大鳳川林場森林景觀格局分析

馬文艷，王乃江，趙亞寧，蓋含文，鄭偉斌，唐慶

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西 楊凌，712100；2.甘肅子午嶺林業(yè)管理局華池分局大鳳川林場，甘肅慶陽，745000）

森林景觀格局是對森林景觀空間分布狀況的描述，包括景觀斑塊和其他結(jié)構(gòu)成分在類型、數(shù)量以及空間分布與配置形式的關(guān)系，在一定程度上體現(xiàn)出森林景觀的形成過程。對于森林景觀格局的研究，成為了解區(qū)域森林資源狀況的重要途經(jīng)之一，對林業(yè)實(shí)踐具有重要指導(dǎo)意義。

甘肅子午嶺林區(qū)是黃河流域主要水源涵養(yǎng)區(qū)之一，2005 年獲批甘肅子午嶺自然保護(hù)區(qū)，大鳳川林場位于其核心區(qū)。從該林區(qū)發(fā)展規(guī)劃看，挖掘大鳳川林場森林景觀資源成為趨勢。以前對甘肅子午嶺林區(qū)的一些研究，主要集中在中華鼢鼠危害及防治技術(shù)研究[1-2]，對景觀層面的研究缺乏。本文利用景觀格局指數(shù)分析軟件Fragstats 4.3，對大鳳川林區(qū)景觀特征進(jìn)行初步定量分析研究。

1 研究區(qū)基本概況

大鳳川林場位于甘肅省慶陽市華池縣境內(nèi)，地理位置108°12′～108°24′E、36°07′～36°18′N。林場屬于黃土高原丘陵溝壑地貌類型范圍，地勢呈現(xiàn)出北高南低的走勢，海拔1 100～1 600 m，相對高差200～400 m，坡度15°～35°。大鳳川林場屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫8.4 ℃，年無霜期165 d 左右，年均降水481.2 mm。森林植被以暖溫帶闊葉林為主，屬過渡性森林類型，區(qū)內(nèi)共有木本植物43 科82 屬172 種。大鳳川林場總經(jīng)營面積16 110 hm2，活立木總蓄積量684 118 m3，森林覆蓋率95.84%，林木綠化率96.31%。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于甘肅子午嶺林業(yè)管理局華池分局2010 年森林資源二類調(diào)查，主要包括大鳳川林場矢量化林相圖、小班屬性數(shù)據(jù)庫、地形圖以及研究區(qū)其他森林統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

在ArcGIS10.2 支持下，建立空間數(shù)據(jù)庫，并生成大鳳川林場景觀類型柵格圖（30 m×30 m)，作為景觀指數(shù)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。

2.3 景觀要素的類型劃分

根據(jù)研究區(qū)森林特點(diǎn)和林業(yè)經(jīng)營管理的實(shí)際情況，建立大鳳川林場森林景觀分類系統(tǒng)，具體將大鳳川林場森林景觀劃分為2 級，第1 級分類為：有林地、灌木林地、其他林地、非林地；第2 級分類為針葉林地、闊葉林地、灌木林地、其他林地、非林地。

2.4 景觀分析指數(shù)的選取

本研究在景觀整體水平和斑塊要素類型水平2 個(gè)級別上選取常見的10 個(gè)景觀指數(shù)：斑塊數(shù)、香農(nóng)均勻度指數(shù)、總面積、平均形狀指數(shù)、平均最近距離、平均分形指數(shù)、散布與并列指數(shù)、斑塊密度、斑塊邊緣密度、蔓延度指數(shù)，對研究區(qū)的森林景觀格局進(jìn)行分析。

3 分析與結(jié)果

3.1 大鳳川林場森林景觀要素的組成結(jié)構(gòu)

整個(gè)大鳳川林場的經(jīng)營面積為16 156.35 hm2，與森林資源調(diào)查的數(shù)據(jù)（16 156.50 hm2）基本一致。研究區(qū)共有森林景觀斑塊526 個(gè)，從景觀總體水平看，研究區(qū)斑塊形狀指數(shù)和斑塊分形指數(shù)均偏離1，表明大鳳川林區(qū)森林景觀受人為干擾小，斑塊形狀不規(guī)則；總體邊緣密度和香濃均勻度指數(shù)較小，表明各森林斑塊類型之間的相互影響較弱，各森林斑塊類型之間分布的均勻程度偏低。

