木兰林场八英庄分场广发永营林区森林景观特征研究

周长亮，李惠丽

（河北省木兰围场国有林场，河北 围场068450）

景观是一种具有异质性的地理空间单元，是在一定空间范围内，由不同的生态系统按某种组织方式组合在一起的空间单元[1]。景观格局是指景观的空间结构特征，其中包括景观组单元的类型、数目和空间分布及配置[2]。景观格局的变化是受各种自然因素、社会因素和生物因素的影响[3]。景观异质性是形成不同景观结构和功能的基础，直接影响资源、物种和干扰在景观中的分配与传播，影响景观的生物多样性和生产力，对景观整体功能及生态过程有重要的控制作用[4]。森林景观是指某一特定区域里的数个异质森林群落类型构成的复合森林生态系统，其具有一定的空间分布特性[5]。目前对于森林景观格局分析中，主要运用的是二级景观分类方法，一级为地类，二级为树种，对于林龄分类的研究几乎没有[6-10]。

本研究是基于ArcGIS10.0 和Fragstats4.2 软件，运用木兰林场八英庄分场的林相图及其二类调查数据，采用二级景观分类的方法，一级为树种，二级为林龄，对广发永作业区进行景观分类，并对其进行景观格局指数的计算，以期为八英庄分场的森林资源优化配置和最终实现可持续发展经营提供科学、合理的依据，并探索以林龄分类对景观格局研究的意义。

1 研究地概况

研究地位于河北省围场县内河北省木兰围场国有林场八英庄分场广发永作业区，地理坐标为北纬41°56′～42°15′，东经117°44′～118°9′。该区域位于河北省最北部，北接内蒙古沙地，南连承德、北京，属于典型的冀北山地，该区域总体来看，从西北到东南海拔逐渐降低，范围在1010～1600m；该区域土壤主要分为7 大类，包括棕壤、褐土、风砂土、沼泽土、灰色森林土；围场县内的主要河流为滦河，分流主要有伊逊河、伊玛图河和小滦河；主要植被类型是落叶阔叶林、针阔混交林和草原草甸，主要乔木树种有白桦（Betula platyphylla）、油松（Pinus tabulae）、华北落叶松（Larix principis-rupprechti）、山杨（Pobulus davidiana）、蒙古栎（Quercus mongolica）、五角枫（Acermono Maxim）。

2 研究方法

2.1 数据收集与处理

首先收集木兰林场八英庄分场的地形图、等高线数据、遥感图像及二类小班调查数据。第二步根据遥感图像对研究地块进行树种的确定和同种树种不同林龄的确定，并将林分边界分划清楚。第三运用ArcGis10.0 将研究区景观各斑块多边形及属性表提取入库，再进行分类，形成拓扑关系，将相邻的同类斑块小班进行合并，分别建立研究区一级景观分类和二级景观分类矢量图。最后将矢量图转化为栅格格式，并运用Fragstats4.2，选取相关景观格局指标进行分析。

2.2 森林景观类型划分

本次研究是根据林分树种类型和林分林龄进行二级景观分类。其中根据树种类型进行一级景观分类，划分为落叶松林、油松林、樟子松林、山杏林、疏林地、荒山、水域共7 种类型；根据林龄进行二级景观分类，划分为落叶松幼龄林、落叶松中龄林、落叶松近熟林、油松中龄林、油松近熟林、油松成熟林、樟子松近熟林、山杏中龄林、疏林地、荒山、水域共11 种类型。

2.3 景观格局指数的选择

根据大量的研究和文献的阅读，发现在森林景观格局指数的选择上，研究者们已经有了较规范明确的研究，本研究根据各学者的研究成果选取了12种指标，包括类型斑块数（NP）、斑块类型面积（CA）、面积百分比（PLAND）、斑块形状指数、分维数（Fd）、斑块密度（PD）、边缘密度（ED）、破碎度（SPLIT）、优势度（D）、多样性指数（SDI）、均匀度（SEI）。

