九寨沟自然保护区景观格局及其斑块稳定性1)

刘延国 王 青

(西南科技大学，绵阳，621010)

王 军

(四川省遥感中心)

景观稳定性是生态学与景观生态学研究的复杂而又非常重要的内容之一，但目前国内外对景观稳定性的定义并不统一，多借用生态系统稳定性的概念来解释［1－5］。生态系统的稳定性一般包括抵抗力、恢复力、持久性和变异性等4个方面的内涵，可以理解为对于受非正常外力干扰的系统而言，抵抗力和恢复性是测度其稳定性的主要指标;对于受环境因子正常波动干扰的系统而言，持久性和变异性是衡量系统稳定性的指标［6－9］。景观水平上一个生态系统可以视为一个相当宽度的斑块或是一条狭窄的廊道，或是背景基质，而廊道与基质又可以理解为在整个景观中面积较大、连通性较好的线性斑块［7－11］，由此，景观的稳定性可以视为由其组成要素即斑块的稳定性所决定的，因此，景观斑块的划分是景观稳定性分析的首要步骤，进而从景观的格局即景观中斑块、廊道和基质的空间组合出发，在分析其变化的基础上，深入分析景观的稳定性［2－4，11－15］。这其中包含3个层次的指标:(1)基质的比例:越趋近于50%，该景观的稳定性就越高;(2)斑块数量和面积变化率:变化率越小，景观稳定性越高;(3)斑块密度变化率:不论是绝对变化率还是相对变化率，变化率越小，景观稳定性越高［11，12－22］。文中根据上述 3个指标对九寨沟自然保护区景观稳定性进行分析。

1 研究区自然概况

九寨沟自然保护区位于四川省西北部的阿坝藏族羌族自治州九寨沟县中南部，地处青藏高原东缘岷山山脉南段尕尔纳峰北麓，是长江水系嘉陵江源头的一条支沟。其地理坐标介于东经103°46'14″～104°03'04″、北纬 32°54'13″～33°16'13″之间，核心景区面积约720 km2，研究区面积730 km2。地貌上属岷山山脉的深切割高山峡谷区，地势北低南高，海拔高度由1996 m(九寨沟口)至4764 m(沟尾尕尔纳峰)，南北相对高差达2768 m。

九寨沟自然保护区植物分布主要为温带、寒带植物群落，也有极少数亚热带植物生长。植被随海拔高度的变化呈现明显的垂直分带性，从下至上可划分为3个植物分带，即针阔叶混交林带(海拔2800 m以下)、亚高山针叶林带(2800～3800 m)、高山灌丛草甸带(3800～4200 m)。

2 研究方法

数据来源及处理:将1987、1997和2005年3个不同时期TM7、TM4、TM2波段合成图像作为基本信息源，在ERDAS Imagine 8.5 及ArcGIS9.0 软件的支持下，以1∶100000地形图、野外实地调查及相关的各种统计图件作为参考数据源，参照我国《土地利用现状分类》国家标准一级分类系统［23－24］，将研究区域划分为林地、灌木林地、草地、水域、裸岩石砾地、耕地和建设用地7大景观类型，采用监督分类及目视解译的方法，得到1987、1997和2005年研究区景观斑块类型的矢量数据。

基质的比例稳定性:基质的比例越趋近于50%，该景观的稳定性就越高，SM=1－(50%－M)，式中:SM为基质的稳定指数;M为基质的比例。SM的值越趋近于1，基质的稳定性越高。

斑块特征稳定性:能够反映斑块稳定性特征的主要为斑块数量、斑块面积和斑块形状。因反映斑块形状的指数较多且大多数都主要反映的是斑块形状的相似性和复杂程度，因此，本研究仅以斑块数量和面积的变化率来反映其稳定性。基本公式如下:

式中:SP为斑块的景观稳定指数;ΔNi为第i类斑块数量的变化率;ΔAi为第i类斑块的面积变化率;Ni1、Ni2分别表示第 i类初期和末期的斑块数量;Ai1、Ai2分别表示第i类斑块初期和末期的斑块面积。SP越接近于1，斑块稳定性越高。

斑块密度稳定性:不论是绝对密度还是相对密度，变化率越小，景观格局越稳定。斑块密度稳定性可以用以下公式表示为:SD=1－|ΔD|，其中:ΔD=(D2－D1)/D1。式中:SD为景观稳定指数;ΔD为景观密度变化率;D1、D2分别表示研究初期和末期的景观密度。SD越接近于1，景观格局稳定性将越高。

式中:SDi为第i类景观结构组分的稳定指数;ΔDi为第i类景观结构组分的相对密度变化率;Di为第i类景观组分的相对密度;Di1、Di2分别为第i类景观组分初期和末期的相对密度;Ni为斑块总数;Ai为斑块总面积。SDi越接近于1，景观结构组分的稳定性就越高。

