宽阔水自然保护区景观格局特征分析

胡艳, 杨瑞,*

1. 贵州大学林学院, 贵阳 550025

2. 贵州大学喀斯特生态环境研究中心, 贵阳 550025

1 前言

景观是人们常提到的概念之一, 与人们生活密切相关, 它涉及内容非常广泛, 包括了地理、园林、生态、建筑、文化、美学、艺术等多个不同方面, 是由多种不同类型生态系统构成的集合体, 具有重复性格局的地理单元, 其结构、功能和动态相互作用,形成多种多样的景观结构功能特征[1-2]。由于不同的学科、不同的领域有各自的研究体系和方向, 在研究景观相关的问题时就存在着各不相同的偏好和兴趣, 对景观的定义和解释就存在较大的差异性, 对景观分布特征的过程和动态变化认识有较大的差异和复杂性[3]。形状不相同、大小不一样、在属性上有一定差异的景观斑块在空间上的分布特征称作为景观分布格局[4]。它不仅体现的是景观的异质性, 同时也是不同的生态过程在各个尺度上所作用的结果[5]。对景观格局研究目的是通过对景观不同种类要素的空间布局和异质性的分析, 创建空间布局与景观生态过程之间的对应关系, 以此来了解景观空间布局与生态作用过程之间的相互关系[6]。对景观格局进行分析主要选择的是景观指数法, 在看似杂乱无序的表面中挖掘各个斑块之间的分布规律, 分析资源、物种以及环境的分布格局, 使自然保护区的功能和作用得到最大程度的发展[7]。

对自然保护区的景观格局分析需要有统一的原则上, 建立科学的、合理的景观格局评估指数体系。在国外, Turner等人采用定量分析法分析了景观格局的特征。在国内, 宋先先、王得祥等人用景观指数法研究了景观布局的特征[8]。无论在国内还是国外, 对景观格局的研究都非常多, 研究的对象多样化，采用的方法多样性。但是运用高分辨率的遥感影像研究自然保护区景观格局的文章少见。文章以2015年的高分一号遥感影像数据为基础, 选取 GIS和 Fragstat4.2分析软件及景观指数分析法, 分析宽阔水国家自然保护区的景观空间分布特征, 促进宽阔水自然保护区景观生态过程的均衡发展, 增强宽阔水自然保护区的森林结构的完整性, 充分利用景观资源和生态过程的多样性和异质性, 协调发展研究区域的整体优化服务, 更好的促进宽阔水自然保护区资源的开发和利用。

2 研究区域概况与研究方法

2.1 研究区域概况

宽阔水自然保护区位于黔北的遵义市绥阳县区内[9]。东面与正安相毗邻, 西面与桐梓相接壤, 处在三个县交界之处。地理坐标为东经 107°02′42″—107°13′26″, 北纬 28°08′23″—28°19′10″, 东西延长约19 km, 南北拉伸约20 km, 面积26124.89 hm2。保护区最高峰是太阳山, 海拔 1762 m; 最低点是地处于西北部塘村河河底, 海拔 650 m。相对高差达1112 m。该区出露地层有早古生界寒武系、奥陶系、志留系、晚古生界下二叠统以及新生代第四系地层。主要土壤类型包含山地的黄壤、山地黄棕壤、石灰土等。隶属于中亚热带的湿润性季风气候区, 由于保护区在中间高四面比较低的相对隆起高地上, 冬季没有严寒, 夏季没有炎热的酷暑, 降雨量十分充足, 具有低纬度山地季风潮湿性气候的特点, 为动、植物的生息繁殖提供了良好的生态环境。

2.2 研究方法

本研究以宽阔水自然保护区管理局提供的 2015年的高分一号遥感影像为基础数据源, 运用ENVI5.1遥感图像处理软件对图像进行校正、拼接、裁剪等预处理[10]。并通过野外实地调查, 对处理后的图像建立景观解译标志, 结合 ArcGis10.2软件和林相图对遥感图像进行目视解译。结合森林资源二类调查数据对保护区的景观类型分类。并将分类后的景观类型图转化为2.5 m×2.5 m的栅格数据。根据相关文献资料选取合理的景观指数[11], 景观指数的计算公式与意义见表[12-14]。并用栅格版本的 Fragstat4.2软件计算景观格局指数, 分析景观格局特征。

