宽阔水自然保护区各功能区景观格局分析

胡艳 杨瑞

摘 要：以宽阔水自然保护区2015年GF-1遥感影像和功能区划图为基础数据，3S技术为支撑，提取景观类型图，运用Fragstat42软件计算景观指数，分析宽阔水自然保护区各功能区的景观格局特征。结果表明：整个自然保护区中核心区的分布面积最大，且景观聚集度高，异质性小，破碎度小，核心区的景观优势强于缓冲区和试验区；各功能区均以自然景观类型为主导，人文景观类型分别镶嵌在自然景观类型中；各功能区景观类型均表现为以常绿阔叶林为主，常绿阔叶林抗干扰能力较强，常绿落叶阔叶混交林抗干扰能力相对较弱。

关键词：宽阔水；自然保护区；不同功能区；景观格局

中图分类号：S7599

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2018）04-0073-006 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2018.04.011

Landscape Pattern Analysis of Different Functional areas in Kuankuoshui Nature Reserve

HU Yan，YANG Rui*

（College of Forestry， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025， China）

Abstract： The 2015 GF-1 remote sensing image and functional zoning map of Kuankuoshui Nature Reserve were used as the basic data and 3S used as support technology to construct landscape type maps. Fragstat 4.2 software was used to calculate the landscape index and analyse the landscape patterns and characteristics of each functional area. The results showed that the core area was the largest part in the whole Nature Reserve， and had high landscape aggregation， small heterogeneity and small fragmentation. The landscape advantage of core area was stronger than that of buffer zone area and experimental area. The natural landscape types were dominant in all the functional areas， with human landscape types embedded in the natural landscape types. The main landscape type for each functional area was the evergreen broad-leaved forest， which has strong anti-interference ability. The evergreen deciduous broad-leaved mixed forest has relatively weak anti-interference ability.

Key words：Kuankuoshui； nature reserve； functional areas； landscape patterns

宽阔水国家级自然保护区位于黔北大娄山脉，地形地貌特征独特，保护区内野生动植物资源种类繁多。近年来随着旅游资源的不断开发，保护区内长期居住人口数量少，往来旅游人口数量多[1]。由于人与自然长期的相互作用，导致保护区内的各功能区景观分布特征差异变化较大[2]。对各功能区景观格局研究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映射关系，了解景观空间布局对生态系统的影响[3]。本文主要以RS和GIS为技术支持，以宽阔水自然保护区2015年的遥感影像、二类森林资源调查数据和功能区划图为数据基础，采用景观指数法[4]，从看似杂乱无序的表面景观中挖掘每个斑块之间的分布规律，分析资源类别及环境的分布特征[5]，使人们认识保护区内各功能区的自然变化规律以及人与自然环境之间的协调关系，以便更合理地开发利用保护区的各种资源，发挥其最大功能作用[6]。

1 研究区域概况与研究方法

11 研究区域概况

宽阔水自然保护区地处黔北，隶属于绥阳县，东面与正安县相交，西面与桐梓县相接，处在三个县交界之处[7]。地理坐标为107°02′42″E～107°13′26″E，纬度为28°08′23″N～28°19′10″N，东西长约19 km，南北拉伸约20 km，面积2612489 hm2。保护区最高峰是太阳山，海拔1762 m；最低点是海拔约为650 m的塘村河谷底。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较低的隆起高地上，冬季没有严寒，夏季没有炎热酷暑，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。独特的自然地理环境特征，形成了具有中亚热带常绿阔葉林和常绿落叶阔叶林混交林的地带性森林植被。

12 数据来源与研究方法

本研究以宽阔水自然保护区管理局提供的2015年GF-1遥感影像、2015年二类调查数据和功能区划图为基础数据源，运用ENVI51对研究数据进行校正、裁剪等处理[8]。通过野外实地调查获取的数据，以ArcGis102软件和林相图对影像数据进行目视解译，结合森林资源二类调查数据将保护区的景观类型分为常绿阔叶林、常绿针叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、常绿灌丛、落叶灌丛和水域7个自然景观，农地、居民点和道路3个人文景观，并将分类后的景观类型图转化为25 m×25 m的栅格数据。根据宽阔水自然保护区不同功能区划图（图2），结合不同景观类型分布进行图形叠加分析，得出宽阔水自然保护区不功能区景观类型图（图3）。

景观指数分析法是数量化研究景观分布特征的重要技术手段，景观指数是对景观异质性、景观分布特点的高度概括[9]，能明显、有效的反应景观之间存在的内在关系[10]。对不同功能区的景观布局特征分析选取了面积、斑块数、斑块密度、边缘密度、景观形状指数、散布与并列指数、多样性指数等9个指数。各景观指数的具体计算公式和计算方法都采用FRAGSTATS计算软件的表达方式。

