姚際托，陳 陽，肖玖軍▲，謝元貴，謝 剛，金 桃，張藍(lán)月

(1荔波縣林業(yè)局，貴州 都勻 550100；2貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；3貴州科學(xué)院，貴州 貴陽 550001)

森林景觀格局是自然因子和人為因子共同作用下森林景觀異質(zhì)性在空間上的綜合表現(xiàn)，也是各種生態(tài)過程在不同尺度上相互作用的結(jié)果[1]。目前森林景觀格局的研究是熱點，如王健銘等基于森林二類資源調(diào)查要素分析方法進(jìn)行長白山北部的森林景觀特征分析[2]，唐利等利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)研究三峽庫區(qū)森林的景觀格局動態(tài)特征并分析驅(qū)動因素[3]，任煜堃基于空間點格局分析了湖南望云山森林公園林地景觀空間格局[4]。荔波縣是中國典型的南方喀斯特地區(qū)，境內(nèi)有國家級茂蘭自然保護(hù)區(qū)和樟江國家級風(fēng)景名勝區(qū)，森林資源對于荔波縣的發(fā)展有著重要意義，本文研究荔波縣的森林景觀格局，旨在為荔波縣的森林保護(hù)與規(guī)劃提供一些參考。

1 研究區(qū)概況

荔波地處貴州廣西兩省區(qū)的交界處，位于東經(jīng)107°37′至108°18′，北緯25°7′至25°9′之間，境內(nèi)既有高山，也有丘陵，屬于喀斯特地形地貌。境內(nèi)有樟江國家級風(fēng)景名勝區(qū)和國家級茂蘭自然保護(hù)區(qū)。荔波縣屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，氣溫分布的總趨勢是南高北低，河谷地帶比同高度的山地，東西向槽谷比南北向槽谷，南坡比北坡，封閉型谷盆地比同高坡地氣溫高。全縣年平均氣溫18.3 ℃，7月平均氣溫為27.0 ℃以下，1月平均氣溫各地均在5.5 ℃以上，極端最高氣溫不超過40.0 ℃；極端最低氣溫不低于-10.0 ℃，荔波縣內(nèi)無霜期在270天以上。降水主要集中在夏季，6-8月各月雨量在2000 mm以上，占全年總雨量的50%左右，常年于4月下旬進(jìn)入雨季，4-10月份水量占全年總降水量的81%，10月份以后，海洋季風(fēng)減弱，逐漸為南下的大陸季風(fēng)取代，降水量顯著減少。荔波境內(nèi)河流均屬龍江水系歸珠江流域。全縣較大的河流水系有：打狗河水系(包括樟江干流和方村河支流)、三岔河水系和甲料河水系，這3條水系在縣內(nèi)流域面積為2375.1平方千米。全縣集雨面積大于20 km2，或河道長于10 km的河流共30條。縣內(nèi)河道總長1048 km，其中各河流主河道長483.95 km，河網(wǎng)密度0.47 km/km2。縣境內(nèi)大部分地區(qū)都有煤系地層和煤層分布。荔波縣境內(nèi)植被資源豐富，分布有杉木(Cunninghamia lanceolata)、南方紅豆杉(Taxus chinensis)、香樟(Cinnamomum camphora)、細(xì)葉香桂(Cinnamomum subavenium)、青岡櫟(Cyclobalanopsis glauca)、香椿(Toona sinensis)、厚樸(Magnolia officinalis)、梧桐(Firmiana platanifolia)、馬桑(Coriaria nepalensis)、泡竹(Pseudostachyum polymorphum)等。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理方法

本文以2017年荔波縣林地變更數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。運用Arcgis10.2，對林地變更矢量圖層的相同屬性小班進(jìn)行融合，對融合后的小班進(jìn)行拆分；按土地利用類型將景觀格局分為Ⅰ級，按優(yōu)勢樹種組將景觀格局分為Ⅱ級(表1)；根據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)，合并單元斑塊后再拆分，建立研究區(qū)森林景觀類型斑塊圖及屬性數(shù)據(jù)庫；轉(zhuǎn)化為柵格圖；使用景觀分析軟件Fragstats計算景觀格局指數(shù)。

