畢棚溝風(fēng)景區(qū)紅葉彩林景觀穩(wěn)定性分析

林棚俊，李昌玉，盧昌泰,3*，王 戈，楊 林，劉前程

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，四川 溫江 611130 ；2.汶川縣林業(yè)和草原局，四川 汶川 623000；3.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)旅游學(xué)院，四川 都江堰 611830；4.什邡市國有林場，四川 什邡 618400)

景觀格局穩(wěn)定性是目前景觀生態(tài)學(xué)研究熱點(diǎn)之一。關(guān)于景觀穩(wěn)定性內(nèi)涵國內(nèi)外學(xué)者雖未達(dá)成一致，但學(xué)者們大多是從景觀恢復(fù)性、景觀持續(xù)性及景觀抗干擾能力等角度對(duì)其定義和進(jìn)行內(nèi)涵闡述[1，2]。對(duì)于森林來說，其景觀格局穩(wěn)定性與森林生態(tài)系統(tǒng)的健康有著直接聯(lián)系[3]。目前關(guān)于景觀格局穩(wěn)定性研究大多從森林資源經(jīng)營管理角度出發(fā)，以土地利用為主導(dǎo)分類原則劃分景觀類型[3～5]，鮮有文獻(xiàn)對(duì)具有重要生態(tài)旅游開發(fā)價(jià)值的紅葉彩林景觀格局穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

畢棚溝風(fēng)景區(qū)紅葉彩林資源稟賦突出，森林旅游發(fā)展前景良好，是川西非常知名的紅葉觀賞圣地。畢棚溝風(fēng)景區(qū)作為典型的川西亞高山林區(qū)，在50年前被大量采伐利用后通過人工造林和自然更新，恢復(fù)后形成紅葉彩林景觀，是四川植被恢復(fù)、天然林保護(hù)及防護(hù)林工程的重點(diǎn)區(qū)域之一[6,7]。鑒于此，基于GIS技術(shù)，構(gòu)建彩林景觀穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型，定量分析畢棚溝風(fēng)景區(qū)景觀類型特征及其穩(wěn)定性，以期為研究區(qū)森林旅游可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

畢棚溝風(fēng)景區(qū)坐落于四川省阿壩州藏族羌族自治州理縣，整體景區(qū)位于樸頭鄉(xiāng)梭羅溝內(nèi)，全長約45 km，寬4 km，面積約為187 km2。其東臨臥龍國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，南接小金縣四姑娘山風(fēng)景區(qū)，北近古爾溝溫泉，與四姑娘山、臥龍共同構(gòu)成了“大熊貓走廊世界遺產(chǎn)地”(1)資料來源：全國生態(tài)旅游發(fā)展規(guī)劃(2016—2025年)。區(qū)內(nèi)海拔高度2 000 m以上，相對(duì)高差大，坡谷陡峭，地形復(fù)雜而獨(dú)特。氣溫年變幅較小，夏季受季風(fēng)氣流影響溫潤多雨，冬季因蒙古高原干冷氣流波及而干燥寒冷[8]。研究區(qū)內(nèi)保存著大量原始林及次生林，彩葉植物種類豐富，植被覆蓋率高。每至金秋時(shí)節(jié)，風(fēng)景區(qū)內(nèi)密林中的槭、樺、落葉松等彩葉樹種漸次經(jīng)霜，以紅、黃為基調(diào)，層林盡染，成為理縣的一大奇觀。研究區(qū)自然資源豐富，紅葉彩林資源賦存尤為突出，但其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于相對(duì)劣勢地位。同時(shí)，研究區(qū)隸屬于四川省干旱半干旱區(qū)域的阿壩州，在自然因素和人為因素的雙重作用下使得其成為生態(tài)脆弱區(qū)，是全面建成長江上游生態(tài)屏障的重點(diǎn)、難點(diǎn)區(qū)域之一[9]。不可能發(fā)展大規(guī)模一、二產(chǎn)業(yè)情境下，分析研究區(qū)紅葉彩林景觀格局在一定程度上有益于該區(qū)發(fā)展森林生態(tài)旅游，促進(jìn)其持續(xù)“綠色脫貧”。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

