基于GIS的貴州貴安新區林地景觀格局特征分析

張東凱 金祺 楊武

摘要 森林景觀格局是指森林景觀組成的空間分布和組合特征，分析森林景觀格局是研究森林景觀功能和動態的基礎，為實現林業資源的可持續利用提供依據。以貴安新區林業資源二類調查數據為基礎，利用GIS和Fragstats技術，運用景觀生態學原理與方法，選取合理的景觀指數來探討分析貴安新區林業景觀格局特征。結果表明：研究區林地景觀總面積達14 654.50 hm2，占研究區總面積的3002%;不同類型林地景觀斑塊面積差異較大，灌木林地和喬木林地在林地景觀類型中占明顯優勢;林地景觀斑塊類型以5 hm2以下的小型斑塊為主，中型斑塊較少，而大型和超大斑塊則極少;林地斑塊較為零碎，完整性和連通性較差，存在一定的破碎化現象;林地景觀多樣性較高，但林地景觀分布不均勻且景觀豐富度較小;林地景觀的聚集度均在80%以上，整體聚集度較高;除喬木林地外，其他各林地景觀類型間連續程度不高，未能形成系統的結構且相互聯系度較低。

關鍵詞 林業景觀格局;貴安新區;景觀斑塊;景觀指數

中圖分類號 P901文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）13-0103-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.034

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Forestry Landscape Patterns in Guian New Area of Guizhou Province Based on GIS

Abstract Forest landscape pattern refers to the spatial distribution and combination characteristics of forest landscape composition. Analyzing the forest landscape pattern is the basis for studying the function and dynamics of forest landscape， which provides the basis for realizing the sustainable utilization of forest resources. Based on the secondclass survey data of forestry resources in Guian New Area， using GIS and Fragstats technology， the principles and methods of landscape ecology， reasonable landscape index was selected to explore and analyze the characteristics of forestry landscape pattern in Guian New Area. The results showed that the total area of forest landscape in the study area was 14 654.50 hm2， accounting for 30.02% of the total area in the study area. The landscape patch area in different types of woodlands was quite different， and shrub and arbor forests were dominant in the landscape types of woodlands. The main types of landscape patches in forest land were small patches less than 5 hm2， medium patches were few， large and super patches were very few. Forest patches were fragmented， with poor integrity and connectivity， there were some fragmentation phenomena. The diversity of forest landscape was high， but the distribution of forest landscape was uneven and the landscape richness was small. The aggregation degree of forest landscape was above 80%， and the overall aggregation degree was high. Except for arbor forest land， the continuities of other forest land landscape types were not high， the system structure had not been formed and the degree of interconnection was low.

Key words Forestry landscape pattern;Guian New Area;Landscape patch;Landscape index

作者簡介 張東凱（1986—），男，河南駐馬店人，工程師，碩士，從事森林培育技術和森林資源監測技術方面的研究。

收稿日期 2019-01-29

景觀格局是指大小和形狀各異的景觀要素的空間分布與組合特征[1]。它是景觀異質性在空間上的綜合表現，是人類活動與環境干擾促動下的結果，同時景觀格局反映一定社會形態下人類活動和經濟發展的狀況[2]。森林生態系統是地球上最大的陸地生態系統，在全球生態系統中扮演著極為重要的角色，在維持區域生態環境、保持水土、涵養水源等方面起著重要的作用[3-4]。森林景觀是景觀生態學重要的研究內容[5]。森林景觀格局是指性質、大小及形狀各異的森林景觀要素在空間上的分布和組合特征，是當今森林景觀生態學研究的核心[6]。不同的林業景觀類型承載相應的生態功能，合理的景觀結構、穩定的生態過程及豐富的生態服務直接決定著區域的可持續發展[7-9]。自20世紀80年代景觀生態學傳入我國之后就出現了介紹景觀生態學概念、理論和方法的研究[10-12]。隨后有關流域景觀、濕地景觀及林業景觀等的研究相繼出現[13-16]。然而，目前對喀斯特地區林業景觀格局的特征研究鮮有報道。

貴州貴安新區是2014年1月6日國務院批復設立的第八個國家級新區，承載著西部地區重要經濟增長極、內陸開放型經濟新高地、生態文明示范區三大戰略定位。研究該區域林業景觀空間格局，可辨識該區域生態狀況及其空間變異特征，并為該區域生態環境評價、景觀生態設計和經濟發展提供決策依據[17]。

