巖溶山區林地景觀梯度變化分析

郜紅娟，楊廣斌，羅緒強，劉 靜，林 麗

（1.貴州師范學院 地理與旅游學院，貴陽550018；2.貴州師范大學 地理與環境科學學院，貴陽550001）

山地是景觀多樣性的集聚地，具有景觀異質化的生態環境，反映了人類的干擾程度［1］。景觀格局動態變化是景觀生態學的核心內容之一，反映景觀中斑塊空間分布的變化［2－4］。隨著我國自然環境和人文環境變化，林地景觀格局變化及其驅動力研究備受關注［5－9］。目前，國內外對林地景觀變化的研究主要集中于景觀的數量特征和驅動力分析［10－13］，而對林地景觀動態變化的環境分異規律重視不夠，缺乏地形對林地景觀的動態過程的影響研究。僅有梁國付和孔繁花分別對伏牛山和大興安嶺進行森林景觀的梯度分析［14－15］，而對巖溶山區林地的景觀梯度變化的研究還比較少。

地形直接影響著地表物質的遷移與能量的轉換，影響植被類型的分布［16］。它對林地空間格局的形成及變化有一定的制約作用。然而，隨著經濟、社會的發展，人類活動對林地景觀的影響作用越來越大。研究林地景觀與地形因子間的相互關系，對山區生態安全建設和農業結構調整具有重要意義。貴州省麻江縣以巖溶山地為主，是長江上游的重要生態保護區。隨著西部大開發以及退耕還林還草政策的實施，該區林地景觀發生了很大變化，其變化對區域生態環境產生重要影響。因此，本文利用景觀生態學的理論與方法，針對貴州巖溶山區林地景觀格局變化進行分析，目的在于探討人為干擾程度下，山區林地景觀變化對于高程和坡度的響應，為山區林地資源管理、生態環境保護提供科學依據。

1 研究區概況

麻江縣地處貴州省中部，位于東經107°18′—107°53′、北緯26°17′—26°37′。土地總面積1 222.2 km2，其中喀斯特出露面積1 005.12km2，占土地總面積的82.24%。縣境地勢西高東低，南高北低。最低海拔576m，最高海拔1 862m。全縣以山地為主，低山、低中山、丘陵、河谷及盆地占總面積的78.4%。屬亞熱帶季風濕潤氣候區，年平均氣溫14～16℃，年降雨量1 200～1 500mm。全縣森林覆蓋率達51.61%，植被屬中亞熱帶濕潤常綠闊葉林類型，植被資源豐富，主要植被有常綠闊葉林、針葉林、灌木叢、草叢等。全縣土壤類型主要有山地黃棕壤、黃壤、石灰土、紫色土、水稻土等。至2011年，全縣人口16.76萬人，城鎮化率為31%。根據2012年麻江縣土地變更調查數據，全縣土地總面積為122 197hm2，主要土地利用類型為林地、耕地、草地、建設用地和其他土地等，面積分別為66 820，27 793，10 472，9 133，5 481hm2。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源及處理

DEM來自美國航天局（NASA）和日本經濟產業省（METI）公布的ASTERGDEM數據，空間分辨率為1弧秒×1弧秒（約30m×30m）。根據貴州東部山區的地形特點以及退耕還林政策，利用ArcGIS中的定義間隔分類法將坡度分為0°～5°（梯度帶I）、5°～15°（梯度帶Ⅱ）、15°～25°（梯度帶Ⅲ）和＞25°（梯度帶Ⅳ）共4級，并利用ArcGIS中的自然斷點法將高程分為589～799m（梯度帶A）、800～959m（梯度帶B）、960～1 116m（梯度帶C）、1 117～1 319m（梯度帶D）和1 320～1 822m（梯度帶E）5級。將DEM數據設置為30m×30m大小。

土地利用數據源包括1992年2月1日和2012年11月15日的TM／SPOT遙感影像，分辨率為30m。在ERDAS 8.6軟件支持下對遙感圖像進行幾何精校正和圖像配準，采用人機交互解譯的方法獲取兩期土地利用現狀圖（圖1）。并以二調為主要分類依據，將林地景觀分為有林地、灌木林地和其他林地三類。其次，將兩期土地利用數據進行矢量向柵格數據的轉化，并將轉化的像元設置為與DEM數據一致的30m×30m大小。在此基礎上，利用Fragstats 4.1分析林地景觀的地形梯度變化。

圖1 1992年和2012年麻江縣林地景觀分布

2.2 研究方法

根據研究區域景觀尺度，選取類型水平指標：斑塊數量（NP）、斑塊密度（PD）、斑塊類型面積（CA）、平均斑塊面積（AREA－MN）、斑塊形狀指數（LSI）、斑塊類型面積占景觀面積比（PLAND）。選取景觀水平指標：蔓延度指數（CONTAG）、連通性指數（COHESION）、分離度指數（SPILT）、多樣性指數（SHDI）、均勻度指數（SHEI）、聚合度指數（AI）［17－20］，進行景觀格局分析。

