塔河縣森林景觀格局及其動態(tài)變化研究

李 蓉

(哈爾濱師范大學地理科學院，黑龍江 哈爾濱 150025)

引言

森林作為地球生物圈的主體，是生態(tài)環(huán)境最重要的組成部分，可以保護生態(tài)系統(tǒng)平衡。森林景觀作為森林生態(tài)系統(tǒng)的主體景觀，研究森林景觀狀態(tài)及其動態(tài)變化具有重要的生態(tài)和社會價值。

塔河縣位于大興安嶺地區(qū)，境內(nèi)90.7%的面積被森林覆蓋，礦產(chǎn)資源儲量豐富。隨著塔河縣旅游業(yè)的發(fā)展與開采礦產(chǎn)的影響，塔河縣人類活動范圍日益擴大，木材市場的需求對森林采伐頻率增加。如今影響塔河縣森林景觀的主要原因是人類活動多和政府管控能力不足，導致森林生態(tài)系統(tǒng)功能降低及景觀破碎化加劇，破壞了森林生態(tài)系統(tǒng)的整體性、穩(wěn)定性和多樣性。因此，研究塔河縣森林景觀格局及動態(tài)變化具有非常重要的經(jīng)濟價值和生態(tài)意義，對塔河縣急需解決的可持續(xù)發(fā)展問題提出有效建議。

本研究從多種尺度上選取景觀格局指數(shù)，對大興安嶺塔河縣的景觀格局動態(tài)變化進行了分析，可知當前研究區(qū)森林質(zhì)量好壞，從而為后續(xù)林業(yè)局的經(jīng)營、管理以及規(guī)劃，提供一定的參考。

1 研究區(qū)概況

塔河縣是我國最北部的兩個縣份之一，地處黑龍江省北部，位于北緯52°9′8″～53°20′50″，東經(jīng)123°19′14″～125°49′25″之間，邊境線長173km,總面積為14420km2。境內(nèi)多山地丘陵，地勢總體為西南高，東北低，最高地區(qū)海拔達到約1400m，四季分明，年均氣溫2.4℃，氣溫年較差大，年日照時數(shù)2015～2865h，≥10℃有效積溫1276℃～1969℃。塔河縣水系龐大，水資源豐富，境內(nèi)河流總長度達4654hm。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)預處理

以1998年、2008年和2018年7月份的三個時相，30m分辨率的Landsat TM遙感影像為主要的數(shù)據(jù)源。利用ENVI遙感處理軟件下，將3期TM數(shù)據(jù)進行幾何校正，然后對3期遙感影像數(shù)據(jù)進行處理。

2.2 森林植被的遙感解譯

本文將塔河縣的景觀類型分為針葉林、闊葉林和針闊混交林，耕地、草地、建設用地、水域及未利用地共八類。遙感解譯在區(qū)分林型上具有一定難度，選擇DEM作為輔助數(shù)據(jù)，提取高程與坡度信息，對遙感解譯進行精度校正。最后通過參考谷歌地球歷史影像數(shù)據(jù)(http : / /www. earthol. com)，對景觀分類的結(jié)果進行精度驗證并修改。

2.3 景觀指數(shù)選取

景觀指數(shù)是對景觀格局信息進行高度濃縮的定量反映指標，是現(xiàn)階段最為常用的一種定量研究景觀格局的手段，體現(xiàn)了各類景觀要素的組成和空間分布的特點?；谶b感解譯獲取的森林景觀空間分布數(shù)據(jù)，針對塔河縣景觀格局和斑塊類型的基本特點，運用景觀生態(tài)學理論，通過景觀指數(shù)計算Fragstats軟件，獲取森林景觀空間結(jié)構(gòu)指數(shù)，確定塔河縣森林景觀格局動態(tài)變化特征和規(guī)律。本研究選取以下指數(shù)。

景觀面積指標：總面積(CA)、斑塊數(shù)(NP)、斑塊所占景觀面積比例(PLAND)、最大斑塊指數(shù)(LPI)

景觀聚散性指標：聚集度(AI)、分離度指數(shù)(SPLIT)

景觀多樣性指標：香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)

3 結(jié)果與分析

3.1 過去20年塔河縣景觀格局面積變化

本文主要研究塔河縣的森林景觀格局的變化，但研究區(qū)內(nèi)耕地、建設用地、草地、水域及未利用地作為該研究區(qū)不可缺少的景觀類型，作為重要的組成部分同時分析研究。從圖1～圖3中可見，1998年～2018年，塔河縣森林覆蓋率分別為70.71%、66.57%和67.02%呈現(xiàn)出先減少再逐漸增加的趨勢，其中闊葉林與針闊混交林同總體森林變化趨勢一致，但針葉林面積呈持續(xù)下降趨勢。

圖1 1998年塔河縣景觀格局Fig.1 Landscape Pattern of Tahe County in 1998

圖2 2008年塔河縣景觀格局Fig.2 Landscape Pattern of Tahe County in 2008

圖3 Landscape Pattern of Tahe County in 2018Fig.3 Landscape pattern of Tahe County in 2018

