基于GIS的貴州貴安新區(qū)林地景觀格局特征分析

張東凱 金祺 楊武

摘要 森林景觀格局是指森林景觀組成的空間分布和組合特征，分析森林景觀格局是研究森林景觀功能和動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源的可持續(xù)利用提供依據(jù)。以貴安新區(qū)林業(yè)資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用GIS和Fragstats技術(shù)，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理與方法，選取合理的景觀指數(shù)來探討分析貴安新區(qū)林業(yè)景觀格局特征。結(jié)果表明：研究區(qū)林地景觀總面積達(dá)14 654.50 hm2，占研究區(qū)總面積的3002%;不同類型林地景觀斑塊面積差異較大，灌木林地和喬木林地在林地景觀類型中占明顯優(yōu)勢(shì);林地景觀斑塊類型以5 hm2以下的小型斑塊為主，中型斑塊較少，而大型和超大斑塊則極少;林地斑塊較為零碎，完整性和連通性較差，存在一定的破碎化現(xiàn)象;林地景觀多樣性較高，但林地景觀分布不均勻且景觀豐富度較小;林地景觀的聚集度均在80%以上，整體聚集度較高;除喬木林地外，其他各林地景觀類型間連續(xù)程度不高，未能形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)且相互聯(lián)系度較低。

關(guān)鍵詞 林業(yè)景觀格局;貴安新區(qū);景觀斑塊;景觀指數(shù)

中圖分類號(hào) P901文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）13-0103-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.034

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Forestry Landscape Patterns in Guian New Area of Guizhou Province Based on GIS

Abstract Forest landscape pattern refers to the spatial distribution and combination characteristics of forest landscape composition. Analyzing the forest landscape pattern is the basis for studying the function and dynamics of forest landscape， which provides the basis for realizing the sustainable utilization of forest resources. Based on the secondclass survey data of forestry resources in Guian New Area， using GIS and Fragstats technology， the principles and methods of landscape ecology， reasonable landscape index was selected to explore and analyze the characteristics of forestry landscape pattern in Guian New Area. The results showed that the total area of forest landscape in the study area was 14 654.50 hm2， accounting for 30.02% of the total area in the study area. The landscape patch area in different types of woodlands was quite different， and shrub and arbor forests were dominant in the landscape types of woodlands. The main types of landscape patches in forest land were small patches less than 5 hm2， medium patches were few， large and super patches were very few. Forest patches were fragmented， with poor integrity and connectivity， there were some fragmentation phenomena. The diversity of forest landscape was high， but the distribution of forest landscape was uneven and the landscape richness was small. The aggregation degree of forest landscape was above 80%， and the overall aggregation degree was high. Except for arbor forest land， the continuities of other forest land landscape types were not high， the system structure had not been formed and the degree of interconnection was low.

Key words Forestry landscape pattern;Guian New Area;Landscape patch;Landscape index

作者簡(jiǎn)介 張東凱（1986—），男，河南駐馬店人，工程師，碩士，從事森林培育技術(shù)和森林資源監(jiān)測(cè)技術(shù)方面的研究。

收稿日期 2019-01-29

景觀格局是指大小和形狀各異的景觀要素的空間分布與組合特征[1]。它是景觀異質(zhì)性在空間上的綜合表現(xiàn)，是人類活動(dòng)與環(huán)境干擾促動(dòng)下的結(jié)果，同時(shí)景觀格局反映一定社會(huì)形態(tài)下人類活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況[2]。森林生態(tài)系統(tǒng)是地球上最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在全球生態(tài)系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色，在維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境、保持水土、涵養(yǎng)水源等方面起著重要的作用[3-4]。森林景觀是景觀生態(tài)學(xué)重要的研究?jī)?nèi)容[5]。森林景觀格局是指性質(zhì)、大小及形狀各異的森林景觀要素在空間上的分布和組合特征，是當(dāng)今森林景觀生態(tài)學(xué)研究的核心[6]。不同的林業(yè)景觀類型承載相應(yīng)的生態(tài)功能，合理的景觀結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的生態(tài)過程及豐富的生態(tài)服務(wù)直接決定著區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展[7-9]。自20世紀(jì)80年代景觀生態(tài)學(xué)傳入我國(guó)之后就出現(xiàn)了介紹景觀生態(tài)學(xué)概念、理論和方法的研究[10-12]。隨后有關(guān)流域景觀、濕地景觀及林業(yè)景觀等的研究相繼出現(xiàn)[13-16]。然而，目前對(duì)喀斯特地區(qū)林業(yè)景觀格局的特征研究鮮有報(bào)道。

