林地變化及景觀斑塊特征的演變

曾春陽，曾廣宇 ，程麗華 ，劉志斌 ，廖 源 ，黎 波

林地變化及景觀斑塊特征的演變

曾春陽1，曾廣宇2，程麗華3，劉志斌1，廖 源4，黎 波4

（1. 廣西林業(yè)勘測設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530011； 2. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002；3. 廣西國土測繪院， 廣西 南寧 530023; 4. 岑溪市林業(yè)局，廣西 岑溪 543200）

利用廣西岑溪市1999年、2009年兩期森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，借助GIS分析工具及景觀生態(tài)學(xué)原理，分析了間隔期內(nèi)林地變化及林地景觀斑塊特征演變情況。研究結(jié)果表明：在10年中，岑溪市林地面積有所增加，林地的增加尤其是有林地較大幅度的增加導(dǎo)致了林地整體質(zhì)量的提升；研究區(qū)內(nèi)林地景觀斑塊形狀指數(shù)有所下降，形狀趨于規(guī)則；斑塊分維數(shù)有所下降，形狀趨于規(guī)律；斑塊密度指數(shù)有所上升，受干擾程度有所增加。全市林地景觀格局呈現(xiàn)多樣化，破碎化程度增加，林地景觀格局的演變主要受人類活動(dòng)的干擾影響。

林地；斑塊特征；景觀生態(tài)學(xué)；破碎化；岑溪市

林地是森林資源的載體和重要組成部分，是林業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，是控制森林資源消耗、增強(qiáng)森林生態(tài)防護(hù)效益、實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本與保障[1-3]。研究林地的變化，對揭示林地利用規(guī)律、形成合理保護(hù)和利用林地的決策具有極其重要的意義[4]，而林地景觀斑塊特征的演變影響著景觀中許多空間格局和生態(tài)過程[5]，反映了林地景觀受人類活動(dòng)影響的情況。本文利用廣西岑溪市1999年、2009年兩期森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)，借助GIS分析工具及景觀生態(tài)學(xué)原理，分析了間隔期內(nèi)林地變化及林地景觀斑塊特征演變情況，對岑溪市以后的林地保護(hù)利用、景觀規(guī)劃和管理及林地資源的可持續(xù)利用具有一定的理論和實(shí)踐作用。

1 研究區(qū)概況

廣西壯族自治區(qū)岑溪市位于東經(jīng)110°3′～111°22′， 北 緯 22°37′～ 23°13′， 屬 南 亞 熱 帶 濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，地處云開大山北麓東段的丘陵山區(qū)，地勢東南高，西北低，境內(nèi)山脈為云開大山及勾漏山余脈延伸。全市植被類型豐富，主要樹種有馬尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia Lanceolata、尾葉桉Eucalyptus urophylla、巨尾桉 Eucalyptus grandis、 紅 錐 Castanopsis Hystrix、大葉櫟Castanopsis fissa、青岡Cyclobalanopsis glauca、栲樹Castanopsis fargesii、八角Lllicium verum、肉桂Cinnamomum cassia等。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與分類系統(tǒng)

本文以廣西壯族自治區(qū)岑溪市為例，研究中所采用的岑溪市1999年、2009年林地空間分布數(shù)據(jù)均來自于兩期森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查成果。根據(jù)《中華人民共和國森林法實(shí)施條例》及國家林業(yè)局2003年4月頒布的《森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查主要技術(shù)規(guī)定》，結(jié)合《廣西壯族自治區(qū)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查主要技術(shù)規(guī)程》（2009年）及實(shí)際情況，本次研究把林地類型分為：①有林地(woodland)；②疏林地(open woodland)；③灌木林地(shrub land)；④未成林造林地(yong afforestation land)；⑤其它林地(other forestland)，其它林地中含無立木林地、宜林地、輔助生產(chǎn)用地及苗圃地。非林地統(tǒng)一歸為一類：⑨非林地(non forestland)。

2.2 林地變化及斑塊信息提取

將1999年及2009年兩期森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系和投影下，把矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為20 m×20 m的ArcGIS柵格數(shù)據(jù)，利用GIS的圖層疊置功能求算出間隔期內(nèi)林地變化信息，并以此為基礎(chǔ)，計(jì)算林地轉(zhuǎn)移矩陣及其流向百分比矩陣[6-9]。同時(shí)將兩期柵格數(shù)據(jù)導(dǎo)入Fragstats3.3中，得到林地斑塊特征有關(guān)數(shù)據(jù)。