表1 大鳳川林場森林景觀要素的整體結(jié)構(gòu)

3.2 大鳳川林場森林景觀的斑塊特征

3.2.1 斑塊形狀指數(shù)

斑塊形狀指數(shù)是反映斑塊形狀復(fù)雜程度的指標(biāo)之一，斑塊形狀指數(shù)越接近于1，說明該類型斑塊形狀越接近圓形或方形等規(guī)則形狀，表明這類型斑塊形成過程中受到人類活動(dòng)的干擾大，影響深刻；該指數(shù)數(shù)值越大，斑塊形狀就越偏離規(guī)則形狀，越接近自然面貌，越復(fù)雜，受人類干擾作用不明顯[3]。從表1 和表2 可知，大鳳川林場整體的平均形狀指數(shù)為13.409 8，表明整個(gè)林場的長寬比較大，整個(gè)斑塊形狀表現(xiàn)出不規(guī)則；從森林景觀類型來看，闊葉林的形狀指數(shù)最大，表明在大鳳川林區(qū)闊葉林形狀最不規(guī)則，它的形成過程中邊界受人類的修整的程度最低，受自然地貌影響最大；非林地是人類活動(dòng)干預(yù)的結(jié)果，在大鳳川林區(qū)非林地的斑塊形狀指數(shù)最小。

表2 大鳳川林場二級景觀要素斑塊特征

3.2.2 斑塊分形指數(shù)

斑塊分形指數(shù)是用來定量描述和表征空間實(shí)體邊界復(fù)雜程度的一種指標(biāo)[4]，主要反映由斑塊組成的森林景觀形狀與森林景觀面積之間關(guān)系的一個(gè)指標(biāo)，它能夠反映出在一定的觀測尺度上，森林景觀類型形狀的復(fù)雜程度和穩(wěn)定性。由人類干擾所形成的斑塊邊界形狀一般表現(xiàn)較為規(guī)則，并且容易出現(xiàn)相似形狀的斑塊。從表2 看出，大鳳川林區(qū)森林景觀類型的分形指數(shù)順序?yàn)椋洪熑~林＞針葉林＞其他林地＞灌木林＞非林地。闊葉林的分形指數(shù)最高，這與研究區(qū)闊葉林地面積廣闊有關(guān)，它的斑塊形狀更接近于自然地貌的真實(shí)形態(tài)，所以邊界形狀較為復(fù)雜。而非林地是人類有目的干擾結(jié)果，受人類活動(dòng)的直接影響，邊界形狀相比于自然形態(tài)就會(huì)更規(guī)則，所以表現(xiàn)出分形指數(shù)值最小。

3.3 大鳳川林場森林景觀的異質(zhì)性

景觀異質(zhì)性是景觀分類、組合及屬性變異程度的直接反映，是景觀區(qū)別于其他生命組建層次的最顯著特征之一[5]。本研究主要采用斑塊密度和邊緣密度對研究區(qū)森林景觀異質(zhì)性進(jìn)行分析和描述。

景觀斑塊密度是反映景觀整體斑塊分化程度的指標(biāo)，斑塊密度越大，表明在單位面積上異質(zhì)景觀要素斑塊數(shù)量越多，斑塊規(guī)模就表現(xiàn)出越小，景觀異質(zhì)性就會(huì)更高。斑塊邊緣密度則是反映景觀中異質(zhì)性斑塊之間物質(zhì)、能量和物種交換的潛力及它們之間相互影響程度的強(qiáng)弱[4]。

3.3.1 斑塊密度

在5 個(gè)森林景觀類型中，針葉林地的斑塊密度最高，灌木林地的最小，表明在大鳳川林場針葉林地以較小的斑塊規(guī)模和較多的斑塊數(shù)量出現(xiàn)，斑塊面積小并分散于整個(gè)林區(qū)，因而表現(xiàn)出較高的異質(zhì)性水平。林場森林景觀斑塊總體密度為3.255 7 個(gè)/km2（表3），斑塊分化程度較高[6]。