貴州貴安新區(qū)是2014年1月6日國(guó)務(wù)院批復(fù)設(shè)立的第八個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)，承載著西部地區(qū)重要經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極、內(nèi)陸開放型經(jīng)濟(jì)新高地、生態(tài)文明示范區(qū)三大戰(zhàn)略定位。研究該區(qū)域林業(yè)景觀空間格局，可辨識(shí)該區(qū)域生態(tài)狀況及其空間變異特征，并為該區(qū)域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)、景觀生態(tài)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供決策依據(jù)[17]。

該研究以貴安新區(qū)林業(yè)資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用GIS技術(shù)，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理與方法，參照前人研究成果[18]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，選取12個(gè)景觀格局指數(shù)，系統(tǒng)分析貴安新區(qū)林業(yè)景觀格局特征，了解及掌握其分布特點(diǎn)，以期為研究區(qū)林業(yè)景觀格局優(yōu)化以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防御工作提供參考。

1 研究區(qū)概況

貴安新區(qū)位于貴州高原中部、貴陽市和安順市中心地帶，規(guī)劃范圍涉及貴陽市花溪區(qū)、清鎮(zhèn)市和安順市平壩區(qū)、西秀區(qū)，共2市4縣（市、區(qū)）20個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），規(guī)劃控制面積1 795 km2，現(xiàn)狀人口100萬人。貴安新區(qū)人文生態(tài)環(huán)境良好，歷史悠久，氣候涼爽宜人，森林覆蓋率達(dá)30%，屯堡文化、原生態(tài)文化絢麗多姿，紅楓湖、百花湖、天河潭、平壩農(nóng)場(chǎng)等著名景區(qū)分布其中，具備發(fā)展高端文化旅游、休閑旅游等資源優(yōu)勢(shì)（圖1）。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

該研究以貴安新區(qū)林業(yè)二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，運(yùn)用Arc GIS10.5軟件平臺(tái)，參照《貴州省第四次林業(yè)資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查實(shí)施細(xì)則》中景觀分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相鄰屬性的小班進(jìn)行合并，建立研究區(qū)景觀類型斑塊圖及屬性數(shù)據(jù)庫，然后再將矢量圖轉(zhuǎn)為柵格圖，運(yùn)用景觀格局分析軟件Fragstats4.2計(jì)算景觀格局指數(shù)。

2.2 景觀要素類型劃分與景觀指數(shù)選擇

景觀要素類型劃分是按照一定的特征把對(duì)象區(qū)域定義為幾種相對(duì)均質(zhì)的土地生態(tài)單位，是一個(gè)多級(jí)細(xì)化的結(jié)構(gòu)體系，類型的詳細(xì)程度既取決于數(shù)據(jù)和技術(shù)手段可達(dá)到的識(shí)別程度，也取決于工作目標(biāo)所需要的分類水平[19]。由于對(duì)景觀的理解不同，景觀分類也各不相同。該研究參照《貴州省第四次林業(yè)資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查實(shí)施細(xì)則》，將景觀分為林地和非林地兩大類，其中林業(yè)用地分為喬木林地、竹林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、苗圃地、跡地和宜林地;非林地分為耕地、牧草地、水域、未利用地和建設(shè)用地。

景觀指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面的特征[20]，目前很多學(xué)者將其應(yīng)用于分析景觀格局[21-22]。筆者在充分考慮各景觀指數(shù)生態(tài)學(xué)意義的基礎(chǔ)上，借鑒前人研究成果[13-14，18，22]，選擇斑塊數(shù)（NP）、斑塊類型面積（CA）、平均斑塊面積（PLAND）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、景觀類型面積（TA）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、歐幾里得最近鄰體距離（ENN）、聚集度指數(shù)（AI）、Shannon多樣性指數(shù)（SHDI）、Shannon均勻度指數(shù)（SHEI）和景觀豐富度密度（PRD）12個(gè)指數(shù)描述貴安新區(qū)林業(yè)景觀格局特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 林地景觀斑塊構(gòu)成分析

