基于GIS的桃山林場森林景觀格局研究

黃龍生，高 琛，劉甲午

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北 保定 071000)

森林景觀格局是森林景觀生態(tài)學(xué)研究的核心，是揭示景觀結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系、研究景觀變化規(guī)律和景觀恢復(fù)的基本途徑[1]。筆者以河北省木蘭圍場國有林場管理局桃山林場施業(yè)區(qū)內(nèi)的森林資源為對象，利用GIS技術(shù)分析研究區(qū)森林景觀及其分布規(guī)律，旨在為實現(xiàn)該區(qū)域森林景觀優(yōu)化配置及林業(yè)可持續(xù)經(jīng)營提供參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省木蘭圍場國有林場管理局桃山林場。桃山林場位于圍場縣西部，屬于燕山山脈的余脈。地理位置：116°32′～118°14′E，41°35′～42°40′N，平均海拔1 400 m。屬于半干旱向半濕潤、中溫帶向寒溫帶過渡的大陸性季風(fēng)型山地氣候，冬春寒冷且干燥多風(fēng)、夏季炎熱多雨，無霜期110 d，年平均氣溫3℃，年均降水量450 mm，主要集中在7月至9月，年蒸發(fā)量1 350 mm。土壤多為沙壤土。

桃山林場施業(yè)區(qū)內(nèi)的主要喬木樹種有蒙古櫟(QuercusmongolicaFisch. ex Ledeb)、山楊(PopulusdavidianaDode)、白樺(BetulaplatyphyllaSuk)等，主要以天然次生林為主，主要林分類型為楊樺次生林和蒙古櫟次生林。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所采用的數(shù)據(jù)來源于2007年桃山林場1∶20 000林相圖及地形圖、2009年森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)處理：利用ArcGIS10.0建立空間數(shù)據(jù)庫，并生成研究區(qū)景觀類型圖，作為研究區(qū)景觀分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 景觀要素類型劃分

利用小班土地利用現(xiàn)狀圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，選用現(xiàn)狀地類作為景觀分類因子，將研究區(qū)域景觀類型劃分為純林、混交林、疏林、未成林、荒山荒地、宜林沙荒、灌木、耕地和其它9個類型。

2.3 景觀格局指標(biāo)的選取

根據(jù)研究區(qū)域的特點和研究目的，選取了景觀多樣性指數(shù)(H)、均勻度指數(shù)(E)、優(yōu)勢度指數(shù)(D)[2]和平均規(guī)模(類斑平均面積、最大和最小面積等)[3]、斑塊近圓指數(shù)(SICi)[4]、分維數(shù)(Dfi)[5]等指標(biāo)對研究區(qū)域森林景觀格局進行分析評價。

3 結(jié)果分析

3.1 森林景觀斑塊的異質(zhì)性分析

3.1.1森林景觀組成結(jié)構(gòu)分析

森林景觀組成結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀見表1。

表1 桃山林場森林景觀組成結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀分析

從表1中可以看出，混交林斑塊數(shù)量占森林景觀斑塊總數(shù)的29.01%，面積占60.42%，優(yōu)勢度達到3.474 5，說明混交林廣泛分布于整個景觀當(dāng)中，在整個景觀格局中具有明顯的控制作用。因此，研究地區(qū)景觀要素組成以混交林為主，可作為研究區(qū)景觀基質(zhì)[6，7]。其次為純林和荒山荒地，斑塊數(shù)量分別占19.07%和26.67%，面積分別占18.19%和10.28%，在整個景觀要素中占有重要地位，是該地區(qū)重要的資源斑塊。此外，疏林、未成林造林地、宜林沙荒地、灌木林以及其它用地規(guī)模相當(dāng)，耕地面積最小，其優(yōu)勢度也相對較低。

3.1.2森林景觀多樣性、均勻度及優(yōu)勢度分析

Shannon-Wienner指數(shù)、均勻度及優(yōu)勢度指數(shù)計算結(jié)果見表2。

表2 桃山林場森林景觀格局指數(shù)統(tǒng)計

從表2中可以看出，在景觀多樣性方面，純林最高，為0.447 3；其次是混交林和荒山荒地，多樣性指數(shù)分別為0.439 2和0.337 4；疏林、未成林造林地、宜林沙荒地、灌木、耕地和其它用地多樣性指數(shù)較低，分別為0.092 3、0.122 4、0.126 8、0.040 5、0.061 2和0.142 6。在景觀均勻度方面，純林最高，為0.141 1；其次是混交林和荒山荒地，分別為0.138 6和0.106 4；灌木林最低，為0.012 8。在景觀優(yōu)勢度方面，純林、混交林和荒山荒地最高，分別為3.479 9、3.474 5和3.400 8；疏林、未成林造林地、宜林沙荒地、灌木林、耕地及其它用地景觀優(yōu)勢度相當(dāng)，分別為3.233 9、3.254 7、3.257 8、3.228 4、3.212 3和3.268 7。