各林地類型變化率指數(shù)可以定量描述區(qū)域林地類型變化的速度及區(qū)域林地變化中的類型差異[10]。公式表達(dá)為：

式中： K為研究時(shí)段內(nèi)變化率，Ua，Ub分別為該林地類型在研究初期和末期的面積，T為研究時(shí)段。

2.3 林地景觀斑塊特征研究指標(biāo)的選取

關(guān)于斑塊特征的評價(jià)指標(biāo)有很多，根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。本文采用目前相對成熟的方法計(jì)算和分析，從斑塊的破碎化特征和形狀特征對林地景觀斑塊進(jìn)行破碎化評價(jià)。所選取主要指標(biāo)的名稱，計(jì)算公式及生態(tài)意義詳見表1[11-14]。

3 研究結(jié)果及分析

3.1 林地變化分析

1999～2009年林地轉(zhuǎn)移數(shù)量及流向百分比矩陣詳見表2。10年間，不同林地的變化情況有所不同，岑溪市1999～2009年林地變化的主要特征為：

有林地、疏林地、其它林地面積有所增加，其中以有林地和其它林地增加面積最多，分別增加了6 547.5 hm2、2 688.4 hm2；灌木林地、未成林造林地、非林地面積有所減少，分別減少6 399.6 hm2、2 176.7 hm2、900.0 hm2。就有林地而言，有林地與各林地均存在轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出的關(guān)系。有林地轉(zhuǎn)出到其它林地面積最大，轉(zhuǎn)出到非林地的面積最??；灌木林地及未成林造林地轉(zhuǎn)入到有林地的面積較大，疏林地轉(zhuǎn)入有林地面積最小?？傮w上，凈減少的有林地主要是轉(zhuǎn)換成了其它林地，其次是灌木林地，再次是疏林地。減少的灌木林地主要轉(zhuǎn)換為有林地和其它林地，凈增的灌木林地主要來源是有林地和非林地。疏林地、未成林造林地、其它林地主要是與有林地之間轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出。從各林地之間的交換量（轉(zhuǎn)入加轉(zhuǎn)出）來看，有林地、灌木林地、其它林地居多；疏林地和非林地較少。

表1 景觀生態(tài)特征指標(biāo)及生態(tài)意義Table 1 Landscape ecological index and ecological significance

表2 1999～2009年岑溪市各地類轉(zhuǎn)換信息Table 2 Land-use changing information in Cenxi City from 1999 to 2009

1999～2009年，岑溪市林地總面積增加了900.0 hm2，年平均增加0.12%，而有林地面積凈增加6 547.5 hm2，年平均增加0.35%，這與退耕還林工程的實(shí)施及征占用林地補(bǔ)償平衡政策相關(guān)，使林地得到了有效的保護(hù)。按照Costanza估算的森林服務(wù)價(jià)值為302美元/hm2計(jì)算[15]，僅由于林地面積的增加，所增加的生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值就達(dá)到了27.18萬美元。岑溪市林地的增加尤其是有林地的較大幅度增加導(dǎo)致林地整體質(zhì)量有所提升。

3.2 林地景觀斑塊特征演變分析

3.2.1 林地景觀斑塊的總體特征演變分析

岑溪市土地總面積為277 122.0 hm2，其中林地面積由1999年的204 210.2 hm增加到2009年的205 110.2 hm2，林地景觀處于岑溪市景觀本底或基質(zhì)的位置。研究區(qū)內(nèi)1999年、2009年林地景觀分別有1 514、3 617個(gè)斑塊，各個(gè)景觀類型所擁有的斑塊總面積和總周長也極不均衡（見表3）。兩個(gè)年度中，有林地在整個(gè)林地景觀中都占有絕對優(yōu)勢，斑塊總面積分別占91.81%、94.60%，斑塊數(shù)分別占20.48%、26.51%，是研究區(qū)內(nèi)的主導(dǎo)景觀類型?？梢?，有林地一直是整個(gè)林地景觀的基質(zhì)，控制著整個(gè)景觀的物質(zhì)和能量流動(dòng)，其它林地類型景觀組分鑲嵌分布其中，呈小面積零星分布。灌木林地斑塊總面積分別占5.50%、2.36%，但是斑塊數(shù)所占比重兩個(gè)年度都超過了40%，說明灌木林地破碎化程度越來越大，受人工干擾的程度很深，這主要是因?yàn)獒械墓嗄玖值卮蟛糠侄紴榻?jīng)濟(jì)林樹種，屬于國家特別規(guī)定的灌木林。未成林造林地斑塊數(shù)、斑塊總面積、斑塊總周長都大幅下降，說明岑溪市在間隔期內(nèi)生態(tài)環(huán)境趨于良好，未成林造林地自然成長后進(jìn)入有林地。疏林地、其它林地斑塊數(shù)、斑塊總面積、斑塊總周長比重有所增加，這主要是部分林農(nóng)采用“拔大毛”的方式對有林地進(jìn)行采伐導(dǎo)致向疏林地轉(zhuǎn)化，2008年的雨雪冰凍災(zāi)害及采伐后沒有及時(shí)更新造林使有林地向其它林地轉(zhuǎn)化。

