基于GIS的山丹县林地景观格局分析

徐兴华

(山丹县林业勘察设计队，甘肃 张掖 734100)

林地是森林资源的重要组成部分，林地管理是资源林政管理中的重要内容，保护好林地就是保护林业发展空间，保护管理好林地是维护国家生态安全，建设生态文明的重要基础工作。近年来，随着社会经济的快速发展，建设用地规模逐年增大，林地征占用数量日益增多，使本来就处于弱势的林地保护负担更加沉重。为贯彻落实习近平总书记“山水林田湖草是一个生命共同体，对山水林田湖草进行统一保护、统一修复”的指示精神，树立尊重自然、顺应自然、保护自然的绿色发展理念，科学、高效、合理利用林地资源，保障社会经济的可持续发展，必须从空间上和时间上对全县林地资源的保护、利用和开发做出总体安排。为优化林地结构布局、落实林地用途管制、提高林地利用效益、实现林地科学管理，本文以张掖市山丹县为例，从土地利用结构、空间格局及利用类型之间的空间关系等角度分析了土地利用格局特征，以此作为林地集约利用定量评价及林地资源优化配置研究提供参考。

1 研究区自然概况

1.1 研究区自然概况

山丹县位于甘肃省西北部河西走廊中段，地处100°41′—101°42′ E，37°50′—39°03′ N，东邻金昌市永昌县，西接张掖市甘州区，南以祁连山冷龙岭与青海省门源县为界，北过龙首山与内蒙古自治区阿拉善右旗相望。境内波状起伏，沟壑纵横，山川交错，结构独特，平均海拔2 996.5 m，地势三面环山，东南高，西北低，属大陆性高寒半干旱气候，是一个半农半牧县。其季节分布不均，具有日照长，太阳辐射强，气温低，昼夜温差大，降水量少而集中，蒸发量大，湿度小，全年无霜期短等特点。年平均降雨量177 mm，年平均气温7.7 ℃，全年无霜期214 d。乡镇总人口20.69万人，辖辖6镇2乡，115个村民委员会，总面积5402.43 km2。

2 研究方法

2.1 数据来源及处理

本研究主要数据源为2017年最新卫星遥感影像，利用山丹县已有的林地落界调查成果，将林地落界更新数据库与DOM套合、解译，利用地理信息系统软件对土地利用点线要素直接矢量化，建立拓扑关系，录入林地利用各种属性，数据检查、编辑、入库等工作程序，建立集影像、图形、地类、面积和权属于一体的林地更新调查数据库及管理系统。最后利用林地更新调查数据库计算、分类统计功能，按要求汇总山丹县各林地类型及土地权属等数据。技术路线如图1：

2.2 林地景观及类型

林地景观是指由林地生态系统组成的异质性地理单元，其主要特征是可辨识性、空间重复性和异质性[1]。林地景观的类型一般根据林地的类别进行分类。

林地分为两级。其中一级分为8类，包括有林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、苗圃地、无立木林地、宜林地、辅助生产林地。有林地、灌木林地、未成林造林地、无立木林地、宜林地5个一级地类共分为13个二级地类[2]。

2.3 空间格局分析方法--景观格局指数

景观格局指数方法是景观生态学空间分析方法的一种，它适合于土地利用类型这种在空间上不连续的类型变量数据，利用景观格局指数能够定量地反映景观结构组成和空间配置的某些特征[3]。本文根据景观格局指数所反映的不同生态意义，选取了斑块数目(N)和面积(A)、平均伸长指数(G)、分维数、土地利用多样性指数、均匀性指数、优势度指数、景观破碎度、景观分离度8个指数进行分析[4-6]。

3 结果与分析

3.1 景观结构现状

山丹县(非天保区)土地总面积313 230 hm2，林地面积99 885.04 hm2，其中：有林地2 942.88 hm2，疏林地18.21 hm2，灌木林地64 576.31 hm2，未成林地27 102.96 hm2，苗圃地73.34 hm2，无立木林地539.55 hm2，宜林地4 631.33 hm2，林业辅助生产用地0.46 hm2。林地面积中，人工起源的森林面积18 893.04 hm2，占林地总面积的18.91%，天然起源的林地面积75 819.69 hm2，占林地总面积的81.09%。人工起源的林地面积中，有林地2 942.88 hm2，疏林地面积18.21 hm2，灌木林地面积8 254.55 hm2，未成林造林地7 605.03 hm2，苗圃地72.37 hm2；天然起源的森林面积中，灌木林地面积56 321.76 hm2，未成林封育地19 497.93 hm2。山丹县景观结构如表1：

