岳 剛，楊 華，亢新剛，沈 林，周 蔚

(北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

長(zhǎng)白山天然林景觀地形分異格局的研究

岳 剛，楊 華，亢新剛，沈 林，周 蔚

(北京林業(yè)大學(xué) 省部共建森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

在ArcGIS支持下，利用研究區(qū)2007年的林相圖，結(jié)合二類調(diào)查資料以及IKONOS數(shù)據(jù)進(jìn)行景觀制圖，并與數(shù)字高程模型（DEM）提取的各地形因子分布圖進(jìn)行圖層疊加統(tǒng)計(jì)，分析吉林省金溝嶺林場(chǎng)不同景觀類型隨地形變化的分異特征及其變化成因，為長(zhǎng)白山天然林景觀的功能區(qū)劃和分類經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。結(jié)果表明：（1）人工景觀的高程分異特征相近，峰值出現(xiàn)在600～700 m海拔，自然景觀則出現(xiàn)在700～800 m之間；（2）人工景觀主要分布在0°～5°坡度，而自然景觀的曲線峰值比人工景觀高出一個(gè)坡度級(jí)；（3）人工景觀主要分布在平坡地區(qū)，而自然景觀的坡度分異特征不明顯。林區(qū)景觀地形分異格局是地形因子和人為干擾的綜合影響的結(jié)果。高程和坡向是形成林區(qū)景觀分異的主要因素，而坡度則成為景觀分異的第二位影響因素。20世紀(jì)60年代以來(lái)，林業(yè)政策和經(jīng)營(yíng)方式的轉(zhuǎn)變，是林區(qū)地形分異格局發(fā)生顯著變化的根本原因，同時(shí)自然恢復(fù)過(guò)程也起到了積極的作用。

天然林景觀格局；地形因子；人為干擾；自然恢復(fù)；長(zhǎng)白山

大尺度上地形地貌為景觀格局的形成提供了物理模板，地形因子決定景觀在大范圍內(nèi)的空間異質(zhì)性[1]。特別是在人為干擾占優(yōu)勢(shì)的景觀中，地形特征通常成為大尺度人為干擾活動(dòng)景觀分布格局的基本骨架[2]。而眾多環(huán)境因子中，地形因子影響著光、熱、水、土的分布狀況，同時(shí)也在不同程度上影響著各種自然或人為的干擾，使得森林景觀空間分布格局與地形因子在空間上具有相對(duì)一致性，對(duì)揭示森林景觀格局的形成與過(guò)程有重要意義[3]。近年來(lái)，在這一領(lǐng)域的研究引起了廣泛的關(guān)注。郭晉平[4]、米湘成[5]、張志[6]等運(yùn)用趨勢(shì)面分析法，探討不同地域景觀要素在地形梯度上的分布特征，喻紅[2]、梁國(guó)付[7]、龔文峰[8]等采用景觀分布指數(shù)法，對(duì)地形梯度的景觀分布格局的影響進(jìn)行研究，張媛媛等對(duì)浙江西部桐廬縣8年高程分異規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，景觀水平上景觀指數(shù)的變化強(qiáng)度與高程呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[9]。也有學(xué)者比如沈澤昊等利用典范對(duì)應(yīng)分析(DCCA)排序方法分析不同群落類型的地形分布格局[10]，邱揚(yáng)等將DCCA發(fā)展為排序軸分類法（OAC），對(duì)山西關(guān)帝山八水溝的植群落進(jìn)行數(shù)量分類，研究表明OAC能很好地反映群落與環(huán)境的變異[11]。李雙成[12]、邱炳文等[13]利用小波變換法對(duì)不同區(qū)域遙感數(shù)據(jù)NDVI與地形因子多尺度的空間相關(guān)性進(jìn)行研究。

長(zhǎng)白山天然林是我國(guó)最重要的天然林區(qū)，在我國(guó)的森林分布中，東北森林是最大的林業(yè)基地，其森林資源比重在全國(guó)首屈一指[14]。本研究從地形對(duì)景觀分布的重要性出發(fā)，以吉林省金溝嶺林場(chǎng)為研究對(duì)象，揭示不同景觀類型隨地形變化的分異特征，并對(duì)景觀格局的變化成因進(jìn)行初步研究，進(jìn)而為長(zhǎng)白山天然林景觀的功能區(qū)劃、合理配置和分類經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省汪清縣金溝嶺林場(chǎng)，地理位置為東經(jīng) 130°5′～ 130°20′，北緯 43°17′～43°25′，屬吉林省東部山區(qū)長(zhǎng)白山系老爺嶺山脈雪嶺支脈，海拔為550～1029 m，平均坡度為10°～25°，個(gè)別地段在35°以上。季風(fēng)型氣候，全年平均氣溫為 4℃左右，積溫2144℃，年降水量 600～700 mm，多集中在七月份，植物生長(zhǎng)期為 120 d左右。土壤多為低山灰化土灰棕壤，溝谷是草甸土、泥炭土、沼澤土或沖積土，結(jié)構(gòu)一般為粘壤土類，粒狀結(jié)構(gòu)，濕松，根系多，平均厚度在40 cm左右。主要針葉樹種有云杉Picea koraiensis、 冷 杉Abies nephrolepis、 紅 松Pinus koraiensis、落葉松Larix olgeois等，闊葉樹有色木械A(chǔ)cer mono、水曲柳Fraxinus mandschurica、胡桃楸Juglans mandshurica、黃菠蘿Phellodendro namurense、 椴 樹Tilia amurensis、 白 樺Betula platyphylla以及楓樺Betula costata等。