主要收集理縣森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)(四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，2018年)、全能電子地圖下載器下載的畢棚溝衛(wèi)星地圖和四川米亞羅自然保護(hù)區(qū)畢棚溝實(shí)驗(yàn)區(qū)生態(tài)旅游總體規(guī)劃(2015—2025年)等資料。根據(jù)研究需要，以樹種變色時(shí)色類為主導(dǎo)分類原則，將景觀劃分為以黃色類彩葉樹種為主的高山柳林、沙棘林、忍冬林、日本落葉松林、四川落葉松林、高山櫟、樺木林、楊樹林景觀；以紅色類彩葉樹種為主的鮮卑花林、花楸林、繡線菊林、槭樹林景觀；復(fù)色類杜鵑林景觀，共13類。應(yīng)用ArcGIS10.2將森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為符合景觀指數(shù)計(jì)算軟件Fragstas4.1要求的60 m×60 m的柵格數(shù)據(jù)，再選取合適的景觀格局指數(shù)進(jìn)行研究分析。

2.2 景觀格局指數(shù)選取與模型構(gòu)建

據(jù)森林景觀穩(wěn)定性研究的相關(guān)成果[3,5]，本文選取斑塊密度(PD,X1)、斑塊所占景觀面積比例(PLAND,X2)、最大斑塊指數(shù)(LPI,X3)、斑塊內(nèi)聚力指數(shù)(COHESION,X4)、景觀分離度指數(shù)(DIVISION,X5)及平均分維數(shù)(FRAC_MN,X6)6項(xiàng)景觀指標(biāo)，6項(xiàng)景觀指標(biāo)用以對(duì)研究區(qū)紅葉彩林景觀穩(wěn)定性進(jìn)行研究。景觀格局穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型是利用主成分分析法來構(gòu)建，將景觀指標(biāo)分為正負(fù)兩類指標(biāo)，正指標(biāo)對(duì)分析景觀格局穩(wěn)定性有利，反之則稱為負(fù)指標(biāo)[10～12]。構(gòu)建過程如表1所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 彩林景觀類型特征

森林景觀格局分析是森林景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)管理的基礎(chǔ)[13]。選取斑塊面積(CA)、斑塊數(shù)量(NP)、最大斑塊指數(shù)(LPI)衡量研究區(qū)彩林景觀類型特征。由表2可知，斑塊面積方面，黃色類彩林景觀類型中面積最大的是四川落葉松林，最小的是沙棘林。紅色類以鮮卑花林面積最大，繡線菊林最小。鮮卑花林、杜鵑林、四川落葉松林、高山柳林及忍冬林景觀等5類為研究區(qū)主要彩林景觀類型。斑塊數(shù)量方面，黃色類彩林景觀類型斑塊數(shù)量最多的是樺木林，最少的是沙棘林。紅色類以鮮卑花林斑塊數(shù)量最多，繡線菊林最小。反映了各彩林景觀類型的破碎化程度。最大斑塊指數(shù)方面，黃色類以忍冬林景觀優(yōu)勢度最高，紅色類以鮮卑花林景觀優(yōu)勢度最高，杜鵑林景觀優(yōu)勢度也較高。

表1景觀格局穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

Tab.1 Establishment of landscape stability assessment models

表2彩林景觀特征

Tab.2 Color-leafedforestlandscapecharacteristics

色類景觀類型斑塊類型面積/hm2斑塊數(shù)量/個(gè)最大斑塊指數(shù)/%黃色類高山柳林137.88 500.123 沙棘林3.24 20.010 忍冬林109.44 220.266 日本落葉松林46.44 90.097 高山櫟33.12 110.060 樺木林46.08 530.034 楊樹林15.84 160.034 四川落葉松林332.64 960.231 紅色類鮮卑花林719.28 490.833 花楸林22.32 110.030 繡線菊林1.80 10.010 槭樹林27.00 90.075 復(fù)色類杜鵑林649.08 850.695

3.2 彩林景觀穩(wěn)定性

經(jīng)景觀指標(biāo)計(jì)算軟件Fragstas4.1計(jì)算后，利用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS17.0對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理從而形成景觀指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣如表3。

表3景觀穩(wěn)定性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣

Tab.3 Standardization matrix of indicators of landscape stability

利用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS17.0的主成分分析功能對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的無綱量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，分析各指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。分析表4可知，前兩個(gè)成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了85.052%，滿足選取的主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率需要超過85%的要求[14]。由此可以得出前兩個(gè)成分是對(duì)研究區(qū)彩林景觀類型進(jìn)行景觀格局穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型的最重要的成分，不僅能充分反映研究區(qū)景觀類型相關(guān)景觀信息，還能夠?qū)ρ芯繀^(qū)景觀類型的穩(wěn)定性予以全面評(píng)價(jià)。