表3 岑溪市林地景觀斑塊數(shù)量變化特征Table 3 Patch quantity change characteristics of forest landscape in Cenxi city

3.2.2 林地景觀斑塊的形狀及破碎化特征演變分析

斑塊的平均面積越大，景觀連通性就越好，反之就越差。由表4可見，景觀總體的平均值由1999年的134.88 hm2下降為2009年的56.71 hm2，各林地景觀類型的斑塊平均值均有所下降，這表明各林地景觀類型連通性均有所下降，但有林地還是一直保持著相對較高的連通性。各景觀類型斑塊面積的標(biāo)準(zhǔn)差反應(yīng)了同一景觀類型中斑塊面積的變動(dòng)程度大小。兩期數(shù)據(jù)各景觀斑塊的面積標(biāo)準(zhǔn)差大小順序分別為：有林地＞灌木林地＞其它林地＞未成林造林地＞疏林地、有林地＞未成林造林地＞其它林地＞疏林地＞灌木林地，除灌木林地外指標(biāo)的大小順序變化不大，顯示了有林地景觀的斑塊面積大小差異一直非常顯著，異質(zhì)性特征最為強(qiáng)烈，而其它林地類型景觀斑塊間面積大小差異不十分明顯。有林地景觀斑塊間面積大小的顯著差異顯示了森林植被的自然屬性，而其它幾種林地景觀類型面積差異相對較小，說明受到人類活動(dòng)的深刻影響和干擾。

斑塊的形狀指數(shù)越接近于1，說明該類型景觀的斑塊形狀越接近于圓形，數(shù)值越大說明形狀越復(fù)雜。整個(gè)林地景觀類型的形狀指數(shù)都有所下降，形狀趨于規(guī)則。而因?yàn)橛辛值氐陌邏K總面積和平均面積在整個(gè)景觀中占有絕對優(yōu)勢，故其斑塊形狀較為復(fù)雜，其它景觀類型的平均面積都很小，形狀反而比有林地更加接近于圓形，形狀破碎化程度也較低。

表4 岑溪市林地景觀斑塊形狀及破碎化變化特征Table 4 Patch shape and heterogeneity change characteristics of forest landscape in Cenxi city

分維數(shù)用來測定斑塊形狀對斑塊內(nèi)部生態(tài)過程的影響，如動(dòng)物遷徙，物質(zhì)交流等。其理論取值范圍為1.0～2.0，分維數(shù)愈接近于1，表明斑塊的自我相似度越強(qiáng)，形狀越有規(guī)律，斑塊受人為干擾的程度也愈大；分維數(shù)越接近于2，則表明斑塊具有愈為復(fù)雜的形狀[16]。間隔期內(nèi)，各林地景觀類型的分維數(shù)都有所下降，形狀越趨于規(guī)律。受地形等環(huán)境因子控制的景觀類型分維數(shù)較大，如其它林地分別為1.48、1.28，而受人類經(jīng)營活動(dòng)影響較大的其它景觀類型分維數(shù)相對較小。

斑塊密度指數(shù)（亦稱孔隙度），其可以揭示出景觀基質(zhì)被該類型斑塊分割的程度，孔隙度越高，表明某一類型在景觀中的分布就越廣、影響就越大，從而可以識(shí)別不同景觀類型受干擾的程度[17]。間隔期內(nèi)，岑溪市各林地景觀類型的密度指數(shù)都有所上升，受干擾程度有所增加，其中有林地的密度分別為0.11塊/km2、0.15塊/km2，其一直是岑溪市的基質(zhì)景觀，面積大，連通性好，因此孔隙度一直要比其它景觀類型的低，而其它景觀類型的林地斑塊小而分散，表明受人為作用影響較大。

