木蘭林場(chǎng)八英莊分場(chǎng)廣發(fā)永營(yíng)林區(qū)森林景觀特征研究

周長(zhǎng)亮，李惠麗

（河北省木蘭圍場(chǎng)國(guó)有林場(chǎng)，河北 圍場(chǎng)068450）

景觀是一種具有異質(zhì)性的地理空間單元，是在一定空間范圍內(nèi)，由不同的生態(tài)系統(tǒng)按某種組織方式組合在一起的空間單元[1]。景觀格局是指景觀的空間結(jié)構(gòu)特征，其中包括景觀組單元的類(lèi)型、數(shù)目和空間分布及配置[2]。景觀格局的變化是受各種自然因素、社會(huì)因素和生物因素的影響[3]。景觀異質(zhì)性是形成不同景觀結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，直接影響資源、物種和干擾在景觀中的分配與傳播，影響景觀的生物多樣性和生產(chǎn)力，對(duì)景觀整體功能及生態(tài)過(guò)程有重要的控制作用[4]。森林景觀是指某一特定區(qū)域里的數(shù)個(gè)異質(zhì)森林群落類(lèi)型構(gòu)成的復(fù)合森林生態(tài)系統(tǒng)，其具有一定的空間分布特性[5]。目前對(duì)于森林景觀格局分析中，主要運(yùn)用的是二級(jí)景觀分類(lèi)方法，一級(jí)為地類(lèi)，二級(jí)為樹(shù)種，對(duì)于林齡分類(lèi)的研究幾乎沒(méi)有[6-10]。

本研究是基于ArcGIS10.0 和Fragstats4.2 軟件，運(yùn)用木蘭林場(chǎng)八英莊分場(chǎng)的林相圖及其二類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)，采用二級(jí)景觀分類(lèi)的方法，一級(jí)為樹(shù)種，二級(jí)為林齡，對(duì)廣發(fā)永作業(yè)區(qū)進(jìn)行景觀分類(lèi)，并對(duì)其進(jìn)行景觀格局指數(shù)的計(jì)算，以期為八英莊分場(chǎng)的森林資源優(yōu)化配置和最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展經(jīng)營(yíng)提供科學(xué)、合理的依據(jù)，并探索以林齡分類(lèi)對(duì)景觀格局研究的意義。

1 研究地概況

研究地位于河北省圍場(chǎng)縣內(nèi)河北省木蘭圍場(chǎng)國(guó)有林場(chǎng)八英莊分場(chǎng)廣發(fā)永作業(yè)區(qū)，地理坐標(biāo)為北緯41°56′～42°15′，東經(jīng)117°44′～118°9′。該區(qū)域位于河北省最北部，北接內(nèi)蒙古沙地，南連承德、北京，屬于典型的冀北山地，該區(qū)域總體來(lái)看，從西北到東南海拔逐漸降低，范圍在1010～1600m；該區(qū)域土壤主要分為7 大類(lèi)，包括棕壤、褐土、風(fēng)砂土、沼澤土、灰色森林土；圍場(chǎng)縣內(nèi)的主要河流為灤河，分流主要有伊遜河、伊瑪圖河和小灤河；主要植被類(lèi)型是落葉闊葉林、針闊混交林和草原草甸，主要喬木樹(shù)種有白樺（Betula platyphylla）、油松（Pinus tabulae）、華北落葉松（Larix principis-rupprechti）、山楊（Pobulus davidiana）、蒙古櫟（Quercus mongolica）、五角楓（Acermono Maxim）。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集與處理

首先收集木蘭林場(chǎng)八英莊分場(chǎng)的地形圖、等高線數(shù)據(jù)、遙感圖像及二類(lèi)小班調(diào)查數(shù)據(jù)。第二步根據(jù)遙感圖像對(duì)研究地塊進(jìn)行樹(shù)種的確定和同種樹(shù)種不同林齡的確定，并將林分邊界分劃清楚。第三運(yùn)用ArcGis10.0 將研究區(qū)景觀各斑塊多邊形及屬性表提取入庫(kù)，再進(jìn)行分類(lèi)，形成拓?fù)潢P(guān)系，將相鄰的同類(lèi)斑塊小班進(jìn)行合并，分別建立研究區(qū)一級(jí)景觀分類(lèi)和二級(jí)景觀分類(lèi)矢量圖。最后將矢量圖轉(zhuǎn)化為柵格格式，并運(yùn)用Fragstats4.2，選取相關(guān)景觀格局指標(biāo)進(jìn)行分析。