3 结果分析

3.1 景观类型划分

在ArcGis10.0 的基础上，利用八英庄分场的地形图、等高线数据、遥感影像以及二类小班调查数据，建立八英庄分场研究区的二级景观分类图，见图1 和图2。

3.2 森林景观面积特征分析

3.2.1 一级分类的森林景观面积特征分析 由表1可看出：在一级景观分类中，斑块类型共分为7 种，斑块总数为66 块，其中荒山斑块最多为38 块，斑块数量排序为：荒山>落叶松林/油松林>疏林地>樟子松林/山杏林/水域。研究区总面积为670.48hm2。各斑块类型面积排序为：落叶松林>油松林>荒山>疏林地>樟子松林>水域>山杏林。其中落叶松林斑块占总面积的百分比最大为54.17%，山杏林斑块占总面积的百分比最小为0.47%。综上分析，该区域的主导森林景观的斑块为落叶松林斑块，表明该景观类型对于整个景观的能量、信息交换与流动起着重大的支配作用，在整个景观中的贡献率也最大，而山杏林的贡献最小。

表1 一级景观要素面积特征

3.2.2 二级分类的森林景观面积特征分析 由表2可以看出：二级景观划分斑块类型分为11 种，总斑块数为86 块，各斑块类型斑块数排序为：荒山>落叶松近熟林>落叶松中龄林>油松近熟林>落叶松幼龄林>油松中龄林/疏林地>油松成熟林/樟子松近熟林/山杏中龄林/水域。各斑块类型面积排序为：落叶松近熟林>油松近熟林>荒山>落叶松中龄林>油松成熟林>疏林地>油松中龄林>落叶松幼龄林>樟子松近熟林>水域>山杏中龄林。斑块面积平均值为73.29hm2。各类型斑块面积占总面积的比例排序为：落叶松近熟林>油松近熟林>荒山>落叶松中龄林>油松成熟林>油松中龄林>疏林地>落叶松幼龄林>樟子松近熟林>水域>山杏中龄林。其中落叶松近熟林和油松近熟林面积总和占研究区总面积的65.35%，因此落叶松近熟林和油松近熟林是该区域的主导景观类型，两种景观类型对于整个景观的能量、信息交换与流动起着重大的支配作用，在整个景观中的贡献率也最大，而山杏中龄林的贡献最小。

3.3 森林景观周长特征分析

3.3.1 一级分类的森林景观周长特征分析 从表3中可以看出：研究区一级景观分类中斑块总周长为131974.62m，其中周长最大的斑块为落叶松林，周长为48303.00m，各斑块类型周长排序为落叶松林>荒山>油松林>水域>疏林地>樟子松林>山杏林。其中落叶松林斑块占研究区域总周长比例最大为36.6%，占总周长最小的斑块类型为山杏林斑块。这表明落叶松林能进行更多的能量交换和信息传递，对整个景观的贡献率最大，而山杏林的贡献率最低。

表2 二级景观要素面积特征

表3 一级景观要素周长特征

3.3.2 二级分类的森林景观周长特征分析 由表4可以看出：该区域二级景观分类中，各斑块周长总和为200651.01m，标准差为13994.18。其中各斑块类型周长排序为：油松中龄林>荒山>落叶松近熟林>油松近熟林>落叶松中龄林>水域>落叶松幼龄林>疏林地>油松成熟林>樟子松近熟林>山杏中龄林。各斑块类型周长占总周长比例最大的为油松中龄林，比例最小的为山杏中龄林。这表明油松中龄林能进行更多的能量交换和信息传递，对整个景观的贡献率最大，而山杏中龄林的贡献率最低。

3.4 森林景观斑块形状分析

3.4.1 一级分类斑块形状分析 由表5 可以得知：在研究区一级景观分类中，斑块形状指数最大的斑块类型为落叶松林2.14，斑块形状指数最小的为山杏林1.37，分析数据中可知：落叶松林斑块形状较为复杂，景观类型分布较广，而山杏林斑块形状较简单，分布较狭窄。各斑块类型分维数最大的为荒山，最小的为山杏林，可见荒山斑块形状较复杂，受人为干预较小，而山杏林斑块形状较为规律，受外界的干扰程度较大。综合斑块形状指数和分维数，可以看出落叶松林和荒山斑块形状较为复杂，山杏林斑块形状较为简单、有规律，接近于圆形。