2 研究方法

2.1 材料來(lái)源

研究區(qū)2007年林相圖，2007年森林資源二類清查數(shù)據(jù)，2010年IKONOS遙感數(shù)據(jù)，數(shù)字高程模型（DEM）以及林場(chǎng)歷史經(jīng)營(yíng)沿革等資料。

2.2 分析方法

本研究利用GIS對(duì)林相圖進(jìn)行數(shù)字化，生成研究區(qū)景觀類型專題圖，然后參照二類調(diào)查數(shù)據(jù)和IKONOS數(shù)據(jù)，糾正林相圖應(yīng)用目的不同和人為誤差的影響，建立不同景觀斑塊的屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。將該區(qū)劃分為針葉林、闊葉林、針闊混交林、灌木林、未成林造林地、沼澤地、耕地、苗圃地和其他用地共8種景觀類型，之后以數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別生成林區(qū)高程分布圖、坡度分布圖和坡向分布圖層，將景觀類型專題圖與地形分布圖層分別疊加分析，得到不同斑塊的高程、坡度、坡向?qū)傩詳?shù)據(jù)。

為了方便對(duì)林場(chǎng)地形分異特征進(jìn)行定量描述，高程以100 m為基數(shù)分帶，分帶統(tǒng)計(jì)高程變化規(guī)律；坡度的分級(jí)為5°以下為一級(jí)，之后以10°為間距分為4級(jí)；坡向按照平地、北、東北、東、東南、南、西南、西、西北分為9級(jí)，最后合并為5級(jí)，分別為平坡、陽(yáng)坡、半陽(yáng)坡、陰坡和半陰坡。各地形因子的分級(jí)見表1。

表1 地形因子分級(jí)Table 1Classification of topographical factors

3 結(jié)果與分析

3.1 地形分布特征

林區(qū)屬于低山丘陵地勢(shì)，一般陽(yáng)坡較陡而陰坡較緩。高程分布情況充分反映了研究區(qū)的地貌特征(圖1)，全區(qū)相對(duì)高差近600 m，各高程的面積分布呈單峰山狀曲線，峰值出現(xiàn)在700～800 m高程上，占該區(qū)總面積的一半。另外，有33%的面積分布在800～900 m高程。

從坡度分異的情況來(lái)看(圖2)，分布面積最廣的坡度級(jí)為5°～15°，其面積達(dá)到全區(qū)面積的84%，而其他坡度級(jí)的分布面積較少。

相對(duì)于高程和坡度的分異情況而言，本區(qū)的坡向分異則相對(duì)均勻(圖3)，如果按陰陽(yáng)坡劃分，陰坡面積比陽(yáng)坡面積稍大(高出近3%)，半陰坡(24%)和半陰坡(17%)分布面積相對(duì)較大，平坡面積最小(8%)。

圖1 高程分級(jí)面積比例統(tǒng)計(jì)Fig. 1The area percentage of elevation grades

圖2 坡度分級(jí)面積比例統(tǒng)計(jì)Fig. 2The area percentage of slope grades

圖3 各坡向面積比例統(tǒng)計(jì)Fig.3The area percentage of aspects

3.2 高程分異特征

除了苗圃地和灌木林外，其他景觀類型的面積比例分布曲線隨著高程的上升呈現(xiàn)單峰正態(tài)分布趨勢(shì)(圖5)。由于自然水源的原因，苗圃地一般都傍水而建，本林場(chǎng)共兩塊苗圃地，分布在500～600 m海拔的水源旁邊，總面積為28.5 hm2。一半以上的灌木林都分布在500～600 m高程，而在600～800 m高程帶分布曲線趨于平緩，分布面積占該景觀類型總面積的45.03%。

圖4 景觀組分隨高程梯度的分布頻率Fig.4 The distribution proportion of landscape elements to elevation grades

圖5 景觀組分隨坡度的分布頻率Fig. 5 Distribution proportion of landscape elements to slope degree