表1 景觀分類體系

2.2 景觀空間格局指數(shù)

景觀指數(shù)是指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特征的簡單定量指標(biāo)。根據(jù)研究目的，將林地變更矢量圖轉(zhuǎn)換成柵格格式后，利用Fragstats軟件，選取常見的特征指標(biāo)(表2)，從景觀水平和斑塊水平計算景觀格局指數(shù)，分析景觀空間格局特征和異質(zhì)性[5-7]。

表2 景觀格局指數(shù)算式及生態(tài)學(xué)意義

續(xù)表2

景觀指數(shù)計算公式平均最近距離ENNENNi=∑nj=1hijni散布與并列IJIIJIi=-∑mi=1∑mk=i+1eikElneikE ×100ln0.5m(m-1)聚集度AIAIi=2lnn+∑ni=1∑nj=1Pijln(Pij)蔓延度CONTAGCONTAG=∑mi=1∑nj=1Pi-gij/∑nj=1gij ln Pi-gij/∑nj=1gij /2lnm+1 ×100

注：i表示景觀要素的種類；j表示盡管要素的斑塊序號；aij表示第i類景觀要素第j個斑塊的面積；Pij表示第i類景觀要素第j個斑塊的周長；hij表示斑塊i到j(luò)之間最近的同類型斑塊的距離；ni表示第i種景觀要素斑塊數(shù)目；ai表示第i種景觀要素的總面積；Pi表示第i種景觀要素的總周長，A表示景觀總體面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 總體景觀格局分析

從研究區(qū)的土地利用類型的景觀結(jié)構(gòu)特征分析，研究區(qū)林地類型面積占研究區(qū)總面積的82.04%，該研究區(qū)植被生長良好，覆蓋率高，植被主導(dǎo)著景觀整體的結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)過程。有林地面積149836.68 hm2，景觀面積比為62.04%。研究區(qū)以有林地、未成林造林地、疏林地組成的森林景觀為基質(zhì)，景觀面積為79.24%，在研究區(qū)景觀中發(fā)揮控制作用。灌木林地和無立木林地等面積很小。

圖1和表3結(jié)合來看，有林地和疏林地連接性的最好的，鑲嵌分布形成比較明顯的景觀基質(zhì)。研究區(qū)宜林地、灌木林地、農(nóng)地景觀面積相對較小，景觀斑塊數(shù)相對較大，景觀破碎化程度比較高。有林地主要分布在南部和東部地區(qū)，而農(nóng)地和其他用地主要分布在西北部和中部地區(qū)，這和荔波縣的發(fā)展現(xiàn)狀相契合，因南部和東部地區(qū)分布著自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)，西北部和中部地區(qū)是全縣的農(nóng)業(yè)中心。其他用地連接著農(nóng)地，這與當(dāng)?shù)刈舴N植活動和城鎮(zhèn)化發(fā)展是密切相關(guān)的。

圖1 土地利用分類圖Fig.1 Land use classification map

表3 土地利用類型的景觀結(jié)構(gòu)統(tǒng)計

景觀水平上的多樣性指數(shù)能夠反映景觀異質(zhì)性，特別對各景觀類型的非均衡分布狀況較敏感。在一個景觀類型系統(tǒng)中，土地利用越豐富，破碎化程度越高，SHDI值也就相應(yīng)越高，均勻度指數(shù)反映了景觀受到一種或少數(shù)幾種優(yōu)勢度斑塊類型的支配，與優(yōu)勢度指標(biāo)可以相互轉(zhuǎn)換，即SHEI值相對較小的時候，優(yōu)勢度一般相對較高[6]。蔓延度指數(shù)CONTAG指標(biāo)描述的是景觀里不同斑塊類型的團(tuán)聚程度或延展趨勢。高蔓延度值說明景觀中的某種優(yōu)勢斑塊類型形成了良好的連接性；反之則表明景觀是具有多種要素的密集格局，景觀的破碎化程度較高[7]。從表4可以看出，荔波縣的景觀格局優(yōu)勢度明顯，蔓延度指數(shù)處于中間狀態(tài)，連接狀態(tài)一般。