通過因子分析得出的景觀穩(wěn)定性指標(biāo)主成分荷載矩陣(見表5)可知，各景觀格局指數(shù)中，主成分ZC1在X2(斑塊所占景觀面積比例)、X3(最大斑塊指數(shù))及X4(斑塊內(nèi)聚力指數(shù))3個(gè)因子上荷載較大，分別為0.990、0.980及0.833，這表明了主成分ZC1能綜合表征這3個(gè)變量因子的信息，即景觀類型的景觀異質(zhì)性特征。主成分ZC2在X5(平均分維數(shù)荷載)最高，為0.946，這表明了主成分ZC2能綜合表征這個(gè)變量因子的信息，即景觀斑塊外形的復(fù)雜程度。

表4景觀穩(wěn)定性指標(biāo)特征值及主成分貢獻(xiàn)率

Tab.4 Eigenvalueandthecontributionrateofprinciplecomponents

成分初始特征值提取平方和載入特征值方差/%累計(jì)/%合計(jì)方差/%累計(jì)/%13.99066.50166.5013.99066.50166.50121.11318.55185.0521.11318.55185.05230.4858.09193.14440.3836.37999.52350.0210.35699.87860.0070.122100.000

表5景觀穩(wěn)定性指標(biāo)主成分荷載矩陣

Tab.5 Principlecomponentsloadingmatrixofindicatorsoflandscapestability

X1X2X3X4X5X6ZC10.7040.9900.9800.8330.114-0.921ZC2-0.439-0.0190.0400.1250.946-0.084

用各自主成分荷載向量除以各自主成分特征的算術(shù)平方根即可得到主成分ZC1及ZC2的系數(shù)，得出兩個(gè)主成分線性組合F1及F2，進(jìn)而構(gòu)建出研究區(qū)森林景觀穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型F。

F1=0.3524 X1+0.4956 X2+0.4906 X3+0.4170 X4+0.0571 X5-0.4611 X6

F2=-0.4161 X1-0.0180 X2+0.0379 X3+0.1185 X4+0.8967 X5-0.0796 X6

F=0.1573 X1+0.3266 X2+0.3336 X3+0.2996 X4+0.2045X5-0.3217 X6

由此可以得出景觀穩(wěn)定性各指標(biāo)權(quán)重，由表6可示，研究區(qū)6項(xiàng)景觀穩(wěn)定性指標(biāo)權(quán)重從大到小排列如下：X3最大斑塊指數(shù)>X2斑塊所占景觀面積比例>X4斑塊內(nèi)聚力指數(shù)>X5平均分維數(shù)>X1斑塊密度>X6景觀分離度指數(shù)。其中穩(wěn)定性指標(biāo)X6(景觀分離度指數(shù))穩(wěn)定性權(quán)重(-0.3217)是負(fù)值，表明其對(duì)研究區(qū)彩林景觀類型穩(wěn)定性產(chǎn)生逆向作用。X3(最大斑塊指數(shù))對(duì)研究區(qū)彩林景觀類型穩(wěn)定性影響超過其他幾項(xiàng)穩(wěn)定性指標(biāo)。X2(斑塊所占景觀面積比例)及X4(斑塊內(nèi)聚力指數(shù))兩項(xiàng)穩(wěn)定性指標(biāo)權(quán)重在0.3左右，這表明它們對(duì)研究區(qū)彩林景觀穩(wěn)定性的影響力也不容小覷。

表6景觀穩(wěn)定性指標(biāo)權(quán)重

Tab.6 Indexweightingsofindicatorsoflandscapestability

項(xiàng)目X1X2X3X4X5X6權(quán)重0.15730.32660.33360.29960.2045-0.3217

利用表1中計(jì)算穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指數(shù)公式將無量綱化景觀指數(shù)值與景觀穩(wěn)定性指標(biāo)權(quán)重值求和便可得到相應(yīng)各個(gè)景觀類型的景觀穩(wěn)定值指數(shù)如表7。

表7景觀類型穩(wěn)定性評(píng)分值

Tab.7 Landscapestabilityvalueoflandscapetypes

景觀類型綜合評(píng)分排名高山柳林-0.16536沙棘林-0.889711忍冬林0.17694日本落葉松林-0.05455高山櫟-0.39117樺木林-0.953712楊樹林-1.136513鮮卑花林2.16901花楸林-0.661610繡線菊林-0.40418四川落葉松林0.79153槭樹林-0.58529杜鵑林1.9726 2

