三峡库区森林景观空间格局定量分析

孙晓娟 刘晓东

摘要：根据三峡库区森林资源二类调查数据库，借助GIS平台构建森林景观空间格局分布图，通过对林分水平与区域水平的景观空间格局特征指数的定量描述和分析，揭示该区域森林生态系统环境状况及空间变异特征，有助于从宏观角度理解区域生态状况，辨识已发生或可能发生的各种变化，并作为早期预警和诊断性指标，为制定区域林业可持续发展的宏观政策提供科学依据。

关键词：三峡库区；森林景观；空间格局；定量分析

中图分类号：S718.5文献标识码：A文章编号：1004-3020（2014）03-0001-05

Quantitative Analysis of Forest Landscape and Spatial Pattern in Three Gorges Reservoir

Sun Xiaojuan（1） Liu Xiaodong（2）

（1.China International Engineering Consulting CorporationBeijing100048；

2. Beijing Forestry UniversityBeijing100083）

Abstract： Based on the GIS platform and by taking full use of the historical data of national forest resources investigation， the quantified evaluation on the structure， function， stability of forest resources in Three Gorge Reservoir was given at forest level and regional level respectively. The quantified description on the landscape index in Three Gorge Reservoir was not only the basis for the evaluation on current status， but also the basis affecting the forecast； furthermore， it was the existing issue eagerly needed to be addressed in the plan and decision process for the management of forest ecosystem health.

Key words：Three Gorges Reservoir；forest Landscape；spatial pattern，；quantitative analysis

森林景观在地域上可以分解为若干个森林生态系统单元，由于各类森林生态系统类型间存在结构和功能的差异，因此它们的不同聚合即空间格局的差异直接影响着森林景观内能流、物质流和物种流的变化，影响着森林景观的稳定性、对逆境的抵抗力和受干扰后的恢复力。[1-2]三峡库区作为一个宏观系统，大量空间数据的获取、分析和处理是景观尺度研究的重要特征。[3-4]本文充分利用我国森林资源清查资料，结合地理信息系统技术和数量生态学方法，从基于森林健康的景观安全格局角度出发，对三峡库区森林景观空间分布格局分林分水平与区域水平进行定量分析，不仅可以通过分析森林景观的多样性、景观破碎化程度、完整性和稳定性，揭示结构与功能之间的关系，而且可以从宏观角度给出区域生态状况，辨识已发生或可能发生的各种变化，以及森林受干扰程度。[5-6]区域水平的景观空间分布格局指数也可以作为早期预警和诊断性指标，为制定区域林业可持续发展的宏观政策提供科学依据。[7-9]

1研究区概况与研究方法

1.1研究区概况

三峡库区地处东经105°44′～111°39′30″，北纬28°32′～31°44′，涉及湖北省4个县（区），重庆市26个区、县（市），总面积57 828 km2。区内水热条件较好，年均温15～18 ℃，多年平均降水量在1 000 mm以上，冬季微冷，夏季热而多雨，呈典型的亚热带湿润区气候特征。区内植被类型和种质资源丰富，是我国植物区系中特有属分布中心之一。

1.2研究方法

在森林资源管理中林分水平是评价森林资源构成的基本单元，每个森林小班就是一种林分类型，优势树种是小班区划的因子之一。而评价不同区县的森林资源状况，有助于了解区域尺度森林资源的状况，因此在分区域景观评价中，以各区县为具体评价单元。

根据遥感解译，将库区森林景观类型划分为针叶林、阔叶林、针阔混交林、竹林、灌木林、经济林、疏林、未成林地等8种类型。由于针叶林比例最大，将其按起源和龄组进一步划分为天然幼龄针叶林、天然中龄针叶林、天然近成过龄针叶林、人工幼龄针叶林、人工中龄针叶林、人工近成过龄针叶林等6种景观类型详见表1。按此分类系统将森林资源空间数据库文件转换为grid文件，为保证数据精度，像元大小为30 m。