2.2 森林景觀類(lèi)型劃分

本次研究是根據(jù)林分樹(shù)種類(lèi)型和林分林齡進(jìn)行二級(jí)景觀分類(lèi)。其中根據(jù)樹(shù)種類(lèi)型進(jìn)行一級(jí)景觀分類(lèi)，劃分為落葉松林、油松林、樟子松林、山杏林、疏林地、荒山、水域共7 種類(lèi)型；根據(jù)林齡進(jìn)行二級(jí)景觀分類(lèi)，劃分為落葉松幼齡林、落葉松中齡林、落葉松近熟林、油松中齡林、油松近熟林、油松成熟林、樟子松近熟林、山杏中齡林、疏林地、荒山、水域共11 種類(lèi)型。

2.3 景觀格局指數(shù)的選擇

根據(jù)大量的研究和文獻(xiàn)的閱讀，發(fā)現(xiàn)在森林景觀格局指數(shù)的選擇上，研究者們已經(jīng)有了較規(guī)范明確的研究，本研究根據(jù)各學(xué)者的研究成果選取了12種指標(biāo)，包括類(lèi)型斑塊數(shù)（NP）、斑塊類(lèi)型面積（CA）、面積百分比（PLAND）、斑塊形狀指數(shù)、分維數(shù)（Fd）、斑塊密度（PD）、邊緣密度（ED）、破碎度（SPLIT）、優(yōu)勢(shì)度（D）、多樣性指數(shù)（SDI）、均勻度（SEI）。

3 結(jié)果分析

3.1 景觀類(lèi)型劃分

在ArcGis10.0 的基礎(chǔ)上，利用八英莊分場(chǎng)的地形圖、等高線數(shù)據(jù)、遙感影像以及二類(lèi)小班調(diào)查數(shù)據(jù)，建立八英莊分場(chǎng)研究區(qū)的二級(jí)景觀分類(lèi)圖，見(jiàn)圖1 和圖2。

3.2 森林景觀面積特征分析

3.2.1 一級(jí)分類(lèi)的森林景觀面積特征分析 由表1可看出：在一級(jí)景觀分類(lèi)中，斑塊類(lèi)型共分為7 種，斑塊總數(shù)為66 塊，其中荒山斑塊最多為38 塊，斑塊數(shù)量排序?yàn)椋夯纳?落葉松林/油松林>疏林地>樟子松林/山杏林/水域。研究區(qū)總面積為670.48hm2。各斑塊類(lèi)型面積排序?yàn)椋郝淙~松林>油松林>荒山>疏林地>樟子松林>水域>山杏林。其中落葉松林斑塊占總面積的百分比最大為54.17%，山杏林斑塊占總面積的百分比最小為0.47%。綜上分析，該區(qū)域的主導(dǎo)森林景觀的斑塊為落葉松林斑塊，表明該景觀類(lèi)型對(duì)于整個(gè)景觀的能量、信息交換與流動(dòng)起著重大的支配作用，在整個(gè)景觀中的貢獻(xiàn)率也最大，而山杏林的貢獻(xiàn)最小。