山丹县乔木林龄组结构中，幼龄林面积1 393.25 hm2，中龄林面积385.73 hm2，近熟林面积424.66 hm2，成熟林面积721.69 hm2,过熟林面积17.55 hm2；优势树种组成以杨类为主，其中：杨类1 497.64 hm2，沙枣79.74 hm2，梨161.39 hm2，杏58.52 hm2，山杏929.86 hm2，其他树种215.73 hm2。

表1 山丹县景观结构现状表

3.2 景观结构特征

景观多样性是指不同类型的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化和变异性，它揭示了景观的复杂程度。分析结果表明：研究区的多样性指数为0.53，均匀度指数为0.25，优势度指数为1.55。这说明区域土地利用面积分布差别较大，分布不均匀。

3.3 林地景观空间格局分析

山丹县土地利用空间格局分析，主要选取了斑块面积、斑块周长、斑块分维数、斑块伸长指数、景观破碎度、景观分离度等。山丹县林地景观格局特征指数如表2。

表2 山丹县林地景观格局特征指数

3.3.1 斑块面积、数量分析 从总斑块数量看，国特灌>乔木林地>其他林地>未成林造林地>苗圃地>疏林地。有林地、灌木林地斑块数量较多，但有林地由于其斑块大多零散分布，未能形成较大斑块，所以其平均斑块面积较小。由于山丹县年降水量较少、蒸发量大、全年无霜期短等特点，所以区域人工乔木林地、未成林造林地面积较小；区内牧草地、灌木林地面积分布最广，占总土地资源面积的62.09%，这主要是由该区的地理性质决定的，该区的自然环境致使其天然林面积较大，并且其平均斑块面积较大。

3.3.2 分维数分析 分维数反映土地利用斑块形状的复杂性，斑块的几何形状越简单，表明受人类干扰的程度越大。数据显示，整个区域分维数不大且分布不存在明显差异，分维数均较低，且均小于1.20。其中：乔木林地、未成林造林地分维数较低，因为它们均属于直接供人们使用的土地，受人类活动的干扰性较强，几何形状较为简单，与自然规律相符。天然灌木林分维数较低，说明受人类干扰性较小，斑块形状简单，但本县是一个半农半牧县，对天然植被依赖性大，天然灌木林资源的斑块数目多、种类多、面积大、受人类影响的程度不同，而且天然灌木林属于自然土地利用，土地利用形状应该较为复杂，与自然规律不符。以上分析表明，不能充分反映各景观类型的形状复杂程度，表明了分维数在描述景观结构时的不稳定性问题[7]；该区域各土地利用类型的分维数普遍较高，在1.20以下，说明利于边缘种的增加和生物多样性的繁育。

3.3.3 伸长指数、分离度分析 伸长指数、分离度的分析结果显示：乔木林地>未成林造林地>国特灌>其他林地> 疏林地>苗圃地。乔木林地伸长指数、分离度较大，未成林造林地分离度较大，主要受人类因素的影响，与人类的经营活动密切相关。天然灌木斑块面积较大，集中在周边大部分地区，分布较为集中连片，分离度较低。

3.3.4 景观的破碎化分析 景观的破碎化与人类活动紧密相关，与景观格局、功能与过程紧密联系，同时它又是与自然资源保护互为依存。乔木林地景观破碎度最大，为0.67，说明林带分布较为零散，主要受人类居住区及活动强度等因素的影响。其他斑块破碎度其他斑块破碎度在0～0.5，均较低，该区域天然灌木林地资源丰富，斑块数目多、分布面积大，而且其破碎化程度比较小，利于生物多样性的保护。

