黔中喀斯特山地城市森林景觀格局分析

吳際通 顏偉 霍達(dá)

摘要 以黔中喀斯特山地城市貴陽(yáng)市為研究對(duì)象，選取2005年度、2017年度兩期林地?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合ArcGIS和Fragstats軟件，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理分析森林景觀在不同城市開發(fā)強(qiáng)度下景觀格局指數(shù)動(dòng)態(tài)變化情況。結(jié)果表明，貴陽(yáng)市林地基本由森林斑塊構(gòu)成，且近12年來(lái)面積處于擴(kuò)張趨勢(shì)，森林斑塊逐漸集中連片，斑塊間連通性不斷增強(qiáng)，形狀趨于復(fù)雜，景觀破碎度下降;從城市外圍區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)、中心城區(qū)到建成區(qū)，隨城市開發(fā)強(qiáng)度的加大，區(qū)域森林景觀連通性不斷變差，說(shuō)明森林景觀格局的變化與城市開發(fā)強(qiáng)度關(guān)系緊密。

關(guān)鍵詞 喀斯特山地城市;森林景觀;城市開發(fā)強(qiáng)度

中圖分類號(hào) S757.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2020）10-0099-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.10.027

Abstract Taking Guiyang City in Karst mountainous urban of Central Guizhou as the research object， we selected two forest land data of 2005 and 2017，combined ArcGIS and fragstats software to analyze the dynamic change of landscape pattern index under different city development intensities based on the theory of landscape ecology. The results showed that the forest land of Guiyang City was basically composed of forest speckle， and the area was increasing in the past 12 years. The forest speckle was gradually concentrated， the connectivity between patches was increasing， the shape was complicated， and the landscape fragmentation was decreasing.From the outskirts of cities， urban planning areas， central urban areas to builtup areas， with the increase of urban development intensity， regional forest landscape connectivity continued to deteriorate， indicating that the changes in forest landscape patterns are closely related to the intensity of urban development.

