穆棱东北红豆杉国家级自然保护区景观斑块特征分析

孙义男，郑 昕

(东北林业大学 野生动物资源学院，哈尔滨 150040)

景观是不同斑块镶嵌而成，具有明显特征的地理实体，具有特定结构、功能和动态特征的宏观生态系统[1]。景观生态学研究的重点是研究景观的结构、功能和变化，同时还包括景观的规划和管理[2-3]。森林景观生态研究的目的在于，通过对森林景观结构、功能、动态变化以及它们之间相互影响和控制机制的研究，对景观实施生态保护、恢复、建设和科学管理[4]。景观指数是描述景观空间格局的重要参数，通过对不同空间尺度的景观格局特征进行比较与分析，进而反映其结构组成和空间配置等方面的特征[5-6]。

穆棱东北红豆杉国家级自然保护区于2009年9月经国务院审定，被批准为国家级自然保护区。保护区内存有大量珍惜野生东北红豆杉。众多学者从不同角度对保护区进行了研究，但至今没有对其整体森林景观进行系统研究。本文从生态学角度，对森林景观要素的斑块特征进行分析，揭示保护区森林景观格局的基本规律，为保护区森林景观规划、保护、管理及恢复提供科学依据。

1 自然概况

穆棱东北红豆杉国家级自然保护区位于黑龙江穆棱市境内，地处长白山脉北端，小兴安岭南麓，地理坐标为东经130°00′～ 130°28′、北纬43°29′～ 44°06′之间。全区总面积为35 096.63 hm2，海拔高度在500～900 m之间，相对高度为150～450 m，没有明显的悬崖峭壁，地形多以山丘、谷底为主。气候属温带大陆性季风气候，最高年降雨量为500 mm，无霜期在110 d左右，年平均气温为-2°，该区域的地带性土壤为深棕色森林土。植被是以红松(PinuskoraiensisSieb.et Zucc.)、白桦(BerulaplatyphyllaSuk.)、紫椴(TiliaamurensisRupr.)、红皮云杉(PiceakoraiensisNakai)、樟子松(PinussylvestrisL.var.mongolicaLitv.)、臭冷杉(Abiesnephrolepis(Trautv.)Maxim)、柞树(QuercusmongolicaFisch.ex Ledeb.)、水曲柳(FraxinusmandshuricaRupr.)、黑桦(BetuladahuricaPall.)、落叶松(Larixgmelini(Rupr.)Rupr.)、山杨(PopulusdavidianaDode)等为主的寒温带针阔混交林。

2 研究方法

2.1 数据处理与研究方法

以黑龙江穆棱林业局2010年森林分类区划图1∶50 000为底图，通过野外踏查，并结合保护区森林资源二类调查数据绘制保护区森林景观分布图。依照景观生态分类原则，将穆棱东北红豆杉保护区划分为11个三级景观类型和4个一级景观类型，分别为：红松林景观(A1)、樟子松林景观(A2)、落叶松林景观(A3)、杉林景观(A4)、针叶混交林景观(A5)；柞树林景观(B1)、白桦林景观(B2)、黑桦林景观(B3)、椴树林景观(B4)、山杨林景观(B5)、阔叶混交林景观(B6)；针阔混交林景观(C)；亚乔林景观(D)；农地(E)；居民点(F)，共计15个景观要素。在此基础上，将保护区底图导入ArcGIS中绘制50 m×50 m的网格，将文件转为Grid格式，通过Fragstats3.3(栅格版)计算各景观指数。

2.2 评价指标体系

根据研究区的特点及实际情况，选取斑块形状指数、伸长指数、分维数、多样性指数、优势度指数、均匀度指数及破碎度指数等常用景观格局指标进行分析[7-11]。

式中：P为斑块周长；A为斑块面积；SI值越大，其形状越复杂，G值越大，斑块形状越长；D值理论范围为1.0～2.0，1.0代表等面积边界最简单的正方形斑块，2.0代表等面积边界最复杂的异形斑块。

式中：H为景观多样性指数；Q为景观类型的面积所占比例；M为景观斑块类型总数。

式中：D为景观优势度指数；Hmax表示最大多样性指数，Hmax=ln(M)M和Pi与2)中定义相同。

(4)均匀度指数：E=H/Hmax×100%。

(5)破碎度指数：Ci=Ni/Ai。

式中：Ci为景观i的破碎度指数；Ni为该景观的斑块总数；Ai为该景观的斑块总面积。

3 结果与分析

3.1 森林景观格局总体分析

保护区总面积为35 096.63 hm2，根据植物群落类型及植物景观优势树种，可将穆棱东北红豆杉保护区分为15种景观类型，共计1 829个斑块。用地范围内以针阔混交林、阔叶混交林、针叶混交林和柞树林为主体景观；红松林、落叶松林、亚乔林、白桦林次之；最后依次为杉林、樟子松林、山杨林、椴树林和黑桦林。由此可见，穆棱东北红豆杉保护区的植物景观现状基本符合寒温带以针阔混交林为主森林生态系统保护区的总体特征。

3.2 景观要素特征分析

穆棱东北红豆杉国家级自然保护区各景观要素的斑块分布极不均衡，各斑块面积差异显著，其中，针阔混交林总面积最大(14 717.37 hm2)，是保护区的主体景观要素；黑桦林总面积最小(9.51 hm2)，但最大面积仍大于椴树和山杨林；斑块的平均面积最大的同为针阔混交林(22.54 hm2)，最小为山杨林(2.13 hm2)；从表1中可知，针阔混交林的贡献率(景观要素面积占总面积的百分比)最大41.9%，最小的黑桦、椴树等不足1%，可见各景观要素之间面积的巨大差异。同时，各景观要素面积标准差还反映出景观要素内部斑块间面积的显著差异。