通過對(duì)研究區(qū)林地類型數(shù)、各類林業(yè)景觀斑塊數(shù)量、各類林業(yè)景觀的斑塊面積及斑塊面積比例等指標(biāo)的計(jì)算，分析貴安新區(qū)林業(yè)景觀斑塊構(gòu)成情況。

由表1可知，貴安新區(qū)總面積48 820.32 hm2，林地景觀總面積為14 654.5 hm2，占研究區(qū)總面積的30.02%。在林地景觀類型中，以灌木林地和喬木林地為主，二者面積分別為6 634.85、5 524.71 hm2，分別占研究區(qū)總面積的13.59%和1132%;其次為未成林造林地，面積為1 280.68 hm2，占研究區(qū)總面積的2.62%;然后為宜林地，面積為621.25 hm2，占研究區(qū)總面積的1.27%;接著為苗圃地，面積為409.29 hm2，占研究區(qū)總面積的0.84%;跡地、竹林地和疏林地的面積共18372 hm2，占研究區(qū)總面積的0.38%。研究區(qū)林地類型斑塊數(shù)量從多到少依次為喬木林地、灌木林地、未成林造林地、宜林地、竹林地、跡地、苗圃地、疏林地。

3.2 林地景觀斑塊尺度等級(jí)分析

3.2.1 不同林地景觀斑塊大小分析。

由表2可知，林地斑塊類型中，苗圃地的斑塊面積平均值最大，為24.08 hm2，斑塊面積變化為0.37～142.51 hm2，這主要是由于其總面積大，斑塊數(shù)量少所造成的;其次為灌木林地，斑塊面積平均為792 hm2，且斑塊面積變化最大（0.01～1 074.38 hm2）;接下來為跡地，斑塊面積平均為5.19 hm2，斑塊面積變化為011～52.30 hm2。

其余5類林地景觀類型的斑塊面積平均值均小于5 hm2，依次為未成林造林地（3.70 hm2）、喬木林地（3.60 hm2）、宜林地（2.20 hm2）、竹林地（0.93 hm2）、疏林地（0.52 hm2）。這5類林地景觀中喬木林地斑塊面積變化最大（0.01～259.56 hm2），其次為未成林造林地斑塊面積變化（0.01～167.92 hm2），然后斑塊面積變化從大到小分別為宜林地（0.01～42.85 hm2）、竹林地（0.09～5.29 hm2）和疏林地（0.01～1.16 hm2）。

3.2.2 林地景觀斑塊結(jié)構(gòu)特征分析。

為直觀反映研究區(qū)各林地景觀類型格局結(jié)構(gòu)，參照前人研究成果，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，現(xiàn)將斑塊分為小型斑塊（<5 hm2）、中型斑塊（5～50 hm2）、大型斑塊（>50～100 hm2）和超大型斑塊（>100 hm2）[21]。

由表3可知，貴安新區(qū)以5 hm2以下的小型斑塊為主，中型斑塊較少，而大型斑塊和超大斑塊則極少。觀察發(fā)現(xiàn)，所有林地景觀類型均以小型斑塊為主。同時(shí)，所有景觀類型均表現(xiàn)出中型及以上等級(jí)斑塊數(shù)量積極減少甚至消失的現(xiàn)象，說明研究區(qū)斑塊較為零碎，完整性和連通性較差，存在著一定的破碎化現(xiàn)象。就景觀類型來看，喬木林地、灌木林地、未成林造林地和苗圃地景觀結(jié)構(gòu)較為完整，破碎化程度相對(duì)較低;而疏林地、竹林地和宜林地的破碎化程度相對(duì)較高。