Key words Karst mountainous urban;Forest landscape;Urban development intensity

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森林景觀是某一特定區(qū)域內(nèi)數(shù)個(gè)異質(zhì)森林群落或森林類型構(gòu)成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，是以森林生態(tài)系統(tǒng)為主體所構(gòu)成的景觀[1]。由于森林景觀斑塊組成（如類型、形狀、面積等）的復(fù)雜性以及受各種自然因素（道路、河流、林火等）和人為因素（人為活動(dòng)、森林采伐等）的共同干擾，森林景觀的空間異質(zhì)性及相互關(guān)聯(lián)性往往較其他景觀系統(tǒng)（如農(nóng)業(yè)系統(tǒng)）更為復(fù)雜，是景觀生態(tài)學(xué)的重要研究對(duì)象[2-3]?？λ固厣降爻鞘惺且钥λ固氐孛矠楸尘暗某鞘校诔鞘邪l(fā)展過(guò)程中一些體量較大、植被較好的喀斯特山峰或峰叢被城市隔離，形成“城在山中，山在城中”的城-山鑲嵌性山地城市景觀格局特征[4]。針對(duì)喀斯特山地城市景觀格局的研究，主要集中在粒度效應(yīng)[4]、城市綠地[5-6]、土地利用[7-8]、濕地景觀[9]等方面，在森林景觀格局方面僅劉國(guó)海等[10]針對(duì)安順市西秀區(qū)進(jìn)行初步分析。筆者以貴陽(yáng)市第三次森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查成果（2005年）及2017年林地年度變更成果為數(shù)據(jù)源，利用ArcGIS和Fragstats軟件，依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理對(duì)鑲嵌于山地城市中的森林生態(tài)系統(tǒng)景觀格局空間分布特征進(jìn)行分析，以期了解在喀斯特山地城市中城市擴(kuò)張對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響，揭示不同開發(fā)強(qiáng)度區(qū)域森林景觀差異和現(xiàn)實(shí)意義，進(jìn)而為城市科學(xué)發(fā)展、有效保護(hù)森林資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況 貴陽(yáng)市（106°07′～107°17′E，26°11′～27°22′N）是貴州省的省會(huì)，位于貴州省中部、西南云貴高原東部，橫跨長(zhǎng)江上游和珠江上游，是兩江上游重要生態(tài)屏障（圖1）。轄南明、云巖、花溪、烏當(dāng)、白云、觀山湖6個(gè)區(qū)，開陽(yáng)、息烽、修文3個(gè)縣及清鎮(zhèn)市，國(guó)土總面積7 859.53 km2（不含貴安新區(qū)托管范圍）。貴陽(yáng)市地層褶皺強(qiáng)烈，碳酸鹽巖與碎屑巖相間展布，巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜[11]，屬于典型喀斯特山地城市。氣候?qū)儆趤啛釒駶?rùn)溫和型氣候，平均海拔為1 200 m 左右，具有較明顯的高原性季風(fēng)氣候特點(diǎn)，年相對(duì)濕度80%左右，年平均氣溫15.3 ℃，平均年降水量1 200 mm，享有“爽爽貴陽(yáng)，中國(guó)避暑之都”的美譽(yù)，是全國(guó)首個(gè)國(guó)家森林城市[12]。區(qū)域地帶性植被類型為中亞熱帶常綠闊葉林，其他植被類型有闊葉混交林、落葉闊葉林、亞熱帶常綠針葉林、針闊葉混交林、亞熱帶竹林、常綠灌叢、常綠落葉灌叢和石灰?guī)r藤刺灌叢以及亞熱帶灌草叢。貴陽(yáng)市近年來(lái)通過(guò)大力實(shí)施林業(yè)生態(tài)建設(shè)工程，持續(xù)強(qiáng)化森林資源保護(hù)管理，形成了“林在城中、城在林中”的山地森林城市景觀格局，森林覆蓋率達(dá)52.16%，為貴陽(yáng)建設(shè)全國(guó)生態(tài)文明示范城市筑牢了綠色屏障。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理 該研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于貴陽(yáng)市第三次森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查成果（2005年）及2017年林地年度變更成果，利用ArcGIS 10.3軟件在林地中分別提取森林斑塊和非森林斑塊，并將研究區(qū)森林斑塊按空間位置分為城市外圍區(qū)[13]、城市規(guī)劃區(qū)、中心城區(qū)、建成區(qū)，重采樣為30 m空間分辨率的柵格數(shù)據(jù)，借助Fragstats 4.2軟件計(jì)算研究區(qū)4個(gè)斑塊類型層面上的景觀格局指數(shù)。其中，城市規(guī)劃區(qū)、中心城區(qū)、建成區(qū)邊界來(lái)源于《貴陽(yáng)市城市總體規(guī)劃（2011—2020年）》（2017年修訂版）。

1.3 景觀格局指數(shù)選取

景觀格局指數(shù)是能夠高度濃縮景觀格局信息的簡(jiǎn)單定量化指標(biāo)，是對(duì)景觀格局定量描述最常用的工具，迄今為止，已經(jīng)提出大量景觀格局指數(shù)，但很多景觀指數(shù)之間信息重復(fù)、不滿足相互獨(dú)立的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)[14-16]，因此景觀格局分析前需要篩選出獨(dú)立性強(qiáng)、能夠?qū)坝^格局做出真實(shí)描述的景觀格局指數(shù)。通過(guò)借鑒前人研究結(jié)果[17-21]，選用的景觀格局指數(shù)有斑塊所占景觀面積比例（PLAND），描述某一斑塊類型占整個(gè)景觀面積的比例，值越高則景觀優(yōu)勢(shì)越大;有效粒度尺寸（MESH），描述景觀破碎化程度，值越大則景觀破碎化程度越低，單位為hm2;平均歐式鄰近距離（ENN），描述景觀連通性，值越大則景觀連通性越強(qiáng)，單位為m;面積加權(quán)平均分維數(shù)（FRAC）描述景觀形狀指標(biāo)，取值1～2，值越大則形狀趨于復(fù)雜。相關(guān)景觀格局指數(shù)的計(jì)算公式詳見Fragstats 4.2軟件幫助文件。

