福建龙栖山自然保护区主要景观斑块大小分布规律研究

池 新 钦



福建龙栖山自然保护区主要景观斑块大小分布规律研究

池 新 钦

（福建省林业调查规划院福建福州 350003）

将福建龙栖山国家级自然保护区分为6类景观类型，统计各类景观类型斑块数和斑块大小。采用正态分布、对数正态分布、Weibull分布、Γ分布、Beta分布、负指数分布以及瑞利分布拟合景观斑块大小分布规律，其结果说明，所有类型的斑块大小分布规律均不服从正态分布，多数景观的斑块大小分布服从对数正态分布，只有少数景观的斑块大小分布服从Weibull分布、瑞利分布、Γ分布、Beta-分布和负指数分布；不同的等级在相同的分布和景观类型下，拟合的结果也是有差别的，等级Ⅱ是各景观类型的斑块大小分布拟合效果最理想的；可补充景观斑块大小规律研究内容，为决策提供支持。

龙栖山自然保护区；景观类型；斑块；瑞利分布；分布规律

准确把握景观要素空间分布的整体趋势以及规律是景观生态学研究中的一个突出问题。景观斑块大小是研究景观要素特征的主要参数之一[1]，它影响着景观中的物种动态、潜在环境、潜在林产品、能量、养分和水流等生态特征与过程[2]，是设计自然保护区时要考虑的重要因素。以往关于斑块大小的研究较多关注于斑块大小对生态群落的影响[3,4]，然而，由于斑块分布特征还不大清楚，近年来这方面已受到一些景观生态学家的关注。Mladonoff等[5]比较分析受干扰和未受干扰的森林景观中斑块大小分布；Baskent等[6]研究认为群落和生态系统的稳定性或保护可以通过确定和提供的一个负指数分布来实现；刘灿然等[7]的研究结果表明，只有少数类型的斑块大小服从负指数分布，而大多数类型的斑块大小则服从对数正态分布；何东进等[8,9]研究武夷山景区主要景观类型斑块大小分布规律，并指出多数斑块大小服从对数正态分布，少数服从Γ分布和Weibull分布，而所有类型的斑块大小均不服从正态分布。江波等[10]的研究结果认为绝大数斑块大小的分布服从对数正态分布，只有少数类型斑块大小的分布服从负指数分布。胡欣欣[11]采用多个概率分布分析龙栖山主要景观斑块大小分布规律。鉴于关于斑块大小分布规律研究文献较少，以及瑞利（Rayleigh）分布[12,13]是一种特殊的Weibull分布，本文在文献[11]的基础上考察龙栖山主要景观斑块与瑞利分布的关系，即以福建龙栖山自然保护区为研究对象，分析斑块大小分布规律与瑞利分布的关系，以补充景观斑块大小规律研究内容，也为决策提供支持。

1 研究地区概况

福建龙栖山自然保护区位于福建省将乐县境内，地处亚热带季风气候区，含有原生性森林和天然次生林，蕴有多种生态系统及其景观。1998年8月，经国务院批准，设立福建龙栖山国家级自然保护区（国函[1998]68号）[14]。福建龙栖山国家级自然保护区森林覆盖率达到96.5%[11]，总面积15619.4hm2，其中各种面积具体情况见表1[11]。

表1 各类面积情况 单位：hm2

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

为了较准确分析福建龙栖山景观斑块大小的分布规律，本研究所采用的数据及其文档包括：福建龙栖山国家级自然保护区总体规划（2005-2015年）、福建龙栖山国家级自然保护区综合科学考察报告、2007年森林资源二类调查数据、森林植被分布图和林相图。

首先在ArcInfo GIS中将各类图栅格成Grid格式；其次采用景观结构定量分析软件Fragstats针对栅格化的结果分别计算不同水平级的景观指数：斑块类型景观指数、景观类型景观指数以及景观指数；最后，根据相关调查结果给以景观类型划分、划分景观等级以及采用概率分布拟合景观斑块大小分布规律。

