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浅析贵州荔波森林景观格局现状

2020-06-17 264 上传者：管理员

摘要：基于2017年荔波县林地变更数据,利用Arcgis10.2以土地利用、优势树种组为分类单元,将小班数据进行融合、合并、拆分处理,转为栅格化数据,利用Fragstats软件选取斑块水平、类型水平、景观水平的森林景观格局指数进行分析。结果表明:研究区以有林地、未成林造林地、疏林地组成的森林景观为基质,在研究区景观中发挥控制作用;荔波县的景观格局优势度明显,蔓延度指数处于中间状态,连接状态一般;阔叶混交树种的斑块平均面积最大,阔叶混交树种组和软阔树种的斑块面积形状值最大,针叶树种、软阔树种、硬阔树种、灌木林树种的景观要素边缘密度大,针叶树种的斑块密度最大,针叶林的平均最小距离最小,针叶混交树种组的散布与并列指数最大。

关键词：
信息技术
土地规划
景观格局指数
林地变更数据
森林景观格局
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森林景观格局是自然因子和人为因子共同作用下森林景观异质性在空间上的综合表现,也是各种生态过程在不同尺度上相互作用的结果[1]。目前森林景观格局的研究是热点,如王健铭等基于森林二类资源调查要素分析方法进行长白山北部的森林景观特征分析[2],唐利等利用遥感和地理信息系统技术研究三峡库区森林的景观格局动态特征并分析驱动因素[3],任煜堃基于空间点格局分析了湖南望云山森林公园林地景观空间格局[4]。荔波县是中国典型的南方喀斯特地区,境内有国家级茂兰自然保护区和樟江国家级风景名胜区,森林资源对于荔波县的发展有着重要意义,本文研究荔波县的森林景观格局,旨在为荔波县的森林保护与规划提供一些参考。

1、研究区概况

荔波地处贵州广西两省区的交界处,位于东经107°37′至108°18′,北纬25°7′至25°9′之间,境内既有高山,也有丘陵,属于喀斯特地形地貌。境内有樟江国家级风景名胜区和国家级茂兰自然保护区。荔波县属于中亚热带季风湿润气候区,气温分布的总趋势是南高北低,河谷地带比同高度的山地,东西向槽谷比南北向槽谷,南坡比北坡,封闭型谷盆地比同高坡地气温高。全县年平均气温18.3℃,7月平均气温为27.0℃以下,1月平均气温各地均在5.5℃以上,极端最高气温不超过40.0℃;极端最低气温不低于-10.0℃,荔波县内无霜期在270天以上。降水主要集中在夏季,6-8月各月雨量在2000mm以上,占全年总雨量的50%左右,常年于4月下旬进入雨季,4-10月份水量占全年总降水量的81%,10月份以后,海洋季风减弱,逐渐为南下的大陆季风取代,降水量显著减少。荔波境内河流均属龙江水系归珠江流域。全县较大的河流水系有:打狗河水系(包括樟江干流和方村河支流)、三岔河水系和甲料河水系,这3条水系在县内流域面积为2375.1平方千米。全县集雨面积大于20km2,或河道长于10km的河流共30条。县内河道总长1048km,其中各河流主河道长483.95km,河网密度0.47km/km2。县境内大部分地区都有煤系地层和煤层分布。荔波县境内植被资源丰富,分布有杉木、南方红豆杉(Taxuschinensis)、香樟(Cinnamomumcamphora)、细叶香桂(Cinnamomumsubavenium)、青冈栎(Cyclobalanopsisglauca)、香椿(Toonasinensis)、厚朴(Magnoliaofficinalis)、梧桐(Firmianaplatanifolia)、马桑(Coriarianepalensis)、泡竹(Pseudostachyumpolymorphum)等。

2、研究方法

2.1数据来源与处理方法

本文以2017年荔波县林地变更数据为基础数据。运用Arcgis10.2,对林地变更矢量图层的相同属性小班进行融合,对融合后的小班进行拆分;按土地利用类型将景观格局分为Ⅰ级,按优势树种组将景观格局分为Ⅱ级(表1);根据分类标准,合并单元斑块后再拆分,建立研究区森林景观类型斑块图及属性数据库;转化为栅格图;使用景观分析软件Fragstats计算景观格局指数。

