基于GIS的桃山林场森林景观格局研究

黄龙生，高 琛，刘甲午

(河北农业大学林学院，河北 保定 071000)

森林景观格局是森林景观生态学研究的核心，是揭示景观结构与功能之间的关系、研究景观变化规律和景观恢复的基本途径[1]。笔者以河北省木兰围场国有林场管理局桃山林场施业区内的森林资源为对象，利用GIS技术分析研究区森林景观及其分布规律，旨在为实现该区域森林景观优化配置及林业可持续经营提供参考。

1 研究区概况

研究区位于河北省木兰围场国有林场管理局桃山林场。桃山林场位于围场县西部，属于燕山山脉的余脉。地理位置：116°32′～118°14′E，41°35′～42°40′N，平均海拔1 400 m。属于半干旱向半湿润、中温带向寒温带过渡的大陆性季风型山地气候，冬春寒冷且干燥多风、夏季炎热多雨，无霜期110 d，年平均气温3℃，年均降水量450 mm，主要集中在7月至9月，年蒸发量1 350 mm。土壤多为沙壤土。

桃山林场施业区内的主要乔木树种有蒙古栎(QuercusmongolicaFisch. ex Ledeb)、山杨(PopulusdavidianaDode)、白桦(BetulaplatyphyllaSuk)等，主要以天然次生林为主，主要林分类型为杨桦次生林和蒙古栎次生林。

2 研究方法

2.1 数据来源及处理

本研究所采用的数据来源于2007年桃山林场1∶20 000林相图及地形图、2009年森林资源二类调查数据等。数据处理：利用ArcGIS10.0建立空间数据库，并生成研究区景观类型图，作为研究区景观分析的基础数据。

2.2 景观要素类型划分

利用小班土地利用现状图基础数据库，选用现状地类作为景观分类因子，将研究区域景观类型划分为纯林、混交林、疏林、未成林、荒山荒地、宜林沙荒、灌木、耕地和其它9个类型。

2.3 景观格局指标的选取

根据研究区域的特点和研究目的，选取了景观多样性指数(H)、均匀度指数(E)、优势度指数(D)[2]和平均规模(类斑平均面积、最大和最小面积等)[3]、斑块近圆指数(SICi)[4]、分维数(Dfi)[5]等指标对研究区域森林景观格局进行分析评价。

3 结果分析

3.1 森林景观斑块的异质性分析

3.1.1森林景观组成结构分析

森林景观组成结构现状见表1。

表1 桃山林场森林景观组成结构现状分析

从表1中可以看出，混交林斑块数量占森林景观斑块总数的29.01%，面积占60.42%，优势度达到3.474 5，说明混交林广泛分布于整个景观当中，在整个景观格局中具有明显的控制作用。因此，研究地区景观要素组成以混交林为主，可作为研究区景观基质[6，7]。其次为纯林和荒山荒地，斑块数量分别占19.07%和26.67%，面积分别占18.19%和10.28%，在整个景观要素中占有重要地位，是该地区重要的资源斑块。此外，疏林、未成林造林地、宜林沙荒地、灌木林以及其它用地规模相当，耕地面积最小，其优势度也相对较低。

3.1.2森林景观多样性、均匀度及优势度分析

Shannon-Wienner指数、均匀度及优势度指数计算结果见表2。

表2 桃山林场森林景观格局指数统计

从表2中可以看出，在景观多样性方面，纯林最高，为0.447 3；其次是混交林和荒山荒地，多样性指数分别为0.439 2和0.337 4；疏林、未成林造林地、宜林沙荒地、灌木、耕地和其它用地多样性指数较低，分别为0.092 3、0.122 4、0.126 8、0.040 5、0.061 2和0.142 6。在景观均匀度方面，纯林最高，为0.141 1；其次是混交林和荒山荒地，分别为0.138 6和0.106 4；灌木林最低，为0.012 8。在景观优势度方面，纯林、混交林和荒山荒地最高，分别为3.479 9、3.474 5和3.400 8；疏林、未成林造林地、宜林沙荒地、灌木林、耕地及其它用地景观优势度相当，分别为3.233 9、3.254 7、3.257 8、3.228 4、3.212 3和3.268 7。