表4 景觀水平上的特征值

3.2 森林景觀格局分析

3.2.1 森林景觀組成分析

研究區(qū)有林地中針葉樹種、軟闊樹種和硬闊樹種所占景觀面積均超過15%，三者合計超過研究區(qū)景觀面積的50%，構(gòu)成了研究區(qū)的景觀基質(zhì)；其次是灌木林樹種和闊葉混交樹種組，景觀面積均超過5%；果樹類、桉類等優(yōu)勢樹種組景觀面積較小，均小于5%。

從圖2和表5中結(jié)合來看，闊葉混交樹種組景觀面積為19016.10 hm2，景觀面積占比為7.87%，景觀斑塊數(shù)為313，斑塊數(shù)占比為1.38%，分布集中連片，且大多分布在南部地區(qū)，與茂蘭國家級自然保護(hù)區(qū)范圍大多有重合。針葉樹種景觀面積大、斑塊數(shù)也多，斑塊呈破碎化分布；軟闊樹種和硬闊樹種景觀面積大，斑塊數(shù)相對多，斑塊呈相對集中連片分布；灌木林樹種也是呈相對集中連片分布；果樹類、桉樹類等景觀面積小，斑塊數(shù)相對較多，呈破碎化分布。

圖2 優(yōu)勢樹種分布圖Fig.2 Distribution of dominant tree species

表5優(yōu)勢樹種類型組成

Tab.5Typesofdominanttreespecies

Ⅱ級景觀類型CA/hm2PLAND/%NP斑塊數(shù)比率/%軟闊樹種47647.4419.73263411.61針葉樹種51221.8821.21489721.58非林地50065.9220.73759633.48硬闊樹種42436.7117.57238710.52灌木林樹種23606.829.77290612.81食用原料類1184.850.49830.37桉類1564.110.652971.31竹類933.750.397083.12林化工工業(yè)原料類174.420.07410.18果樹類3595.051.498013.53闊葉混交樹種組19016.17.873131.38針葉混交樹種組50.940.02100.04藥材類24.30.01170.07

3.2.2 森林景觀斑塊特征分析

從斑塊大小來看，平均面積斑塊大小指數(shù)(MpS)代表了斑塊的大小。從表6可知，闊葉混交樹種的斑塊平均面積最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他景觀類型，硬闊樹種、軟闊樹種、食用原料類的斑塊平均面積相對較大。而竹類、藥材類的斑塊平均面積很小，MpS能夠反映景觀破碎化程度，表明這些景觀類型的空間異質(zhì)性大，破碎化程度相對較高。

從斑塊形狀來看，面積加權(quán)平均形狀指數(shù)(AWMSI)和面積加權(quán)的斑塊平均分形指數(shù)(AWMPFD)代表了斑塊的空間形狀復(fù)雜性，值越大，代表斑塊形狀越復(fù)雜。從表6可知，闊葉混交樹種組和軟闊樹種的值最大，說明其形狀越不規(guī)則，這是由于闊葉混交林和軟闊樹種多為天然林，人為干擾少。

3.2.3 森林景觀異質(zhì)性分析

景觀要素邊緣密度(ED)是指研究對象單位面積上某類景觀要素斑塊與其相鄰異質(zhì)斑塊之間的邊緣長度，反映景觀中異質(zhì)性斑塊之間物質(zhì)、能量和信息交換的潛力機(jī)器相互影響的強(qiáng)度。針葉樹種、軟闊樹種、硬闊樹種、灌木林樹種的景觀要素邊緣密度大，景觀異質(zhì)性較強(qiáng)，也反映了針葉樹種與其他景觀類型之間和自身景觀內(nèi)部的物質(zhì)交換強(qiáng)烈，鑲嵌度高。

景觀斑塊密度(PD)反映景觀整體斑塊分化程度，斑塊密度越高，表明一定面積上異質(zhì)景觀要素斑塊數(shù)量多，斑塊規(guī)模小，景觀異質(zhì)性高。研究區(qū)斑塊密度最大的是針葉樹種，針葉樹種的景觀異質(zhì)性較強(qiáng)，斑塊的破碎度較高，是由于針葉樹種多為人工林，人工林樹種零星地分布在景觀中，斑塊多而分散。