2.2 景观类型的划分

福建龙栖山国家级自然保护区植被类型主要有：常绿针叶林（暖性针叶林）、落叶阔叶林、常绿阔叶林、竹林、灌丛以及草丛与草坡[14]。另外，根据森林景观的外在特征，并结合当地林业工作者的生产实践、研究成果，景观类型具体划分为[11]：松林景观(A)、阔叶林景观(B)、竹林景观(C)、杉林景观(D)、经济林景观(E)、疏林地景观(F)、灌木林地(G)、无立木林地(H)以及非林地(I)，具体各类景观界定标准见文献[11]。另外，通过软件计算景观类型指数所获得的数据与文献[11]相同，见表2。

表2 各类景观类型基本特征 单位：hm2，km

2.3 景观斑块大小等级的划分

依据上述的斑块大小信息，分别采用10、15以及20作为斑块数，并记录相应的等级为等级Ⅰ、等级Ⅱ和等级Ⅲ。另外，不同斑块数的情况下，将各类斑块面积的最小值和最大值区间内容均匀划分若干分组，各组区间为[a,a)，具体见公式（1）。

ai=(i-1)(xmax-xmin)/n+xmin1

2.4 景观斑块大小分布的拟合

本文的景观斑块大小分布拟合是在文献[11]的拟合基础上，增加瑞利分布拟合。另外，分布的适应性检验也采用卡平方（χ2）检验。

3 结果与分析

由于景观斑块大小的不同，本文不考虑斑块数小于30的景观类型。另外，为了更好分析景观斑块大小的分布规律，将所有斑块作为一种景观类型（J）。故本文中用于分析景观斑块大小分布规律的景观类型有：A、B、C、D、I以及J。

表3给出采用正态分布、对数正态分布、Weibull分布、Γ分布、Beta分布、负指数分布以及瑞利分布拟合景观斑块大小分布规律的结果。其中，“+”和“-”分别表示在显著水平0.01和0.05下，拟合结果存在显著差异，而“=”表示在显著水平不存在显著差异。

表3 斑块大小分布拟合结果

从表3可以看出，采用不同的概率分布拟合景观斑块大小分布规律的结果是不一样的。针对正态分布而言，所有的景观斑块大小均不服从正态概率分布；针对对数正态分布而言，能较好拟合部分景观类型斑块大小的分布规律；而其他的概率分布，不在同景观类型下，或多或少反映出服从某种概率分布。例如：Weibull分布可用于拟合C景观类型在斑块数为10和15下的斑块大小分布规律。同样的结果也出现在瑞利分布上。另外，从表3可知，瑞利分布与Weibull分布结果是一样，可能因为瑞利分布是一种特殊的Weibull分布。

从表3也可以看出，不同景观类型在不同规模下有各自的分布规律。对A景观类型而言，对数正态分布能够反映在不同斑块数目下的斑块大小分布规律，Beta分布在斑块数为10时能够拟合景观斑块大小的分布规律；然而，对于其他的概率分布都无法反映出该景观斑块大小的分布规律。对B景观类型而言，几乎得到与A景观类型相同的结论。对C景观类型而言，其斑块大小分布规律与A景观类型相同，而且，在斑块数目为10和15情况下，Weibull分布和瑞利分布都能指出分布的规律。对D景观类型而言，相对其他的景观类型，较多的概率分布能够拟合其斑块大小分布规律，例如：对数正态分布、Γ分布、Beta分布和负指数分布。对I景观类型而言，在斑块数目为10下，可用对数正态分布刻画；而在斑块数目为15下，可用Beta分布刻画。对J景观类型而言，给出的概率分布都未能较好刻画其大小分布规律。

