鼎湖山自然保护区森林景观时空格局变化研究Word格式.docx
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景观生态学是一门新兴的交叉学科,主要研究空间的格局和过程[1],通过分析景观格局可以了解自然、生态过程和社会经济活动之间的关系.森林景观具有相应的空间分布特征,森林景观格局决定了森林景观内的各种梯度分布,从而影响森林生态系统内的生态过程[2],利用景观生态学的原理来研究森林生态系统,可以更好的了解森林景观的格局、结构、功能及其变化.本文对研究区的森林景观格局及其变化进行分析,阐明了研究区域的景观格局现状,了解景观类型在空间分布及变化规律,以此为更合理的保护和管理研究区内的森林资源提供理论根据[3].
1 研究区域概况
鼎湖山(23°
10′N,112°
34′E位于广东省肇庆地区境内.本区大部分面积是丘陵和低山,海拔在100~700m间,最高峰鸡笼山海拔100013m.属亚热带湿润季风型气候,年平均气温21℃,平均年降雨量1927mm,年蒸发量1695mm,年平均相对湿度80%.土壤为发育于砂岩母质上的赤红壤,土层薄.1956年,中国政府把鼎湖山林地划为天然森林禁伐区.鼎湖山自然保护区面积1100hm2.区内有植物2400多种,其中有1843种野生高等植物.本文研究的5种植被类型为常绿阔叶林、针阔叶混交林、针叶林、灌丛和其它林地.
2 研究方法和路线
本文以研究区域1991年和1999年的TM影像为基础数据,结合研究区域的地形图、DEM数据、土地利用数据、行政图以及有关的文字资料,根据制定的景观分类系统,在ERDASIMAGE816、ARCVIEW312、ARCGIS910等软件的支持下,编制了本区域的景观类型图(如图1,景观分为:
常绿阔叶林、针叶林、针阔混交林、灌丛、其他林地、非林地和水域7类.然后利用FRAGSTATS313软件包和ARCVIEW312软件进行空间数据计算,最后选取其中具有代表性的格局指数对景观格局进行分析.
①收稿日期:
2006-06-29
基金项目:
中国博士后科学基金资助项目(2003033483作者简介:
彭 月(1978-,男,湖南湘西人,硕士研究生,主要从事景观生态学研究.通讯作者:
魏 虹,教授
.
图1 1991年和1999年研究区森林景观类型图
Fig11 LandscapePatternoftheStudyAreain1991and3 结果分析
311 景观的总体特征分析
、斑块平均面积、斑块周长和斑块平均周长几个指标进行分析(表1表1 2个时期森林资源斑块数量特征
Table1 QuantitativeFeatureofForestLandscapePatchesofStudyAreain1991and1999
斑块类型1991
数量
/个
面积
/hm2周长/m
平均面积/hm2平均周长/m
1999
数量/个
平均面
积/hm2平均周
长/m
常绿阔叶林75351141117660416915681806044717514811071462468150混交林69406124144630518920961105949114019725081333343120针叶林75198147938702165
125716086124138666601145775110
其他林地24201201350001845621502627136173401105666190灌 丛621421456186021309971702517191109200172436180非林地231614710530
01724571801925100130801132688140水 域
1
1144
900
9000
分别比较2个时期的景观格局图(图1以及斑块数量特征表(表1,可以发现:
总体上森林的面积增加107141hm2,其中常绿阔叶林和混交林面积分别增加了21152%和17133%,而针叶林则出现减少59157%.期间,灌丛出现大面积的减少;
其他林地、非林地以及水域面积出现增长,主要是由这一时期的大规模旅游开发所导致的.周长及平均周长反映的趋势同面积变化一致.从整个景观变化来看,虽存在有一定的人为干扰,但这种人为干扰没有改变森林景观的演替方向(针叶林-混交林-常绿阔叶林[4],有可能在一定程度上延缓其速度.3.2 类型水平上的景观特征指数分析
本研究选取了以下5个景观特征指数来反映类型水平上景观格局特征:
斑块平均大小(MPS:
某一种斑块类型总面积除以该类型的斑块数目.可以指征景观的破碎程度,反映景观的异质性.
景观相似性指数:
类型面积/景观总面积,描述某一类型与景观整体的相似性.
平均最近距离(MNN:
用来度量景观的空间格局,在斑块级别上等于从某一斑块到类型的斑块的最近距离之和除以具有最近距离的斑块总数.
破碎度指数:
景观的斑块总数/景观的总面积.指景观被分割破碎的程度,与自然资源一步保护密切相关.
最大斑块占景观面积比(LPI:
最大斑块面积/景观总面积,显示了最大斑块对景观的影响程度.
