木蘭林場八英莊分場廣發永營林區森林景觀特征研究

周長亮，李惠麗

（河北省木蘭圍場國有林場，河北 圍場068450）

景觀是一種具有異質性的地理空間單元，是在一定空間范圍內，由不同的生態系統按某種組織方式組合在一起的空間單元[1]。景觀格局是指景觀的空間結構特征，其中包括景觀組單元的類型、數目和空間分布及配置[2]。景觀格局的變化是受各種自然因素、社會因素和生物因素的影響[3]。景觀異質性是形成不同景觀結構和功能的基礎，直接影響資源、物種和干擾在景觀中的分配與傳播，影響景觀的生物多樣性和生產力，對景觀整體功能及生態過程有重要的控制作用[4]。森林景觀是指某一特定區域里的數個異質森林群落類型構成的復合森林生態系統，其具有一定的空間分布特性[5]。目前對于森林景觀格局分析中，主要運用的是二級景觀分類方法，一級為地類，二級為樹種，對于林齡分類的研究幾乎沒有[6-10]。

本研究是基于ArcGIS10.0 和Fragstats4.2 軟件，運用木蘭林場八英莊分場的林相圖及其二類調查數據，采用二級景觀分類的方法，一級為樹種，二級為林齡，對廣發永作業區進行景觀分類，并對其進行景觀格局指數的計算，以期為八英莊分場的森林資源優化配置和最終實現可持續發展經營提供科學、合理的依據，并探索以林齡分類對景觀格局研究的意義。

1 研究地概況

研究地位于河北省圍場縣內河北省木蘭圍場國有林場八英莊分場廣發永作業區，地理坐標為北緯41°56′～42°15′，東經117°44′～118°9′。該區域位于河北省最北部，北接內蒙古沙地，南連承德、北京，屬于典型的冀北山地，該區域總體來看，從西北到東南海拔逐漸降低，范圍在1010～1600m；該區域土壤主要分為7 大類，包括棕壤、褐土、風砂土、沼澤土、灰色森林土；圍場縣內的主要河流為灤河，分流主要有伊遜河、伊瑪圖河和小灤河；主要植被類型是落葉闊葉林、針闊混交林和草原草甸，主要喬木樹種有白樺（Betula platyphylla）、油松（Pinus tabulae）、華北落葉松（Larix principis-rupprechti）、山楊（Pobulus davidiana）、蒙古櫟（Quercus mongolica）、五角楓（Acermono Maxim）。

2 研究方法

2.1 數據收集與處理

首先收集木蘭林場八英莊分場的地形圖、等高線數據、遙感圖像及二類小班調查數據。第二步根據遙感圖像對研究地塊進行樹種的確定和同種樹種不同林齡的確定，并將林分邊界分劃清楚。第三運用ArcGis10.0 將研究區景觀各斑塊多邊形及屬性表提取入庫，再進行分類，形成拓撲關系，將相鄰的同類斑塊小班進行合并，分別建立研究區一級景觀分類和二級景觀分類矢量圖。最后將矢量圖轉化為柵格格式，并運用Fragstats4.2，選取相關景觀格局指標進行分析。

2.2 森林景觀類型劃分

本次研究是根據林分樹種類型和林分林齡進行二級景觀分類。其中根據樹種類型進行一級景觀分類，劃分為落葉松林、油松林、樟子松林、山杏林、疏林地、荒山、水域共7 種類型；根據林齡進行二級景觀分類，劃分為落葉松幼齡林、落葉松中齡林、落葉松近熟林、油松中齡林、油松近熟林、油松成熟林、樟子松近熟林、山杏中齡林、疏林地、荒山、水域共11 種類型。

2.3 景觀格局指數的選擇

根據大量的研究和文獻的閱讀，發現在森林景觀格局指數的選擇上，研究者們已經有了較規范明確的研究，本研究根據各學者的研究成果選取了12種指標，包括類型斑塊數（NP）、斑塊類型面積（CA）、面積百分比（PLAND）、斑塊形狀指數、分維數（Fd）、斑塊密度（PD）、邊緣密度（ED）、破碎度（SPLIT）、優勢度（D）、多樣性指數（SDI）、均勻度（SEI）。