2 结果与分析

21 各功能区斑块规模景观格局分析

由表1可知，宽阔水自然保护区不同功能区面积分布中，实验区的面积为788580hm2，缓冲区面积为592711hm2，核心区面积为920368hm2；斑块个数依次为1677个、1214个、663个。由表2知，实验区内各景观的面积分布大小关系为常绿阔叶林>常绿落叶阔叶混交林>常绿针叶林>落叶阔叶林>农地>道路>常绿灌丛>落叶灌丛>水域>居名点，面积分别为270863hm2、189331hm2、133866hm2、

1：农地；2：落叶阔叶林；3：常绿阔叶林；4：常绿针叶林；5：落叶灌丛；6：常绿灌丛；7：水域；8：常绿落叶阔叶混交林；9：道路；10：居民点

图3 各功能区景观类型图

Fig3 Landscape pattern of each functional area

90117hm2、85075hm2、7808hm2、3429hm2、3399hm2、2527hm2、2365hm2；缓冲区面积大小关系表现为：常绿阔叶林>常绿落叶阔叶混交林>常绿针叶林>农地>落叶阔叶林>常绿灌丛>落叶灌丛>道路>水域>居名点，面积分别为280702hm2、81522hm2、72055hm2、57922hm2、57881hm2、26999hm2、7552hm2、4643hm2、2298hm2、1137hm2；核心区面积分布大小关系为常绿阔叶林>常绿落叶阔叶混交林>落叶阔叶林>常绿针叶林>农地>落叶灌丛>常绿灌丛>道路>水域>居名点，面积分别为454153hm2、254390hm2、106298hm2、79437hm2、45471hm2、6949hm2、6519hm2、5011hm2、741hm2、400hm2。由此分析得出：常绿阔叶林在各个功能区的分布面积均最大，在各功能区占主导地位，构成各功能区的景观基质；其次是常绿落叶阔叶混交林；其他景观随着功能区的不同分布面积排序有所变化。变化较为突出的是农地和道路两个人文景观，由实验区向核心区过渡的过程中，面积逐渐减小，面积百分比逐渐减小。

斑块密度是反映景观中斑块离散化的一个重要指标[11]由表1知，核心区的斑块密度最小，值为720个/hm2，其次是缓冲区，值为2048个/hm2，实验区斑块密度最大，值为2127个/hm2；说明宽阔水自然保护区内核心区的景观斑块分化程度小，实验区的景观斑块分化程度较大。由各功能区景观异质性指数表2可知，实验区内各景观类型斑块密度大小关系表现为农地>居民点>常绿阔叶林>常绿针叶林>道路>落叶阔叶林>常绿落叶阔叶混交林>水域>常绿灌丛>落叶灌丛，值分别为950、545、193、160、082、082、061、029、015、009；缓冲区内各景观类型斑块密度大小关系表现为农地>常绿阔叶林>常绿针叶林>居民点>道路>常绿落叶阔叶混交林>落叶阔叶林>常绿灌丛>水域>落叶灌丛，值分别为936、280、219、182、135、098、089、040、035、032；核心区内各景观类型斑块密度大小关系表现为农地>常绿阔叶林>居民点>常绿针叶林>常绿落叶阔叶混交林>落叶阔叶林>道路>落叶灌丛>水域>常绿灌丛，值分别为343、120、071、064、037、033、028、013、007、005。农地的斑块密度在各个功能区均最大，其余景观类型在各个功能区的斑块密度排序发生了明显变化，但均在核心区最小。说明各景观类型在实验区、缓冲区、核心区分布差异明显，核心区景观斑块的分化程度最小。

22 各功能区景观异质性分析

景观异质性指景观要素、景观类型组合在同一个生态系统中在不同空间和时间上的分布特征[12]。适度的景观异质性有利于景观资源的发展[13]。

最大斑块指数（LPI）是景观规模、景观中的优势种类型及景观破碎化的一种反映，能够更深入的了解景观的分布情况[14]。

类型LPI分布大小关系为：常绿阔叶林>常绿落叶阔叶混交林>常绿针叶林>落叶阔叶林>道路、落叶灌丛>农地>常绿灌丛>水域>居民点，值分别为：1762、1008、257、228、035、032、031、029、015、002；缓冲区（表4）LPI分布大小關系为：常绿阔叶林>落叶阔叶林>常绿针叶林>常绿灌丛>常绿落叶阔叶混交林>落叶灌丛>农地>水域>道路>居民点，值分别为：869、528、352、284、259、054、024、016、009、001；核心区（表5）LPI分布大小关系为常绿阔叶林>常绿落叶阔叶混交林>落叶阔叶林>常绿针叶林>农地>落叶灌丛>道路>水域>居民点，值分别为：1441、1008、379、315、030、024、018、009、004、001。由此分析得出：各景观类型LPI之间存在较大的差异，不利于实验区景观的平衡发展。常绿阔叶林在各功能区LPI均最大；常绿落叶阔叶混交林在实验区和核心区LPI值仅次于常绿阔叶林，值均为1008，但在缓冲区很小，值为054，说明常绿落叶阔叶混交林在实验区和核心区斑块组成较大，景观连续性较好；其他景观类型LPI值均相对较小。总体上自然景观的景观LPI值（除水域）均大于人文景观，抗干扰能力比人文景观强。

