穆棱東北紅豆杉國家級自然保護區景觀斑塊特征分析

孫義男，鄭 昕

(東北林業大學 野生動物資源學院，哈爾濱 150040)

景觀是不同斑塊鑲嵌而成，具有明顯特征的地理實體，具有特定結構、功能和動態特征的宏觀生態系統[1]。景觀生態學研究的重點是研究景觀的結構、功能和變化，同時還包括景觀的規劃和管理[2-3]。森林景觀生態研究的目的在于，通過對森林景觀結構、功能、動態變化以及它們之間相互影響和控制機制的研究，對景觀實施生態保護、恢復、建設和科學管理[4]。景觀指數是描述景觀空間格局的重要參數，通過對不同空間尺度的景觀格局特征進行比較與分析，進而反映其結構組成和空間配置等方面的特征[5-6]。

穆棱東北紅豆杉國家級自然保護區于2009年9月經國務院審定，被批準為國家級自然保護區。保護區內存有大量珍惜野生東北紅豆杉。眾多學者從不同角度對保護區進行了研究，但至今沒有對其整體森林景觀進行系統研究。本文從生態學角度，對森林景觀要素的斑塊特征進行分析，揭示保護區森林景觀格局的基本規律，為保護區森林景觀規劃、保護、管理及恢復提供科學依據。

1 自然概況

穆棱東北紅豆杉國家級自然保護區位于黑龍江穆棱市境內，地處長白山脈北端，小興安嶺南麓，地理坐標為東經130°00′～ 130°28′、北緯43°29′～ 44°06′之間。全區總面積為35 096.63 hm2，海拔高度在500～900 m之間，相對高度為150～450 m，沒有明顯的懸崖峭壁，地形多以山丘、谷底為主。氣候屬溫帶大陸性季風氣候，最高年降雨量為500 mm，無霜期在110 d左右，年平均氣溫為-2°，該區域的地帶性土壤為深棕色森林土。植被是以紅松(PinuskoraiensisSieb.et Zucc.)、白樺(BerulaplatyphyllaSuk.)、紫椴(TiliaamurensisRupr.)、紅皮云杉(PiceakoraiensisNakai)、樟子松(PinussylvestrisL.var.mongolicaLitv.)、臭冷杉(Abiesnephrolepis(Trautv.)Maxim)、柞樹(QuercusmongolicaFisch.ex Ledeb.)、水曲柳(FraxinusmandshuricaRupr.)、黑樺(BetuladahuricaPall.)、落葉松(Larixgmelini(Rupr.)Rupr.)、山楊(PopulusdavidianaDode)等為主的寒溫帶針闊混交林。

2 研究方法

2.1 數據處理與研究方法

以黑龍江穆棱林業局2010年森林分類區劃圖1∶50 000為底圖，通過野外踏查，并結合保護區森林資源二類調查數據繪制保護區森林景觀分布圖。依照景觀生態分類原則，將穆棱東北紅豆杉保護區劃分為11個三級景觀類型和4個一級景觀類型，分別為：紅松林景觀(A1)、樟子松林景觀(A2)、落葉松林景觀(A3)、杉林景觀(A4)、針葉混交林景觀(A5)；柞樹林景觀(B1)、白樺林景觀(B2)、黑樺林景觀(B3)、椴樹林景觀(B4)、山楊林景觀(B5)、闊葉混交林景觀(B6)；針闊混交林景觀(C)；亞喬林景觀(D)；農地(E)；居民點(F)，共計15個景觀要素。在此基礎上，將保護區底圖導入ArcGIS中繪制50 m×50 m的網格，將文件轉為Grid格式，通過Fragstats3.3(柵格版)計算各景觀指數。

2.2 評價指標體系

根據研究區的特點及實際情況，選取斑塊形狀指數、伸長指數、分維數、多樣性指數、優勢度指數、均勻度指數及破碎度指數等常用景觀格局指標進行分析[7-11]。

式中：P為斑塊周長；A為斑塊面積；SI值越大，其形狀越復雜，G值越大，斑塊形狀越長；D值理論范圍為1.0～2.0，1.0代表等面積邊界最簡單的正方形斑塊，2.0代表等面積邊界最復雜的異形斑塊。

式中：H為景觀多樣性指數；Q為景觀類型的面積所占比例；M為景觀斑塊類型總數。

式中：D為景觀優勢度指數；Hmax表示最大多樣性指數，Hmax=ln(M)M和Pi與2)中定義相同。

(4)均勻度指數：E=H/Hmax×100%。

(5)破碎度指數：Ci=Ni/Ai。

式中：Ci為景觀i的破碎度指數；Ni為該景觀的斑塊總數；Ai為該景觀的斑塊總面積。

3 結果與分析

3.1 森林景觀格局總體分析

保護區總面積為35 096.63 hm2，根據植物群落類型及植物景觀優勢樹種，可將穆棱東北紅豆杉保護區分為15種景觀類型，共計1 829個斑塊。用地范圍內以針闊混交林、闊葉混交林、針葉混交林和柞樹林為主體景觀；紅松林、落葉松林、亞喬林、白樺林次之；最后依次為杉林、樟子松林、山楊林、椴樹林和黑樺林。由此可見，穆棱東北紅豆杉保護區的植物景觀現狀基本符合寒溫帶以針闊混交林為主森林生態系統保護區的總體特征。