表1景观分类体系

2.2景观空间格局指数

景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息,反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标。根据研究目的,将林地变更矢量图转换成栅格格式后,利用Fragstats软件,选取常见的特征指标(表2),从景观水平和斑块水平计算景观格局指数,分析景观空间格局特征和异质性[5,6,7]。

表2景观格局指数算式及生态学意义

3、结果与分析

3.1总体景观格局分析

从研究区的土地利用类型的景观结构特征分析,研究区林地类型面积占研究区总面积的82.04%,该研究区植被生长良好,覆盖率高,植被主导着景观整体的结构、功能和动态过程。有林地面积149836.68hm2,景观面积比为62.04%。研究区以有林地、未成林造林地、疏林地组成的森林景观为基质,景观面积为79.24%,在研究区景观中发挥控制作用。灌木林地和无立木林地等面积很小。

图1和表3结合来看,有林地和疏林地连接性的最好的,镶嵌分布形成比较明显的景观基质。研究区宜林地、灌木林地、农地景观面积相对较小,景观斑块数相对较大,景观破碎化程度比较高。有林地主要分布在南部和东部地区,而农地和其他用地主要分布在西北部和中部地区,这和荔波县的发展现状相契合,因南部和东部地区分布着自然保护区和风景名胜区,西北部和中部地区是全县的农业中心。其他用地连接着农地,这与当地住户种植活动和城镇化发展是密切相关的。

图1土地利用分类图

表3土地利用类型的景观结构统计

景观水平上的多样性指数能够反映景观异质性,特别对各景观类型的非均衡分布状况较敏感。在一个景观类型系统中,土地利用越丰富,破碎化程度越高,SHDI值也就相应越高,均匀度指数反映了景观受到一种或少数几种优势度斑块类型的支配,与优势度指标可以相互转换,即SHEI值相对较小的时候,优势度一般相对较高[6]。蔓延度指数CONTAG指标描述的是景观里不同斑块类型的团聚程度或延展趋势。高蔓延度值说明景观中的某种优势斑块类型形成了良好的连接性;反之则表明景观是具有多种要素的密集格局,景观的破碎化程度较高[7]。从表4可以看出,荔波县的景观格局优势度明显,蔓延度指数处于中间状态,连接状态一般。

表4景观水平上的特征值

3.2森林景观格局分析

3.2.1森林景观组成分析

研究区有林地中针叶树种、软阔树种和硬阔树种所占景观面积均超过15%,三者合计超过研究区景观面积的50%,构成了研究区的景观基质;其次是灌木林树种和阔叶混交树种组,景观面积均超过5%;果树类、桉类等优势树种组景观面积较小,均小于5%。

从图2和表5中结合来看,阔叶混交树种组景观面积为19016.10hm2,景观面积占比为7.87%,景观斑块数为313,斑块数占比为1.38%,分布集中连片,且大多分布在南部地区,与茂兰国家级自然保护区范围大多有重合。针叶树种景观面积大、斑块数也多,斑块呈破碎化分布;软阔树种和硬阔树种景观面积大,斑块数相对多,斑块呈相对集中连片分布;灌木林树种也是呈相对集中连片分布;果树类、桉树类等景观面积小,斑块数相对较多,呈破碎化分布。

图2优势树种分布图

表5优势树种类型组成

3.2.2森林景观斑块特征分析

从斑块大小来看,平均面积斑块大小指数(MpS)代表了斑块的大小。从表6可知,阔叶混交树种的斑块平均面积最大,远远大于其他景观类型,硬阔树种、软阔树种、食用原料类的斑块平均面积相对较大。而竹类、药材类的斑块平均面积很小,MpS能够反映景观破碎化程度,表明这些景观类型的空间异质性大,破碎化程度相对较高。

从斑块形状来看,面积加权平均形状指数(AWMSI)和面积加权的斑块平均分形指数(AWMPFD)代表了斑块的空间形状复杂性,值越大,代表斑块形状越复杂。从表6可知,阔叶混交树种组和软阔树种的值最大,说明其形状越不规则,这是由于阔叶混交林和软阔树种多为天然林,人为干扰少。

3.2.3森林景观异质性分析

景观要素边缘密度(ED)是指研究对象单位面积上某类景观要素斑块与其相邻异质斑块之间的边缘长度,反映景观中异质性斑块之间物质、能量和信息交换的潜力机器相互影响的强度。针叶树种、软阔树种、硬阔树种、灌木林树种的景观要素边缘密度大,景观异质性较强,也反映了针叶树种与其他景观类型之间和自身景观内部的物质交换强烈,镶嵌度高。