4 結(jié) 論

研究結(jié)果表明：岑溪市1999～2009年間，林地面積有所增加，林地的增加尤其是有林地較大幅度的增加導(dǎo)致了林地整體質(zhì)量的提升；林地景觀斑塊平均面積減小，破碎化程度增加，全市林地景觀格局呈現(xiàn)多樣化，林地景觀格局的演變主要受人類活動(dòng)的干擾影響。

（1）通過林地矩陣轉(zhuǎn)移分析，岑溪市林地總面積增加了900.0 hm2，年平均增加0.12%，而有林地面積凈增加6 547.5 hm2，年平均增加0.35%，這與退耕還林工程的實(shí)施及征占用林地補(bǔ)償平衡政策相關(guān)，使林地得到了有效的保護(hù)。

（2）研究區(qū)內(nèi)各個(gè)景觀類型的斑塊數(shù)、所擁有的斑塊總面積和總周長極不均衡，有林地一直作為主導(dǎo)景觀類型，其斑塊面積、周長大小差異大，一直是整個(gè)林地景觀的基質(zhì)，控制著整個(gè)景觀的物質(zhì)和能量流動(dòng)。其它林地類型景觀組分鑲嵌分布其中，呈小面積零星分布。

（3）研究區(qū)內(nèi)整個(gè)林地景觀類型的形狀指數(shù)都有所下降，形狀趨于規(guī)則，有林地斑塊形狀較為復(fù)雜，其它景觀類型的比有林地更加接近于圓形，形狀破碎化程度也較低。各林地景觀類型的分維數(shù)都有所下降，形狀越趨于規(guī)律，受地形等環(huán)境因子控制的景觀類型分維數(shù)較大，而受人類經(jīng)營活動(dòng)影響較大的其它景觀類型分維數(shù)相對較小。各景觀類型的密度指數(shù)都有所上升，受干擾程度有所增加，有林地一直是岑溪市的基質(zhì)景觀，面積大，連通性好，而其它景觀類型的林地斑塊小而分散，受人為作用影響較大。

林地的變化及林地景觀斑塊特征的演變不僅體現(xiàn)了林業(yè)發(fā)展的趨勢，而且表征了國土狀態(tài)的演變趨勢。這個(gè)發(fā)展趨勢合理與否，直接關(guān)系到林業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模和布局，也對整個(gè)國計(jì)民生起著舉足輕重的作用。通過對岑溪市林地變化和林地景觀斑塊特征演變研究，其今后的林地發(fā)展和保護(hù)策略應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：林地必須以保護(hù)為主，尤其是生態(tài)公益林區(qū)內(nèi)的林地，盡量減少各種不利的干擾，控制林地景觀的破碎程度；合理對林地進(jìn)行開發(fā)和利用，增加林地景觀的功效性，促進(jìn)林地系統(tǒng)生產(chǎn)力的提高；協(xié)調(diào)好利用和開發(fā)之間的關(guān)系，同時(shí)加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、生物的遷徙及保護(hù)生物多樣性的監(jiān)測。

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Analysis of change and patch landscape characteristics of forestland

ZENG Chun-yang1, ZENG Guang-yu2, CHENG Li-hua3, LIU Zhi-bin1, LIAO Yuan4, LI Bo4
(1.Guangxi Forest Inventory & Planning Institute, Nanning 530011, Guangxi, China; 2. Guangxi Forest Research Institute, Nanning 530002, Guangxi, China; 3. Guangxi Land Surveying & Mapping Institute, Nanning 530023, Guangxi, China;4. Forestry Bureau of Cenxi City, Cenxi 543200, Guangxi, China)

By using the data of forest inventory planning and design in Cenxi city in 1999 & 2009, the forestland and landscape patch changes were analyzed with the support of GIS and landscape ecology principle.The results show that in 1999～2009 the total area of the forestland increased slightly, the increasing of forestland, especially greatly increasing of woodland led to the improvement of the whole forestland quality. The value of shape index of the landscape was decreasing, shape trending to be simplified. The heterogeneity of the landscape was decreasing, shape trending to be law. The density index of the landscape was increasing, the degree of interference was increasing. The forestland landscape presented diversification in study area, the fragmentation of forestland landscape was increasing,the mainly reason of change was human activities.

forestland; patch characteristics; landscape ecology; fragmentation; Cenxi City

S718.557；S757.2

A

1673-923X(2012)08-0033-04

2012-03-10

廣西區(qū)科技廳攻關(guān)項(xiàng)目(林科攻0992007-5)

曾春陽(1981—)，男，江西于都人，工程師，碩士，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)、營造林等工作; E-mail:zchy12000@163.com

[本文編校：吳 彬]