退耕還林對地區(qū)景觀格局變化的影響分析

周剛 周琳

摘要：指出了退耕還林工程是西部乃至中國生態(tài)建設(shè)的重要策略之一。重建與恢復(fù)植被不僅可以改變景觀的類型組成。也影響著景觀的空間格局。在景觀生態(tài)學(xué)理論基礎(chǔ)上，對各個地區(qū)景觀變化研究資料進(jìn)行了整理分析，結(jié)果表明：大部分地區(qū)在退耕還林建設(shè)的影響下，景觀格局發(fā)生演變，耕地、林地景觀格局得以優(yōu)化調(diào)整，斑塊復(fù)雜性和景觀異質(zhì)性程度降低，景觀要素的空間聯(lián)結(jié)加強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境改善。但也存在著一些問題。針對這些問題給出了一些建議。

關(guān)鍵詞：退耕還林;景觀格局;近自然林改造

中圖分類號：$718.55 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0057-03

1引言

外界環(huán)境的擾動會影響動物、植物、微生物等生物及其棲息地環(huán)境變化，影響自然界食物鏈及營養(yǎng)元素流動，導(dǎo)致空間尺度上的景觀及其結(jié)構(gòu)、格局的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而與人類社會產(chǎn)生相互作用。其中，地表覆被變化和土地利用是景觀格局變化的兩個決定性因素，主要引起構(gòu)成景觀的斑塊（表現(xiàn)一個地區(qū)景觀格局的變化的表征）、基質(zhì)（相對面積最大，連結(jié)度最高，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)起控制作用的斑塊）、廊道（條帶狀斑塊）的改變。因此，目前對景觀的功能、結(jié)構(gòu)、變化以及格局的影響已成為景觀生態(tài)學(xué)研究中的幾大熱點(diǎn)問題。

退耕還林工程是一種的區(qū)域性林業(yè)發(fā)展模式，是經(jīng)濟(jì)和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，目前已進(jìn)入后期收尾階段（2011-2020年），其在土壤改良，水源涵養(yǎng)以及生態(tài)環(huán)境改善和生態(tài)系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力提高上取得卓越成效，對景觀格局變化具有重要影響。朱戰(zhàn)強(qiáng)等對寧夏南部黃土丘陵地區(qū)進(jìn)行研究，指出該區(qū)域景觀格局良性演化的主要驅(qū)動力是“退耕還林”，景觀格局發(fā)生良性改變會引導(dǎo)生態(tài)環(huán)境逐漸恢復(fù);杜富林也對黃土丘陵小流域尺度上退耕還林工程作用下的景觀格局演變進(jìn)行了研究。本文在此基礎(chǔ)上，把退耕還林對景觀格局變化影響相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整理，旨在運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)理論和方法對該區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)和演化進(jìn)行分析，并對其治理效果進(jìn)行客觀評價(jià)，以期為區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

2退耕還林建設(shè)

2.1農(nóng)業(yè)景觀與耕地現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)景觀表現(xiàn)為物種生存于其中的各類破碎化柄息地的空間格局，主要包括草地、耕地、林地、樹籬及道路等多種景觀斑塊的鑲嵌體。在自然因素和人類生產(chǎn)生活的作用下，農(nóng)業(yè)景觀演變劇烈，鹽堿地、沙化地等耕地類型增多。但是，我國是人口眾多，耕地資源相對缺乏的大國，耕地總體質(zhì)量差以及分布不均，耕地的生產(chǎn)力整體水平較低，與世界發(fā)達(dá)國家或農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家相比差距較大。因此，我國以坡度25。以上的耕地需逐步退耕為原則，將其轉(zhuǎn)化為非耕地來保護(hù)耕地，提高生產(chǎn)力。

2.2退耕還林工程

目前，我國最大的生態(tài)建設(shè)工程就是退耕還林工程，它從保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境出發(fā)，將水土流失嚴(yán)重、沙化嚴(yán)重、鹽堿化嚴(yán)重、石漠化嚴(yán)重的耕地以及糧食低產(chǎn)低效的耕地，按照計(jì)劃逐步停止耕種，因地制宜的造林種草，進(jìn)行植被恢復(fù)。該工程的實(shí)施，將使我國林草面積大幅增加，給人類、社會、環(huán)境帶來可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益。對工程建設(shè)過程實(shí)施監(jiān)測和評估可保證工程實(shí)施取得進(jìn)一步順利，研究景觀格局變化是對退耕還林工程進(jìn)行合理評估的重要方面。