表1 一級(jí)景觀要素面積特征

3.2.2 二級(jí)分類(lèi)的森林景觀面積特征分析 由表2可以看出：二級(jí)景觀劃分斑塊類(lèi)型分為11 種，總斑塊數(shù)為86 塊，各斑塊類(lèi)型斑塊數(shù)排序?yàn)椋夯纳?落葉松近熟林>落葉松中齡林>油松近熟林>落葉松幼齡林>油松中齡林/疏林地>油松成熟林/樟子松近熟林/山杏中齡林/水域。各斑塊類(lèi)型面積排序?yàn)椋郝淙~松近熟林>油松近熟林>荒山>落葉松中齡林>油松成熟林>疏林地>油松中齡林>落葉松幼齡林>樟子松近熟林>水域>山杏中齡林。斑塊面積平均值為73.29hm2。各類(lèi)型斑塊面積占總面積的比例排序?yàn)椋郝淙~松近熟林>油松近熟林>荒山>落葉松中齡林>油松成熟林>油松中齡林>疏林地>落葉松幼齡林>樟子松近熟林>水域>山杏中齡林。其中落葉松近熟林和油松近熟林面積總和占研究區(qū)總面積的65.35%，因此落葉松近熟林和油松近熟林是該區(qū)域的主導(dǎo)景觀類(lèi)型，兩種景觀類(lèi)型對(duì)于整個(gè)景觀的能量、信息交換與流動(dòng)起著重大的支配作用，在整個(gè)景觀中的貢獻(xiàn)率也最大，而山杏中齡林的貢獻(xiàn)最小。

3.3 森林景觀周長(zhǎng)特征分析

3.3.1 一級(jí)分類(lèi)的森林景觀周長(zhǎng)特征分析 從表3中可以看出：研究區(qū)一級(jí)景觀分類(lèi)中斑塊總周長(zhǎng)為131974.62m，其中周長(zhǎng)最大的斑塊為落葉松林，周長(zhǎng)為48303.00m，各斑塊類(lèi)型周長(zhǎng)排序?yàn)槁淙~松林>荒山>油松林>水域>疏林地>樟子松林>山杏林。其中落葉松林斑塊占研究區(qū)域總周長(zhǎng)比例最大為36.6%，占總周長(zhǎng)最小的斑塊類(lèi)型為山杏林斑塊。這表明落葉松林能進(jìn)行更多的能量交換和信息傳遞，對(duì)整個(gè)景觀的貢獻(xiàn)率最大，而山杏林的貢獻(xiàn)率最低。

表2 二級(jí)景觀要素面積特征

表3 一級(jí)景觀要素周長(zhǎng)特征

3.3.2 二級(jí)分類(lèi)的森林景觀周長(zhǎng)特征分析 由表4可以看出：該區(qū)域二級(jí)景觀分類(lèi)中，各斑塊周長(zhǎng)總和為200651.01m，標(biāo)準(zhǔn)差為13994.18。其中各斑塊類(lèi)型周長(zhǎng)排序?yàn)椋河退芍旋g林>荒山>落葉松近熟林>油松近熟林>落葉松中齡林>水域>落葉松幼齡林>疏林地>油松成熟林>樟子松近熟林>山杏中齡林。各斑塊類(lèi)型周長(zhǎng)占總周長(zhǎng)比例最大的為油松中齡林，比例最小的為山杏中齡林。這表明油松中齡林能進(jìn)行更多的能量交換和信息傳遞，對(duì)整個(gè)景觀的貢獻(xiàn)率最大，而山杏中齡林的貢獻(xiàn)率最低。

3.4 森林景觀斑塊形狀分析

3.4.1 一級(jí)分類(lèi)斑塊形狀分析 由表5 可以得知：在研究區(qū)一級(jí)景觀分類(lèi)中，斑塊形狀指數(shù)最大的斑塊類(lèi)型為落葉松林2.14，斑塊形狀指數(shù)最小的為山杏林1.37，分析數(shù)據(jù)中可知：落葉松林斑塊形狀較為復(fù)雜，景觀類(lèi)型分布較廣，而山杏林斑塊形狀較簡(jiǎn)單，分布較狹窄。各斑塊類(lèi)型分維數(shù)最大的為荒山，最小的為山杏林，可見(jiàn)荒山斑塊形狀較復(fù)雜，受人為干預(yù)較小，而山杏林斑塊形狀較為規(guī)律，受外界的干擾程度較大。綜合斑塊形狀指數(shù)和分維數(shù)，可以看出落葉松林和荒山斑塊形狀較為復(fù)雜，山杏林斑塊形狀較為簡(jiǎn)單、有規(guī)律，接近于圓形。

