塔河县森林景观格局及其动态变化研究

李 蓉

(哈尔滨师范大学地理科学院，黑龙江 哈尔滨 150025)

引言

森林作为地球生物圈的主体，是生态环境最重要的组成部分，可以保护生态系统平衡。森林景观作为森林生态系统的主体景观，研究森林景观状态及其动态变化具有重要的生态和社会价值。

塔河县位于大兴安岭地区，境内90.7%的面积被森林覆盖，矿产资源储量丰富。随着塔河县旅游业的发展与开采矿产的影响，塔河县人类活动范围日益扩大，木材市场的需求对森林采伐频率增加。如今影响塔河县森林景观的主要原因是人类活动多和政府管控能力不足，导致森林生态系统功能降低及景观破碎化加剧，破坏了森林生态系统的整体性、稳定性和多样性。因此，研究塔河县森林景观格局及动态变化具有非常重要的经济价值和生态意义，对塔河县急需解决的可持续发展问题提出有效建议。

本研究从多种尺度上选取景观格局指数，对大兴安岭塔河县的景观格局动态变化进行了分析，可知当前研究区森林质量好坏，从而为后续林业局的经营、管理以及规划，提供一定的参考。

1 研究区概况

塔河县是我国最北部的两个县份之一，地处黑龙江省北部，位于北纬52°9′8″～53°20′50″，东经123°19′14″～125°49′25″之间，边境线长173km,总面积为14420km2。境内多山地丘陵，地势总体为西南高，东北低，最高地区海拔达到约1400m，四季分明，年均气温2.4℃，气温年较差大，年日照时数2015～2865h，≥10℃有效积温1276℃～1969℃。塔河县水系庞大，水资源丰富，境内河流总长度达4654hm。

2 研究方法

2.1 数据预处理

以1998年、2008年和2018年7月份的三个时相，30m分辨率的Landsat TM遥感影像为主要的数据源。利用ENVI遥感处理软件下，将3期TM数据进行几何校正，然后对3期遥感影像数据进行处理。

2.2 森林植被的遥感解译

本文将塔河县的景观类型分为针叶林、阔叶林和针阔混交林，耕地、草地、建设用地、水域及未利用地共八类。遥感解译在区分林型上具有一定难度，选择DEM作为辅助数据，提取高程与坡度信息，对遥感解译进行精度校正。最后通过参考谷歌地球历史影像数据(http : / /www. earthol. com)，对景观分类的结果进行精度验证并修改。

2.3 景观指数选取

景观指数是对景观格局信息进行高度浓缩的定量反映指标，是现阶段最为常用的一种定量研究景观格局的手段，体现了各类景观要素的组成和空间分布的特点。基于遥感解译获取的森林景观空间分布数据，针对塔河县景观格局和斑块类型的基本特点，运用景观生态学理论，通过景观指数计算Fragstats软件，获取森林景观空间结构指数，确定塔河县森林景观格局动态变化特征和规律。本研究选取以下指数。

景观面积指标：总面积(CA)、斑块数(NP)、斑块所占景观面积比例(PLAND)、最大斑块指数(LPI)

景观聚散性指标：聚集度(AI)、分离度指数(SPLIT)

景观多样性指标：香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)

3 结果与分析

3.1 过去20年塔河县景观格局面积变化

本文主要研究塔河县的森林景观格局的变化，但研究区内耕地、建设用地、草地、水域及未利用地作为该研究区不可缺少的景观类型，作为重要的组成部分同时分析研究。从图1～图3中可见，1998年～2018年，塔河县森林覆盖率分别为70.71%、66.57%和67.02%呈现出先减少再逐渐增加的趋势，其中阔叶林与针阔混交林同总体森林变化趋势一致，但针叶林面积呈持续下降趋势。

图1 1998年塔河县景观格局Fig.1 Landscape Pattern of Tahe County in 1998

图2 2008年塔河县景观格局Fig.2 Landscape Pattern of Tahe County in 2008

图3 Landscape Pattern of Tahe County in 2018Fig.3 Landscape pattern of Tahe County in 2018

