福泉市林地景觀斑塊特征演變分析

郭 倩，李可相，蘭良鴻

(1.貴州省福泉市林業(yè)局，貴州 福泉 558000；2.貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；3.貴州省土地綠色整治工程研究中心，貴州 貴陽 550001；4.貴州省山地資源研究所有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 引言

林地是森林資源的載體，是自然資源的重要組成部分，是林業(yè)發(fā)展的基礎，在實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟、社會、生態(tài)協(xié)調可持續(xù)發(fā)展、建設生態(tài)文明戰(zhàn)略中起著不可替代的作用[1～3]。景觀是生態(tài)過程發(fā)生和發(fā)展的基礎，而林地景觀的演變受到生態(tài)過程、人類活動等因素的影響，能反映森林生態(tài)系統(tǒng)林地空間格局、形態(tài)特征及功能等的變化[4，5]。景觀斑塊的演變具有科學性與規(guī)律性，通過斑塊尺度景觀格局分析可發(fā)現(xiàn)形成森林資源空間格局的因素及機制，從而確認景觀格局與生態(tài)功能之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)林地景觀與其生態(tài)功能間的聯(lián)系，以及景觀的演變特征[6～11]。研究林地景觀的變化規(guī)律，揭示景觀斑塊的演變規(guī)律，對區(qū)域森林資源的空間分布結構優(yōu)化、充分發(fā)揮生態(tài)經(jīng)濟效益及可持續(xù)利用具有現(xiàn)實指導意義。而目前針對云貴高原巖溶地區(qū)森林景觀演變的研究并不多，特別是缺少基于斑塊尺度的森林景觀定量分析。

在此背景下，本文以貴州省福泉市為研究區(qū)，利用2015、2019年兩期森林資源調查數(shù)據(jù)，借助ArcGIS10.4、Fragstats4.2等分析工具，采用景觀指數(shù)描述林地景觀，分析了福泉市2015～2019年林地景觀斑塊特征演變情況，以揭示研究區(qū)林地景觀在結構組成與空間分布上的特征。這可為研究區(qū)域進行景觀斑塊尺度的森林空間結構單元調控，提高森林對環(huán)境干擾的自我調節(jié)能力，以及區(qū)域森林資源可持續(xù)發(fā)展奠定數(shù)據(jù)和理論基礎。

2 研究區(qū)概況

福泉市位于黔南布依族苗族自治州北部，地理坐標26°32′28″～27°02′23″N，107°14′24″～107°45′35″E。境內(nèi)地貌強烈切割，多為山地、丘陵地貌，僅有少量壩地，屬揚子準臺地的黔南坳陷褶斷層，境內(nèi)地表出露巖石主要以碳酸鹽巖為主，其次是碎屑巖。氣候屬于亞熱帶季風氣候華中濕潤區(qū)，年平均氣溫14 ℃。

3 研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源及預處理

本文以貴州省黔南州福泉市為研究區(qū)域，采用的福泉市2015、2019年林地數(shù)據(jù)來源于福泉市森林資源調查成果。以《貴州省第四次森林資源規(guī)劃設計調查實施細則》和優(yōu)勢樹種為依據(jù)，將研究區(qū)內(nèi)林地類型分為：喬木林、竹林、疏林地、灌木林地、宜林地及其他林地6類景觀類型[12]。

3.2 林地景觀指數(shù)的提取

林地景觀斑塊特征研究指標選取斑塊數(shù)、斑塊面積、斑塊周長、景觀形狀指數(shù)、分維數(shù)、斑塊密度6個指數(shù)[13～16]，具體見表1。在ArcGIS10.4中將2015年和2019年福泉市森林資源調查成果圖轉換為柵格格式后進行林地景觀分類，再導入Fragstats4.2中，計算得到景觀指數(shù)值，并將結果導出至Excel中進行統(tǒng)計分析。

表1 景觀生態(tài)特征指標及生態(tài)意義

4 結果與分析

4.1 林地景觀斑塊的總體特征

福泉市2015、2019年林地景觀分別有12719和13090個斑塊，各類景觀類型的斑塊總面積和總周長極不均衡。在2015、2019年間，喬木林在整體林地景觀中都占有絕對優(yōu)勢，斑塊總面積分別占52.22%和53.96%(表2)，斑塊數(shù)分別占57.77%及61.48%，均超過50%。其次是灌木林地斑塊總面積分別占43.20%和45.09%，斑塊數(shù)分別占31.32%和34.26%，由此可知，喬木林和灌木林是福泉市的主要林地景觀類型，構成了福泉市整個林地景觀的基質，其余林地景觀類型呈鑲嵌式分布其中，呈現(xiàn)小面積零星分布。其他林地斑塊總面積分別占4.47%和0.66%，而斑塊數(shù)所占比重分別為9.95%和2.33%，且斑塊數(shù)、斑塊總面積、斑塊總周長都大幅下降，說明在2015～2019年期間福泉市其他林地破碎化程度逐漸加重，受人為干擾的程度逐漸加深，但區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境趨于良好，其他林地逐漸轉化為喬木林、灌木林地等。以上分析表明福泉市的其他林地在自然成長或在森林培育、林分改造等人為干預下，已轉化并融入到其余林地景觀類型中，從而表現(xiàn)出其他林地在景觀層面破碎化程度逐漸加重，但區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境整體趨于良好的現(xiàn)象。