3景觀格局

3.1景觀格局原理

景觀生態(tài)學(xué)強(qiáng)調(diào)景觀格局與生態(tài)過程在不同尺度上的相互作用，景觀格局變化受到來自生物和非生物因素的共同影響，反映景觀要素在空間和時(shí)間上的分布及變化趨勢，并影響與之相對應(yīng)的生態(tài)過程。時(shí)間異質(zhì)性的研究主要集中在景觀動態(tài)變化分析，這是了解景觀動態(tài)的關(guān)鍵。一直以來，景觀格局的演變分析都要根據(jù)研究區(qū)域的地形圖、土地利用現(xiàn)狀、社會經(jīng)濟(jì)等有關(guān)資料劃分景觀要素類型，以此研究景觀格局。研究目的以及航片資料的分辨率是研究不同時(shí)期問景觀格局演變規(guī)律的重要基礎(chǔ)。

3.2景觀格局研究方法

3.2.1景觀分類法

歷來景觀格局的文獻(xiàn)研究多采用景觀分類為基礎(chǔ)的定量分析，例如，王鵬在植被恢復(fù)對洪雅縣近15年景觀格局的影響就采用此方法。研究退耕還林工程對景觀空間格局的影響，文獻(xiàn)多采用土地利用方式為主的景觀分類，根據(jù)TM圖像的實(shí)際可解能力進(jìn)行分析，土地利用類型主要是草地、耕地和林地信息，因此，將研究區(qū)遙感分類體系劃分為：耕地、林地、草地、水域、建設(shè)及交通用地等進(jìn)行研究。

3.2.2指數(shù)法

將矢量化的土地利用現(xiàn)狀圖和森林資源分布圖與遙感數(shù)據(jù)影像進(jìn)行配準(zhǔn)疊加，作為影像分類的輔助信息，修改和調(diào)整存在疑問的初步分類結(jié)果，最終得到柵格景觀分類圖;統(tǒng)計(jì)計(jì)算景觀要素間的面積轉(zhuǎn)化;再選用景觀指標(biāo)分析研究區(qū)空間景觀格局信息指標(biāo)（如：斑塊數(shù)、最大斑塊指數(shù)、斑塊密度、斑塊面積比重、邊界密度、面積加權(quán)平均斑塊形狀指數(shù)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)、景觀優(yōu)勢度指數(shù)、景觀均勻度指數(shù)、景觀聚集度指數(shù)、Shannon-Weaver多樣性指數(shù)等）來進(jìn)行景觀格局研究。

3.3景觀格局變化

森林是地球可再生自然資源和陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，對人類生存和發(fā)展中極為重要。由于森林植被的恢復(fù)使得林地面積得到補(bǔ)充，小的斑塊被更大的斑塊替代，邊界數(shù)量減少，斑塊聚合程度更高，且格局的空間構(gòu)造對邊界數(shù)量的影響強(qiáng)于面積的增加，造成景觀格局的改變，因此，退耕還林工程的實(shí)施在其中起到了巨大的推動作用。工程的實(shí)施不僅提高了研究區(qū)森林覆蓋率，也減少了水土流失;不僅提高了森林的水源涵養(yǎng)能力，也使森林景觀的格局發(fā)生了顯著的變化;不僅緩解和修復(fù)了景觀的破碎化，也給生物多樣性的維持和保護(hù)帶來了積極的影響。綜合文獻(xiàn)資料，分析得出退耕還林工程使景觀格局呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的人為主導(dǎo)性，形成了耕地和林地為主體的景觀格局。

3.3.1耕地景觀格局變化

以特定地區(qū)作為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合研究發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間變化，邊緣密度、斑塊面積比、面積加權(quán)平均斑塊形狀指數(shù)、面積加權(quán)平均斑塊分維數(shù)增加，耕地的斑塊數(shù)、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)減少。斑塊面積比增加，耕地斑塊數(shù)目減少，表明集中連片生產(chǎn)，使耕地斑塊數(shù)目減少，耕地最大斑塊減少，耕地斑塊面積減少;從耕地的破碎化程度來看，斑塊密度下降，耕地斑塊的破碎化趨勢不明顯，斑塊的形狀復(fù)雜化。總之，退耕還林還草生態(tài)工程實(shí)施后，耕地景觀趨于集中連片，破碎狀況不明顯，耕地斑塊形狀復(fù)雜化、不規(guī)則化改變。