3 結果分析

3.1 景觀類型劃分

在ArcGis10.0 的基礎上，利用八英莊分場的地形圖、等高線數據、遙感影像以及二類小班調查數據，建立八英莊分場研究區的二級景觀分類圖，見圖1 和圖2。

3.2 森林景觀面積特征分析

3.2.1 一級分類的森林景觀面積特征分析 由表1可看出：在一級景觀分類中，斑塊類型共分為7 種，斑塊總數為66 塊，其中荒山斑塊最多為38 塊，斑塊數量排序為：荒山>落葉松林/油松林>疏林地>樟子松林/山杏林/水域。研究區總面積為670.48hm2。各斑塊類型面積排序為：落葉松林>油松林>荒山>疏林地>樟子松林>水域>山杏林。其中落葉松林斑塊占總面積的百分比最大為54.17%，山杏林斑塊占總面積的百分比最小為0.47%。綜上分析，該區域的主導森林景觀的斑塊為落葉松林斑塊，表明該景觀類型對于整個景觀的能量、信息交換與流動起著重大的支配作用，在整個景觀中的貢獻率也最大，而山杏林的貢獻最小。

表1 一級景觀要素面積特征

3.2.2 二級分類的森林景觀面積特征分析 由表2可以看出：二級景觀劃分斑塊類型分為11 種，總斑塊數為86 塊，各斑塊類型斑塊數排序為：荒山>落葉松近熟林>落葉松中齡林>油松近熟林>落葉松幼齡林>油松中齡林/疏林地>油松成熟林/樟子松近熟林/山杏中齡林/水域。各斑塊類型面積排序為：落葉松近熟林>油松近熟林>荒山>落葉松中齡林>油松成熟林>疏林地>油松中齡林>落葉松幼齡林>樟子松近熟林>水域>山杏中齡林。斑塊面積平均值為73.29hm2。各類型斑塊面積占總面積的比例排序為：落葉松近熟林>油松近熟林>荒山>落葉松中齡林>油松成熟林>油松中齡林>疏林地>落葉松幼齡林>樟子松近熟林>水域>山杏中齡林。其中落葉松近熟林和油松近熟林面積總和占研究區總面積的65.35%，因此落葉松近熟林和油松近熟林是該區域的主導景觀類型，兩種景觀類型對于整個景觀的能量、信息交換與流動起著重大的支配作用，在整個景觀中的貢獻率也最大，而山杏中齡林的貢獻最小。

3.3 森林景觀周長特征分析

3.3.1 一級分類的森林景觀周長特征分析 從表3中可以看出：研究區一級景觀分類中斑塊總周長為131974.62m，其中周長最大的斑塊為落葉松林，周長為48303.00m，各斑塊類型周長排序為落葉松林>荒山>油松林>水域>疏林地>樟子松林>山杏林。其中落葉松林斑塊占研究區域總周長比例最大為36.6%，占總周長最小的斑塊類型為山杏林斑塊。這表明落葉松林能進行更多的能量交換和信息傳遞，對整個景觀的貢獻率最大，而山杏林的貢獻率最低。

表2 二級景觀要素面積特征

表3 一級景觀要素周長特征

3.3.2 二級分類的森林景觀周長特征分析 由表4可以看出：該區域二級景觀分類中，各斑塊周長總和為200651.01m，標準差為13994.18。其中各斑塊類型周長排序為：油松中齡林>荒山>落葉松近熟林>油松近熟林>落葉松中齡林>水域>落葉松幼齡林>疏林地>油松成熟林>樟子松近熟林>山杏中齡林。各斑塊類型周長占總周長比例最大的為油松中齡林，比例最小的為山杏中齡林。這表明油松中齡林能進行更多的能量交換和信息傳遞，對整個景觀的貢獻率最大，而山杏中齡林的貢獻率最低。

3.4 森林景觀斑塊形狀分析

3.4.1 一級分類斑塊形狀分析 由表5 可以得知：在研究區一級景觀分類中，斑塊形狀指數最大的斑塊類型為落葉松林2.14，斑塊形狀指數最小的為山杏林1.37，分析數據中可知：落葉松林斑塊形狀較為復雜，景觀類型分布較廣，而山杏林斑塊形狀較簡單，分布較狹窄。各斑塊類型分維數最大的為荒山，最小的為山杏林，可見荒山斑塊形狀較復雜，受人為干預較小，而山杏林斑塊形狀較為規律，受外界的干擾程度較大。綜合斑塊形狀指數和分維數，可以看出落葉松林和荒山斑塊形狀較為復雜，山杏林斑塊形狀較為簡單、有規律，接近于圓形。