2 結(jié)果與分析

2.1 林地景觀格局特征

林業(yè)用地按地類分為喬木林地、竹林地、疏林地、灌木林地、苗圃地、無(wú)立木林地、宜林地和林業(yè)輔助生產(chǎn)用地八大類型，其中喬木林地、竹林地和灌木林地中的特殊灌木林地為森林斑塊，疏林地、一般灌木林地、苗圃地、無(wú)立木林地、宜林地和林業(yè)輔助生產(chǎn)用地為非森林斑塊。從斑塊所占景觀面積比例（PLAND）來(lái)看，森林斑塊在研究區(qū)林地中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)成林地的本底，森林斑塊PLAND值由2005年的82.35%增加到2017年的97.42%，非森林斑塊PLAND值由17.65%降到2.58%（表1），說(shuō)明研究區(qū)森林斑塊的比例近12年來(lái)有較大提高，相應(yīng)的森林覆蓋率得到極大提升。

從有效粒度尺寸（MESH）來(lái)看，森林斑塊的MESH值遠(yuǎn)大于非森林斑塊，說(shuō)明森林斑塊破碎化程度遠(yuǎn)低于非森林，景觀連續(xù)性較好。2005—2017年森林斑塊MESH值由3 154.38 hm2提高到38 593.87 hm2，說(shuō)明近12年來(lái)的森林斑塊破碎度逐漸降低，森林景觀連通性增強(qiáng)。

從平均歐式鄰近距離（ENN）來(lái)看，森林斑塊ENN值均低于非森林斑塊，說(shuō)明森林斑塊景觀連通性強(qiáng)于非森林斑塊，從而利于物種交流及依托于森林生存的動(dòng)植物繁衍。2005—2017年森林斑塊ENN值由82.08 m降低至76.54 m，非森林斑塊ENN值由146.72 m增加到234.46 m，反映了由于非森林斑塊逐漸向森林斑塊轉(zhuǎn)變，使森林斑塊間的距離縮小，景觀連通性增強(qiáng)。

從面積加權(quán)平均分維數(shù)（FRAC）來(lái)看，森林斑塊FRAC值均高于非森林斑塊，說(shuō)明森林斑塊較非森林斑塊形狀更為復(fù)雜，受人為活動(dòng)干擾較小。2005—2017年森林斑塊FRAC值由1.29提高到1.35，反映出森林斑塊形狀趨于復(fù)雜。

2.2 森林景觀空間分布特征?

將研究區(qū)劃分為城市外圍區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)、中心城區(qū)、建成區(qū)4個(gè)區(qū)域，以此代表不同城市開發(fā)強(qiáng)度。斑塊所占景觀面積比例（PLAND）顯示（表2），建成區(qū)PLAND值最低，隨后依次是中心城區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)、城市外圍區(qū)，說(shuō)明研究區(qū)森林斑塊主要集中在城市外圍區(qū)。2005—2017年，建成區(qū)、中心城區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)PLAND值均處于下降趨勢(shì)，下降幅度分別為37.63%、7.61%和2.81%，說(shuō)明隨著城市開發(fā)強(qiáng)度的加強(qiáng)，城市規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)森林減少幅度也在提高。城市外圍區(qū)PLAND值由65.04%提高到67.19%，說(shuō)明研究區(qū)森林拓展空間主要來(lái)自城市外圍區(qū)，這也與貴陽(yáng)市近年來(lái)實(shí)施的建設(shè)項(xiàng)目使用林地“占一補(bǔ)一”政策吻合，由于城區(qū)建設(shè)項(xiàng)目使用林地后無(wú)新增林地來(lái)源，采取異地實(shí)施占補(bǔ)平衡從而促進(jìn)了城市外圍區(qū)森林資源比重增加。

從有效粒度尺寸（MESH）來(lái)看，城市外圍區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)、中心城區(qū)、建成區(qū)，森林斑塊MESH值下降明顯，2005年從城市外圍區(qū)的2 633.22 ?hm2下降到建成區(qū)的1.13 ?hm2，2017年則從27 938.49 ?hm2下降至0.48 ?hm2，反映出城市開發(fā)強(qiáng)度越大則森林景觀越破碎。2005—2017年，建成區(qū)、中心城區(qū)MESH值不斷下降，城市外圍區(qū)MESH值不斷提升，與PLAND指數(shù)規(guī)律一致;而城市規(guī)劃區(qū)雖然PLAND值下降，但MESH值增加，說(shuō)明城市規(guī)劃區(qū)雖然森林占比下降，但森林斑塊破碎程度降低。