斑块的平均大小见图2甲.从中可以看出,在1991年,斑块平均较大的是混交林和常绿阔叶林2种斑块类型,其他类型依次为针叶林、灌丛、其他林地和非林地,水域在这个时期未存在,故不考虑其平均大小.而在1999年,斑块平均最大的是混交林和常绿阔叶林,其他依次为针叶林、水域、非林地、其他林地和灌丛.从两期的数值来看,1991年MPS值最大的3类分别是混交林、常绿阔叶林和针叶林;
1999年MPS值最大的3类是仍然是混交林,常绿阔叶林和针叶林3种类型.表明森林在景观中成分较大.相对来说,非林地斑块类型的MPS值更小一些.在景观水平上来看,灌丛、非林地具有的较低的MPS值,这几种类型因为受到更多发人为干扰,显得更为破碎.
比较MNN(平均最近距离如图2乙,可以发现:
1991年和1999年的混交林、常绿阔叶林和针叶林3类MNN值较小,其他林地、灌丛、非林地和水域的MNN值较大.这表明混交林、常绿阔叶林和针叶林同类型斑块之间相隔较近,呈团聚分布,彼此间的联系较紧密,类型间的交流更多.相反,其他林地、灌丛、非林地和水域同类型斑块间的相隔距离较远,分布比较离散,这使得同类型的斑块间的交流减少;
同时,由于距离较远,同类型间的干扰少,更多的是受到人为的干扰
(甲斑块平均大小(乙平均最近距离(丙景观相似性指标(丁破碎度指数
A常绿阔叶林,B混交林,C针叶林,D其他林地,E灌丛,F非林地,G水域.1表示1991年,2为1999年.
图2 景观特征指数
Fig12 TheIndicesofLandscape
结合2个时期MPS和MNN指数,混交林、常绿阔叶林和针叶林3类平均距离较小,同类型斑块相互交流较多,是研究区内的主要类型,而非林地、其他林地、灌丛和水域等类型相距较远,破碎度较大,更多的体现了人类活动对其影响.
破碎度指数如图2丙.1991年各类型的破碎程度由大到小依次为:
针叶林、常绿阔叶林、混交林、灌丛、其他林地和非林地.1999年的破碎指标大小依次为:
针叶林、常绿阔叶林、混交林,其他林地、灌丛、非林地和水域.从1991年到1999年,常绿阔叶林和混交林的破碎度有所降低,而针叶林破碎度增加,这主要是由斑块数量与面积的变化引起.常绿阔叶林和混交林的斑块数由1991年的75和69下降到1999年的60和59,但是面积却从1991年的351141hm2和406124hm2,增加到1999年的447175hm2和49114hm2.针叶林的变化正好相反,斑块数由1991年的75增加到1999年的86,面积却减少了70109hm2,从
而使斑块形状不规则,破碎度上升.随着时间的推移,灌丛大面积演变成山地常绿阔叶林;
灌丛面积急剧下降,而斑块数的下降幅度远远小于面积的减少,从而导致灌丛的破碎度快速下降.
景观相似性指标如图2丁.1991年混交林与整个景观的相似程度最大,其他依次为常绿阔叶林、针叶
林、灌丛、其他林地、非林地;
1999年景观相似指标最大的仍然是混交林,其他的景观类型为:
常绿阔叶
林、针叶林、其他林地、灌丛(图5.水域在性质上与其他类型有较大的差异,所以与整个景观的相似程度也是最低的.从数值上看,2个时期内,虽然针叶林数量有所减少,但混交林和常绿阔叶林的值有明显的增加,研究区内森林覆盖程度增加.1991年和1999年相似性指标最大的2类都是混交林和常绿阔叶林,并且都表现为增加的趋势.这2类植被在研究时期内保持相对稳定,这2类斑块也构成了研究区内森林的主体.其他斑块类型的斑块受更多同人为活动干扰,与整个景观的相似程度比较低
计算最大斑块占景观面积比(LPI,1991年LPI为15196,而1999年为1714.1991年同1999年相比,最大斑块对景观的影响程度提高.1991年最大斑块为混交林类型,面积为181124hm2,1999年最大斑块也为混交林类型,面积有所增加,为197155hm2,可见最大斑块对景观的影响程度值是混交林最大.混交林对整个景观的影响程度比常绿阔叶林要强.这说明了,虽经过了8a的时间,但从森林景观格局乃至群落环境的角度来看,森林的演替并未达到顶极,还未形成优化的格局13.3 景观水平上的异质性分析
香农多样性指数(SHDI
SHDI=-
∑n
i=1
Pi
LnP
i
式中:
n为景观斑块类型(或生态系统的数目,Pi为第i.多样性指数是一种基于信息理论的测量指标,.也可能反映景观的异质性,=/(各斑块类型均匀分布.,比较不同景观或同一景观不同时期多样性变化.
