基于二類調(diào)查數(shù)據(jù)的大興區(qū)景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析

何素梅，賈建學(xué)

（1.國家林業(yè)和草原局管理干部學(xué)院，北京 102600；2.北京市大興區(qū)林業(yè)工作站，北京 102600）

景觀生態(tài)學(xué)的不斷發(fā)展進(jìn)步促進(jìn)了景觀空間格局分析方法在城市區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)監(jiān)測和評價(jià)方面的廣泛應(yīng)用[1]。文章運(yùn)用作為景觀生態(tài)學(xué)基本研究內(nèi)容的景觀格局指數(shù)分析方法，從宏觀尺度上對大興區(qū)2014年和2019 年景觀組分空間分布及動(dòng)態(tài)變化特征進(jìn)行定量分析，旨在為合理利用土地資源，優(yōu)化景觀規(guī)劃布局，健全北京市域綠色空間體系提供依據(jù)[2]。

1 研究區(qū)概況

大興區(qū)地處北京市南部郊區(qū)，位于東經(jīng)116°14′～116°43′，北緯39°26′～39°50′，東臨通州區(qū)，西以永定河與房山區(qū)相隔為鄰，南臨河北固安等市縣，北接豐臺、朝陽區(qū)，總面積約103 632.15 hm2。全境為平原，西北高、東南低，海拔高度在5～50 m。境內(nèi)主要有永定河、涼水河、大龍河、小龍河、天堂河和新鳳河6條主要河道。其中涼水河、永定河為過境河，其他為境內(nèi)河。全區(qū)水資源匱乏，是北京市嚴(yán)重缺水地區(qū)。大興區(qū)氣候?qū)倥瘻貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季涼爽舒適，冬季寒冷干燥；年平均降水量568.9 mm，6～8月降水占全年降水量的65%左右；年平均氣溫11.5 ℃；無霜期209 d；土壤類型多為沙壤土，pH值為8.8～9.1，土壤有機(jī)質(zhì)含量低，一般為0.06%～0.40%[3-5]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

收集研究區(qū)內(nèi)2014 年與2019年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)成果，具體矢量數(shù)據(jù)來源于大興區(qū)林業(yè)工作站。借助ArcGis10.2 將矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，導(dǎo)入到Fragstats4.2 軟件提取斑塊數(shù)量、面積、密度等信息，并將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入Excel表中進(jìn)行分析。

2.2 景觀類型

根據(jù)研究區(qū)土地利用類型特點(diǎn)，將其主要?jiǎng)澐譃獒樔~林地、闊葉林地、混交林地、灌木林地、疏林地、苗圃地、未成林地、其他林地、非林地等9種景觀類型，各景觀類型空間分布見圖1。

圖1 大興區(qū)2014年與2019年景觀類型空間分布圖

2.3 景觀指數(shù)的選擇

景觀指數(shù)可以表征景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面的特征[6]。根據(jù)指數(shù)之間的關(guān)聯(lián)度大小，以選取最能反映景觀格局狀況和生態(tài)環(huán)境主要特征的指數(shù)作為評價(jià)因子為原則[7]，文章從斑塊類型水平和景觀水平兩個(gè)尺度上選取了相關(guān)指數(shù)進(jìn)行景觀格局動(dòng)態(tài)變化分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀類型特征分析

景觀類型面積的大小，決定了它與其他景觀類型之間物種生物多樣性、能量周轉(zhuǎn)率等信息的差異，影響著斑塊內(nèi)部和斑塊之間的物質(zhì)能量交換及穩(wěn)定性[8]。由表1可知，兩期非林地面積百分比分別為72.31 %、62.45 %，占比最大。2014—2019 年期間，森林景觀面積增加，由非林地轉(zhuǎn)出為主（共轉(zhuǎn)出10 216.02 hm2），以轉(zhuǎn)入至闊葉林地、針葉林地、苗圃地、混交林地為主（共轉(zhuǎn)入10 112.99 hm2）；森林景觀類型中以闊葉林地面積占比為主：2014 年，闊葉林地面積占區(qū)域總面積的18.54%，到2019年，闊葉林地面積增加3 373.51 hm2（增幅17.55%），占區(qū)域總面積的21.80%；另外，針葉林地、苗圃地、混交林地面積分別增加2 875.97 hm2（增幅1497.59 %）、2 040.93 hm2（增幅82.15 %）、1 822.59 hm2（增幅29.73%）。通過以上分析可知，非林地是研究區(qū)內(nèi)景觀主體類型，闊葉林地是研究時(shí)段內(nèi)主導(dǎo)森林景觀類型。大興區(qū)作為北京平原造林項(xiàng)目重點(diǎn)實(shí)施區(qū)縣之一，利用非林地開展平原造林，研究期內(nèi)森林覆蓋率增加，森林整體面積呈上升狀態(tài)。