該研究以貴安新區林業資源二類調查數據為基礎，利用GIS技術，運用景觀生態學原理與方法，參照前人研究成果[18]，結合研究區實際情況，選取12個景觀格局指數，系統分析貴安新區林業景觀格局特征，了解及掌握其分布特點，以期為研究區林業景觀格局優化以及生態風險防御工作提供參考。

1 研究區概況

貴安新區位于貴州高原中部、貴陽市和安順市中心地帶，規劃范圍涉及貴陽市花溪區、清鎮市和安順市平壩區、西秀區，共2市4縣（市、區）20個鄉（鎮），規劃控制面積1 795 km2，現狀人口100萬人。貴安新區人文生態環境良好，歷史悠久，氣候涼爽宜人，森林覆蓋率達30%，屯堡文化、原生態文化絢麗多姿，紅楓湖、百花湖、天河潭、平壩農場等著名景區分布其中，具備發展高端文化旅游、休閑旅游等資源優勢（圖1）。

2 材料與方法

2.1 數據來源與處理

該研究以貴安新區林業二類調查數據為基礎數據源，運用Arc GIS10.5軟件平臺，參照《貴州省第四次林業資源規劃設計調查實施細則》中景觀分類標準，對相鄰屬性的小班進行合并，建立研究區景觀類型斑塊圖及屬性數據庫，然后再將矢量圖轉為柵格圖，運用景觀格局分析軟件Fragstats4.2計算景觀格局指數。

2.2 景觀要素類型劃分與景觀指數選擇

景觀要素類型劃分是按照一定的特征把對象區域定義為幾種相對均質的土地生態單位，是一個多級細化的結構體系，類型的詳細程度既取決于數據和技術手段可達到的識別程度，也取決于工作目標所需要的分類水平[19]。由于對景觀的理解不同，景觀分類也各不相同。該研究參照《貴州省第四次林業資源規劃設計調查實施細則》，將景觀分為林地和非林地兩大類，其中林業用地分為喬木林地、竹林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、苗圃地、跡地和宜林地;非林地分為耕地、牧草地、水域、未利用地和建設用地。

景觀指數能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結構組成和空間配置某些方面的特征[20]，目前很多學者將其應用于分析景觀格局[21-22]。筆者在充分考慮各景觀指數生態學意義的基礎上，借鑒前人研究成果[13-14，18，22]，選擇斑塊數（NP）、斑塊類型面積（CA）、平均斑塊面積（PLAND）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數（LPI）、景觀類型面積（TA）、景觀形狀指數（LSI）、歐幾里得最近鄰體距離（ENN）、聚集度指數（AI）、Shannon多樣性指數（SHDI）、Shannon均勻度指數（SHEI）和景觀豐富度密度（PRD）12個指數描述貴安新區林業景觀格局特征。

3 結果與分析

3.1 林地景觀斑塊構成分析

通過對研究區林地類型數、各類林業景觀斑塊數量、各類林業景觀的斑塊面積及斑塊面積比例等指標的計算，分析貴安新區林業景觀斑塊構成情況。

由表1可知，貴安新區總面積48 820.32 hm2，林地景觀總面積為14 654.5 hm2，占研究區總面積的30.02%。在林地景觀類型中，以灌木林地和喬木林地為主，二者面積分別為6 634.85、5 524.71 hm2，分別占研究區總面積的13.59%和1132%;其次為未成林造林地，面積為1 280.68 hm2，占研究區總面積的2.62%;然后為宜林地，面積為621.25 hm2，占研究區總面積的1.27%;接著為苗圃地，面積為409.29 hm2，占研究區總面積的0.84%;跡地、竹林地和疏林地的面積共18372 hm2，占研究區總面積的0.38%。研究區林地類型斑塊數量從多到少依次為喬木林地、灌木林地、未成林造林地、宜林地、竹林地、跡地、苗圃地、疏林地。

3.2 林地景觀斑塊尺度等級分析

3.2.1 不同林地景觀斑塊大小分析。

由表2可知，林地斑塊類型中，苗圃地的斑塊面積平均值最大，為24.08 hm2，斑塊面積變化為0.37～142.51 hm2，這主要是由于其總面積大，斑塊數量少所造成的;其次為灌木林地，斑塊面積平均為792 hm2，且斑塊面積變化最大（0.01～1 074.38 hm2）;接下來為跡地，斑塊面積平均為5.19 hm2，斑塊面積變化為011～52.30 hm2。