上述分析結(jié)果表明，桃山林場是以混交林為主體，純林和荒山荒地較多，疏林地、未成林造林地、宜林沙荒地、灌木林、耕地及其它用地鑲嵌其中的森林景觀，景觀異質(zhì)性較低，異質(zhì)景觀要素斑塊交互鑲嵌。

3.2 森林景觀斑塊特征分析

3.2.1 斑塊規(guī)模分析

對各森林景觀要素類型的斑塊規(guī)模進行統(tǒng)計分析，計算其斑塊數(shù)量、斑塊平均面積、最大和最小斑塊面積、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差以及變動系數(shù)等，統(tǒng)計分析結(jié)果見表3。

表3 森林景觀要素類型斑塊平均規(guī)模分析

表4 景觀要素類型斑塊近圓指數(shù)和分維數(shù)

從表3中可以看出，研究區(qū)斑塊總數(shù)為986塊，平均斑塊面積為1.000 7 hm2。其中：混交林斑塊數(shù)量最多，分布最廣，變動最小，變異系數(shù)為0.541 6%；荒山荒地、純林以及疏林，其變動系數(shù)分別為0.590 2%、0.999 3%和1.609 1%；宜林沙荒地、耕地和其它用地規(guī)模相當(dāng)，分別為2.951 9%、2.403 5%和2.468 1%，構(gòu)成景觀生態(tài)系統(tǒng)的重要要素類型。從變動系數(shù)來看，只有灌木林和未成林造林地較高，分別為3.598 5%和4.066 8%，其余斑塊均小于3.000 0%。

3.2.2 斑塊形狀分析

本研究采用斑塊近圓指數(shù)和分維數(shù)來分析森林景觀中各類斑塊的形狀特征，計算結(jié)果見表4。

從表4中可以看出，在近 圓指數(shù)方面，耕地最高，為0.4013，說明景觀斑塊受人為干擾較重，形狀規(guī)整，邊緣形狀簡單，接近于圓形；其次是純林、疏林、未成林造林地、荒山荒地、宜林沙荒地、灌木林和其它用地，在0.1286～0.3918之間；混交林的近圓指數(shù)最小，為0.0736，說明斑塊形狀最復(fù)雜。在分維數(shù)方面，混交林最高，為1.5315，說明其形狀很復(fù)雜；未成林造林地、純林、荒山荒地和灌木灌木林次之，分別為1.4913、1.4305、1.3777和1.3227；疏林、宜林沙荒地和耕地分維數(shù)相當(dāng)，分別為1.2302、1.2633和1.2440；其它用地最低，為1.0639，說明斑塊的自我相似性強，斑塊形狀有規(guī)律，受干擾的程度較大。

4 結(jié)論與討論

以河北省木蘭圍場國有林場管理局桃山林場施業(yè)區(qū)內(nèi)的森林資源為對象，利用GIS技術(shù)分析研究區(qū)森林景觀及其分布規(guī)律，結(jié)果表明：桃山林場森林景觀以混交林為主體，其面積占景觀總面積的60.42%，斑塊數(shù)量占景觀斑塊總數(shù)量的29.01%，優(yōu)勢度達到3.474 5，混交林可作為研究區(qū)內(nèi)景觀的基質(zhì)。在斑塊規(guī)模中，以混交林斑塊最大，純林和荒山荒地也有較大規(guī)模，疏林地也有相當(dāng)規(guī)模分布，未成林造林地、宜林沙荒地、灌木林、耕地和其它用地景觀規(guī)模最小；各類斑塊的極差值均較大，說明斑塊大小的分化較強烈。混交林的形狀最復(fù)雜；其次是未成林造林地、純林、荒山荒地、灌木林、宜林沙荒地、耕地和疏林地；其它用地的形狀規(guī)整，邊緣形狀簡單，說明這類景觀斑塊受人為干較嚴(yán)重。

本研究主要以二類調(diào)查小班調(diào)查數(shù)據(jù)及林相圖為基礎(chǔ)，采用景觀格局指數(shù)分析法對森林景觀格局進行分析，屬于景觀研究中的靜態(tài)分析。而森林景觀格局的形成是在多因素影響下的動態(tài)變化結(jié)果，因此，有必要在考慮人為及環(huán)境因素干擾下，利用多年連續(xù)數(shù)據(jù)，采用趨勢分析、半方差分析等空間統(tǒng)計學(xué)分析方法進行深入研究[8～9]，以便為桃山林場的規(guī)劃與經(jīng)營提供科學(xué)合理的依據(jù)。

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