表1 大興區(qū)景觀類型特征指數(shù)變化表

研究時(shí)段內(nèi)，各景觀類型斑塊數(shù)表現(xiàn)為顯著增加，其中針葉林地增加數(shù)量最多，增加3 439 塊；闊葉林地、混交林地、非林地、其他林地增加數(shù)量分別為2 071 塊、1 307 塊、1 075 塊、1 018 塊。另外，2014—2019年期間，各景觀類型斑塊MPS值均表現(xiàn)為較大幅度減小，并且其值大小差別較大，這說明各景觀類型在研究區(qū)域內(nèi)的分布有顯著差異。2014年MPS值非林地＞混交林地＞其他林地＞闊葉林地＞苗圃地＞未成林地＞疏林地＞灌木林地＞針葉林地，2019 年MPS 值非林地＞闊葉林地＞苗圃地＞混交林地＞未成林地＞疏林地＞針葉林地＞灌木林地＞其他林地，非林地MPS 值變化最大，其他林地MPS 值變?yōu)樽钚　?/p>

3.2 斑塊類型水平上景觀格局動(dòng)態(tài)變化

斑塊密度(PD)是指在景觀整體范圍單位面積內(nèi)擁有的斑塊個(gè)數(shù)。它和斑塊數(shù)量一樣，是體現(xiàn)景觀破碎程度和空間異質(zhì)性的基礎(chǔ)指標(biāo)。邊緣密度(ED)可以描述各景觀類型被分割的程度和景觀整體的復(fù)雜程度。通常，隨著ED數(shù)值增大，斑塊類型破碎度升高；反之，ED 數(shù)值的減少則說明斑塊類型連通性和完整性得到增強(qiáng)。最大斑塊指數(shù)(LPI)值的大小決定了景觀中的優(yōu)勢種、內(nèi)部種的豐度等生態(tài)特征，可以從側(cè)面描述景觀類型破碎化程度[9]。由表2可以看出，闊葉林PD、ED、LPI 三個(gè)指數(shù)變化明顯，這是由于研究時(shí)段內(nèi)闊葉林地面積變化較大，當(dāng)?shù)亻熑~林地樹種組成較復(fù)雜，研究期內(nèi)受小班調(diào)查技術(shù)變化影響等因素造成的，從而最終表現(xiàn)為破碎度變化明顯。同時(shí)，在森林景觀類型中，闊葉林的LPI值最高，說明闊葉林地有著明顯的生態(tài)物種優(yōu)勢，相較于其他森林景觀類型，其內(nèi)部物種的豐富度要高。未成林地LPI 值變化最小，說明研究時(shí)段內(nèi)只是做過邊界整理，破碎度沒有明顯變化。

形狀指數(shù)（LSI）反映景觀形狀的復(fù)雜程度，對不同景觀類型斑塊或整體景觀的生態(tài)情況和邊緣情況均能夠體現(xiàn)。同樣，分維數(shù)（PAFRAC）也可用于分析景觀類型的復(fù)雜程度，其值一般處于1～2 之間。PAFRAC值越接近1，表明該類型斑塊越易受干擾，形狀越接近規(guī)則、簡單；PAFRAC 值越接近2，則表明該斑塊類型受外界干擾程度越小，斑塊形狀也越復(fù)雜[10]。由表2 可以看出，兩期景觀分維數(shù)值多集中于1.1～1.3 之間，接近于1，表明景觀斑塊受干擾程度較大，斑塊形狀簡單。研究期間，兩期苗圃地PAFRAC 值最小，分別為1.102、1.128，說明苗圃地是人工種植培育，受人為干擾大，形狀最簡單規(guī)律。另外，非林地各指數(shù)值也相對較小，也是因?yàn)榻ㄔO(shè)用地和農(nóng)地等非林地邊界多選擇人為修建成光滑平整的規(guī)則形狀。最后，由研究時(shí)段內(nèi)各景觀類型形狀指數(shù)值和分維數(shù)值變化趨勢均表現(xiàn)為增加來看，說明各景觀類型形狀正由簡單逐漸變得復(fù)雜和不規(guī)則。