表3的结果说明，在不同的斑块数目下，景观斑块大小的分布规律刻画出的结果也是不一样的。等级Ⅱ的斑块数目更容易用概率分布拟合其斑块大小分布规律。

4 结论

景观斑块大小是景观斑块特征的表现之一，其分布规律的研究，有利于分析分析景观空间格局和生态过程。本文以福建龙栖山国家级自然保护区为研究对象，采用7种不同概率分布拟合各类景观类型斑块大小的分布规律，其结果表明，总体上采用对数正态分布能够较好拟合不同景观类型斑块大小分布规律；瑞利分布与Weibull分布拟合的结果相同；不同的景观类型应采用不同的概率分布；不同的等级规模影响着概率分布刻画斑块大小分布规律。在大多数概率分布拟合中，等级Ⅱ的拟合效果较其他的好，这也指出未来需要在斑块规模进一步分析，以便找出“规模适中”的等级。

[1] 肖笃宁主编.景观生态学:理论、方法及应用[M].北京:中国林业出版社,1991:92-93.

[2] 徐化成.景观生态学[M].北京:中国林业出版社，1996.

[3] 洪伟, 吴承桢. 福建龙栖山森林群落林窗边缘效应研究[J]. 林业科学, 2000,36(2):33-38.

[4] 池新钦, 黄传忠. 福建龙栖山自然保护区的综合价值分析[J].华东森林经理, 2002,16(2):52-59.

[5] Mladenoff DJ,White MA,PastorJ,et al.Comparing spatial patern in unalteredold-growth and disturbed forest landscape.Ecological Applications, 1993,3(2): 294-369.

[6] Baskent EZ,Jorden GA.Characterizing spatial structure of forest landscape.Canadian Journal of Forestry Research,1995,25:1830-1849.

[7] 刘灿然,陈灵芝.北京地区植被景观中斑块大小的分布特征[J].植物学报（英文），1999,41(2):199-205.

[8] 何东进,洪伟,胡海清,等.武夷山景区主要景观类型斑块大小分布规律及其等级尺度效应分析[J].应用生态学报,2004,15(1):21-25.

[9] 何东进.武夷山风景名胜区景观格局动态及其环境分析[D]. 哈尔滨：东北林业大学, 2004.

[10]江波，袁位高，戚连忠，等.滩地植被景观斑块分布特征与生态潜力评价[J].生态科学，2005，24(2)：107-112.

[11]胡欣欣.龙栖山国家级自然保护区森林景观格局分析及其生态评价[D].福州：福建农林大学,2009.

[12]Weisstein, Eric W. Rayleigh Distribution. [EB/OL]. http://mathworld.wolfram.com/Rayleigh Distribution. html, 2017-06-08/2017-07-14.

[13]Siegrist K.The Rayleigh Distribution. [EB/OL]. http://www.math.uah.edu/stat/special/Rayleigh. html, 2017-07-14.

[14]福建省林业厅.福建龙栖山国家级自然保护区 [EB/OL]. http://www.fjforestry.gov.cn/ InfoShow. aspx?InfoID=38226&InfoTypeID=5&LanMuType=769, 2011-08-10/2017-07-14.

A study on regularities of the patch distribution of the main landscapes in Longqishan nature reserve of Fujian province

Chi Xinqin

This paper divided the landscape type into 6 categories, and counted the number and size of patch of each landscape type.The results of the rules of patch size, which were fitted by Normal distribution, lognormal distribution, Weibull distribution, Γ distribution, Beta-distribution, the negative exponential distribution, and the Rayleigh distribution, indicate all types of patch size distribution are not subject to normal distribution, but only a small number of landscape patch size distribution obey Weibull distribution, Rayleigh distribution, Γ distribution, Beta-distribution and the negative exponential distribution. The majority of the landscape patch size distribution obeys lognormal distribution. The fitting results are different under different grades in the same distribution and landscape types, but grade Ⅱ is the best among the fitting results of the patch size distribution. The results can supplement the research on the rules of patch size, and provide the support for decision-making.

Longqishan rational nature reserve；patch size；Rayleigh distribution; distribution rule

S759.9

A

1004-7743（2017）03-0065-04

2017-06-18

池新钦，男，工程师，从事林业调查规划设计工作；E-mail：fjlgy3139@qq.com。