如表7及圖1所示，研究區(qū)彩林景觀類型穩(wěn)定性綜合評(píng)分從大到小排列如下：鮮卑花林>杜鵑林>四川落葉松林>忍冬林>日本落葉松林>高山柳林>高山櫟>繡線菊林>槭樹林>花楸林>沙棘林>樺木林>楊樹林。研究區(qū)13類景觀類型之間的差值較大，即研究區(qū)彩林景觀穩(wěn)定性差異也較大，其中景觀穩(wěn)定性最高的為鮮卑花林，最低的是楊樹林。杜鵑林、四川落葉松林及忍冬林穩(wěn)定性也排名靠前。

圖1 景觀穩(wěn)定值雷達(dá)圖Fig.1 Radar graph.of landscape stability values

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

鮮卑花林、杜鵑林、四川落葉松林、高山柳林及忍冬林景觀為研究區(qū)主要彩林景觀類型。黃色類彩林景觀類型中面積最大的是四川落葉松林，最小的是沙棘林。紅色類以鮮卑花林面積最大，繡線菊林最小。楊樹林、繡線菊林等彩林景觀類型面積較小，斑塊較少，與其它景觀斑塊自然連通度低，不利于以之代表的彩林景觀的形成。穩(wěn)定性方面，景觀穩(wěn)定性指標(biāo)中X3最大斑塊指數(shù)、X2斑塊所占景觀面積比例及X4斑塊內(nèi)聚力指數(shù)兩項(xiàng)穩(wěn)定性指標(biāo)權(quán)重較高，對(duì)研究區(qū)彩林景觀類型穩(wěn)定性影響程度較大。鮮卑花林、杜鵑林、四川落葉松林及忍冬林的景觀穩(wěn)定性較高，這可能與植物生境有極大關(guān)聯(lián)，研究區(qū)立地條件與這幾類樹種特性相互適應(yīng)，且植物自身生力、適應(yīng)性較強(qiáng)，有的還系人工種植，故其景觀性能較為穩(wěn)定?；ㄩ绷帧⑸臣?、樺木林及楊樹林的景觀穩(wěn)定性較低，可能與自然演替有關(guān)，也有可能是受到旅游活動(dòng)開發(fā)的干擾，如游憩踐踏、游憩設(shè)施建設(shè)等。未來研究中可作進(jìn)一步探討。

4.2 建議

人們對(duì)植物色彩感知最為強(qiáng)烈的顏色是紅色，其余依次為黃、白、藍(lán)、綠等色[15]。畢棚溝風(fēng)景區(qū)主要彩林景觀類型中以黃色類景觀類型為主，共8類。紅色類彩葉樹種以鮮卑花、繡線菊等灌木為主，不利于更大尺度上彩林景觀格局的形成。未來在彩葉林景觀重建或優(yōu)化中可以適地適樹原則引種紅色類彩葉喬木樹種，以豐富研究區(qū)彩林色彩層次，提升研究區(qū)彩林景觀色彩豐富度與視覺感染力。

穩(wěn)定性方面，穩(wěn)定性最高的鮮卑花林與穩(wěn)定性最低的楊樹林之間穩(wěn)定性差值達(dá)3以上，負(fù)值超-0.5的景觀類型達(dá)5類，未來彩林景觀優(yōu)化規(guī)劃中需充分考慮到對(duì)穩(wěn)定性低景觀類型的影響，嚴(yán)格遵循景觀生態(tài)學(xué)相關(guān)原理，減少人為干擾，可采取改造低價(jià)值林分、撫育彩林、構(gòu)建生態(tài)廊道等措施。

4.3 討論

相較于模糊綜合評(píng)價(jià)，主成分構(gòu)建的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系能更加綜合便捷地描述研究區(qū)景觀穩(wěn)定性[3，16]。文章在選取指標(biāo)時(shí)也充分考慮到了指標(biāo)的可操作性、代表性、解釋性。選取的斑塊密度、斑塊內(nèi)聚力指數(shù)、景觀分離度指數(shù)等景觀指標(biāo)是量化研究景觀結(jié)構(gòu)組成、空間配置特征的代表性指標(biāo)，具有較強(qiáng)的解釋性和操作性[17]。此外，有研究認(rèn)為森林景觀格局的穩(wěn)定性與不同地形條件、氣溫等也有聯(lián)系[18，19]，之后研究中可結(jié)合海拔、坡向及坡度等地形因子甚至當(dāng)?shù)貧夂虻扔枰陨钊胗懻摗?/p>