表4 二級景觀要素周長特征

表5 一級景觀分類斑塊形狀特征指數

3.4.2 二級分類斑塊形狀分析 由表6 中可以看出：各類斑塊形狀指數最大的為油松成熟林，最小的為山杏中齡林，說明油松成熟林的斑塊形狀較為復雜，景觀類型分布較廣，山杏中齡林的斑塊形狀較為簡單、規律，在整個景觀中分布較狹窄。從斑塊分維數看，荒山、油松成熟林分維數最大，山杏中齡林分維數最小。由各類斑塊分維數排序可知，荒山和油松成熟林斑塊形狀較為復雜，山杏中齡林斑塊形狀較為簡單，有規律，受外界干擾較大。綜合分析各斑塊類型斑塊形狀指數和分維數可知：油松成熟林斑塊形狀復雜，山杏中齡林斑塊形狀較簡單，邊緣形狀較有規律。

表6 二級景觀分類斑塊形狀特征指數

3.5 斑塊水平異質性分析

3.5.1 一級分類森林景觀斑塊水平異質性分析 斑塊密度是指某類型斑塊數與景觀總面積的比值，斑塊密度越大，該斑塊類型在景觀中分布越廣影響越大。由表7 可以看出：在一級景觀分類中，各類斑塊類型中，荒山斑塊密度最大為0.0567；水域、樟子松林、山杏林斑塊密度最小為0.0015；說明在此研究區，荒山斑塊在該區域的分布較廣，影響較大；水域、樟子松林、山杏林斑塊分布較少，影響較小。

表7 一級景觀分類斑塊水平異質性

邊緣密度反映景觀中異質斑塊的復雜程度。邊緣密度越大，說明該斑塊有較強的邊緣效應。由表7可知：落葉松林的斑塊邊緣密度最大為87.86，樟子松和山杏林邊緣密度最小為1.8。因此落葉松林斑塊類型的邊緣效應較強，而山杏林、樟子松林斑塊的邊緣效應較弱。

景觀破碎度是景觀類型的斑塊數與該景觀類型的面積的比值，反映景觀類型斑塊被分割的破碎程度。從表7 中可知：各斑塊類型的破碎度排序為疏林地>荒山>山杏林>水域>樟子松林>油松林>落葉松林。說明疏林地斑塊的破碎程度最高，斑塊小且較分散，異質性較大，而落葉松林斑塊的破碎程度最低，斑塊大且分布密集，異質性較小。

優勢度指數是來描述某景觀對區域內整體景觀的控制作用，景觀優勢度越大，表明該景觀對整體景觀的控制程度越大。從表7 中可知：各斑塊類型的優勢度指數排序為：荒山>落葉松林>油松林>疏林地>樟子松林>水域>山杏林，說明荒山斑塊對該區域景觀的控制程度最大，而山杏林斑塊對該區域的景觀控制程度最低。

3.5.2 二級分類森林景觀斑塊水平異質性分析 由表8 可知：在二級景觀分類劃分中，各類型斑塊密度最大的為荒山0.0567，斑塊密度最小的斑塊類型為油松成熟林、樟子松近熟林、山杏中齡林和水域，這說明在該區域，荒山分布較廣，影響較大，而油松成熟林、樟子松近熟林、山杏中齡林和水域對景觀影響較小，分布較少。各斑塊類型邊緣密度排序為：荒山>落葉松近熟林>油松近熟林>落葉松中齡林>水域>落葉松幼齡林>油松中齡林>疏林地>油松成熟林>樟子松近熟林>山杏中齡林。這說明邊緣效應最大的為荒山斑塊，邊緣效應最小的為山杏中齡林。從破碎度上看，破碎度最高的為落葉松幼齡林0.7979，破碎度最低的為落葉松近熟林0.0544。這說明落葉松幼齡林斑塊小且較分散，異質性較高；落葉松近熟林斑塊大，分布較集中，異質性較低。從斑塊優勢度看，各斑塊類型優勢度排序為荒山>落葉松近熟林>油松近熟林>落葉松中齡林>落葉松幼齡林>油松中齡林/疏林地>油松成熟林>樟子松近熟林>水域>山杏中齡林，這說明在整個景觀中，對景觀掌控力度最大的為荒山，掌控力度最小的為山杏中齡林。

表8 二級景觀分類斑塊水平異質性

3.6 景觀水平異質性分析

森林景觀多樣性指數是指景觀斑塊類型的豐富度和各景觀類型的均勻度，景觀斑塊類型越多，各景觀斑塊類型所占的比例越均勻。

散布與并列指數是對受到某種自然條件嚴重制約的生態系統的分布特征反映顯著。

由表9 可知：一級景觀分類的景觀多樣性指數為1.1，最大多樣性指數為1.83，相差較大。均勻度為0.6，距離1 還相差甚遠，因此一級景觀分類斑塊分布較不平衡。一級景觀分類散布與并列指數為43.41，較100 相差較大，說明一級景觀分類中，各類型斑塊與其他斑塊不銜接，斑塊分布較分散。