表2 大興區(qū)斑塊類型水平景觀格局指數(shù)變化表

散布與并列指數(shù)(IJI)可以描述不同類型景觀要素的空間分布關(guān)系。它的值越高，則表明該景觀類型周邊與其相鄰的景觀類型要素越多。研究區(qū)2014—2019 年期間，斑塊類型水平上除針葉林地外，其他各景觀類型IJI 值均變大，說明各景觀類型之間交叉分布的機(jī)率增高，空間關(guān)系向復(fù)雜化發(fā)展。其中，苗圃地IJI值變化為最小，為45.678，說明苗圃地與其他斑塊類型鄰接機(jī)率最小，這也正與前述其形狀最規(guī)則簡單結(jié)論相互印證。

聚集度指數(shù)(AI)、相似鄰接比(PLADJ)表征景觀斑塊的聚散度。AI 反映不同景觀類型斑塊的聚集程度，其數(shù)值越大表明其聚集度越高，數(shù)值越小則表明越分散。相似鄰接比(PLADJ)則描述了景觀類型的分散程度，其值越小，表明其景觀類型越分散。研究時(shí)段內(nèi)，斑塊類型水平上各景觀類型斑塊PLADJ 值、AI 值均表現(xiàn)為減少，說明各景觀聚集度降低。苗圃地AI 值、PLADJ 值變化最小，在森林景觀類型中兩期數(shù)值均最大，說明其斑塊相對集中規(guī)則，聚集度最高，與前述結(jié)論互證。

3.3 景觀類型水平上景觀格局動(dòng)態(tài)變化

斑塊數(shù)量、斑塊密度和邊緣密度三者具有相同的變化趨勢，一般來說，三者指數(shù)數(shù)值與景觀類型的破碎、割裂程度及異質(zhì)性均呈正相關(guān)。由表3 可以看出，2014 年、2019 年區(qū)域景觀內(nèi)斑塊總數(shù)NP 值、斑塊密度PD值、邊緣密度ED值從2014年的5 149、4.970、69.870 增 加 到2019 年 的14 771、14.263、111.321，均表現(xiàn)為大幅度增加；同時(shí)，區(qū)域最大斑塊指數(shù)從整體來看表現(xiàn)為有所減小。這說明景觀整體破碎度、空間異質(zhì)性變高，各斑塊間相互隔離性增強(qiáng)，斑塊分布變得具有分散性。造成以上情況的原因，主要是由于景觀面積的相互轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)入，二類調(diào)查數(shù)據(jù)時(shí)由于森林樹種統(tǒng)計(jì)方法的選擇，造成斑塊被人為割裂程度加大，導(dǎo)致整體景觀水平上和斑塊類型水平上破碎化程度均表現(xiàn)為增大。

研究區(qū)域2014—2019年景觀水平形狀指數(shù)LSI值、分維數(shù)PAFRAC 值變化均表現(xiàn)為增大，這說明從整體上來看，景觀邊界和復(fù)雜程度增加，景觀斑塊的鑲嵌具有較強(qiáng)的不規(guī)則趨勢，斑塊形狀趨于復(fù)雜化，生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定性發(fā)展。研究區(qū)2014—2019年期間，景觀整體水平上IJI 值增大，說明各斑塊類型彼此間比鄰的邊長均勻程度加大，空間關(guān)系呈復(fù)雜化；由表2、表3 可以看出，研究期內(nèi)，兩個(gè)水平上的相似鄰接比和聚集度指數(shù)均比較高，這說明各斑塊類型自然銜接度較高，連通性較好。但同時(shí)可知，景觀水平上PLADJ 值、AI 值又共同表現(xiàn)為輕微減少，這說明景觀整體的聚集度有所降低，分散度有所變大，連通性有所變差，景觀破碎度增大。