由于景观指数之间具有高度的相关性，只是侧重面有所不同，在全面了解每个指标所表征的生态意义及其所反映的景观结构侧重面的前提下，依据研究的目标和数据的来源与精度， 选择了斑块类型指数和景观水平指数，其中斑块类型指数代表了景观中单个斑块类型的空间分布和格局，是针对某种斑块类型的具体结构进行测度，可看作破碎化指数解译，包括斑块类型面积（CA）、斑块面积比（PLAND）、斑块数量（NP）、平均斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）、边缘密度（ED）、分维数（D）、相似邻接百分比（PLADJ）指数。景观水平指数代表了整个景观镶嵌体的空间格局，作为景观异质指数应用，包括斑块面积（TA）、斑块个数（NP）、斑块密度（PD）、边缘密度（ED）、平均面积（MPS）、形状指数（AWMSI）、分维数（D）、聚集度（CONTAG）、香农多样性指数（SHDI）、香农均匀性指数（SHEI）。利用景观结构分析软件FRAGSTATS，计算各指数。

2结果与分析

2.1三峡库区森林景观总体空间分布格局

三峡库区范围内森林景观类型总面积为26443×104 hm2，斑块总数为24111×104个。总体来看森林资源较丰富，但各景观类型的面积、斑块数分布不均，其中针叶林类型面积占比最高，达12403×104hm2，占总面积的4690%，是该区域森林景观中的基质，占有极为重要的位置；灌木林和阔叶林类型次之，面积分别为7196×104 hm2、4175×104 hm2，占总面积的2721%和1579%。三者面积合计占总森林景观的8999%，三峡库区森林景观总体分布格局呈现出大景观组分中镶嵌分布小景观组分的特点。

三峡库区森林景观空间格局分布见图1。

2.2三峡库区森林景观破碎化分析

对库区森林景观各类型的斑块空间特征进行定量分析，并将针叶林按起源及龄级构成细分，计算出各斑块类型指数，即斑块类型面积（CA）、斑块面积比（PLAND）、斑块数量（NP）、平均斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）、边缘密度（ED）、分维数（D）、相似邻接百分比（PLADJ）指数见表2。

根据表2进一步分析三峡区内景观基质针叶林的分布规律与空间格局，库区内共有天然针叶林9352×104 hm2，人工针叶林3050×104 hm2。但从斑块密度来看，天然幼龄针叶林、中龄针叶林和近成过龄针叶林分别为176，151，019；幼、中、近成过龄针叶人工林林则分别为032，066和024，说明天然林与人工林比较起来具有更强的斑块连通性，人工林斑块破碎程度较高。从龄组上看，幼龄林面积比例最大，共计5990×104 hm2，占针叶林总面积的483%；中龄林次之，其面积为5225×104 hm2，占比为4213%，近、成、过龄林面积累计占比仅为957%，反映了库区成熟林资源已被过度利用。

图1三峡库区森林景观空间格局分布图

灌木、阔叶林及天然幼龄针叶林3种景观类型的最大斑块指数LPI值较大，说明它们是库区的优势景观类型。其中灌木林的斑块密度值、边缘密度均远大于其他景观类型，说明灌木林地斑块面积大、数量多，且破碎化程度高，频繁的人为活动及其带来的森林资源破坏可能是形成这一现象的主要原因。

库区针叶林景观中，天然林的分维值明显高于人工林，说明受人类活动影响大的人为景观的分维数值低，受人类活动干扰小的自然景观的分维数值高，由表2分析可知，库区各景观类型分维数大体相近，基本上都处于13～14之间。可见各种森林资源一定程度上都因人为活动频繁，而受到一定的外界干扰。

2.3森林景观异质性对比分析

为综合比较三峡库区各县（区、市）森林资源空间特征，表3列出了三峡库区以及各县（区、市）的斑块面积、斑块个数、斑块密度、边缘密度、平均面积、形状指数以及森林覆盖率， 表4中列出了库区及各县（区、市）的分维数、聚集度、香农多样性指数、香农均匀性指数。

