shù)目多、分布面積大，而且其破碎化程度比較小，利于生物多樣性的保護(hù)。

3.4 林地景觀利用類型斑塊分析

3.4.1 林地景觀結(jié)構(gòu)特征分析 調(diào)查結(jié)果顯示，全縣森林資源面積中，人工林面積為18 893.04 hm2，占林地總面積的18.91%，比重少，致使森林速生、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的功效不能夠正常發(fā)揮，全縣森林資源可利用率低，對全縣林業(yè)事業(yè)和林業(yè)單位發(fā)展有所限制。而天然林面積75 819.69 hm2，占林地總面積的81.09%，面積大，分布范圍廣，林牧矛盾突出，管理難度相對比較大。如加強(qiáng)對現(xiàn)有天然林資源的有效經(jīng)營和管理，能很好地發(fā)揮森林的綜合效益，比較適合生態(tài)公益林生態(tài)功能的充分發(fā)揮。

山丹縣喬木林幼齡林面積1 393.25 hm2，占喬木林面積的47.34%，以幼齡林為主，中齡林較少，近期可采伐利用蓄積多，中期可利用蓄積少，齡組不盡合理，齡組比例失調(diào)。樹種結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出樹種結(jié)構(gòu)比較單一，以楊類、杏樹等闊葉樹種為主，只有極少部分針葉樹種分布，抵御林木病蟲害和其他極端自然災(zāi)害能力較差。同時，由于樹種單一，特別是風(fēng)景綠化樹種較少，自然景觀性差。

山丹縣生態(tài)公益林面積99 464.08 hm2，商品林面積420.96 hm2。生態(tài)公益林面積比重大，可充分發(fā)揮森林涵養(yǎng)水源的功能，對本縣生態(tài)環(huán)境的改善具有極其重要的作用；經(jīng)濟(jì)林面積占有林地總面積的8%，與我縣農(nóng)牧業(yè)縣的主業(yè)經(jīng)營方向相適應(yīng)，但是與發(fā)展壯大林業(yè)產(chǎn)業(yè)不相符，要按照森林分類經(jīng)營的要求，力爭使全縣經(jīng)濟(jì)林面積達(dá)到20%以上，從而實(shí)現(xiàn)森林資源功能齊全、分布合理。

3.4.2 非林地景觀結(jié)構(gòu)特征分析 山丹縣人均耕地占有量達(dá)到了0.29%，大大超過了中國人均耕地占有量(0.079%)。因此，在保障山丹縣糧食生產(chǎn)安全的情況下，依托2014年國務(wù)院批準(zhǔn)的新一輪退耕還林還草工程，對在25°以上坡耕地、嚴(yán)重沙化耕地和重要水源地15～25°坡耕地，兼顧需要和可能，合理安排退耕還林還草的規(guī)模和進(jìn)度，發(fā)展產(chǎn)業(yè)促進(jìn)農(nóng)民增收，可以帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

山丹縣濕地分布較少，占全縣土地面積的1.16%，我們應(yīng)該以維護(hù)濕地系統(tǒng)生態(tài)平衡、保護(hù)濕地功能和濕地生物多樣性為目標(biāo)，從實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用出發(fā)，始終堅(jiān)持“全面保護(hù)、生態(tài)優(yōu)先、突出重點(diǎn)、合理利用、持續(xù)發(fā)展”的方針，將全縣濕地資源進(jìn)行分類區(qū)劃，實(shí)行統(tǒng)一管護(hù)，重點(diǎn)組織實(shí)施“馬營河流域濕地植被恢復(fù)工程”，切實(shí)維護(hù)生態(tài)平衡。

牧草地是該區(qū)域分布最多的斑塊類型，其斑塊數(shù)目多、分布面積大，對其生態(tài)環(huán)境的影響較大，因此我們始終要堅(jiān)持以恢復(fù)草原植被，改善草原生態(tài)環(huán)境為目標(biāo)，采取生物措施、工程措施和技術(shù)措施建立良性草地生態(tài)系統(tǒng)，大力推行退耕還草、退牧還草。

土地利用率較低應(yīng)重視土地后備資源的開發(fā)利用。以上分析結(jié)果表明：山丹縣土地利用率為27.83%，如果將其中的大部分開發(fā)利用起來不僅可以增加林地來提高年經(jīng)濟(jì)效益同時全縣的林木覆蓋率可提高好幾個百分點(diǎn)水土流失將明顯減少生態(tài)環(huán)境顯著改善。

4 小結(jié)

本文對山丹縣的土地資源進(jìn)行了土地斑塊類型的格局分析研究。研究結(jié)果表明：山丹縣景觀的多樣性指數(shù)為0.53，均勻度指數(shù)為0.25，優(yōu)勢度指數(shù)為1.55，本地區(qū)林地景觀類型以灌木林地占優(yōu)勢，土地利用分維數(shù)較低，面積分布差別較大，分布較不均勻，且土地利用破碎化水平較低。喬木林景觀平均斑塊面積小，景觀趨于破碎，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。對于破碎度較大的斑塊類型，在規(guī)劃時結(jié)合經(jīng)濟(jì)、自然等因素盡量使其連片分布。為合理利用現(xiàn)有土地資源，首先加強(qiáng)現(xiàn)有林地資源有效管理；其次下大力氣鞏固全縣林業(yè)重點(diǎn)工程建設(shè)成果，絕對不能受一時的經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動而隨意征占用林地、損壞林木，切實(shí)鞏固重點(diǎn)工程建設(shè)成果，提高重點(diǎn)工程建設(shè)質(zhì)量和建設(shè)成效；再次要根據(jù)山丹縣森林資源現(xiàn)狀、經(jīng)營條件對森林資源實(shí)行分類經(jīng)營，可極大地發(fā)揮森林、林地、林木的功能，實(shí)現(xiàn)森林資源的永續(xù)利用；最后，加強(qiáng)資源檔案管理，建設(shè)資源管理平臺，實(shí)現(xiàn)資源動態(tài)管理，有效地掌握森林動態(tài)變化。