景观要素周长可在一定程度上反映该景观要素与外界的作用程度。从表1中可知，周长顺序为：B3

景观要素边界密度(景观要素周长/相应景观面积)是表示片段化森林的边缘效应指标，单位面积的周长越大，该景观要素边界被割裂程度越高，反之景观要素的被割裂程度越低，连通性越高。从表1中可知，边界密度顺序为：A5

表1 保护区森林景观斑块面积、周长特征

景观要素的形状特征可以反映斑块形状的复杂程度，同时影响区域内的动植物生境及生物多样性等。通常选取斑块形状指数、伸长指数和分维数进行表述。从表2中可知，斑块形状指数与伸长指数的顺序均为：B3

分维数的范围在1.00～2.00之间，越接近1.00说明形状越简单，反之则越复杂。从表2中可知，景观要素的分维数分布在1.05～1.45之间，分维数与斑块形状系数排列顺序基本保持一致。针阔混交林景观分维数最大(1.373)，是由于该景观要素组成的多样性，导致其斑块形状最复杂。结合表1可知，居民点景观面积大于山杨景观面积，而分维数所显示的结果正好相反，说明在人类活动干扰下，景观要素的形状更有规律，边界趋于简单化。

破碎度指数用来描述景观要素的破碎程度。由表2可知，破碎度指数最高的是山杨林(0.470)，最低为针阔混交林(0.046)。由于植物生长特性、地形地貌及寒温带针阔混交林的特征等多方面因素影响，造成山杨林破碎化指数偏高。而由于针阔混交林个体斑块面积较大，斑块间连通性较好，因此其破碎化程度最低。除个别景观要素外，其它景观要素的破碎化程度较小，说明保护区整体受破坏程度较低，保护到位，顺应生态群落的自然演替过程。

表2 保护区森林景观指数

3.3 总体景观格局分析

保护区总体景观格局可以通过景观多样性指数、均匀度及优势度指数来反映。由表3可知，穆棱东北红豆杉国家级自然保护区2010年的总体景观格局指数，其多样性指数为(1.502 2)；均匀度指数为(0.455 1)；优势度指数为(1.205 9)，三项指标数值均处较低水平。可见其保护区景观多样性程度较低，森林景观以针阔混交林、针叶混交林、阔叶混交林为主，景观异质性较差；而其均匀度指数偏低，说明景观类型分布极不均匀。

表3 保护区总体景观格局指数

表3的数据说明，保护区总体景观多样性程度较低、景观类型分布不均匀、景观异质性较差。其主要原因为保护区的基质景观是由针阔混交林、针叶混交林及阔叶混交林构成。同时，针叶林景观与阔叶林景观在周围环境的作用下呈南北对称式布局，在区域范围内构成基质景观的物种优势明显。其它镶嵌在基质景观中的景观类型，受上层优势植物群落的限制，从而形成了现在的总体景观格局，这也符合寒温带气候条件下植被的构成规律。

4 结论与讨论

本研究将穆棱东北红豆杉国家级自然保护区分为15个森林景观要素，其中针阔混交林、阔叶混交林、针叶混交林为保护区的主要森林景观，构成保护区的基质。通过对景观要素的面积、周长、数量、多样性指数、优势度及均匀度指数等景观特征分析，表明保护区内各景观要素面积、周长、数量等差异较大；通过对斑块形状特征分析，表明主要保护对象所在区域的景观要素连通性较好，聚集度较高。农地和居住点景观的破碎化程度、形状指数等均表明，人类活动干扰最多的景观要素，其破碎化程度也相对较高，符合人为干扰导致斑块破碎化的理论。其总体景观格局呈现出，景观多样性程度低、景观优势度高、景观要素分布不均匀，多种森林景观要素由于面积过小或破碎化程度偏高，面临被其它景观要素侵蚀的危机。因此，保护区应在保护重点保护对象的基础上，提出积极有效的措施，以防止保护区内森林景观要素向单一化发展。如何适当对保护内景观要素进行小规模干扰，以维护保护区的生态多样性及景观异质性，将成为今后保护区管理工作的重点。

【参 考 文 献】

[1]肖笃宁.景观生态学：理论、方法及应用[M].北京：中国林业出版社，1991.

[2]Forman R T T，Godron M.Landscape Ecology[M].New York：Wiley and Sons，1986.

[3]Naveh Z，Liberman A S.Landscape Ecology：Theory and Application[M].New York：Springer-Verlag，1994.

[4]伍业纲，李哈滨.景观生态学的理论与应用[M].北京：中国环境科学出版社，1993.

[5]周 霞，廖圣东，廖其芳.鹤山市景观格局动态变化研究[J].热带地理，2005，25(3)：206-210.

[6]Naveh Z.What is holistic landscape ecology.A Conceptual introduction[J].Landscape and Unban Planning，2000，50：7-26.

[7]杨国靖，肖笃宁，赵成章.基于GIS的祁连山森林景观格局分析[J].干旱区研究，2004，21(1)：27-32.

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[9]刘灿然，赵灵芝.北京地区植被景观中斑块形状的指数分析[J].生态学报，2000，23(4)：559-567.

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