3.3 林地景觀空間結(jié)構(gòu)度量及分析

3.3.1 林地景觀空間特征指標(biāo)及分析。

3.3.1.1 斑塊破碎化程度分析。

景觀破碎化是城市化進(jìn)程中景觀格局演變的重要特征，它與人類活動(dòng)、景觀格局及其功能、過程密切相關(guān)，其中人類活動(dòng)是造成景觀破碎化的一個(gè)重要因素[23-24]。由表4可知，貴安新區(qū)林地景觀平均斑塊面積由大到小分別為苗圃地、灌木林地、跡地、未成林造林地、喬木林地、宜林地、竹林地、疏林地;破碎度由大到小分別為疏林地、竹林地、宜林地、喬木林地、未成林造林地、跡地、灌木林地、苗圃地?？梢园l(fā)現(xiàn)平均斑塊面積越小，則破碎度越大。

3.3.1.2 斑塊形狀復(fù)雜程度分析。

從斑塊形狀指數(shù)（LSI）來看，斑塊形狀指數(shù)越小，說明斑塊越規(guī)整，斑塊越規(guī)整對(duì)保護(hù)物種純度越有利，但對(duì)物種多樣性保護(hù)越不利。由表4可知，貴安新區(qū)林地景觀的斑塊形狀指數(shù)由大到小為喬木林地（59.141 2）、灌木林地（40.927 0）、未成林造林地（25.708 1）、宜林地（24.805 6）、竹林地（10.234 2）、跡地（6.959 3）、苗圃地（5.921 0）、疏林地（2.818 2）。其中喬木林地LSI值最大，為59.141 2，疏林地LSI值最小，為2.818 2，說明研究區(qū)疏林地、苗圃地和跡地景觀受人為干擾較大，斑塊較規(guī)整，形狀簡(jiǎn)單，與周圍環(huán)境的作用較小，不利于其與周圍物質(zhì)和能量交流及其對(duì)周圍環(huán)境的改善。

3.3.1.3 優(yōu)勢(shì)景觀類型分析。

最大斑塊指數(shù)（LPI）是指某一類林地景觀的最大斑塊面積在該類型林地斑塊總面積中所占的比例，該指數(shù)能有效反映優(yōu)勢(shì)景觀的情況。由表4可知，各林地斑塊的最大斑塊指數(shù)從大到小依次為灌木林地（2.200 7）、喬木林地（0.531 7）、未成林造林地（0.344 0）、苗圃地（0.291 9）、跡地（0.107 1）、宜林地（0.087 8）、竹林地（0.010 8）、疏林地（0.002 4）。灌木林地的LPI最大，在貴安新區(qū)林地景觀斑塊中占有明顯優(yōu)勢(shì);疏林地的LPI最小，主要是由于其面積較小且較分散。

3.3.2 林地景觀多樣性指標(biāo)分析。

貴安新區(qū)林地景觀的Shannon多樣性指數(shù)為1.013 2，說明研究區(qū)林地景觀類型高，有利于自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)。Shannon均勻度指數(shù)為0.395 0，說明研究區(qū)林地景觀分配不均勻，存在著少數(shù)景觀類型占據(jù)支配地位而控制景觀整體的不均勻現(xiàn)象。景觀豐富度密度為0.026 6，反映研究區(qū)林地景觀豐富度較小。總體來說研究區(qū)林地景觀類型多樣性高，林地景觀分布不均勻，且林地景觀豐富度較小[22，25]。

3.4 林地空間孤立性分析

歐幾里得最近鄰體距離（ENN）是指斑塊間的最近距離，用來反映斑塊微觀水平上的空間孤立性與景觀之間的可達(dá)性。ENN越大，表明斑塊之間的空間孤立性越高，景觀之間的可達(dá)性越差[26]。

由圖2可知，除喬木林地ENN（89 m）之外，其他林地景觀類型ENN均大于100 m，其中竹林地、疏林地和跡地的ENN均超過1 000 m，這說明研究區(qū)林地景觀的連續(xù)性差。ENN從大到小依次為疏林地、竹林地、跡地、苗圃地、宜林地、未成林造林地、灌木林地、喬木林地。其中喬木林地的連續(xù)性最好，其次為灌木林地，主要是由于喬木林地和灌木林地總面積分別占研究區(qū)總面積的11.32%和13.59%，且喬木林地和灌木林地均是成片分布。疏林地、竹林地和跡地的連續(xù)性較差，疏林地、竹林地和跡地的面積較小，且分布較為分散，整體缺乏空間連接，因此分布較為孤立。總體而言，貴安新區(qū)各林地景觀間的連續(xù)差異較大，未能形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)且各林地景觀相互聯(lián)系度較低。