3 結果與分析

3.1 林地景觀在坡度梯度上的變化特征

從景觀類型上看，梯度帶Ⅰ，Ⅱ和梯度帶Ⅲ，Ⅳ的有林地CA分別呈下降和上升趨勢。各梯度帶的灌木林地與其他林地CA呈上升趨勢；各梯度帶有林地PLAND和灌木林地PLAND分別呈下降和上升趨勢。梯度帶Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的其他林地PLAND呈上升趨勢。而梯度帶Ⅳ的其他林地PLAND呈下降趨勢。這主要與低丘緩坡的林地開發和陡坡的退耕還林有關，從而導致低坡度地區有林地面積減少；各梯度帶的林地NP都呈上升趨勢；梯度帶Ⅰ，Ⅱ的有林地PD呈上升趨勢，而梯度帶Ⅲ，Ⅳ的有林地PD則呈下降趨勢。各梯度帶的灌木林地和其他林地的PD都呈上升趨勢，這說明低坡度地區林地斑塊呈破碎化加劇；各梯度帶的林地LSI呈上升趨勢，這說明各林地景觀的LSI復雜性增強；除其他林地外，陡坡（＞25°）的AREAMN都呈上升趨勢。這說明陡坡林地景觀的破碎程度降低，而緩坡的林地景觀破碎度增加（表1）。

表1 1992－2012年林地景觀類型的坡度梯度變化

從景觀水平上看，研究期間各梯度帶CONTAG呈下降趨勢，這說明斑塊破碎度增大，分布呈間斷特點；SHDI和SHEI都呈上升趨勢，說明斑塊類型面積比重不斷趨于均衡化；梯度帶Ⅳ的COHESION呈上升趨勢，而梯度帶Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ呈下降趨勢，這說明陡坡的連通性提高，而緩坡的連通性降低；梯度帶Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的SPILT呈上升趨勢，而梯度帶Ⅳ呈上升趨勢；梯度帶Ⅳ的AI呈上升趨勢，而梯度帶Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的AI呈下降趨勢，其中，梯度帶Ⅰ的AI降低最大。這說明陡坡地區林地景觀聚集度增強，而緩坡聚集度逐漸降低（表2）。

3.2 林地景觀在高程梯度上的變化特征

從景觀類型上看，梯度帶A，B，C，E的有林地CA呈下降趨勢，梯度帶D的有林地CA呈上升趨勢。各梯度帶的灌木林地呈上升趨勢。梯度帶A，E的其他林地CA呈下降趨勢；各梯度帶有林地PLAND和灌木林地PLAND分別呈下降和上升趨勢。梯度帶A，D，E的其他林地PLAND呈下降趨勢，梯度帶B，C呈上升趨勢，這說明灌木林地的比重在提高，而有林地在降低；各梯度帶的林地NP都呈上升趨勢；各梯度帶的灌木林地和其他林地PD都呈上升趨勢。梯度帶A，B，C和梯度帶D，E的有林地PD分別呈上升和下降趨勢。這說明低海拔地區受人類經濟活動影響較大，斑塊呈破碎化趨勢。而高海拔地區受人類活動影響較少，斑塊破碎化速度較慢；各梯度帶的各林地LSI呈上升趨勢，這說明各海拔梯度的林地景觀形狀趨于復雜；梯度帶A，B，C和梯度帶D，E的有林地和灌木林地AREA－MN分別呈下降和上升趨勢。各梯度帶的其他林地AREA－MN呈下降趨勢。這說明高海拔地區林地景觀的破碎程度減低，而低海拔的林地景觀破碎度增加（表3）。

從景觀水平上看，除梯度帶E，各梯度帶CONTAG呈下降趨勢；除梯度帶D，E外，COHESION和SPILT分別呈下降和上升趨勢，說明高海拔地區連通性和聚合度在提高，而低海拔地區連通性和聚合度在降低。各梯度帶SHDI和SHEI都呈上升趨勢，說明各梯度帶景觀面積比重不斷趨于均衡化。梯度帶D的AI呈上升趨勢，而梯度帶A，B，C的AI呈下降趨勢，這說明高海拔林地景觀聚集度增強，而低海拔聚集度逐漸降低（表4）。

表2 1992－2012年林地景觀水平的坡度梯度變化

表3 1992－2012年林地景觀類型的高程梯度變化

表4 1992－2012年林地景觀水平的高程梯度變化

4 結論與討論

人類活動是影響山區林地景觀動態變化的重要因子。它使林地景觀在垂直方向發生巨大變化。這主要表現在高程和坡度方面。具體表現為：有林地景觀在坡度小和海拔低的梯度帶呈下降趨勢，坡度大和海拔高的梯度帶呈上升趨勢。灌木林地在各梯度帶都呈上升趨勢。其他林地在不同梯度帶的變化有所差異；各梯度帶的林地景觀形狀趨于復雜；坡度小和海拔低的梯度帶破碎程度增大，而坡度大和海拔高地區林地景觀破碎度降低。坡度小和海拔低的林地景觀分布趨于分散，聚集度和連通性減低。坡度大和海拔高的林地景觀分布趨于集中，聚集度和連通性提高。

高程和坡度是林地景觀分異的重要驅動因素，而林地景觀格局的梯度變化也受到土壤、水分、溫度等因素影響，因此今后的研究應綜合考慮各種因素進行林地景觀梯度分析。此外，不同高程帶和坡度帶上林地景觀變化導致的生態環境效應有待進一步的研究。

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