表4 二級(jí)景觀要素周長(zhǎng)特征

表5 一級(jí)景觀分類(lèi)斑塊形狀特征指數(shù)

3.4.2 二級(jí)分類(lèi)斑塊形狀分析 由表6 中可以看出：各類(lèi)斑塊形狀指數(shù)最大的為油松成熟林，最小的為山杏中齡林，說(shuō)明油松成熟林的斑塊形狀較為復(fù)雜，景觀類(lèi)型分布較廣，山杏中齡林的斑塊形狀較為簡(jiǎn)單、規(guī)律，在整個(gè)景觀中分布較狹窄。從斑塊分維數(shù)看，荒山、油松成熟林分維數(shù)最大，山杏中齡林分維數(shù)最小。由各類(lèi)斑塊分維數(shù)排序可知，荒山和油松成熟林斑塊形狀較為復(fù)雜，山杏中齡林斑塊形狀較為簡(jiǎn)單，有規(guī)律，受外界干擾較大。綜合分析各斑塊類(lèi)型斑塊形狀指數(shù)和分維數(shù)可知：油松成熟林斑塊形狀復(fù)雜，山杏中齡林斑塊形狀較簡(jiǎn)單，邊緣形狀較有規(guī)律。

表6 二級(jí)景觀分類(lèi)斑塊形狀特征指數(shù)

3.5 斑塊水平異質(zhì)性分析

3.5.1 一級(jí)分類(lèi)森林景觀斑塊水平異質(zhì)性分析 斑塊密度是指某類(lèi)型斑塊數(shù)與景觀總面積的比值，斑塊密度越大，該斑塊類(lèi)型在景觀中分布越廣影響越大。由表7 可以看出：在一級(jí)景觀分類(lèi)中，各類(lèi)斑塊類(lèi)型中，荒山斑塊密度最大為0.0567；水域、樟子松林、山杏林斑塊密度最小為0.0015；說(shuō)明在此研究區(qū)，荒山斑塊在該區(qū)域的分布較廣，影響較大；水域、樟子松林、山杏林斑塊分布較少，影響較小。

表7 一級(jí)景觀分類(lèi)斑塊水平異質(zhì)性

邊緣密度反映景觀中異質(zhì)斑塊的復(fù)雜程度。邊緣密度越大，說(shuō)明該斑塊有較強(qiáng)的邊緣效應(yīng)。由表7可知：落葉松林的斑塊邊緣密度最大為87.86，樟子松和山杏林邊緣密度最小為1.8。因此落葉松林斑塊類(lèi)型的邊緣效應(yīng)較強(qiáng)，而山杏林、樟子松林斑塊的邊緣效應(yīng)較弱。

景觀破碎度是景觀類(lèi)型的斑塊數(shù)與該景觀類(lèi)型的面積的比值，反映景觀類(lèi)型斑塊被分割的破碎程度。從表7 中可知：各斑塊類(lèi)型的破碎度排序?yàn)槭枇值?荒山>山杏林>水域>樟子松林>油松林>落葉松林。說(shuō)明疏林地斑塊的破碎程度最高，斑塊小且較分散，異質(zhì)性較大，而落葉松林斑塊的破碎程度最低，斑塊大且分布密集，異質(zhì)性較小。

優(yōu)勢(shì)度指數(shù)是來(lái)描述某景觀對(duì)區(qū)域內(nèi)整體景觀的控制作用，景觀優(yōu)勢(shì)度越大，表明該景觀對(duì)整體景觀的控制程度越大。從表7 中可知：各斑塊類(lèi)型的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)排序?yàn)椋夯纳?落葉松林>油松林>疏林地>樟子松林>水域>山杏林，說(shuō)明荒山斑塊對(duì)該區(qū)域景觀的控制程度最大，而山杏林斑塊對(duì)該區(qū)域的景觀控制程度最低。