3.5 林地空間聚集性分析

聚集度指數(shù)（AI）是從宏觀角度上反映斑塊的聚集度，與斑塊之間的公共邊數(shù)有關(guān)。由圖3可知，貴安新區(qū)各林地景觀的聚集度較高，各林地景觀聚集度由大到小依次為苗圃地、跡地、灌木林地、未成林造林地、喬木林地、宜林地、疏林地、竹林地。研究區(qū)各林地景觀整體聚集度好，其中苗圃地、跡地和灌木林地聚集度相對(duì)較高，均為95%以上。

4 結(jié)論與討論

貴安新區(qū)位于貴陽市和安順市結(jié)合部，地處黔中經(jīng)濟(jì)核心區(qū)，境內(nèi)森林覆蓋率達(dá)30%，近年來，雖然政府和相關(guān)部門均在全力推進(jìn)“大扶貧、大數(shù)據(jù)、大生態(tài)”戰(zhàn)略的實(shí)施，林業(yè)用地面積也在不斷增加，但目前林業(yè)景觀格局是否科學(xué)合理仍需研究。筆者以貴安新區(qū)林業(yè)資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用GIS技術(shù)，運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理與方法，參照前人研究成果[13-14，18，22]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，選取合理的景觀指數(shù)來探討分析貴安新區(qū)林業(yè)景觀格局特征，主要結(jié)論如下。

（1）研究區(qū)林地景觀總面積達(dá)14 654.50 hm2，占研究區(qū)總面積的30.02%。不同類型林地景觀斑塊面積差異較大，灌木林地和喬木林地在林地景觀類型中占明顯優(yōu)勢(shì)。

（2）研究區(qū)林地景觀以5 hm2以下的小型斑塊為主，中型斑塊較少，而大型和超大斑塊則極少。說明林地斑塊較為零碎，完整性和連通性較差，存在一定的破碎化現(xiàn)象。

（3）研究區(qū)各林地斑塊中苗圃地、灌木林地和跡地的平均斑塊面積最大，破碎度最小;疏林地和竹林地的平均斑塊面積最小，破碎度最大。喬木林和灌木林的斑塊形狀復(fù)雜，受人為干擾較小，疏林地、苗圃地和跡地的板塊形狀簡(jiǎn)單，受人為干擾較大。

（4）研究區(qū)林地景觀Shannon多樣性指數(shù)為1.013 2，Shannon均勻度指數(shù)為0.395 0，景觀豐富度密度為0.026 6，反映了研究區(qū)林地景觀類型多樣性高，但林地景觀分布不均勻且景觀豐富度較小。

（5）從微觀水平來看，研究區(qū)除喬木林地ENN（89 m）外，其他林地景觀類型ENN均大于100 m，說明研究區(qū)各林地景觀類型間連續(xù)差異較大，未能形成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)且相互聯(lián)系度較低。研究區(qū)各林地景觀的聚集度均在80%以上，說明各林地景觀整體聚集度好，其中苗圃地、跡地和灌木林地相對(duì)較高，均為95%以上。

為防止林業(yè)景觀破碎化進(jìn)一步加劇，建議采取合理的措施對(duì)研究區(qū)的景觀格局進(jìn)行優(yōu)化，有效地實(shí)施林業(yè)資源管理

與經(jīng)營(yíng)措施，提高林業(yè)景觀斑塊之間的連通性，為研究區(qū)生

態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)、景觀生態(tài)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供決策依據(jù)，以確保研究區(qū)的西部地區(qū)重要經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極、內(nèi)陸開放型經(jīng)濟(jì)新高地、生態(tài)文明示范區(qū)三大戰(zhàn)略的順利實(shí)施。

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