3.3.2林地景觀格局變化

退耕還林還草生態(tài)工程使林地斑塊數(shù)目增加，林地面積增加且增長幅度大于耕地。林地規(guī)模擴(kuò)大;從林地的破碎情況看，退耕還林地塊分布比較零散使斑塊密度增加，單位面積內(nèi)林地斑塊數(shù)目增加;從林地斑塊的形狀來看，林地斑塊形狀變得不規(guī)則林地規(guī)模明顯擴(kuò)大，但破碎狀況更明顯，林地斑塊形狀趨于復(fù)雜化。

4退耕還林后景觀格局研究存在的問題

4.1圖像處理問題

退耕還林后對景觀格局進(jìn)行跟蹤研究較困難，遙感影像數(shù)據(jù)選取及影像空間分辨率確定等方面尚有許多問題，影像解譯易引起不確定性，需對所研究的TM影像做輻射和地形校正處理;大氣和地形易引的輻射誤差，獲取近似地表反射率的待解譯影像差距較大給景觀格局分析中帶來不確定性;需進(jìn)行野外實(shí)地驗(yàn)證，工程規(guī)模較大，全面開展極難。

4.2數(shù)據(jù)處理問題

在數(shù)據(jù)處理上，格局指數(shù)與類型組分之間經(jīng)常存在的非線性關(guān)系，因此指數(shù)間的解釋難以進(jìn)行。故需要選擇幾個指數(shù)來描述格局基本特征，從斑塊數(shù)目、斑塊形狀、斑塊面積、斑塊周長面積關(guān)系方面，對景觀格局的變化及其生態(tài)學(xué)意義進(jìn)行闡述，包括平均斑塊面積、斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、邊緣密度、平均形狀指數(shù)、平均周長一面積比等6個指數(shù)進(jìn)行分析。

4.3景觀格局評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)問題

關(guān)于退耕還林后景觀格局研究的一般過程包括尺度的確定、景觀分類與制圖、景觀數(shù)據(jù)收集與處理、景觀指數(shù)選取與計(jì)算、景觀格局變化特征描述與分析、生態(tài)學(xué)意義評價(jià)等環(huán)節(jié)。因此，研究結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度與遙感數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)質(zhì)量、景觀分類體系、景觀指數(shù)選擇的格局評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。然而，迄今為止，在影響景觀格局變化研究的各個環(huán)節(jié)（例如，景觀指數(shù)分類、尺度問題）都缺少相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來提高數(shù)據(jù)、指標(biāo)選取及應(yīng)用的規(guī)范化。

5展望與建議

5.1將近自然林改造與退耕還林結(jié)合

退耕還林雖能提高土地生產(chǎn)力水平，但對樹種的合理選擇以及在造林時(shí)不破壞原有植被的改造十分重要，可以提高人工造林成功的可能性，所以，在今后研究中必須長期的監(jiān)測驗(yàn)證。人工造林掌握不同的植物適宜不同的環(huán)境生長，運(yùn)用不同的管理方法來維護(hù)，達(dá)到退耕還林的目標(biāo)的同時(shí)，提高物種多樣性和群落穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)森林生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。景觀格局更穩(wěn)定，更合理。

5.2加強(qiáng)多尺度景觀格局研究

由于世界各區(qū)域景觀類型多樣、土地覆被不一、外界影響大、不同尺度上的各種過程累積聚合的結(jié)果不同，造成景觀格局變化極其復(fù)雜。近來文獻(xiàn)研究多以同一尺度為標(biāo)準(zhǔn)，在研究方法上存在問題。因此，應(yīng)多重視尺度和尺度效應(yīng)分析，多尺度開展景觀格局變化研究景觀格局演變特征和規(guī)律并將其與影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的主導(dǎo)過程聯(lián)系起來，以提高地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性、指導(dǎo)區(qū)域土地利用規(guī)劃、促進(jìn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。