3 结果分析

3.1 景观结构组成

结合森林资源二类调查数据和植被分布图对保护区的景观类型分类。将保护区景观类型分为自然景观和人为景观两个一级景观。其中自然景观包括常绿阔叶林、落叶阔叶林、常绿针叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿灌丛、落叶灌丛、水域(包括河流、湖泊、水库等)7个二级景观, 人为景观包括道路、农地、居民点3个二级景观, 如图1。

利用栅格版本的Fragstat4.2软件计算景观类型指数, 由表2知保护区的总面积为26124.89 hm2, 其中自然景观占89.67%, 人为景观仅占10.33%。面积大小顺序为： 常绿阔叶林＞常绿落叶阔叶混交林＞常绿针叶林＞落叶阔叶林＞农地＞常绿灌丛＞落叶灌丛＞道路＞水域＞居名点, 面积分别为 9964.03 hm2、5279.53 hm2、4274.62 hm2、2755.49 hm2、2432.23 hm2、817.91 hm2、256.17 hm2、211.68 hm2、78.37 hm2、54.86 hm2, 说明各个景观斑块的面积之间存在异质性。在宽阔水自然保护区内, 以常绿阔叶林为主要景观类型, 其次是常绿落叶阔叶混交林。常绿阔叶林面积在整个自然保护区内最大, 占研究区域总面积的38.14%; 斑块数量307个, 平均斑块面积、边界密度分别为32.46 hm2、42.10 m·hm-2, 在所有景观类型中值最大。说明常绿阔叶林景观连续性最好,有较大的物流强度, 能够有利于边缘物种的增加,是整个保护区的优势景观, 构成了研究区域的景观基底。道路景观面积小, 边界密度高, 构成了研究区域的景观廊道。

表1 景观指数公式Tab. 1 The formula table of landscape index

图1 研究区景观类型分类图Fig. 1 Distribution map of landscape types of the study area

3.2 景观类型异质性

景观斑块密度是反映景观中斑块分散程度的一个重要指标[15]。由表 2可知, 自然景观斑块密度为3.15 个·hm-2, 斑块密度小, 斑块分化程度小; 人为景观斑块密度达到了 11.46 个·hm-2, 是自然景观的几倍。这表明人为景观受人类活动的影响, 在一定面积上的斑块数量较多, 斑块的规模性小, 异质性高,对整个保护区的景观均匀度和破碎度均有影响。

景观边界密度反映的是景观区域内不同斑块之间的物质及能量交换的强度[16]。自然景观的斑块边界密度表示的是每个类型景观在发展过程中的趋势,人为景观斑块的边界密度表示的则是受人为活动的影响程度。由表 2数据可知, 常绿阔叶林的边界密度最大, 说明常绿阔叶林在不断的蔓延, 可能会导致周围景观面积缩小, 导致景观异质性增强; 人为景观中农地的边界密度居第二, 说明人为景观中农地受人为活动影响最大。

平均斑块面积能很好的反映景观的破碎程度[17]。在保护区内平均斑块面积顺序为常绿落叶阔叶混交林＞常绿阔叶林＞落叶阔叶林＞常绿针叶林＞常绿灌丛＞落叶灌丛＞水域＞道路＞农地＞居民点。可以得出自然景观的平均斑块面积均大于人为景观, 说明自然景观的破碎度总体要低于人为景观。在自然景观中常绿落叶阔叶混交的平均面积最大, 破碎度最低, 其次是常绿阔叶林, 而人为景观中的居民点平均斑块面积最小, 破碎度最高, 景观破碎化明显。

