福泉市林地景觀斑塊特征演變分析

郭 倩，李可相，蘭良鴻

(1.貴州省福泉市林業局，貴州 福泉 558000；2.貴州省山地資源研究所，貴州 貴陽 550001；3.貴州省土地綠色整治工程研究中心，貴州 貴陽 550001；4.貴州省山地資源研究所有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 引言

林地是森林資源的載體，是自然資源的重要組成部分，是林業發展的基礎，在實現區域經濟、社會、生態協調可持續發展、建設生態文明戰略中起著不可替代的作用[1～3]。景觀是生態過程發生和發展的基礎，而林地景觀的演變受到生態過程、人類活動等因素的影響，能反映森林生態系統林地空間格局、形態特征及功能等的變化[4，5]。景觀斑塊的演變具有科學性與規律性，通過斑塊尺度景觀格局分析可發現形成森林資源空間格局的因素及機制，從而確認景觀格局與生態功能之間的聯系，發現林地景觀與其生態功能間的聯系，以及景觀的演變特征[6～11]。研究林地景觀的變化規律，揭示景觀斑塊的演變規律，對區域森林資源的空間分布結構優化、充分發揮生態經濟效益及可持續利用具有現實指導意義。而目前針對云貴高原巖溶地區森林景觀演變的研究并不多，特別是缺少基于斑塊尺度的森林景觀定量分析。

在此背景下，本文以貴州省福泉市為研究區，利用2015、2019年兩期森林資源調查數據，借助ArcGIS10.4、Fragstats4.2等分析工具，采用景觀指數描述林地景觀，分析了福泉市2015～2019年林地景觀斑塊特征演變情況，以揭示研究區林地景觀在結構組成與空間分布上的特征。這可為研究區域進行景觀斑塊尺度的森林空間結構單元調控，提高森林對環境干擾的自我調節能力，以及區域森林資源可持續發展奠定數據和理論基礎。

2 研究區概況

福泉市位于黔南布依族苗族自治州北部，地理坐標26°32′28″～27°02′23″N，107°14′24″～107°45′35″E。境內地貌強烈切割，多為山地、丘陵地貌，僅有少量壩地，屬揚子準臺地的黔南坳陷褶斷層，境內地表出露巖石主要以碳酸鹽巖為主，其次是碎屑巖。氣候屬于亞熱帶季風氣候華中濕潤區，年平均氣溫14 ℃。

3 研究方法

3.1 數據來源及預處理

本文以貴州省黔南州福泉市為研究區域，采用的福泉市2015、2019年林地數據來源于福泉市森林資源調查成果。以《貴州省第四次森林資源規劃設計調查實施細則》和優勢樹種為依據，將研究區內林地類型分為：喬木林、竹林、疏林地、灌木林地、宜林地及其他林地6類景觀類型[12]。

3.2 林地景觀指數的提取

林地景觀斑塊特征研究指標選取斑塊數、斑塊面積、斑塊周長、景觀形狀指數、分維數、斑塊密度6個指數[13～16]，具體見表1。在ArcGIS10.4中將2015年和2019年福泉市森林資源調查成果圖轉換為柵格格式后進行林地景觀分類，再導入Fragstats4.2中，計算得到景觀指數值，并將結果導出至Excel中進行統計分析。

表1 景觀生態特征指標及生態意義

4 結果與分析

4.1 林地景觀斑塊的總體特征

福泉市2015、2019年林地景觀分別有12719和13090個斑塊，各類景觀類型的斑塊總面積和總周長極不均衡。在2015、2019年間，喬木林在整體林地景觀中都占有絕對優勢，斑塊總面積分別占52.22%和53.96%(表2)，斑塊數分別占57.77%及61.48%，均超過50%。其次是灌木林地斑塊總面積分別占43.20%和45.09%，斑塊數分別占31.32%和34.26%，由此可知，喬木林和灌木林是福泉市的主要林地景觀類型，構成了福泉市整個林地景觀的基質，其余林地景觀類型呈鑲嵌式分布其中，呈現小面積零星分布。其他林地斑塊總面積分別占4.47%和0.66%，而斑塊數所占比重分別為9.95%和2.33%，且斑塊數、斑塊總面積、斑塊總周長都大幅下降，說明在2015～2019年期間福泉市其他林地破碎化程度逐漸加重，受人為干擾的程度逐漸加深，但區域整體生態環境趨于良好，其他林地逐漸轉化為喬木林、灌木林地等。以上分析表明福泉市的其他林地在自然成長或在森林培育、林分改造等人為干預下，已轉化并融入到其余林地景觀類型中，從而表現出其他林地在景觀層面破碎化程度逐漸加重，但區域內生態環境整體趨于良好的現象。