3.2 景觀要素特征分析

穆棱東北紅豆杉國家級自然保護區各景觀要素的斑塊分布極不均衡，各斑塊面積差異顯著，其中，針闊混交林總面積最大(14 717.37 hm2)，是保護區的主體景觀要素；黑樺林總面積最小(9.51 hm2)，但最大面積仍大于椴樹和山楊林；斑塊的平均面積最大的同為針闊混交林(22.54 hm2)，最小為山楊林(2.13 hm2)；從表1中可知，針闊混交林的貢獻率(景觀要素面積占總面積的百分比)最大41.9%，最小的黑樺、椴樹等不足1%，可見各景觀要素之間面積的巨大差異。同時，各景觀要素面積標準差還反映出景觀要素內部斑塊間面積的顯著差異。

景觀要素周長可在一定程度上反映該景觀要素與外界的作用程度。從表1中可知，周長順序為：B3

景觀要素邊界密度(景觀要素周長/相應景觀面積)是表示片段化森林的邊緣效應指標，單位面積的周長越大，該景觀要素邊界被割裂程度越高，反之景觀要素的被割裂程度越低，連通性越高。從表1中可知，邊界密度順序為：A5

表1 保護區森林景觀斑塊面積、周長特征

景觀要素的形狀特征可以反映斑塊形狀的復雜程度，同時影響區域內的動植物生境及生物多樣性等。通常選取斑塊形狀指數、伸長指數和分維數進行表述。從表2中可知，斑塊形狀指數與伸長指數的順序均為：B3

分維數的范圍在1.00～2.00之間，越接近1.00說明形狀越簡單，反之則越復雜。從表2中可知，景觀要素的分維數分布在1.05～1.45之間，分維數與斑塊形狀系數排列順序基本保持一致。針闊混交林景觀分維數最大(1.373)，是由于該景觀要素組成的多樣性，導致其斑塊形狀最復雜。結合表1可知，居民點景觀面積大于山楊景觀面積，而分維數所顯示的結果正好相反，說明在人類活動干擾下，景觀要素的形狀更有規律，邊界趨于簡單化。

破碎度指數用來描述景觀要素的破碎程度。由表2可知，破碎度指數最高的是山楊林(0.470)，最低為針闊混交林(0.046)。由于植物生長特性、地形地貌及寒溫帶針闊混交林的特征等多方面因素影響，造成山楊林破碎化指數偏高。而由于針闊混交林個體斑塊面積較大，斑塊間連通性較好，因此其破碎化程度最低。除個別景觀要素外，其它景觀要素的破碎化程度較小，說明保護區整體受破壞程度較低，保護到位，順應生態群落的自然演替過程。

表2 保護區森林景觀指數

3.3 總體景觀格局分析

保護區總體景觀格局可以通過景觀多樣性指數、均勻度及優勢度指數來反映。由表3可知，穆棱東北紅豆杉國家級自然保護區2010年的總體景觀格局指數，其多樣性指數為(1.502 2)；均勻度指數為(0.455 1)；優勢度指數為(1.205 9)，三項指標數值均處較低水平。可見其保護區景觀多樣性程度較低，森林景觀以針闊混交林、針葉混交林、闊葉混交林為主，景觀異質性較差；而其均勻度指數偏低，說明景觀類型分布極不均勻。

表3 保護區總體景觀格局指數

表3的數據說明，保護區總體景觀多樣性程度較低、景觀類型分布不均勻、景觀異質性較差。其主要原因為保護區的基質景觀是由針闊混交林、針葉混交林及闊葉混交林構成。同時，針葉林景觀與闊葉林景觀在周圍環境的作用下呈南北對稱式布局，在區域范圍內構成基質景觀的物種優勢明顯。其它鑲嵌在基質景觀中的景觀類型，受上層優勢植物群落的限制，從而形成了現在的總體景觀格局，這也符合寒溫帶氣候條件下植被的構成規律。

4 結論與討論

本研究將穆棱東北紅豆杉國家級自然保護區分為15個森林景觀要素，其中針闊混交林、闊葉混交林、針葉混交林為保護區的主要森林景觀，構成保護區的基質。通過對景觀要素的面積、周長、數量、多樣性指數、優勢度及均勻度指數等景觀特征分析，表明保護區內各景觀要素面積、周長、數量等差異較大；通過對斑塊形狀特征分析，表明主要保護對象所在區域的景觀要素連通性較好，聚集度較高。農地和居住點景觀的破碎化程度、形狀指數等均表明，人類活動干擾最多的景觀要素，其破碎化程度也相對較高，符合人為干擾導致斑塊破碎化的理論。其總體景觀格局呈現出，景觀多樣性程度低、景觀優勢度高、景觀要素分布不均勻，多種森林景觀要素由于面積過小或破碎化程度偏高，面臨被其它景觀要素侵蝕的危機。因此，保護區應在保護重點保護對象的基礎上，提出積極有效的措施，以防止保護區內森林景觀要素向單一化發展。如何適當對保護內景觀要素進行小規模干擾，以維護保護區的生態多樣性及景觀異質性，將成為今后保護區管理工作的重點。

【參 考 文 獻】

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