3.4 林地景观利用类型斑块分析

3.4.1 林地景观结构特征分析 调查结果显示，全县森林资源面积中，人工林面积为18 893.04 hm2，占林地总面积的18.91%，比重少，致使森林速生、丰产、优质的功效不能够正常发挥，全县森林资源可利用率低，对全县林业事业和林业单位发展有所限制。而天然林面积75 819.69 hm2，占林地总面积的81.09%，面积大，分布范围广，林牧矛盾突出，管理难度相对比较大。如加强对现有天然林资源的有效经营和管理，能很好地发挥森林的综合效益，比较适合生态公益林生态功能的充分发挥。

山丹县乔木林幼龄林面积1 393.25 hm2，占乔木林面积的47.34%，以幼龄林为主，中龄林较少，近期可采伐利用蓄积多，中期可利用蓄积少，龄组不尽合理，龄组比例失调。树种结构上呈现出树种结构比较单一，以杨类、杏树等阔叶树种为主，只有极少部分针叶树种分布，抵御林木病虫害和其他极端自然灾害能力较差。同时，由于树种单一，特别是风景绿化树种较少，自然景观性差。

山丹县生态公益林面积99 464.08 hm2，商品林面积420.96 hm2。生态公益林面积比重大，可充分发挥森林涵养水源的功能，对本县生态环境的改善具有极其重要的作用；经济林面积占有林地总面积的8%，与我县农牧业县的主业经营方向相适应，但是与发展壮大林业产业不相符，要按照森林分类经营的要求，力争使全县经济林面积达到20%以上，从而实现森林资源功能齐全、分布合理。

3.4.2 非林地景观结构特征分析 山丹县人均耕地占有量达到了0.29%，大大超过了中国人均耕地占有量(0.079%)。因此，在保障山丹县粮食生产安全的情况下，依托2014年国务院批准的新一轮退耕还林还草工程，对在25°以上坡耕地、严重沙化耕地和重要水源地15～25°坡耕地，兼顾需要和可能，合理安排退耕还林还草的规模和进度，发展产业促进农民增收，可以带来可观的经济效益。

山丹县湿地分布较少，占全县土地面积的1.16%，我们应该以维护湿地系统生态平衡、保护湿地功能和湿地生物多样性为目标，从实现资源的可持续利用出发，始终坚持“全面保护、生态优先、突出重点、合理利用、持续发展”的方针，将全县湿地资源进行分类区划，实行统一管护，重点组织实施“马营河流域湿地植被恢复工程”，切实维护生态平衡。

牧草地是该区域分布最多的斑块类型，其斑块数目多、分布面积大，对其生态环境的影响较大，因此我们始终要坚持以恢复草原植被，改善草原生态环境为目标，采取生物措施、工程措施和技术措施建立良性草地生态系统，大力推行退耕还草、退牧还草。

土地利用率较低应重视土地后备资源的开发利用。以上分析结果表明：山丹县土地利用率为27.83%，如果将其中的大部分开发利用起来不仅可以增加林地来提高年经济效益同时全县的林木覆盖率可提高好几个百分点水土流失将明显减少生态环境显著改善。

4 小结

本文对山丹县的土地资源进行了土地斑块类型的格局分析研究。研究结果表明：山丹县景观的多样性指数为0.53，均匀度指数为0.25，优势度指数为1.55，本地区林地景观类型以灌木林地占优势，土地利用分维数较低，面积分布差别较大，分布较不均匀，且土地利用破碎化水平较低。乔木林景观平均斑块面积小，景观趋于破碎，结构不稳定。对于破碎度较大的斑块类型，在规划时结合经济、自然等因素尽量使其连片分布。为合理利用现有土地资源，首先加强现有林地资源有效管理；其次下大力气巩固全县林业重点工程建设成果，绝对不能受一时的经济利益驱动而随意征占用林地、损坏林木，切实巩固重点工程建设成果，提高重点工程建设质量和建设成效；再次要根据山丹县森林资源现状、经营条件对森林资源实行分类经营，可极大地发挥森林、林地、林木的功能，实现森林资源的永续利用；最后，加强资源档案管理，建设资源管理平台，实现资源动态管理，有效地掌握森林动态变化。