表4 二级景观要素周长特征

表5 一级景观分类斑块形状特征指数

3.4.2 二级分类斑块形状分析 由表6 中可以看出：各类斑块形状指数最大的为油松成熟林，最小的为山杏中龄林，说明油松成熟林的斑块形状较为复杂，景观类型分布较广，山杏中龄林的斑块形状较为简单、规律，在整个景观中分布较狭窄。从斑块分维数看，荒山、油松成熟林分维数最大，山杏中龄林分维数最小。由各类斑块分维数排序可知，荒山和油松成熟林斑块形状较为复杂，山杏中龄林斑块形状较为简单，有规律，受外界干扰较大。综合分析各斑块类型斑块形状指数和分维数可知：油松成熟林斑块形状复杂，山杏中龄林斑块形状较简单，边缘形状较有规律。

表6 二级景观分类斑块形状特征指数

3.5 斑块水平异质性分析

3.5.1 一级分类森林景观斑块水平异质性分析 斑块密度是指某类型斑块数与景观总面积的比值，斑块密度越大，该斑块类型在景观中分布越广影响越大。由表7 可以看出：在一级景观分类中，各类斑块类型中，荒山斑块密度最大为0.0567；水域、樟子松林、山杏林斑块密度最小为0.0015；说明在此研究区，荒山斑块在该区域的分布较广，影响较大；水域、樟子松林、山杏林斑块分布较少，影响较小。

表7 一级景观分类斑块水平异质性

边缘密度反映景观中异质斑块的复杂程度。边缘密度越大，说明该斑块有较强的边缘效应。由表7可知：落叶松林的斑块边缘密度最大为87.86，樟子松和山杏林边缘密度最小为1.8。因此落叶松林斑块类型的边缘效应较强，而山杏林、樟子松林斑块的边缘效应较弱。

景观破碎度是景观类型的斑块数与该景观类型的面积的比值，反映景观类型斑块被分割的破碎程度。从表7 中可知：各斑块类型的破碎度排序为疏林地>荒山>山杏林>水域>樟子松林>油松林>落叶松林。说明疏林地斑块的破碎程度最高，斑块小且较分散，异质性较大，而落叶松林斑块的破碎程度最低，斑块大且分布密集，异质性较小。

优势度指数是来描述某景观对区域内整体景观的控制作用，景观优势度越大，表明该景观对整体景观的控制程度越大。从表7 中可知：各斑块类型的优势度指数排序为：荒山>落叶松林>油松林>疏林地>樟子松林>水域>山杏林，说明荒山斑块对该区域景观的控制程度最大，而山杏林斑块对该区域的景观控制程度最低。

3.5.2 二级分类森林景观斑块水平异质性分析 由表8 可知：在二级景观分类划分中，各类型斑块密度最大的为荒山0.0567，斑块密度最小的斑块类型为油松成熟林、樟子松近熟林、山杏中龄林和水域，这说明在该区域，荒山分布较广，影响较大，而油松成熟林、樟子松近熟林、山杏中龄林和水域对景观影响较小，分布较少。各斑块类型边缘密度排序为：荒山>落叶松近熟林>油松近熟林>落叶松中龄林>水域>落叶松幼龄林>油松中龄林>疏林地>油松成熟林>樟子松近熟林>山杏中龄林。这说明边缘效应最大的为荒山斑块，边缘效应最小的为山杏中龄林。从破碎度上看，破碎度最高的为落叶松幼龄林0.7979，破碎度最低的为落叶松近熟林0.0544。这说明落叶松幼龄林斑块小且较分散，异质性较高；落叶松近熟林斑块大，分布较集中，异质性较低。从斑块优势度看，各斑块类型优势度排序为荒山>落叶松近熟林>油松近熟林>落叶松中龄林>落叶松幼龄林>油松中龄林/疏林地>油松成熟林>樟子松近熟林>水域>山杏中龄林，这说明在整个景观中，对景观掌控力度最大的为荒山，掌控力度最小的为山杏中龄林。