其余5類林地景觀類型的斑塊面積平均值均小于5 hm2，依次為未成林造林地（3.70 hm2）、喬木林地（3.60 hm2）、宜林地（2.20 hm2）、竹林地（0.93 hm2）、疏林地（0.52 hm2）。這5類林地景觀中喬木林地斑塊面積變化最大（0.01～259.56 hm2），其次為未成林造林地斑塊面積變化（0.01～167.92 hm2），然后斑塊面積變化從大到小分別為宜林地（0.01～42.85 hm2）、竹林地（0.09～5.29 hm2）和疏林地（0.01～1.16 hm2）。

3.2.2 林地景觀斑塊結構特征分析。

為直觀反映研究區各林地景觀類型格局結構，參照前人研究成果，根據研究區實際情況，現將斑塊分為小型斑塊（<5 hm2）、中型斑塊（5～50 hm2）、大型斑塊（>50～100 hm2）和超大型斑塊（>100 hm2）[21]。

由表3可知，貴安新區以5 hm2以下的小型斑塊為主，中型斑塊較少，而大型斑塊和超大斑塊則極少。觀察發現，所有林地景觀類型均以小型斑塊為主。同時，所有景觀類型均表現出中型及以上等級斑塊數量積極減少甚至消失的現象，說明研究區斑塊較為零碎，完整性和連通性較差，存在著一定的破碎化現象。就景觀類型來看，喬木林地、灌木林地、未成林造林地和苗圃地景觀結構較為完整，破碎化程度相對較低;而疏林地、竹林地和宜林地的破碎化程度相對較高。

3.3 林地景觀空間結構度量及分析

3.3.1 林地景觀空間特征指標及分析。

3.3.1.1 斑塊破碎化程度分析。

景觀破碎化是城市化進程中景觀格局演變的重要特征，它與人類活動、景觀格局及其功能、過程密切相關，其中人類活動是造成景觀破碎化的一個重要因素[23-24]。由表4可知，貴安新區林地景觀平均斑塊面積由大到小分別為苗圃地、灌木林地、跡地、未成林造林地、喬木林地、宜林地、竹林地、疏林地;破碎度由大到小分別為疏林地、竹林地、宜林地、喬木林地、未成林造林地、跡地、灌木林地、苗圃地。可以發現平均斑塊面積越小，則破碎度越大。

3.3.1.2 斑塊形狀復雜程度分析。

從斑塊形狀指數（LSI）來看，斑塊形狀指數越小，說明斑塊越規整，斑塊越規整對保護物種純度越有利，但對物種多樣性保護越不利。由表4可知，貴安新區林地景觀的斑塊形狀指數由大到小為喬木林地（59.141 2）、灌木林地（40.927 0）、未成林造林地（25.708 1）、宜林地（24.805 6）、竹林地（10.234 2）、跡地（6.959 3）、苗圃地（5.921 0）、疏林地（2.818 2）。其中喬木林地LSI值最大，為59.141 2，疏林地LSI值最小，為2.818 2，說明研究區疏林地、苗圃地和跡地景觀受人為干擾較大，斑塊較規整，形狀簡單，與周圍環境的作用較小，不利于其與周圍物質和能量交流及其對周圍環境的改善。

3.3.1.3 優勢景觀類型分析。

最大斑塊指數（LPI）是指某一類林地景觀的最大斑塊面積在該類型林地斑塊總面積中所占的比例，該指數能有效反映優勢景觀的情況。由表4可知，各林地斑塊的最大斑塊指數從大到小依次為灌木林地（2.200 7）、喬木林地（0.531 7）、未成林造林地（0.344 0）、苗圃地（0.291 9）、跡地（0.107 1）、宜林地（0.087 8）、竹林地（0.010 8）、疏林地（0.002 4）。灌木林地的LPI最大，在貴安新區林地景觀斑塊中占有明顯優勢;疏林地的LPI最小，主要是由于其面積較小且較分散。