表2为保护区1991年和1999年森林景观的香农多样性和均匀度指标.
表2 两种异质性指标比较
Table2 TwoLandscapeHeterogeneityIndicesofDifferentLandCoversin1991and1999
景观异质性指数19911999SHDI香农多样性指数
11431122SHEI08
063
1991年的香农多样性指数为1143,1999年的多样性指数为1122.1999年比1991年多样性指数减少了0121.比较2个时期的均匀度指数,1991年的景观类型均匀度要高于1999年,这说明1991年景观类型的斑块数目比1999年多,1991年的各景观类型分布比1999年要更为均匀,多样性大.由此可见,1999年景观异质性大于1991年.314 景观格局的时间变化
利用Arcview统计模块,得到了2个时期森林景观面积转移矩阵,如表3.
表3 1991-1999年鼎湖山风景区森林景观类型转化情况/hm2
Table3 TheAreaChangeofForestLandscapeTypesinDinghuMountainBiosphereReserveAreaform1991to1999
1991
常绿阔叶林
混交林
针叶林
其他林地
灌 丛
非林地
水 域
合 计
329122************7011801000100351141混交林66165287135451141162313311710145406124针叶林3517810012835137915951721116601090198147其他林地1119111397127010001000136010020121灌 丛141026711631132141906195712001900142145非林地019051223156019911734107010016147水 域010*********合 计
44717500
49114000
12413800
2713600
1719100
2419975
114400
113512375
表3表明从1991年到1999年各景观类型转化方向:
常绿阔叶林的面积最大,少量向混交林进行变化;
混交林向其他各类型都有转化,但是向常绿阔叶转化的面积最大;
大量的针叶林变化为混交林;
而灌丛向
混交林转化的数量是最多,其次为针叶林.这反映了研究区内的森林景观的变化趋势总体特征反映的一致:
(针叶林-混交林-常绿阔叶林[4].其他林地、非林地和水区域的变化不显著,但对于整个研究区森林景观变化方向影响不大.
4 结 论
1根据8a间研究区内的景观格局进行分析,混交林和常绿阔叶林无论是在类型斑块面积,还是与整个景观的相似性都较大,表明这两种类型在景观中的主体地位越来越强.而这2种类型之间,混交林对整个景观的影响程度要强于常绿阔叶林,这表明了森林的演替还未达到演替顶极(常绿阔叶林,未形成最优化格局.针叶林(主要为人工马尾松林,由于放弃了人为的管理,快速的演替和衰退使其出现大面积的减少.在灌丛类型中也出现类似情况.随着大规模的旅游开发,其他林地、非林地及水域面积有一定程度的增加,但是对整个景观的影响程度却降低了.这说明虽然在研究区内存在一些人为干扰,但对整个保护区的森林景观未造成严重的破坏性,没有改变研究区内的森林演替方向:
针叶林→混交林→常绿阔叶林[4].
2从景观多样性来看,1999年低于1991年.随着旅游业的大规模开发,这种情况可能会更加突出.而景观多样性的减少对于旅游资源的开发是不利的.同时,由于景观格局多样性和物种多样性有一定的关联性[1],在物种水平上,,影响到物种多样性.在维持当前的景观变化的整体趋势上,,特别保护人为干扰影响的濒危物种,.,如:
扩大保护生态环境,;
;
适当进行人工抚育,创造适于生存的环境[5]等.
参考文献:
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傅伯杰,陈利顶,马克明,等1景观生态学原理和应用[M]1北京:
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1001021
ForestLandscapePatterninDinghuMountainReserve
PENG Yue, WEI Hong, ZHU Wei,
TianXiao2feng, XiongChun2ni
KeyLaboratoryofEco2environmentsinThreeGorgesReservoirRegion,SchoolofLifeScience,SouthwestUniversity,Chongqing400715
Abstract:
BasedonremotesensingdataofDinghuMountainin1991and1999,theforestlandscapepatternwasstudiedusingGISandFragstatssoftware.Atthepatchlevel,theMixedandEvergreenbroadleaffor2estwerethemainpatchtypes,whichweremoresimilarwiththetotallandscapefrom1991to1999.Asaresultofsuccession,thePineforestdecreasedfast.Atthelandscapelevel,theLandscapetypediversityindexandevennessindexin1991higherthanthatin1999,whichshowedthatthelandscapedistributionin1991wasmoreevenandthelandscapeheterogeneityin1999washigher.
Keywords:
DinghuMountainBiosphereReserve;
landscapepattern;
remotesensingdata;
timeandspace
pattern
责任编辑 陈绍兰
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6第2期 彭 月,等:
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- 鼎湖山 自然保护区 森林 景观 时空 格局 变化 研究