上述分析结果表明，桃山林场是以混交林为主体，纯林和荒山荒地较多，疏林地、未成林造林地、宜林沙荒地、灌木林、耕地及其它用地镶嵌其中的森林景观，景观异质性较低，异质景观要素斑块交互镶嵌。

3.2 森林景观斑块特征分析

3.2.1 斑块规模分析

对各森林景观要素类型的斑块规模进行统计分析，计算其斑块数量、斑块平均面积、最大和最小斑块面积、斑块面积标准差以及变动系数等，统计分析结果见表3。

表3 森林景观要素类型斑块平均规模分析

表4 景观要素类型斑块近圆指数和分维数

从表3中可以看出，研究区斑块总数为986块，平均斑块面积为1.000 7 hm2。其中：混交林斑块数量最多，分布最广，变动最小，变异系数为0.541 6%；荒山荒地、纯林以及疏林，其变动系数分别为0.590 2%、0.999 3%和1.609 1%；宜林沙荒地、耕地和其它用地规模相当，分别为2.951 9%、2.403 5%和2.468 1%，构成景观生态系统的重要要素类型。从变动系数来看，只有灌木林和未成林造林地较高，分别为3.598 5%和4.066 8%，其余斑块均小于3.000 0%。

3.2.2 斑块形状分析

本研究采用斑块近圆指数和分维数来分析森林景观中各类斑块的形状特征，计算结果见表4。

从表4中可以看出，在近 圆指数方面，耕地最高，为0.4013，说明景观斑块受人为干扰较重，形状规整，边缘形状简单，接近于圆形；其次是纯林、疏林、未成林造林地、荒山荒地、宜林沙荒地、灌木林和其它用地，在0.1286～0.3918之间；混交林的近圆指数最小，为0.0736，说明斑块形状最复杂。在分维数方面，混交林最高，为1.5315，说明其形状很复杂；未成林造林地、纯林、荒山荒地和灌木灌木林次之，分别为1.4913、1.4305、1.3777和1.3227；疏林、宜林沙荒地和耕地分维数相当，分别为1.2302、1.2633和1.2440；其它用地最低，为1.0639，说明斑块的自我相似性强，斑块形状有规律，受干扰的程度较大。

4 结论与讨论

以河北省木兰围场国有林场管理局桃山林场施业区内的森林资源为对象，利用GIS技术分析研究区森林景观及其分布规律，结果表明：桃山林场森林景观以混交林为主体，其面积占景观总面积的60.42%，斑块数量占景观斑块总数量的29.01%，优势度达到3.474 5，混交林可作为研究区内景观的基质。在斑块规模中，以混交林斑块最大，纯林和荒山荒地也有较大规模，疏林地也有相当规模分布，未成林造林地、宜林沙荒地、灌木林、耕地和其它用地景观规模最小；各类斑块的极差值均较大，说明斑块大小的分化较强烈。混交林的形状最复杂；其次是未成林造林地、纯林、荒山荒地、灌木林、宜林沙荒地、耕地和疏林地；其它用地的形状规整，边缘形状简单，说明这类景观斑块受人为干较严重。

本研究主要以二类调查小班调查数据及林相图为基础，采用景观格局指数分析法对森林景观格局进行分析，属于景观研究中的静态分析。而森林景观格局的形成是在多因素影响下的动态变化结果，因此，有必要在考虑人为及环境因素干扰下，利用多年连续数据，采用趋势分析、半方差分析等空间统计学分析方法进行深入研究[8～9]，以便为桃山林场的规划与经营提供科学合理的依据。

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