3.3.2 林地景觀多樣性指標分析。

貴安新區林地景觀的Shannon多樣性指數為1.013 2，說明研究區林地景觀類型高，有利于自然生態環境保護。Shannon均勻度指數為0.395 0，說明研究區林地景觀分配不均勻，存在著少數景觀類型占據支配地位而控制景觀整體的不均勻現象。景觀豐富度密度為0.026 6，反映研究區林地景觀豐富度較小。總體來說研究區林地景觀類型多樣性高，林地景觀分布不均勻，且林地景觀豐富度較小[22，25]。

3.4 林地空間孤立性分析

歐幾里得最近鄰體距離（ENN）是指斑塊間的最近距離，用來反映斑塊微觀水平上的空間孤立性與景觀之間的可達性。ENN越大，表明斑塊之間的空間孤立性越高，景觀之間的可達性越差[26]。

由圖2可知，除喬木林地ENN（89 m）之外，其他林地景觀類型ENN均大于100 m，其中竹林地、疏林地和跡地的ENN均超過1 000 m，這說明研究區林地景觀的連續性差。ENN從大到小依次為疏林地、竹林地、跡地、苗圃地、宜林地、未成林造林地、灌木林地、喬木林地。其中喬木林地的連續性最好，其次為灌木林地，主要是由于喬木林地和灌木林地總面積分別占研究區總面積的11.32%和13.59%，且喬木林地和灌木林地均是成片分布。疏林地、竹林地和跡地的連續性較差，疏林地、竹林地和跡地的面積較小，且分布較為分散，整體缺乏空間連接，因此分布較為孤立。總體而言，貴安新區各林地景觀間的連續差異較大，未能形成系統的結構且各林地景觀相互聯系度較低。

3.5 林地空間聚集性分析

聚集度指數（AI）是從宏觀角度上反映斑塊的聚集度，與斑塊之間的公共邊數有關。由圖3可知，貴安新區各林地景觀的聚集度較高，各林地景觀聚集度由大到小依次為苗圃地、跡地、灌木林地、未成林造林地、喬木林地、宜林地、疏林地、竹林地。研究區各林地景觀整體聚集度好，其中苗圃地、跡地和灌木林地聚集度相對較高，均為95%以上。

4 結論與討論

貴安新區位于貴陽市和安順市結合部，地處黔中經濟核心區，境內森林覆蓋率達30%，近年來，雖然政府和相關部門均在全力推進“大扶貧、大數據、大生態”戰略的實施，林業用地面積也在不斷增加，但目前林業景觀格局是否科學合理仍需研究。筆者以貴安新區林業資源二類調查數據為基礎，利用GIS技術，運用景觀生態學原理與方法，參照前人研究成果[13-14，18，22]，結合研究區實際情況，選取合理的景觀指數來探討分析貴安新區林業景觀格局特征，主要結論如下。

（1）研究區林地景觀總面積達14 654.50 hm2，占研究區總面積的30.02%。不同類型林地景觀斑塊面積差異較大，灌木林地和喬木林地在林地景觀類型中占明顯優勢。

（2）研究區林地景觀以5 hm2以下的小型斑塊為主，中型斑塊較少，而大型和超大斑塊則極少。說明林地斑塊較為零碎，完整性和連通性較差，存在一定的破碎化現象。

（3）研究區各林地斑塊中苗圃地、灌木林地和跡地的平均斑塊面積最大，破碎度最小;疏林地和竹林地的平均斑塊面積最小，破碎度最大。喬木林和灌木林的斑塊形狀復雜，受人為干擾較小，疏林地、苗圃地和跡地的板塊形狀簡單，受人為干擾較大。

（4）研究區林地景觀Shannon多樣性指數為1.013 2，Shannon均勻度指數為0.395 0，景觀豐富度密度為0.026 6，反映了研究區林地景觀類型多樣性高，但林地景觀分布不均勻且景觀豐富度較小。

（5）從微觀水平來看，研究區除喬木林地ENN（89 m）外，其他林地景觀類型ENN均大于100 m，說明研究區各林地景觀類型間連續差異較大，未能形成系統的結構且相互聯系度較低。研究區各林地景觀的聚集度均在80%以上，說明各林地景觀整體聚集度好，其中苗圃地、跡地和灌木林地相對較高，均為95%以上。

為防止林業景觀破碎化進一步加劇，建議采取合理的措施對研究區的景觀格局進行優化，有效地實施林業資源管理

與經營措施，提高林業景觀斑塊之間的連通性，為研究區生

態環境評價、景觀生態設計和經濟發展提供決策依據，以確保研究區的西部地區重要經濟增長極、內陸開放型經濟新高地、生態文明示范區三大戰略的順利實施。

參考文獻

[1] 鄔建國.景觀生態學：格局、過程、尺度與等級[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2] 韓文權，常禹，胡遠滿，等.景觀格局優化研究進展[J].生態學雜志，2005，24（12）：1487-1492.