表2 福泉市林地景觀斑塊數量變化特征

4.2 林地景觀斑塊的形狀及破碎化特征

斑塊的平均面積可以反映林地景觀的連通性，平均面積越大，說明連通性就越好，反之則越差。研究區各類景觀總體的斑塊面積平均值由2015年的4.26 hm2下降為2019年的3.85 hm2，由表3可見，除疏林地保持不變，宜林地略有上升外，其余林地景觀類型的斑塊平均值均有所下降，這表明研究區林地景觀斑塊的整體連通性正在下降，僅宜林地的連通性略有上升，疏林地連通性保持不變。

LSI數值越大說明形狀越復雜，反之，越簡單。福泉市除疏林地、其他林地外，其余林地景觀類型的LSI指數均有所上升，形狀趨于復雜。其中LSI上升最明顯的為宜林地，其次是灌木林地，然后是喬木林，之后是竹林。下降最明顯的為其他林地，其次是疏林地；PAFRAC取值范圍為1～2，取值越小，表明斑塊形狀越有規律，反之，斑塊形狀越復雜，受人為干擾的程度小。研究區在2015～2019年期間，除疏林地的PAFRAC保持不變外，其余各林地景觀類型的PAFRAC均有所下降，形狀趨于規律，說明人為干擾對林地景觀斑塊的影響正在加強。

表3 福泉市林地景觀斑塊形狀及破碎化的變化特征

PD越大，斑塊的破碎程度越大，其在景觀中的分布越廣、影響也越大，反之越小。2015～2019年期間，福泉市除其他林地的PD保持不變外，其余各林地景觀類型的PD都有所上升，受干擾程度有所增加，其中喬木林的PD分別為4.32塊/100 hm2和4.72塊/100 hm2，其一直是福泉市的基質景觀，總體面積雖大，但連通性較差，導致其PD較其余林地景觀類型高，表明其受人為因素及自然地理分割作用的影響較大。

4.3 林地景觀斑塊的穩定性特征

FRAC的取值范圍為1～2，值越小，表明斑塊類型形狀越簡單，復雜程度越低；值越大則表明斑塊類型的幾何形狀越復雜，越趨于不規則，當其大于1.5時，就表明空間結構越不穩定；SI的理論取值范圍為0.0～0.5，值越大表明景觀要素類型越穩定，反之，景觀要素類型穩定性越差。2015～2019年期間，福泉市6種景觀類型的FRAC及SI差異較小，年際變化不明顯(表4)。其中，竹林的FRAC最小，SI最大，表明竹林的形狀最簡單，但最穩定，其次是疏林地與宜林地；到2019年，喬木林、疏林地及其他林地的FRAC與SI值均相同，其FRAC值在6種景觀類型最大，其SI值在6種景觀類型最小，表明喬木林、疏林地及其他林地的斑塊形狀最復雜，但其抵抗外界干擾以維持其形態的能力最差。

表4 福泉市林地景觀斑塊穩定性特征

5 結論與討論

本文采用GIS分析工具及景觀生態學原理，分析了福泉市林地景觀斑塊特征的演變，得出以下結論。

(1)研究區各類林地景觀的NP、CA及PERIM極不均衡，喬木林和灌木林是福泉市的主要景觀類型，構成了福泉市整個林地景觀的基質。其余林地景觀類型呈鑲嵌式分布其中，呈現小面積零星分布。

(2)研究區除疏林地、其他林地外，其他林地景觀類型的LSI指數均有所上升，形狀趨于復雜。LSI上升最明顯的為宜林地，其次是灌木林地，然后是喬木林，之后是竹林。下降最明顯的為其他林地，其次是疏林地。

(3)研究區除疏林地的PAFRAC保持不變外，其余各林地景觀類型的PAFRAC均有所下降，形狀趨于規律。

(4)研究區除其他林地的PD保持不變外，其余各林地景觀類型的PD都有所上升，受干擾程度有所增加。其中喬木林的總體面積雖大，但連通性較差，導致其PD一直較其余林地景觀類型高，表明其受人為因素及自然地理分割作用的影響較大。

(5) 研究區林地斑塊的穩定性差異較小，年際變化不明顯，其中竹林斑塊最穩定，而喬木林、疏林地及其他林地穩定性差，易受外界干擾，導致形態發生變化。

從以上結論可以看出：研究區主要林地景觀斑塊形狀趨于復雜、規律，破碎化有所上升，林地斑塊的穩定性差異較小且年際變化不明顯。為降低林地破碎化程度，維持林地景觀的穩定性，建議在研究區的林地景觀規劃、建設當中，進一步加強林地斑塊的規劃和建設，對不同林地景觀斑塊進行分類經營，優化森林景觀配置，預防研究區內的森林景觀要素向單一化發展，實現林業可持續經營。