由1知，实验区的景观边界密度为10993向缓冲区转化的过程中都增加了，值为13275，景观的边缘之间物质、能量的交换强度增加；从缓冲区向核心区转化的过程逐渐减小，值为6772。各景观类型（表3、4、5）在不同功能区边界密度值差异性较明显。常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿针叶林、常绿灌丛、落叶灌丛、落叶阔叶林和水域边界密度值在缓冲区最大，核心区最小（除常绿灌丛），常绿灌丛边界密度值在实验区与核心区接近。农地、道路、居民点边界密度值由实验区向缓冲区转化过程中逐渐减小。

散布与并列指数IJI能够较明显的反映出自然环境限制下生态系统的分布特征。由表1知，实验区、缓冲区和核心区的散布与并列指数IJI分别为7246、7356、7265，缓冲区的IJI值最大。综合表3、4、5可知，由实验区向核心区过渡IJI值减小的有农地、道路、水域、落叶阔叶林、常绿灌丛、居民点、常绿针叶林和常绿落叶阔叶混交林，IJI值增加的仅有常绿阔叶林和落叶灌丛两类景观。说明保护区内除常绿阔叶林和落叶灌丛外，其他景观类型由实验区向核心区过渡景观分散化程度减小，异质性降低。

景观聚集度指数（AI）测量的是景观类型在水平间距上的特征。AI指数的取值为0～100，值越大，异质度较低；反之，则异质性高[15]。由表1统计结果知各功能区的景观聚集度指数值均趋近于100，表明整个保护区内的景观聚集度指数都相对较高；核心区的景观聚集度指数为9933，为各功能区最大，说明核心区景观聚集度最好。由表3、表4和表5知，各景观类型在不同功能区AI值分布差异较小，从实验区向核心区过渡逐渐增加（除水域）。其中，道路和居民点在三区内的AI指数分别为8666、8619、8694和8463、8483、8557，说明在核心区分布较集中，对核心区景观的破碎化影响比其他功能区小。

23 各功能区景观均匀度与多样性分析

丰富密度PRD体现了景观的成分和空间的异质性，作用于诸多生态过程[16]。研究保护区内的PRD对其野生动物资源的繁殖和保护可提供有意义的参考数据。保护区内实验区的丰富密度最小，PRD=011；其次是核心区，PRD=013；景观丰富密度最大的是缓冲区，PRD=017。说明缓冲区内相对实验区和缓冲区景观类型较丰富，为野生动物和其他生物的生存提供了相对较好的自然环境，有利于野生动物的繁殖。SHDI表示Shannon多样性指数，当SHDI接近时，表示组成景观的斑块很少；SHDI值越大，表明组成景观的斑块越多或说是各个类型的斑块平衡分布于整个区域。从表6可知，核心区Shannon多样性指数最大，值为155，其次是缓冲区和实验区，说明核心区景观类型多样性最丰富，景观均匀度最高，核心区的景观优势强于缓冲区和试验区。

3 结论与讨论

通过对研究区内三个功能区景观格局的分析，并结合野外实地考察，得出各功能区的总体景观格局特征如下：各功能区均以自然景观类型为主导，人文景观类型分别镶嵌在自然景观类型中。

三区内自然景观的抗干扰能力均高于人文景观，且均表现为以人为干扰较小的常绿阔叶林为主。这主要是由于宽阔水自然保护区属于原始的森林资源，植被大多属于自然替代演替，人为作用很小。在整个自然保护区内，具有典型原生态亮叶水青冈为主体的常绿落叶阔叶混交林是重点保护对象，其抗干扰能力相对较弱，为使其在整个保护区均衡的发展，需对三个区域内的常绿落叶阔叶混交林的生境和周围的植被类型进行保护。

整体上看，宽阔水自然保护区的三区均受到人为活动的影响但都很小；保护区内景观分布特征受人为活动和植被交替分布综合作用的影响。

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，增加各功能区的景观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。同时对其他优势度趋于减少的自然景观类型增加其景观类型幼龄林树，增加边缘的边界密度和边界长度；规范核心区的管理制度和条例，对加强核心区保护的同时，应适当在核心区与缓冲区之间增加廊道，增加物质和能量的流通性，以期维持核心区的稳定发展；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，增加各功能区之间的连通性，以期维护保护区内生态系统的平衡发展。

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