香農(nóng)多樣性景觀指數(shù)SHDI 在生態(tài)學(xué)中被廣泛應(yīng)用。它能分析比較不同景觀或同一景觀不同時(shí)期多樣性及異質(zhì)性的變化。同時(shí)，它與其他多樣性指數(shù)不同之處在于具有放大和強(qiáng)調(diào)非均勻分布的稀有景觀斑塊類型的作用和貢獻(xiàn)。通常，景觀結(jié)構(gòu)組成的復(fù)雜性隨著SHDI 值的增大而增加。香農(nóng)均勻度指數(shù)SHEI 能夠反映各景觀類型面積分布的均勻性，是比較區(qū)域內(nèi)同一景觀類型不同時(shí)期多樣性變化或不同景觀類型多樣性變化的一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)其值趨近于1 時(shí)，說明景觀中沒有明顯的優(yōu)勢類型，景觀斑塊分布的均勻度趨于最大。

從表3可以看出，2014—2019年，景觀豐富度和豐富度密度未發(fā)生變化，多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均表現(xiàn)為增加，分別從2014 年的0.855、0.389 增加到2019年的1.108、0.504。這說明研究區(qū)域整體景觀多樣性、均勻度水平的升高和景觀類型豐富度無關(guān)。均勻度的增加意味著優(yōu)勢度的減少，即表明景觀優(yōu)勢組分非林地斑塊面積由于大量轉(zhuǎn)出導(dǎo)致了其對整體景觀的控制作用減弱，而其他斑塊面積相應(yīng)增加，其影響作用有所上升所造成的?？傊?，景觀多樣性、均勻度的升高說明土地利用變得更為豐富，景觀斑塊分布向均勻化發(fā)展，景觀整體布局向合理化趨勢進(jìn)行[11]。

表3 大興區(qū)景觀類型水平景觀格局指數(shù)變化表

4 討論

本研究結(jié)果表明，在研究期內(nèi)森林景觀面積增加，且一直由闊葉林地占主導(dǎo)優(yōu)勢。綜合而言，整體景觀破碎化程度、空間異質(zhì)性有變高趨勢。森林總面積的增加可促進(jìn)本區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)向好發(fā)展，但景觀的破碎化會阻礙斑塊之間的生態(tài)功能，降低生態(tài)系統(tǒng)的抗壓能力。因此，為減少破碎化趨勢，提高景觀穩(wěn)定性和生產(chǎn)力，加強(qiáng)自然景觀的連接度與完整度[12]，可適當(dāng)整合不連通的相近林地斑塊，填充研究區(qū)域內(nèi)非林地、閑散空地，形成大尺度、集中連片的森林基底，營造近自然森林群落結(jié)構(gòu)[13-14]。

研究區(qū)研究時(shí)段內(nèi)景觀邊界及復(fù)雜程度增加、斑塊形狀復(fù)雜化，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定化。各景觀類型之間交叉分布機(jī)率增高，空間關(guān)系逐漸復(fù)雜化，景觀的聚集度有所降低，分散度有所變大，連接性有所變差。在未來的景觀改造中，可根據(jù)不同區(qū)域景觀主導(dǎo)功能的差異，因地制宜，合理改善景觀空間布局，以發(fā)揮最佳效益與功能。從整體來說，區(qū)域景觀趨于多樣性、均勻化。為了區(qū)域景觀生態(tài)平衡和穩(wěn)定協(xié)調(diào)性，在未來的規(guī)劃中，可繼續(xù)加強(qiáng)分類管理和景觀多樣性改善。

作為對景觀空間格局特征描述和分析的一種重要手段，景觀指數(shù)從某一方面揭示了景觀格局自然客觀的真實(shí)狀態(tài)變化。在研究景觀格局動(dòng)態(tài)變化的基礎(chǔ)上如何進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化斑塊數(shù)量、景觀組分以及空間分布格局，使各組分間達(dá)到有序、和諧狀態(tài)的可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)需要持續(xù)深入研究的問題。