[3] 趙大川，趙選，周遠博，等.基于LANDIS的西水林場森林景觀動態模擬研究[J].西北林學院學報，2018，33（2）：166-172.

[4] 丁圣彥，梁國付.地理環境因素對伊洛河流域森林景觀的影響[J].地理研究，2007，26（5）：906-914，1071.

[5] 白降麗，彭道黎，庾曉紅，等.森林景觀生態研究現狀與展望[J].生態學雜志，2005，24（8）：943-947.

[6] 鄔建國.景觀生態學中的十大研究論題[J].生態學報，2004，24（9）：2074-2076.

[7] ADAMS S M，BEVELHIMER M S，GREELEY M S，et al.Ecological risk assessment in a large riverreservoir：6.Bioindicators of fish population health[J].Environmental toxicology chemistry，1999，18（4）：628-640.

[8] 陳輝，劉勁松，曹宇，等.生態風險評價研究進展[J].生態學報，2006，26（5）：1558-1566.

[9] ZHANG C Q，DONG B，LIU L，et al.Study on ecological risk assessment for landuse of wetland based on different scale[J] .Journal of the Indian society of remote sensing，2016，44（5）：821-288.

[10] 傅伯杰.地理學的新領域——景觀生態學[J].生態學雜志，1983，2（4）：60-61.

[11] 昌篤.評介Z.納維等著的《景觀生態學》[J].植物生態學與地植物叢刊，1985，9（3）：243-244.

[12] 肖篤寧，蘇文貴，賀紅士.景觀生態學的發展和應用[J].生態學雜志，1988，7（6）：43-48，55.

[13] 古麗克孜·吐拉克，李新國，劉彬，等.開都河流域下游綠洲景觀格局變化分析[J].干旱區資源與環境，2014，28（3）：174-180.

[14] 白軍紅，歐陽華，崔保山，等.近40年來若爾蓋高原高寒濕地景觀格局變化[J].生態學報，2008，28（5）：2245-2252.

[15] 王永麗，于君寶，董洪芳，等.黃河三角洲濱海濕地的景觀格局空間演變分析[J].地理科學，2012，32（6）：717-724.

[16] 李月輝，胡遠滿，常禹，等.大興安嶺呼中林業局森林景觀格局變化及其驅動力[J].生態學報，2006，26（10）：3347-3357.

[17] 邵景安，李陽兵，魏朝富，等.重慶巖溶區景觀格局特征分析[J].地理科學進展，2006，25（5）：31-40，132.

[18] 李月輝，吳文，李娜娜，等.森林所有制對景觀格局和動物生境的影響研究進展[J].應用生態學報，2013，24（7）：2056-2062.

[19] 陸元昌，陳敬忠，洪玲霞，等.遙感影像分類技術在森林景觀分類評價中的應用研究[J].林業科學研究，2005，18（1）：31-35.

[20] QIU J X，TURNER M G.Importance of landscape heterogeneity in sustaining hydrologic ecosystem services in an agricultural watershed[J].Ecosphere，2015，6（11）：1-19.

[21] 龔俊杰，楊華，鄧華鋒.北京明長城沿線景觀與生態風險分布格局分析[J].中南林業科技大學學報，2016，36（5）：114-120.

[22] 胡艷，楊瑞.寬闊水自然保護區景觀格局特征分析[J].生態科學，2018，37（3）：184-188.

[23] 張金茜，鞏杰，馬學成，等.基于GeoDA的甘肅白龍江流域景觀破碎化空間關聯性[J].生態學雜志，2018，37（5）：1476-1483.

[24] 付剛，肖能文，喬夢萍，等.北京市近二十年景觀破碎化格局的時空變化[J].生態學報，2017，37（8）：2551-2562.

[25] 王升堂，汪洋，孫賢斌，等.基于GIS的大別山區霍山縣森林景觀格局和特征分析[J].安慶師范學院學報（自然科學版），2016，22（4）：100-105.

[26] 蘇偉忠，楊英寶.基于景觀生態學的城市空間結構研究[M].北京：科學出版社，2007.