表8 二级景观分类斑块水平异质性

3.6 景观水平异质性分析

森林景观多样性指数是指景观斑块类型的丰富度和各景观类型的均匀度，景观斑块类型越多，各景观斑块类型所占的比例越均匀。

散布与并列指数是对受到某种自然条件严重制约的生态系统的分布特征反映显著。

由表9 可知：一级景观分类的景观多样性指数为1.1，最大多样性指数为1.83，相差较大。均匀度为0.6，距离1 还相差甚远，因此一级景观分类斑块分布较不平衡。一级景观分类散布与并列指数为43.41，较100 相差较大，说明一级景观分类中，各类型斑块与其他斑块不衔接，斑块分布较分散。

二级景观分类中，景观多样性指数为1.53，较一级景观分类增大，最大多样性指数为2.1，两者相差较一级景观小；景观均匀度指数为0.73，较接近1，说明二级景观分类较一级景观分类，斑块分布较均衡；二级景观分类中，散布于并列指数为51.59，较一级景观分类有所提高，说明二级景观各斑块类型与其他类型斑块相连接。

表9 景观水平异质性

4 结论

（1）运用ArcGis10.0 将研究区景观各斑块多边形及属性表提取入库，建立研究区一级景观分类和二级景观分类图。

（2）在一级景观分类中，斑块类型共分为7 种，斑块总数为66 块，研究区总面积为670.48hm2，该区域的主导森林景观的斑块为落叶松林斑块；斑块总周长为131974.62m，周长最大的为落叶松林，这表明落叶松林能进行更多的能量交换和信息传递，对整个景观的贡献率最大；斑块形状指数最大为落叶松林2.14，因此落叶松林斑块形状较为复杂，景观类型分布较广。各斑块类型分维数最大的为荒山，因此可知，荒山斑块形状较复杂，受人为干预较小。综合斑块形状指数和分维数，可以看出落叶松林和荒山斑块形状较为复杂，山杏林斑块形状较为简单、有规律，接近于圆形。荒山斑块密度最大，为0.0567，说明在此研究区，荒山斑块在该区域的分布较广，影响较大；落叶松林的斑块边缘密度最大为87.86，因此落叶松林斑块类型的边缘效应较强；各斑块类型的破碎度排序为疏林地>荒山>山杏林>水域>樟子松林>油松林>落叶松林，说明疏林地斑块的破碎程度最高，斑块小且较分散，异质性较大；各斑块类型的优势度指数排序为：荒山>落叶松林>油松林>疏林地>樟子松林>水域>山杏林，说明荒山斑块对该区域景观的控制程度最大。

（3）二级景观划分斑块类型分为11 种，各类型斑块面积占总面积的比例最大为落叶松近熟林和油松近熟林。落叶松近熟林和油松近熟林是该区域的主导景观类型。各斑块类型周长占总周长比例最大为油松中龄林，这表明油松中龄林对整个景观的贡献率最大。斑块形状指数最大的为油松成熟林，说明油松成熟林的斑块形状较为复杂，景观类型分布较广。从斑块分维数看，荒山、油松成熟林分维数最大，可见荒山和油松成熟林斑块形状较为复杂，受外界干扰较小。综合分析各斑块类型斑块形状指数和分维数，可见油松成熟林斑块形状复杂，山杏中龄林斑块形状较简单，边缘形状较有规律。各类型斑块密度最大的为荒山0.0567，这说明荒山分布较广，影响较大；各斑块类型边缘密最大为荒山，这说明边缘效应最大的为荒山斑块；破碎度最高的为落叶松幼龄林，说明落叶松幼龄林斑块小且较分散，异质性较高；各斑块类型优势度最大为荒山，说明在整个景观中，对景观掌控力度最大的为荒山。

（4）一级景观分类的景观多样性指数为1.1，最大多样性指数为1.83，相差较大。均匀度为0.6，距离1 还相差甚远，因此一级景观分类斑块分布较不平衡。一级景观分类散布与并列指数为43.41，较100 相差较大，说明一级景观分类中，各类型斑块与其他斑块不衔接，斑块分布较分散；二级景观分类中，景观多样性指数为1.53，较一级景观分类增大，最大多样性指数为2.1，两者相差较一级景观小；景观均匀度指数为0.73，较接近1，说明二级景观分类较一级景观分类，斑块分布较均衡；二级景观分类中，散布于并列指数为51.59，较一级景观分类有所提高，说明二级景观各斑块类型与其他类型斑块相连接。