二級景觀分類中，景觀多樣性指數為1.53，較一級景觀分類增大，最大多樣性指數為2.1，兩者相差較一級景觀小；景觀均勻度指數為0.73，較接近1，說明二級景觀分類較一級景觀分類，斑塊分布較均衡；二級景觀分類中，散布于并列指數為51.59，較一級景觀分類有所提高，說明二級景觀各斑塊類型與其他類型斑塊相連接。

表9 景觀水平異質性

4 結論

（1）運用ArcGis10.0 將研究區景觀各斑塊多邊形及屬性表提取入庫，建立研究區一級景觀分類和二級景觀分類圖。

（2）在一級景觀分類中，斑塊類型共分為7 種，斑塊總數為66 塊，研究區總面積為670.48hm2，該區域的主導森林景觀的斑塊為落葉松林斑塊；斑塊總周長為131974.62m，周長最大的為落葉松林，這表明落葉松林能進行更多的能量交換和信息傳遞，對整個景觀的貢獻率最大；斑塊形狀指數最大為落葉松林2.14，因此落葉松林斑塊形狀較為復雜，景觀類型分布較廣。各斑塊類型分維數最大的為荒山，因此可知，荒山斑塊形狀較復雜，受人為干預較小。綜合斑塊形狀指數和分維數，可以看出落葉松林和荒山斑塊形狀較為復雜，山杏林斑塊形狀較為簡單、有規律，接近于圓形。荒山斑塊密度最大，為0.0567，說明在此研究區，荒山斑塊在該區域的分布較廣，影響較大；落葉松林的斑塊邊緣密度最大為87.86，因此落葉松林斑塊類型的邊緣效應較強；各斑塊類型的破碎度排序為疏林地>荒山>山杏林>水域>樟子松林>油松林>落葉松林，說明疏林地斑塊的破碎程度最高，斑塊小且較分散，異質性較大；各斑塊類型的優勢度指數排序為：荒山>落葉松林>油松林>疏林地>樟子松林>水域>山杏林，說明荒山斑塊對該區域景觀的控制程度最大。

（3）二級景觀劃分斑塊類型分為11 種，各類型斑塊面積占總面積的比例最大為落葉松近熟林和油松近熟林。落葉松近熟林和油松近熟林是該區域的主導景觀類型。各斑塊類型周長占總周長比例最大為油松中齡林，這表明油松中齡林對整個景觀的貢獻率最大。斑塊形狀指數最大的為油松成熟林，說明油松成熟林的斑塊形狀較為復雜，景觀類型分布較廣。從斑塊分維數看，荒山、油松成熟林分維數最大，可見荒山和油松成熟林斑塊形狀較為復雜，受外界干擾較小。綜合分析各斑塊類型斑塊形狀指數和分維數，可見油松成熟林斑塊形狀復雜，山杏中齡林斑塊形狀較簡單，邊緣形狀較有規律。各類型斑塊密度最大的為荒山0.0567，這說明荒山分布較廣，影響較大；各斑塊類型邊緣密最大為荒山，這說明邊緣效應最大的為荒山斑塊；破碎度最高的為落葉松幼齡林，說明落葉松幼齡林斑塊小且較分散，異質性較高；各斑塊類型優勢度最大為荒山，說明在整個景觀中，對景觀掌控力度最大的為荒山。

（4）一級景觀分類的景觀多樣性指數為1.1，最大多樣性指數為1.83，相差較大。均勻度為0.6，距離1 還相差甚遠，因此一級景觀分類斑塊分布較不平衡。一級景觀分類散布與并列指數為43.41，較100 相差較大，說明一級景觀分類中，各類型斑塊與其他斑塊不銜接，斑塊分布較分散；二級景觀分類中，景觀多樣性指數為1.53，較一級景觀分類增大，最大多樣性指數為2.1，兩者相差較一級景觀小；景觀均勻度指數為0.73，較接近1，說明二級景觀分類較一級景觀分類，斑塊分布較均衡；二級景觀分類中，散布于并列指數為51.59，較一級景觀分類有所提高，說明二級景觀各斑塊類型與其他類型斑塊相連接。