表2 福泉市林地景觀斑塊數(shù)量變化特征

4.2 林地景觀斑塊的形狀及破碎化特征

斑塊的平均面積可以反映林地景觀的連通性，平均面積越大，說明連通性就越好，反之則越差。研究區(qū)各類景觀總體的斑塊面積平均值由2015年的4.26 hm2下降為2019年的3.85 hm2，由表3可見，除疏林地保持不變，宜林地略有上升外，其余林地景觀類型的斑塊平均值均有所下降，這表明研究區(qū)林地景觀斑塊的整體連通性正在下降，僅宜林地的連通性略有上升，疏林地連通性保持不變。

LSI數(shù)值越大說明形狀越復雜，反之，越簡單。福泉市除疏林地、其他林地外，其余林地景觀類型的LSI指數(shù)均有所上升，形狀趨于復雜。其中LSI上升最明顯的為宜林地，其次是灌木林地，然后是喬木林，之后是竹林。下降最明顯的為其他林地，其次是疏林地；PAFRAC取值范圍為1～2，取值越小，表明斑塊形狀越有規(guī)律，反之，斑塊形狀越復雜，受人為干擾的程度小。研究區(qū)在2015～2019年期間，除疏林地的PAFRAC保持不變外，其余各林地景觀類型的PAFRAC均有所下降，形狀趨于規(guī)律，說明人為干擾對林地景觀斑塊的影響正在加強。

表3 福泉市林地景觀斑塊形狀及破碎化的變化特征

PD越大，斑塊的破碎程度越大，其在景觀中的分布越廣、影響也越大，反之越小。2015～2019年期間，福泉市除其他林地的PD保持不變外，其余各林地景觀類型的PD都有所上升，受干擾程度有所增加，其中喬木林的PD分別為4.32塊/100 hm2和4.72塊/100 hm2，其一直是福泉市的基質景觀，總體面積雖大，但連通性較差，導致其PD較其余林地景觀類型高，表明其受人為因素及自然地理分割作用的影響較大。

4.3 林地景觀斑塊的穩(wěn)定性特征

FRAC的取值范圍為1～2，值越小，表明斑塊類型形狀越簡單，復雜程度越低；值越大則表明斑塊類型的幾何形狀越復雜，越趨于不規(guī)則，當其大于1.5時，就表明空間結構越不穩(wěn)定；SI的理論取值范圍為0.0～0.5，值越大表明景觀要素類型越穩(wěn)定，反之，景觀要素類型穩(wěn)定性越差。2015～2019年期間，福泉市6種景觀類型的FRAC及SI差異較小，年際變化不明顯(表4)。其中，竹林的FRAC最小，SI最大，表明竹林的形狀最簡單，但最穩(wěn)定，其次是疏林地與宜林地；到2019年，喬木林、疏林地及其他林地的FRAC與SI值均相同，其FRAC值在6種景觀類型最大，其SI值在6種景觀類型最小，表明喬木林、疏林地及其他林地的斑塊形狀最復雜，但其抵抗外界干擾以維持其形態(tài)的能力最差。

表4 福泉市林地景觀斑塊穩(wěn)定性特征

5 結論與討論

本文采用GIS分析工具及景觀生態(tài)學原理，分析了福泉市林地景觀斑塊特征的演變，得出以下結論。

(1)研究區(qū)各類林地景觀的NP、CA及PERIM極不均衡，喬木林和灌木林是福泉市的主要景觀類型，構成了福泉市整個林地景觀的基質。其余林地景觀類型呈鑲嵌式分布其中，呈現(xiàn)小面積零星分布。

(2)研究區(qū)除疏林地、其他林地外，其他林地景觀類型的LSI指數(shù)均有所上升，形狀趨于復雜。LSI上升最明顯的為宜林地，其次是灌木林地，然后是喬木林，之后是竹林。下降最明顯的為其他林地，其次是疏林地。

(3)研究區(qū)除疏林地的PAFRAC保持不變外，其余各林地景觀類型的PAFRAC均有所下降，形狀趨于規(guī)律。

(4)研究區(qū)除其他林地的PD保持不變外，其余各林地景觀類型的PD都有所上升，受干擾程度有所增加。其中喬木林的總體面積雖大，但連通性較差，導致其PD一直較其余林地景觀類型高，表明其受人為因素及自然地理分割作用的影響較大。

(5) 研究區(qū)林地斑塊的穩(wěn)定性差異較小，年際變化不明顯，其中竹林斑塊最穩(wěn)定，而喬木林、疏林地及其他林地穩(wěn)定性差，易受外界干擾，導致形態(tài)發(fā)生變化。

從以上結論可以看出：研究區(qū)主要林地景觀斑塊形狀趨于復雜、規(guī)律，破碎化有所上升，林地斑塊的穩(wěn)定性差異較小且年際變化不明顯。為降低林地破碎化程度，維持林地景觀的穩(wěn)定性，建議在研究區(qū)的林地景觀規(guī)劃、建設當中，進一步加強林地斑塊的規(guī)劃和建設，對不同林地景觀斑塊進行分類經(jīng)營，優(yōu)化森林景觀配置，預防研究區(qū)內(nèi)的森林景觀要素向單一化發(fā)展，實現(xiàn)林業(yè)可持續(xù)經(jīng)營。