由表1可知，塔河县在1998～2018年间，草地和耕地斑块面积大和针叶林为优势景观，共占塔河县总面积的85%以上。这种分布特点同时也决定了塔河县以农业、林业为主的生产方式。1998～2018年，草地、阔叶林与针阔混交林面积呈为先减少后增加趋势，耕地面积变化趋势则是先大量增加后逐渐减少，建设用地的总体面积扩大速度加快。通过表中斑块景观指数可以分析得出，建设用地、水域以及未利用地主要以小面积的形式存在且零散分布。

表1 1998～2018年景观面积指数Tab.1 Landscape Area Index from 1998 to 2018

从表2可以看出，1998～2018年间，聚集度(AI)和分离度指数(SPLIT)是以景观空间结构的几何特征为基础，体现了景观里不同斑块类型的破碎化程度或延展趋势。针叶林的SPLIT指数呈逐渐增大，说明针叶林分布的距离在逐渐增加，人类活动对塔河县森林景观的干扰程度加剧。总体森林景观的AI指数逐年递减，表明森林之间内部的连接度降低，景观的破碎程度加剧。上述指数的变化表明，近年来塔河县森林景观聚集度降低、离散度增加，森林景观的破碎化加剧。

表2 1998～2018年景观聚散性指数Tab.2 Landscape Dispersion Index from 1998 to 2018

景观多样性指数(SHDI)和均匀度指数(SHEI)体现的是研究区景观要素的种类多少及各类景观类型分布的均衡性。

由表3可知，1998～2018年间，香农多样性指数(DI)从1.26升到1.36，香农均匀度指数也呈现递增的趋势，体现了塔河县景观类型的多样性，景观种类逐年丰富，空间分布也逐渐平衡稳定。

表3 1998～2018年景观多样性指数Tab.3 Landscape Diversity Index from 1998 to 2018

3.2 景观要素的面积转化

选取研究者常用的转移矩阵模型方法，对塔河县的各类景观格局之间相互的转移状况进行分析。在Arc GIS软件下，利用空间叠加分析功能，求出塔河县1998～2018年间的景观要素的面积转移矩阵。

由表4可以得知，1998～2008年之间，塔河县各景观要素类型，在大面积的开荒种田及城市化不断推进的影响下，针叶林，针阔混交林景观向耕地景观转化。2008～2018年间由于政府的及时调控及对林地的保护，耕地有逐渐向草地、林地转化的趋势。这20年间，不仅人类活动对森林景观产生巨大的改变，气候环境也对森林景观形成了重大影响。分析表明1998～2018年之间草地逐渐向针阔混交林转化，使得塔河县森林景观的面积不断增加。

表4 1998～2018年森林景观类型面积转移矩阵Tab.4 Area Transfer Matrix of Forest Landscape Types from 1998 to 2018

4 结论与讨论

本研究运用3S技术，并联系景观生态学的方法，分析了1998～2018年的塔河县森林景观格局动态变化特点。经研究总结：塔河县森林景观总面积呈先减少再增加的趋势，以针叶林、耕地和草地为当地优势景观。建设用地、未利用地以及水域等景观要素呈细小补丁状零散分布在塔河县内。过去20年间研究区森林面积共减少了854.62km2，耕地开垦占用森林面积约790.96km2，占森林减少面积的92.6%。1998～2008年当地农牧民大面积开垦农田，驱动针叶林、阔叶林等这类森林景观面积大幅度减少，且破碎化程度加剧。2008～2018年之间国家和当地政府及相关部门对生态环境的重视程度与关注度增加，天然林防护工程、退耕还林还草补助政策等相关治理措施陆续开展，林区内乱砍滥伐、大面积的开垦农田的现象得到及时制止，塔河县耕地面积趋向平衡且有逐渐减少的趋势，森林景观面积增加。

塔河县人口和经济的增长是导致其森林景观变化的主要原因之一。在全球气候变化的影响加之频繁的人类活动干扰，增强森林保护修复至关重要，均衡区域森林和农业之间的关系对于生态质量提高和社会经济可持续发展具有重要的现实意义。