由表 2知, 整个保护区内的景观聚集度指数都相对较高。自然景观聚集度指数在90以上, 说明自然景观类型的连续性较好, 分布集中。人为景观聚集度指数低, 尤其是道路和居民点, 景观聚集度指数仅为86.65和84.49。表明人为景观连续性差, 分布随意性强。

表2 景观指数Tab. 2 The index of landscape

3.3 景观类型多样性

由表 3可知, 整个自然保护区景观聚集度指数(AI)=98.97, 景观类型集中程度高, 由景观类型水平指数中的景观聚集度指数也可以看出此结论。研究区内的景观类型有10种, 只从这方面看景观类型丰富。从Simpson多样性指数来看, Simpson多样性指数(SHDI)=1.61, Simpson多样性指数较高, 从自然保护区的景观类型数目也可得出此结论。从 Shnanon均匀度指数来看, 其值(SHEI)=0.69。总体来说研究区域内景观多样性高, 均匀度不高。

4 结论

通过对研究区内景观格局三个不同层次的分析,结合野外实地考察, 得出研究区的总体景观格局特征如下：

根据对不同层次的景观指数分析, 得出保护区总体景观结构特征： 基底—廊道—斑块。其中常绿阔叶林构成了宽阔水自然保护区的景观基底, 道路构成了保护区的景观廊道。其他的景观类型以斑块的形式分布在整个研究区域中。

人为因素影响了整个宽阔水自然保护区的景观连续性和多样性的发展。由Simpson多样性指数和景观类型数可得出保护区内景观类型多样性较高;Shnanon均匀度指数(SHEI)=0.69, 说明总体景观分布布局不太均匀; 从占斑块总面积的百分比、景观聚集度指数可得出绝对优势景观突出。

由于宽阔水自然保护区属于原始森林自然保护区, 保护区内大多数属于原始景观, 增加景观的均匀度应根据各景观类型生存所需的地理条件增加相应景观类型。典型亚热带亮叶水青冈形成的常绿落叶阔叶混交林是整个自然保护区的重点保护对象,根据野外调查数据统计常绿落叶阔叶混交林内主要以近成熟林、成熟林和过熟林为主, 幼龄林的数量十分稀少。结合此景观类型分布特征及其形状特征,应在常绿落叶阔叶混交林群落下层种植亮叶水青冈幼苗及与亮叶水青冈互利共生的植物类型, 同时增加常绿落叶阔叶混交林的边界密度。同时对其他的优势度趋于减少的自然景观类型增加其景观的类型的幼龄林树, 增加边缘的边界密度和边界长度; 在开发旅游资源的同时控制游客数量, 控制沥青水泥路面积, 增加斑块之间的连通性, 增加不同景观类型之间、不同斑块之间的物质能量流动强度, 以维持宽阔水自然保护区的可持续发展。宽阔水自然保护区管理局可根据此研究结论制定相关的管理措施,在降低研究区内景观破碎度、增加景观之间连续性,降低人为因素影响的同时, 应增加景观类型的多样性, 提高各景观类型之间的均匀度。

表3 景观多样性指数Tab. 3 The index of landscape diversity

5 讨论

分析目前的研究现状和结合本次研究, 景观生态系统结构成分的类型、数量以及空间静态分布与配置关系研究成果最多, 已基本形成专门的研究方法; 但由于受时间、信息、资料诸多因素限制, 论文还存在一些欠缺和不完善的地方, 有一些内容需要在今后的研究中继续开展。

本文只做了2015年的景观格局分析。为了更好的掌握宽阔水自然保护区景观格局特征, 还需应用多期遥感数据对景观格局演变进行分析, 分析景观格局的演变过程及动态变化的规律, 将在接下来的研究中逐步进行。研究宽阔水自然保护区的景观格局分布的规律对保护生物多样性、保护森林植被有着至关重要的意义, 本文只是针对自然保护区的管理提出了一些参考性的建议, 但怎样处理好保护区生态环境保护和地区的经济发展关系问题, 还需要进一步深入研究。

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