3.2.4 森林景觀空間性分析

聚集度(AI)反映斑塊的聚散性，斑塊要素在其分布區(qū)內(nèi)越叢生，越聚集，則斑塊的結(jié)合度越大。從表6可知，景觀類型的聚集度除了藥材類為68.05外，其余都大于80，說明各優(yōu)勢樹種景觀類型連接性好。

景觀要素空間相互關(guān)系包括同質(zhì)景觀要素和異質(zhì)景觀要素之間的空間關(guān)系，同質(zhì)景觀要素間的空間關(guān)系指的是某一類景觀要素內(nèi)部斑塊之間或者同類景觀要素的不同結(jié)構(gòu)成分之間的空間關(guān)系，可用平均最小距離(ENN)來表征[8]。從表6可知，針葉林的平均最小距離(ENN)最小，為113.05，這與針葉林多為人工林，多是鑲嵌分布在其他景觀類型中有關(guān)。藥材類的平均最小距離(ENN)最大，為5745.24，這與藥材種植面積少，斑塊數(shù)量少有關(guān)。

異質(zhì)景觀要素間的空間關(guān)系是指景觀中不同屬性的景觀要素的結(jié)構(gòu)成分之間的空間關(guān)系，可用空間散布與并列指數(shù)(IJI)來表征，說明景觀要素斑塊動態(tài)演替或擴(kuò)展?jié)摿8]。從表6可知，針葉混交樹種組的散布與并列指數(shù)(IJI)最大，說明針葉混交樹種組鄰接分布復(fù)雜，相鄰類型多，這與其面積小，斑塊數(shù)小有關(guān)，散布于其他景觀類型中有關(guān)。

表6 優(yōu)勢樹種景觀斑塊大小、形狀特征值

4 討論與結(jié)論

本研究以荔波縣2017年林地變更數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用了土地利用類型和優(yōu)勢樹種組2級景觀要素劃分模式，使用了景觀指數(shù)從荔波縣森林景觀的組成、斑塊特征、異質(zhì)性、空間分布特征等方面對荔波縣的森林景觀格局進(jìn)行了分析。

研究區(qū)荔波縣的有林地景觀具有絕對的優(yōu)勢地位，景觀斑塊面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他景觀的斑塊面積，有林地中針葉樹種、軟闊樹種和硬闊樹種所占景觀面積合計超過研究區(qū)景觀面積的50%，構(gòu)成了研究區(qū)的景觀基質(zhì)。

荔波縣闊葉混交樹種組和軟闊樹種的斑塊平均面積、形狀指數(shù)、形狀分形指數(shù)比其他景觀類型的大，說明荔波縣的闊葉混交樹種組和軟闊樹種在森林中具有主導(dǎo)地位。這與荔波縣建立自然保護(hù)區(qū)和風(fēng)景名勝區(qū)，對天然植被生長和更新得以保護(hù)有很大的關(guān)系。

荔波縣針葉樹種、軟闊樹種、硬闊樹種、灌木林樹種的景觀要素邊緣密度大，景觀異質(zhì)性較強(qiáng)，也反映了針葉樹種與其他景觀類型之間和自身景觀內(nèi)部的物質(zhì)交換強(qiáng)烈，鑲嵌度高。這與針葉樹種多為人工種植，人工種植的斑塊多與其他類型斑塊鑲嵌，易發(fā)現(xiàn)物質(zhì)交換。

荔波縣生態(tài)區(qū)位重要，森林應(yīng)以防護(hù)林為主。建議保持現(xiàn)有的森林景觀規(guī)模，研究制定更科學(xué)合理的生態(tài)功能區(qū)方案；從空間上規(guī)劃和營造與其環(huán)境相適宜的生態(tài)型森林，發(fā)揮森林的生態(tài)服務(wù)功能；增加珍貴樹種和風(fēng)景園林樹種的配置，發(fā)展森林旅游產(chǎn)業(yè)。