從平均歐式鄰近距離（ENN）來(lái)看，城市外圍區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)、中心城區(qū)、建成區(qū)，森林斑塊ENN值逐漸加大，森林景觀的連通性也下降。2005—2017年，建成區(qū)ENN值增加，中心城區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)和城市外圍區(qū)ENN值不斷下降。

從面積加權(quán)平均分維數(shù)（FRAC）來(lái)看，城市外圍區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)、中心城區(qū)、建成區(qū)，隨著人為活動(dòng)影響的加強(qiáng)森林斑塊FARC值逐漸下降，森林景觀形狀趨于簡(jiǎn)單。2005—2017年，建成區(qū)FRAC值下降0.01，中心城區(qū)保持不變，城市規(guī)劃區(qū)和城市外圍區(qū)FRAC值增加，說(shuō)明建成區(qū)森林景觀形狀變得更加簡(jiǎn)單，而城市規(guī)劃區(qū)和城市外圍區(qū)森林景觀形狀趨于復(fù)雜。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）作為典型的喀斯特山地城市，貴陽(yáng)市林地基本由森林斑塊構(gòu)成，森林面積占林業(yè)用地比例達(dá)97.42%。2005—2017年，通過(guò)各類營(yíng)造林、森林撫育工程的開展，森林斑塊面積處于擴(kuò)張趨勢(shì)，森林斑塊逐漸集中連片，森林斑塊間連通性不斷增強(qiáng)，形狀趨于復(fù)雜，景觀破碎度下降，從而更有利于森林生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。

（2）森林景觀格局的變化與城市開發(fā)強(qiáng)度關(guān)系緊密。從城市外圍區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)、中心城區(qū)到建成區(qū)的森林斑塊空間分布來(lái)看，森林斑塊主要集中在城市外圍區(qū)。隨著人為活動(dòng)、城市開發(fā)強(qiáng)度的增大，森林斑塊間連通性不斷下降，形狀趨于簡(jiǎn)單，景觀破碎度逐漸提升。2005—2017年，城市開發(fā)強(qiáng)度最大的建成區(qū)森林面積比例、景觀連通性均大幅下降，森林破碎度提升，景觀形狀越發(fā)簡(jiǎn)單;城市開發(fā)強(qiáng)度最弱的城市外圍區(qū)森林景觀格局變化與建成區(qū)正好相反，森林面積比例、森林斑塊間景觀連通性均增加，形狀趨于復(fù)雜，景觀破碎度處于下降趨勢(shì);城市開發(fā)強(qiáng)度中等的中心城區(qū)、城市規(guī)劃區(qū)森林景觀變化處于建成區(qū)和城市外圍區(qū)二者之間，森林斑塊的連通性趨于下降。

3.2 討論

2005—2017年，貴陽(yáng)市近年來(lái)通過(guò)大力實(shí)施封山育林、低產(chǎn)低效林改造等森林經(jīng)營(yíng)措施，同時(shí)實(shí)施建設(shè)項(xiàng)目使用林地“占一補(bǔ)一”政策，即在建設(shè)項(xiàng)目占用征收林地導(dǎo)致林地滅失的同時(shí)，通過(guò)就地或異地植樹造林等措施，恢復(fù)不少于被占用征用林地面積的以喬木為主的森林植被，彌補(bǔ)森林資源損失，從而不斷優(yōu)化森林空間布局和森林質(zhì)量，研究區(qū)森林景觀逐步向好的方向發(fā)展，尤其是城市開發(fā)強(qiáng)度最小的城市外圍區(qū)優(yōu)化最明顯。在城市開發(fā)過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)有建設(shè)項(xiàng)目使用林地，在建設(shè)項(xiàng)目使用林地“占一補(bǔ)一”過(guò)程中，盡量在靠近森林斑塊邊緣處進(jìn)行補(bǔ)進(jìn)，從而使森林集中連片，增加森林景觀的連通性和異質(zhì)性。

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