景观斑块密度(PD)反映景观整体斑块分化程度,斑块密度越高,表明一定面积上异质景观要素斑块数量多,斑块规模小,景观异质性高。研究区斑块密度最大的是针叶树种,针叶树种的景观异质性较强,斑块的破碎度较高,是由于针叶树种多为人工林,人工林树种零星地分布在景观中,斑块多而分散。

3.2.4森林景观空间性分析

聚集度(AI)反映斑块的聚散性,斑块要素在其分布区内越丛生,越聚集,则斑块的结合度越大。从表6可知,景观类型的聚集度除了药材类为68.05外,其余都大于80,说明各优势树种景观类型连接性好。

景观要素空间相互关系包括同质景观要素和异质景观要素之间的空间关系,同质景观要素间的空间关系指的是某一类景观要素内部斑块之间或者同类景观要素的不同结构成分之间的空间关系,可用平均最小距离(ENN)来表征[8]。从表6可知,针叶林的平均最小距离(ENN)最小,为113.05,这与针叶林多为人工林,多是镶嵌分布在其他景观类型中有关。药材类的平均最小距离(ENN)最大,为5745.24,这与药材种植面积少,斑块数量少有关。

异质景观要素间的空间关系是指景观中不同属性的景观要素的结构成分之间的空间关系,可用空间散布与并列指数(IJI)来表征,说明景观要素斑块动态演替或扩展潜力[8]。从表6可知,针叶混交树种组的散布与并列指数(IJI)最大,说明针叶混交树种组邻接分布复杂,相邻类型多,这与其面积小,斑块数小有关,散布于其他景观类型中有关。

表6优势树种景观斑块大小、形状特征值

4、讨论与结论

本研究以荔波县2017年林地变更数据为基础,采用了土地利用类型和优势树种组2级景观要素划分模式,使用了景观指数从荔波县森林景观的组成、斑块特征、异质性、空间分布特征等方面对荔波县的森林景观格局进行了分析。

研究区荔波县的有林地景观具有绝对的优势地位,景观斑块面积远远大于其他景观的斑块面积,有林地中针叶树种、软阔树种和硬阔树种所占景观面积合计超过研究区景观面积的50%,构成了研究区的景观基质。

荔波县阔叶混交树种组和软阔树种的斑块平均面积、形状指数、形状分形指数比其他景观类型的大,说明荔波县的阔叶混交树种组和软阔树种在森林中具有主导地位。这与荔波县建立自然保护区和风景名胜区,对天然植被生长和更新得以保护有很大的关系。

荔波县针叶树种、软阔树种、硬阔树种、灌木林树种的景观要素边缘密度大,景观异质性较强,也反映了针叶树种与其他景观类型之间和自身景观内部的物质交换强烈,镶嵌度高。这与针叶树种多为人工种植,人工种植的斑块多与其他类型斑块镶嵌,易发现物质交换。

荔波县生态区位重要,森林应以防护林为主。建议保持现有的森林景观规模,研究制定更科学合理的生态功能区方案;从空间上规划和营造与其环境相适宜的生态型森林,发挥森林的生态服务功能;增加珍贵树种和风景园林树种的配置,发展森林旅游产业。

参考文献：

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[2]王健铭,张天汉,于琳倩,等.基于生态保护格局的长白山北部森林景观特征分析[J].北京林业大学学报,2015,37(5):70-80.

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[7]张会儒,何鹏,郎璞玫.基于森林资源二类调查数据的延庆县森林景观格局分析[J].西部林业科学,2010,39(4):1-7.

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姚际托,陈阳,肖玖军,谢元贵,谢刚,金桃,张蓝月.贵州荔波森林景观格局现状与分析[J].贵州科学,2020,38(03):42-46.

基金:马桑菌相关产业开发及产业化示范基地建设(黔科合支撑[2016]2518号);马桑菌扶贫生产示范基地建设(贵州省科技厅);马桑菌成果转化中试项目(贵州科学院);贵州科学院创新土地资源可持续利用创新人才团队(贵州科学院);贵州土地整治高分遥感大数据服务平台建设及产业化应用(88-Y40G35-9001-18/20);贵州土地整治高分遥感大数据服务平台建设(GXYF-2017-003).