未成林造林地、沼澤地、耕地和其他用地沿高程變化的分布頻率比較相近，峰值都出現(xiàn)在600～700 m高程，分別占各自景觀類型面積的64.50%、59.85%、77.27%和85.56%。主要原因是水源和交通，其他用地主要包括居民地及林業(yè)設(shè)施用地，而水源和道路主要分布在較低海拔地區(qū)，種子、幼苗的運(yùn)輸，作物的收獲以及居民的生活都與交通和水源息息相關(guān)。

針葉林、闊葉林和針闊混交林的峰值較為相近，并且都出現(xiàn)在700～800 m高程，分布面積為各景觀類型面積的一半左右。針葉林主要有人工針葉林和天然針葉林組成，一半以上的人工針葉林分布在低海拔地區(qū)，天然針葉林則主要分布在中高海拔地區(qū)，而天然針葉林面積是人工針葉林的4倍之多，因此，總體上針葉林在中海拔地區(qū)分布較多。闊葉林中優(yōu)勢(shì)樹種至少由兩種闊葉樹組成，其闊葉比例都占到5成以上，主要分布在中海拔地區(qū)，而高程800～900 m范圍也有30.78%的闊葉林分布。針闊混交林是林區(qū)的基質(zhì)景觀類型，而紅松的大量出現(xiàn)是針闊混交林形成的決定因素[15]，主要分布在700～800 m高程帶。

3.3 坡度分異特征

灌木林、未成林造林地、沼澤地、苗圃地、耕地和其他用地的分布曲線峰值都出現(xiàn)在0°～5°坡度級(jí)(如圖6)。灌木林和沼澤地主要分布在坡度較低的河流沿岸。動(dòng)力學(xué)、重力學(xué)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明：在坡度較小的地區(qū)，動(dòng)力和重力作用相對(duì)較小，水土運(yùn)動(dòng)緩慢，水土流失較少，比較適于開展農(nóng)業(yè)和林業(yè)活動(dòng)。隨著坡度的增大，水土侵蝕和水土流失逐漸增強(qiáng)，不易進(jìn)行農(nóng)林業(yè)活動(dòng)，因此，未成林造林地、苗圃地、耕地及其他林業(yè)用地在坡度較大的地區(qū)分布較少甚至沒有分布。

圖6 景觀組分隨坡向的分布頻率Fig.6 The distribution proportion of landscape elements to slope aspect

針葉林、闊葉林和針闊混交林的曲線峰值要比上述人工景觀高出一個(gè)坡度級(jí)，出現(xiàn)在5～15°坡度范圍，其峰值分別為91.29%、68.89%和87.98%，體現(xiàn)了人為景觀與自然景觀在坡度上分異。針葉林中一部分是人工林，由于緩坡地區(qū)水土流失較輕，成活率較高，并且交通方便，易于到達(dá)，進(jìn)行了大量的人工植樹造林。通過(guò)對(duì)林區(qū)的經(jīng)營(yíng)歷史沿革的調(diào)查可知，在緩坡地區(qū)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)較大面積的火災(zāi)，之后以楊樹、白樺、椴樹以及色木為代表的先鋒樹種由于光照和土壤等地理?xiàng)l件的原因迅速生長(zhǎng)起來(lái)，而且面積逐漸增大。自1937年，日本侵略者在集材運(yùn)輸條件好的地方，對(duì)森林資源進(jìn)行了大量掠奪，對(duì)大徑級(jí)優(yōu)質(zhì)紅松采取“拔大毛”采伐方式，曾以紅松為主的針葉林變成了針闊混交林。分布于該場(chǎng)的闊葉紅松林和云冷杉林是長(zhǎng)白山的主要森林類型，具有針闊混交、復(fù)層異齡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，組成樹種豐富，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為了加強(qiáng)對(duì)針闊混交、復(fù)層異齡林經(jīng)營(yíng)的基礎(chǔ)理論研究。1987年與北京林業(yè)大學(xué)合作，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的森林經(jīng)營(yíng)方法“檢查法”。通過(guò)采伐或撫育不斷調(diào)整森林結(jié)構(gòu)，不斷改善林地衛(wèi)生條件和森林的生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮森林的多種效益。

3.4 坡向分異特征

未成林造林地、沼澤地、苗圃地、耕地和其他林業(yè)用地沿坡向的分布曲線相近，90%以上的面積都分布在平坡地區(qū)(圖7)，不同的是未成林造林地有7.49%分布在半陰坡地區(qū)。而灌木林的峰值則出現(xiàn)在陰坡上，峰值為98.29%。