3.5.2 二級(jí)分類(lèi)森林景觀斑塊水平異質(zhì)性分析 由表8 可知：在二級(jí)景觀分類(lèi)劃分中，各類(lèi)型斑塊密度最大的為荒山0.0567，斑塊密度最小的斑塊類(lèi)型為油松成熟林、樟子松近熟林、山杏中齡林和水域，這說(shuō)明在該區(qū)域，荒山分布較廣，影響較大，而油松成熟林、樟子松近熟林、山杏中齡林和水域?qū)坝^影響較小，分布較少。各斑塊類(lèi)型邊緣密度排序?yàn)椋夯纳?落葉松近熟林>油松近熟林>落葉松中齡林>水域>落葉松幼齡林>油松中齡林>疏林地>油松成熟林>樟子松近熟林>山杏中齡林。這說(shuō)明邊緣效應(yīng)最大的為荒山斑塊，邊緣效應(yīng)最小的為山杏中齡林。從破碎度上看，破碎度最高的為落葉松幼齡林0.7979，破碎度最低的為落葉松近熟林0.0544。這說(shuō)明落葉松幼齡林斑塊小且較分散，異質(zhì)性較高；落葉松近熟林斑塊大，分布較集中，異質(zhì)性較低。從斑塊優(yōu)勢(shì)度看，各斑塊類(lèi)型優(yōu)勢(shì)度排序?yàn)榛纳?落葉松近熟林>油松近熟林>落葉松中齡林>落葉松幼齡林>油松中齡林/疏林地>油松成熟林>樟子松近熟林>水域>山杏中齡林，這說(shuō)明在整個(gè)景觀中，對(duì)景觀掌控力度最大的為荒山，掌控力度最小的為山杏中齡林。

表8 二級(jí)景觀分類(lèi)斑塊水平異質(zhì)性

3.6 景觀水平異質(zhì)性分析

森林景觀多樣性指數(shù)是指景觀斑塊類(lèi)型的豐富度和各景觀類(lèi)型的均勻度，景觀斑塊類(lèi)型越多，各景觀斑塊類(lèi)型所占的比例越均勻。

散布與并列指數(shù)是對(duì)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。

由表9 可知：一級(jí)景觀分類(lèi)的景觀多樣性指數(shù)為1.1，最大多樣性指數(shù)為1.83，相差較大。均勻度為0.6，距離1 還相差甚遠(yuǎn)，因此一級(jí)景觀分類(lèi)斑塊分布較不平衡。一級(jí)景觀分類(lèi)散布與并列指數(shù)為43.41，較100 相差較大，說(shuō)明一級(jí)景觀分類(lèi)中，各類(lèi)型斑塊與其他斑塊不銜接，斑塊分布較分散。

二級(jí)景觀分類(lèi)中，景觀多樣性指數(shù)為1.53，較一級(jí)景觀分類(lèi)增大，最大多樣性指數(shù)為2.1，兩者相差較一級(jí)景觀??；景觀均勻度指數(shù)為0.73，較接近1，說(shuō)明二級(jí)景觀分類(lèi)較一級(jí)景觀分類(lèi)，斑塊分布較均衡；二級(jí)景觀分類(lèi)中，散布于并列指數(shù)為51.59，較一級(jí)景觀分類(lèi)有所提高，說(shuō)明二級(jí)景觀各斑塊類(lèi)型與其他類(lèi)型斑塊相連接。

表9 景觀水平異質(zhì)性

4 結(jié)論

（1）運(yùn)用ArcGis10.0 將研究區(qū)景觀各斑塊多邊形及屬性表提取入庫(kù)，建立研究區(qū)一級(jí)景觀分類(lèi)和二級(jí)景觀分類(lèi)圖。