由表1可知，塔河縣在1998～2018年間，草地和耕地斑塊面積大和針葉林為優(yōu)勢景觀，共占塔河縣總面積的85%以上。這種分布特點同時也決定了塔河縣以農(nóng)業(yè)、林業(yè)為主的生產(chǎn)方式。1998～2018年，草地、闊葉林與針闊混交林面積呈為先減少后增加趨勢，耕地面積變化趨勢則是先大量增加后逐漸減少，建設用地的總體面積擴大速度加快。通過表中斑塊景觀指數(shù)可以分析得出，建設用地、水域以及未利用地主要以小面積的形式存在且零散分布。

表1 1998～2018年景觀面積指數(shù)Tab.1 Landscape Area Index from 1998 to 2018

從表2可以看出，1998～2018年間，聚集度(AI)和分離度指數(shù)(SPLIT)是以景觀空間結(jié)構(gòu)的幾何特征為基礎，體現(xiàn)了景觀里不同斑塊類型的破碎化程度或延展趨勢。針葉林的SPLIT指數(shù)呈逐漸增大，說明針葉林分布的距離在逐漸增加，人類活動對塔河縣森林景觀的干擾程度加劇?？傮w森林景觀的AI指數(shù)逐年遞減，表明森林之間內(nèi)部的連接度降低，景觀的破碎程度加劇。上述指數(shù)的變化表明，近年來塔河縣森林景觀聚集度降低、離散度增加，森林景觀的破碎化加劇。

表2 1998～2018年景觀聚散性指數(shù)Tab.2 Landscape Dispersion Index from 1998 to 2018

景觀多樣性指數(shù)(SHDI)和均勻度指數(shù)(SHEI)體現(xiàn)的是研究區(qū)景觀要素的種類多少及各類景觀類型分布的均衡性。

由表3可知，1998～2018年間，香農(nóng)多樣性指數(shù)(DI)從1.26升到1.36，香農(nóng)均勻度指數(shù)也呈現(xiàn)遞增的趨勢，體現(xiàn)了塔河縣景觀類型的多樣性，景觀種類逐年豐富，空間分布也逐漸平衡穩(wěn)定。

表3 1998～2018年景觀多樣性指數(shù)Tab.3 Landscape Diversity Index from 1998 to 2018

3.2 景觀要素的面積轉(zhuǎn)化

選取研究者常用的轉(zhuǎn)移矩陣模型方法，對塔河縣的各類景觀格局之間相互的轉(zhuǎn)移狀況進行分析。在Arc GIS軟件下，利用空間疊加分析功能，求出塔河縣1998～2018年間的景觀要素的面積轉(zhuǎn)移矩陣。

由表4可以得知，1998～2008年之間，塔河縣各景觀要素類型，在大面積的開荒種田及城市化不斷推進的影響下，針葉林，針闊混交林景觀向耕地景觀轉(zhuǎn)化。2008～2018年間由于政府的及時調(diào)控及對林地的保護，耕地有逐漸向草地、林地轉(zhuǎn)化的趨勢。這20年間，不僅人類活動對森林景觀產(chǎn)生巨大的改變，氣候環(huán)境也對森林景觀形成了重大影響。分析表明1998～2018年之間草地逐漸向針闊混交林轉(zhuǎn)化，使得塔河縣森林景觀的面積不斷增加。

表4 1998～2018年森林景觀類型面積轉(zhuǎn)移矩陣Tab.4 Area Transfer Matrix of Forest Landscape Types from 1998 to 2018

4 結(jié)論與討論

本研究運用3S技術(shù)，并聯(lián)系景觀生態(tài)學的方法，分析了1998～2018年的塔河縣森林景觀格局動態(tài)變化特點。經(jīng)研究總結(jié)：塔河縣森林景觀總面積呈先減少再增加的趨勢，以針葉林、耕地和草地為當?shù)貎?yōu)勢景觀。建設用地、未利用地以及水域等景觀要素呈細小補丁狀零散分布在塔河縣內(nèi)。過去20年間研究區(qū)森林面積共減少了854.62km2，耕地開墾占用森林面積約790.96km2，占森林減少面積的92.6%。1998～2008年當?shù)剞r(nóng)牧民大面積開墾農(nóng)田，驅(qū)動針葉林、闊葉林等這類森林景觀面積大幅度減少，且破碎化程度加劇。2008～2018年之間國家和當?shù)卣跋嚓P部門對生態(tài)環(huán)境的重視程度與關注度增加，天然林防護工程、退耕還林還草補助政策等相關治理措施陸續(xù)開展，林區(qū)內(nèi)亂砍濫伐、大面積的開墾農(nóng)田的現(xiàn)象得到及時制止，塔河縣耕地面積趨向平衡且有逐漸減少的趨勢，森林景觀面積增加。

塔河縣人口和經(jīng)濟的增長是導致其森林景觀變化的主要原因之一。在全球氣候變化的影響加之頻繁的人類活動干擾，增強森林保護修復至關重要，均衡區(qū)域森林和農(nóng)業(yè)之間的關系對于生態(tài)質(zhì)量提高和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。