針葉林、闊葉林和針闊混交林隨坡向的分布頻率較為平緩。針葉林在陰坡、半陰坡的分布面積相當(dāng)，各占針葉林面積的30%左右，在陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡也相差不大，分別為15.79%和17.96%，但在平坡則分布面積較小，由于以云冷杉林為主的針葉林為該區(qū)的頂級(jí)群落，其基本特點(diǎn)是耐陰，隨著演替的進(jìn)行，其分布面積逐漸增大。闊葉林的分布曲線峰值出現(xiàn)在陽(yáng)坡上，為該景觀類型總面積的35.96%，主要原因：此種森林景觀類型往往處于森林演替的早期階段，大多數(shù)情況下都是闊葉紅松林或落葉松林被破壞后，或者是皆伐跡地、火燒跡地、撂荒地上發(fā)展起來(lái)的次生林類型，是一種不穩(wěn)定的森林景觀類型。白樺和山楊具有喜光、速生、壽命短的特點(diǎn)，并且其種子小，結(jié)實(shí)多，能飛播較遠(yuǎn)距離。且萌芽、根孽能力強(qiáng)，適宜于生長(zhǎng)在光照較好的環(huán)境條件下。針闊混交林在研究區(qū)各個(gè)坡向均有分布，其分布頻率隨著針葉林和闊葉林混交程度的變化而變化，在陰坡、半陰坡、陽(yáng)坡和半陽(yáng)坡的分布比例為28.36%、24.61%、26.36%和19.22%。

4 結(jié)論與討論

以景觀生態(tài)學(xué)理論為依據(jù)，借助于地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，把景觀生態(tài)學(xué)和林學(xué)緊密結(jié)合起來(lái)，綜合應(yīng)用林相圖、森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，定量地分析了金溝嶺林場(chǎng)森林景觀的地形分異格局。

林區(qū)森林景觀的空間分布格局現(xiàn)狀是由于地形因子和人為干擾的綜合影響的結(jié)果。在地形因子中，海拔和坡向是形成林區(qū)景觀分異的主要因素，而坡度則成為景觀分異的第二位影響因素。但是在同一地形梯度上，景觀類型隨其他兩個(gè)地形因子梯度變化的分異特征有待進(jìn)一步探討。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，林業(yè)政策和經(jīng)營(yíng)方式的轉(zhuǎn)變，是部分地區(qū)景觀類型隨地形梯度的分異發(fā)生顯著變化的根本原因，其中自然恢復(fù)過(guò)程也起到了積極的作用。目前，研究區(qū)仍存在一些不恰當(dāng)?shù)娜藶楦蓴_方式，部分地區(qū)的粗放型經(jīng)營(yíng)方式和過(guò)度放牧?xí)斐闪址纸Y(jié)構(gòu)的破壞和水土流失，應(yīng)該引起相關(guān)部門的重視。

在林區(qū)高程500～600 m，平坡，坡向半陽(yáng)坡地區(qū)，針葉林、闊葉林以及針闊混交林占景觀總面積的比例比較低，應(yīng)該采取科學(xué)合理的人工措施，增加森林景觀類型的比例，同時(shí)減少負(fù)面的人為干擾。

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Topographic variation pattern of natural forest landscape distribution in Changbai mountain

YUE Gang, YANG Hua, KANG Xin-gang, SHEN Lin, ZHOU Wei
(Key Laboratory for Silviculture and Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

With the support of the ArcGIS, by using the stock map of the studying area taken in 2007 and combining the second survey information with IKONOS satellite images, the mapping of landscapes of the area was conducted, then the landscape map and topographic factor maps extracted by DEM were used to make layer overlay analysis. The distribution variation pattern of different landscape types along the topographic gradients and the causes of formation were analyzed in order to provide evidence for the function division and classification management of Changbai mountain’s natural forest landscape. The results show that (1) the artificial landscapes were similar in characteristics of altitude, the artif i cial landscape’s peak values appeared in 600～700 meters above sealevel, the natural landscapes appeared between in 700 ～ 800 meters; (2) the artif i cial landscapes mainly distributed with a slope degree of 0° ～ 5° , the natural landscapes had a higher slope class(more steeply) than the artif i cial landscapes; (3) the artif i cial landscapes mainly distributed at the zone of fl at slope, while the distribution variation pattern of different landscape types along the slope was not obvious; topographic variation pattern of the landscape distribution was the result of terrain factors and anthropogenic disturbance; the elevation and slope aspect were the main factors in forming the landscape differences, and the slope aspect was the second inf l uencing factors. Since 1960s, the transitions of forestry policies and management were the fundamental reasons in changing topographic variation pattern of landscape distribution, and the natural recovery process has also played a positive role.

natural forest landscape pattern; topographical factors; anthropogenic disturbance; natural recovery; Changbai mountain

S757

A

1673-923X(2012)09-0114-05

2012-06-28

林業(yè)公益性行業(yè)專項(xiàng)（201104051）

岳 剛(1985-)，男，貴州遵義人，碩士研究生，主要從事GIS在資源環(huán)境中的應(yīng)用研究；Email:Lxyuegang19850829@163.com

[本文編校：歐陽(yáng)欽]