（2）在一級(jí)景觀分類(lèi)中，斑塊類(lèi)型共分為7 種，斑塊總數(shù)為66 塊，研究區(qū)總面積為670.48hm2，該區(qū)域的主導(dǎo)森林景觀的斑塊為落葉松林斑塊；斑塊總周長(zhǎng)為131974.62m，周長(zhǎng)最大的為落葉松林，這表明落葉松林能進(jìn)行更多的能量交換和信息傳遞，對(duì)整個(gè)景觀的貢獻(xiàn)率最大；斑塊形狀指數(shù)最大為落葉松林2.14，因此落葉松林斑塊形狀較為復(fù)雜，景觀類(lèi)型分布較廣。各斑塊類(lèi)型分維數(shù)最大的為荒山，因此可知，荒山斑塊形狀較復(fù)雜，受人為干預(yù)較小。綜合斑塊形狀指數(shù)和分維數(shù)，可以看出落葉松林和荒山斑塊形狀較為復(fù)雜，山杏林斑塊形狀較為簡(jiǎn)單、有規(guī)律，接近于圓形?；纳桨邏K密度最大，為0.0567，說(shuō)明在此研究區(qū)，荒山斑塊在該區(qū)域的分布較廣，影響較大；落葉松林的斑塊邊緣密度最大為87.86，因此落葉松林斑塊類(lèi)型的邊緣效應(yīng)較強(qiáng)；各斑塊類(lèi)型的破碎度排序?yàn)槭枇值?荒山>山杏林>水域>樟子松林>油松林>落葉松林，說(shuō)明疏林地斑塊的破碎程度最高，斑塊小且較分散，異質(zhì)性較大；各斑塊類(lèi)型的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)排序?yàn)椋夯纳?落葉松林>油松林>疏林地>樟子松林>水域>山杏林，說(shuō)明荒山斑塊對(duì)該區(qū)域景觀的控制程度最大。

（3）二級(jí)景觀劃分斑塊類(lèi)型分為11 種，各類(lèi)型斑塊面積占總面積的比例最大為落葉松近熟林和油松近熟林。落葉松近熟林和油松近熟林是該區(qū)域的主導(dǎo)景觀類(lèi)型。各斑塊類(lèi)型周長(zhǎng)占總周長(zhǎng)比例最大為油松中齡林，這表明油松中齡林對(duì)整個(gè)景觀的貢獻(xiàn)率最大。斑塊形狀指數(shù)最大的為油松成熟林，說(shuō)明油松成熟林的斑塊形狀較為復(fù)雜，景觀類(lèi)型分布較廣。從斑塊分維數(shù)看，荒山、油松成熟林分維數(shù)最大，可見(jiàn)荒山和油松成熟林斑塊形狀較為復(fù)雜，受外界干擾較小。綜合分析各斑塊類(lèi)型斑塊形狀指數(shù)和分維數(shù)，可見(jiàn)油松成熟林斑塊形狀復(fù)雜，山杏中齡林斑塊形狀較簡(jiǎn)單，邊緣形狀較有規(guī)律。各類(lèi)型斑塊密度最大的為荒山0.0567，這說(shuō)明荒山分布較廣，影響較大；各斑塊類(lèi)型邊緣密最大為荒山，這說(shuō)明邊緣效應(yīng)最大的為荒山斑塊；破碎度最高的為落葉松幼齡林，說(shuō)明落葉松幼齡林斑塊小且較分散，異質(zhì)性較高；各斑塊類(lèi)型優(yōu)勢(shì)度最大為荒山，說(shuō)明在整個(gè)景觀中，對(duì)景觀掌控力度最大的為荒山。

（4）一級(jí)景觀分類(lèi)的景觀多樣性指數(shù)為1.1，最大多樣性指數(shù)為1.83，相差較大。均勻度為0.6，距離1 還相差甚遠(yuǎn)，因此一級(jí)景觀分類(lèi)斑塊分布較不平衡。一級(jí)景觀分類(lèi)散布與并列指數(shù)為43.41，較100 相差較大，說(shuō)明一級(jí)景觀分類(lèi)中，各類(lèi)型斑塊與其他斑塊不銜接，斑塊分布較分散；二級(jí)景觀分類(lèi)中，景觀多樣性指數(shù)為1.53，較一級(jí)景觀分類(lèi)增大，最大多樣性指數(shù)為2.1，兩者相差較一級(jí)景觀??；景觀均勻度指數(shù)為0.73，較接近1，說(shuō)明二級(jí)景觀分類(lèi)較一級(jí)景觀分類(lèi)，斑塊分布較均衡；二級(jí)景觀分類(lèi)中，散布于并列指數(shù)為51.59，較一級(jí)景觀分類(lèi)有所提高，說(shuō)明二級(jí)景觀各斑塊類(lèi)型與其他類(lèi)型斑塊相連接。