表3 大鳳川林場二級景觀要素的異質(zhì)性

3.3.2 斑塊邊緣密度

由表3 知，闊葉林斑塊邊緣密度最大，針葉林次之，非林地最小，表明在大鳳川林區(qū)，闊葉林和針葉林在空間拓展上均表現(xiàn)出較強(qiáng)的勢力，由于面積大，闊葉林斑塊被邊界割裂的程度較其他森林類型要高，在森林群落中處于擴(kuò)張狀態(tài)，闊葉林內(nèi)部要素之間進(jìn)行著更為活躍的物質(zhì)能量交換，森林景觀形態(tài)更為復(fù)雜。與前面分析的闊葉林斑塊分形指數(shù)最大，邊界最復(fù)雜的結(jié)論相吻合。

3.4 大鳳川林場森林景觀的空間分布格局

景觀要素的空間關(guān)系主要有2 種即：同質(zhì)景觀要素之間的空間關(guān)系和異質(zhì)景觀要素之間的空間關(guān)系，本研究用斑塊平均最近距離描述同質(zhì)森林景觀要素之間的關(guān)系，用散布與并列指數(shù)和蔓延度指數(shù)描述和表征大鳳川林場異質(zhì)森林景觀的空間分布特征[7]。

3.4.1 同質(zhì)景觀要素間的空間分布

同類森林景觀要素之間的空間關(guān)系是某一類景觀要素內(nèi)部斑塊之間或者同類景觀要素的不同結(jié)構(gòu)成分之間的空間關(guān)系[3]。由表2 和表4 可知，闊葉林地的斑塊平均最近距離值最小，與之形成鮮明對比的是灌木林地，斑塊平均最近距離值最大，這與其斑塊數(shù)量少、面積小有關(guān)，也突出反映了區(qū)內(nèi)闊葉林面積廣布呈團(tuán)簇狀態(tài)分布，而灌木林斑塊間相隔距離遠(yuǎn)，分布離散。

表4 大鳳川林場二級森林景觀的斑塊平均最近距離

3.4.2 異質(zhì)景觀要素間的空間分布

不同類型景觀要素之間的空間關(guān)系是景觀中不同屬性的景觀要素的結(jié)構(gòu)成分之間的空間關(guān)系。散布與并列指數(shù)是描述景觀空間格局最重要的指標(biāo)之一，是對景觀隔離和斑塊混合狀況的量度，取值范圍0～100，取值100 時(shí)，表明各景觀類型斑塊間比鄰的邊長是相等的，即各斑塊間的比鄰概率是一樣的；當(dāng)相應(yīng)的斑塊類型只與一種其他斑塊類型鄰接或者只有1 個(gè)斑塊類型時(shí)，散布與并列指數(shù)值接近0。它尤其對受到某種自然條件嚴(yán)重制約的生態(tài)系統(tǒng)的分布特征反映顯著。蔓延度指數(shù)描述的是景觀中不同拼塊類型的團(tuán)聚程度或延展趨勢。

表5 大鳳川林場異質(zhì)景觀要素的空間分布特征

由表5 知，大鳳川林場二級森林景觀類型的整體異質(zhì)性表現(xiàn)正常，指數(shù)屬于中等水平，林區(qū)森林景觀的斑塊整體上分布較為均衡[8]。林區(qū)整體蔓延指數(shù)為65.256，屬于中等偏上的水平，說明大鳳川林場森林景觀是由少數(shù)團(tuán)聚狀的大斑塊組成的，森林景觀的整體連接性良好。

4 結(jié)論及討論

大鳳川林場的有林地景觀占突出的地位，對森林景觀功能的發(fā)揮具有絕對優(yōu)勢，其中闊葉林面積10 524.96 hm2，占研究區(qū)面積65%，闊葉林和針葉林的面積高達(dá)95%以上，闊葉林是大鳳川林場主要森林斑塊類型，其他類型斑塊鑲嵌于其中；大鳳川林場森林景觀的空間結(jié)構(gòu)相對簡單，主要是闊葉林和針葉林的空間配置狀況，針葉林分散分布，異質(zhì)性最高，而闊葉林呈團(tuán)簇狀分布；研究區(qū)森林邊界形狀復(fù)雜，景觀格局受人類活動(dòng)的影響不大。

本研究以一期二類調(diào)查數(shù)據(jù)為主要信息源，屬于靜態(tài)分析。而森林景觀格局的形成往往是多個(gè)因素在一定的歷史時(shí)期內(nèi)動(dòng)態(tài)演變形成的，因此有必要再考慮經(jīng)濟(jì)社會(huì)等綜合環(huán)境因子，對大鳳川林區(qū)進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究，以進(jìn)一步探究其森林景觀格局的變化過程。