由表3可以看出：库区森林资源主要分布在湖北库区4县，重庆中东部的巫溪、巫山、奉节、石柱、武隆等地，且湖北4县森林覆盖率明显高于重庆各地。分析各县的TA、NP值，可以看出湖北4县这两个值都不高，表明湖北库区森林资源分布相对更为集中连片，破碎程度更低。库区湖北段的MPS值都在20上下，远高于库区平均值1097。边缘密度ED可用于揭示斑块类型连通程度，两者呈正相关性，由表3可知：秭归、丰都、石柱、武隆等地ED值相对较高，说明这些地方的森林资源具有更高的景观连通性，这与其森林资源较为丰富的现状吻合，对于更好地发挥森林防护功能，保障库区生态安全具有积极意义。

相较而言，在城市化程度较高区域，如重庆市区及其周边各县，由于人为活动更频繁，且森林资源相对匮乏，在森林景观的分布上呈现斑块数量多、密度大而ED值小的特点，破碎化程度的加大对于库区森林资源可持续发展及其生态防护功能发挥尤为不利。

由表4可见：三峡库区森林景观分维数为1366，说明库区景观斑块形状具不规则性。聚集度是用来描述景观中不同景观类型的分配均匀程度，或度量景观中不同斑块类型的非随机性或聚集程度，能一定程度反映出各要素在景观中的相互分散程度，其值随斑块类型的聚集程度增加而增加。由表4可以看出：在湖北兴山、重庆奉节、巫山、巫溪等森林资源丰富的地区，其景观聚集度值较高，而森林覆盖率低的县域则整体较低。说明森林景观面积的增大主要体现在大面积斑块的增加，或是同一类型斑块高度连接。

三峡库区的香农多样性指数平均值为2063，其中重庆长寿县最高达2264，除湖北兴山县1452 5和重庆奉节县多样性指数为1482 0外，各县该值均在20左右，说明其景观异质性较高。湖北4县多样性整体来看要低于重庆地区，说明湖北段的森林资源较为丰富，但更多地是由优势森林类型所构成和决定的，其森林多样性并不丰富。均匀度指数（SHEI）为1时景观具有最高多样性，一般来说均匀度低则优势度高，此时景观往往由一种或少数几种具有优势的类型所决定。库区森林景观均匀度指数值较大，为0804，这在一定程度上说明库区的森林景观优势度不高，优势类型不明确且各类型斑块在景观中呈相对均匀分布的特点。

3结论与讨论

（1）三峡库区森林景观中各类型结构特征差异较大。针叶林景观类型面积最大，占总面积的46900%，是该区域森林景观中的基质，整个景观的分布格局呈小景观单元镶嵌分布于大景观单元中的特点。灌木林PLADJ最大，为90535%，表明灌木林多呈聚集生。

（2）通过对库区异质性分析，其景观分维数为1366，聚集度54261，多样性指数为2063，均匀度为0804，库区景观异质程度较高，但其在库区范围内的分布不均。如湖北兴山和重庆奉节等县多样性指数低于15。建议在保护现有森林的同时，应更注意加强长江沿线及西部城市区的营林建设以及东部下游地区的景观多样性恢复。

（3）三峡库区森林景观格局指数的确定不仅可以反映该区域森林生态系统的结构和功能，也可作为早期预警和诊断性指标之一，可用于辨识已发生或可能发生的各种变化。因此，对三峡库区森林景观空间格局的研究，是揭示该区域生态状况及空间变异特征的有效手段，通过定量分析三峡库区森林景观空间格局的特征指数，从宏观角度给出区域森林生态系统环境状况，有助于增加对区域森林景观的理解程序，以便通过组合或引入新的景观要素来调整或构建新的景观结构，增加景观异质性和稳定性。

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（责任编辑：郑京津）