3 结果与分析

从表1可以看出，林地、灌木林地、草地、水域、裸岩石砾地、耕地及建设用地7大类景观组分的面积分布极不均衡，林地的面积最大，为研究区景观的基质;结合实地调查，水域主要以水系为主，为研究区景观的廊道，草地、水域、耕地、裸岩石砾地及建设用地为研究区景观斑块。2005年与1987年相比，总体上林地、草地面积都有所增加，耕地面积减小，这与近年来保护区实施的退耕还林、还草和封山育林等生态恢复工程措施有直接联系;灌木林地和水域面积呈减小趋势，这与区域气候变化有密切关系。

表1 九寨沟自然保护区景观结构组分类型

3.1 基质的稳定性

表2为研究区景观的基质稳定性指数，从中可以看出基质的稳定性较高，两个时段变化较小，总体上呈上升趋势，说明基质处于稳定且健康发展的状态，近年来保护区生态保护与恢复工程措施已初显成效。

表2 九寨沟自然保护区景观基质的稳定性指数

3.2 斑块的稳定性

表3为研究区1987—1997年景观斑块稳定性指数。从斑块特征稳定性来看:灌木林地、耕地和林地的稳定性最高，其次为裸岩石砾地、水域、草地，建设用地的斑块稳定性最低，它们的景观稳定指数从高到低依次为0.982、0.973、0.960、0.938、0.937、0.896、0.806;景观斑块在＜100 hm2及＞1000 hm2的尺度范围内，裸岩石砾地稳定性最高，其次为林地，草地稳定性最低;在100～1000 hm2尺度上，水域稳定性最高，林地稳定性最低。从斑块密度稳定性来看:耕地、灌木林地和林地稳定性最高，其次为裸岩石砾地和水域，草地和建设用地稳定性最低，其指数依次为0.963、0.946、0.919、0.877、0.874、0.792、0.612;景观斑块在＜100 hm2及＞1000 hm2尺度上，裸岩石砾地稳定性较高，其次为林地，草地稳定性最低;在100～1000 hm2尺度上，草地稳定性最高，稳定性指数为0.996，其次为水域，林地稳定性最差。自然景观斑块的稳定性依然取决于其自然稳定性，中小尺度的草地斑块最不稳定性，其稳定性的波动必然会引起整个区域景观格局的变化响应。

表3 九寨沟自然保护区1987—1997年景观斑块稳定性指数

表4为研究区1998—2005年景观斑块稳定性指数。从斑块特征稳定性来看:裸岩石砾地、林地的稳定性最高，其次为灌木林地、水域、草地、耕地，建设用地的斑块稳定性最低，保护区的生态恢复工程措施及生态移民政策是后两者稳定性最低的直接原因，它们的景观稳定性指数从高到低依次为0.979、0.977、0.964、0.844、0.287、0.105、－0.033;景观斑块在各尺度范围内，裸岩石砾地、林地稳定性最高，草地稳定性都较低，在100～1000 hm2尺度上，耕地已转化为其它景观斑块类型。从斑块密度稳定性来看:林地、裸岩石砾地稳定性最高，其次为灌木林地、水域和建设用地，草地和耕地稳定性最低，它们的稳定性指数依次为0.982、0.957、0.922、0.555、0.348、－0.281、－4.209;景观斑块在＜10 hm2尺度上，林地、裸岩石砾地稳定性最高，耕地稳定性最差，尤其在1～10 hm2尺度上，稳定性指数达到－9.288;在10～100 hm2尺度上，裸岩石砾地稳定性最高，稳定性指数为0.946，建设用地稳定性最低，稳定性指数为0.068。由此可见，人工景观的稳定性与保护区实行的一系列措施具有同步性;而自然景观的稳定性依然取决于其自然稳定性，并随气候的波动而变化。

表4 九寨沟自然保护区1998—2005年景观斑块稳定性指数

4 结论与讨论

由于基质在景观格局中的特殊地位，基质的稳定必然是景观格局稳定的基础，九寨沟自然保护区基质的稳定性较高，变化率较小，说明基质处于稳定且健康状态。从斑块数量和面积变化率来分析，林地、裸岩石砾地与灌木林地的变化率最小，其景观稳定性最高，其次为水域和草地，耕地与建设用地的变化率最大，景观稳定性最低;从斑块密度变化率分析，林地与灌木林地的景观稳定性最高，其次为裸岩石砾地、水域和耕地，草地和建设用地稳定性最低。总体来看，两者评价结果基本趋于一致。林地、裸岩石砾地、灌木林地及水域的稳定性变化可视为对自然驱动力起主导作用的响应，草地、耕地及建设用地的稳定性变化主要是保护区近年来的退耕还林、还草、封山育林等生态恢复工程及生态移民与安居工程等人类活动作用的结果。

从斑块特征稳定性和斑块密度稳定性两个不同层次进行数据分析，所得结论不相一致，不一致性在＜10 hm2草地上最为明显，说明中小斑块草地对于保护区景观的稳定性具有重要意义，应特别予以重视，应对其进行科学合理的保护、规划和建设;景观稳定是相对的，变异是绝对的，是区域自然变化和人类活动共同作用的结果，通过亚稳定状态不断向高稳定状态发展，从而增强对外界干扰的抵抗能力及恢复能力，有利于维持景观格局，保障景观功能的稳定发挥，从而实现保护区的可持续发展。

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