五台山植被景观要素多样性研究

袁建英

(山西省环境科学研究院生态环境遥感研究所，太原 030027)

生物多样性是指生物及其所生存的环境所形成的生态复合体及与此相关的各种生态过程的总和，是生命系统的基本特征。景观多样性是生物多样性的重要组成部分，它是由不同类型的，景观要素或生态系统构成的，景观在空间结构、功能机制等方面的具有多样性或变异性，可以用来表征景观水平上生物组成的多样化程度，它反映了景观的复杂程度[1]。在较大的空间尺度上，景观多样性可以看做是其他层次多样性的背景，并且可以在一定程度上制约这些层次上的生物多样性的变化过程[2]。近年来，关于多样性的研究主要集中在遗传多样性，物种多样性和生态系统多样性的等层次上，而关于景观多样性的研究刚刚处于起步阶段[3]。

景观多样性主要包括景观类型多样性、格局多样性和要素多样性[4]。景观要素多样性是指景观要素的丰富程度和复杂程度，是景观多样性的类型之一。对要素多样性研究需要考虑景观中不同景观要素的数目多少以及它们各自所占的面积比例的大小。因此，对景观要素多样性进行研究的生态学意义就在于其对物种多样性的影响。在一个景观中，要素多样性与物种多样性的关系一般呈正态分布。一般情况下，在景观要素数量少、面积大的均质斑块生境条件下，物种的多样性较低;随着要素多样性和边缘物种的增加，物种多样性也相应增加;当景观要素、斑块数目与边缘生境达到最佳比率时，物种多样性最高。

本文通过对五台山地区的景观要素多样性的研究，揭示了五台山地区景观要素的空间分布特点，为研究五台山地区的生物多样性的保护与合理开发利用、经济可持续发展提供有益的信息。

1 研究方法

1.1 数据来源

本文数据源采用中巴资源卫星所接收的CCD/HR影像数据(2010)，覆盖整个五台山地区，成像时间为植被生长季。除了遥感数据外，本文还采用了五台山地区1∶50000地形图、土地利用分类图等，并且进行了野外实地考察，从而获取了野外考察资料和对应的实地景观照片等。由于涉及到多景数据，为了能全面的利用遥感影像反映的地物信息，因此必须先进行一系列数据预处理，然后利用研究区边界图合成该研究地区的整体影像[5]。

1.2 研究方法

首先，利用遥感影像处理软件对遥感图像进行处理[5-7]，得到遥感解译的基础图件;而后，确定遥感解译的标志以及生态景观类型从而绘制出生态景观类型专题图;然后，利用GIS软件，导入解译结果，进行拓扑分析、属性赋值及相关的统计计算;最后，对选择的生态景观多样性指数进行计算从而进行五台山植被景观要素的多样性研究。

1.3 数据分析

多样性指数在生态学中应用十分广泛[8]。经典生态学中的多样性指数将种的多样性归纳为三种:(1)种的丰富度或多度，主要用丰富度指数来表示一个群落或生境中种的数目的多寡;(2)种的均匀度或平衡性，主要用均匀度指数来表示一个群落或生境中全部种的个体数目的分配情况，它反映了种属组成的均匀程度;(3)种的总多样性是上述两种涵义的综合，又称种的不齐性，主要利用多样性指数来表示。利用这些多样性指数来确定群落的空间分布规律。

丰富度指数、均匀度指数、多样性指数和优势度指数的计算公式如下:

(1)丰富度指数(Margalef)，反映景观斑块类型的丰富程度。

式中 m为景观要素的数目;

A为景观要素的总面积。(2)均匀度指数(Pielou)，反映各景观斑块类型的分布的均匀程度。

H为香农-威纳多样性指数。

(3)香农-威纳多样性指数，它是景观斑块丰富程度和均匀程度的综合反映。

式中 Pi=Ai/A;Ai为景观要素i的面积。

(4)优势度指数，指某一类景观斑块占优势的程度。

式中 Hmax=ln(m)，为最大多样性指数。

2 结果分析

2.1 景观要素的基本组成及各景观要素的面积

本文所研究的五台山地区植被景观要素的总面积共有54018.62 hm2，共有植被景观要素10种，分别为云杉林景观(Ⅰ)、华北落叶松林景观(Ⅱ)、云杉和臭冷杉林景观(Ⅲ)、油松林景观(Ⅳ)、辽东栎林景观(Ⅴ)、山杨白桦林景观(Ⅵ)、温带灌丛景观(Ⅶ)、温带草原及温带灌草丛景观(Ⅷ)、山地草甸景观(Ⅸ)和农田景观(Ⅹ)。其中Ⅰ-Ⅵ为森林景观，Ⅶ为温带灌丛景观，Ⅷ为温带草原及温带灌草丛景观、Ⅸ为山地草甸景观、Ⅹ为农田景观。各景观要素的面积及比例列于表1.

表1 植被景观要素的面积Tab.1 The area of the vegetation landscape elements

2.2 景观要素多样性分析

在生态学中常利用景观丰富度、均匀度、多样性、优势度指数来确定群落的空间分布规律，同时可以对对景观异质性进行定量化的描述和分析，量化格局的复杂程度。景观丰富度、均匀度、多样性、优势度指数的计算结果见表2.

表2 植被景观要素多样性指数Tab.2 The diversity indexes of vegetation landscape elements

景观多样性是生物多样性的重要组成部分之一，生物多样性由微观多样性和中观多样性组成。基因多样性、组织多样性等属于微观多样性;个体或物种多样性、群落多样性、系统多样性等属于中观多样性，而景观多样性是宏观层次上的生物多样性。多样性指数是用来描述景观要素复杂程度的，是丰富度和均匀度的综合性指标。多样性指数值的大小直接反映景观要素的数量多少和各景观要素各自所占面积比例的大小[9]，景观多样性指数的大小反映组成景观的景观组分的多少和各景观组分面积所占的比例大小。当某一景观由单一景观组分组成时，景观多样性指数为0，说明景观是均质的。当某一景观由两种以上的景观组分组成，且各景观组分所占比例相等时，其景观多样性指数最大，景观多样性最高，即Hmax=ln(m).随着景观组分所占比例差异的增大，景观多样性指数变小，同时景观多样性下降[9]。所以，最大景观多样性指数(Hmax)仅仅由景观组分类型的多少决定，而与各景观组分在景观总面积中所占的比例无关。而均匀度指数则是描述不同景观要素的分配均匀程度，它是要素多样性指数与最大多样性指数的比值。

五台山地区的景观要素多样性指数H=1.36，与最大多样性指数Hmax=2.30相比，其值较低，这一结果说明在五台山地区的各种景观要素所占比例差别较大，少量植被景观要素居主导地位。10种植被景观要素中，山地草甸景观要素的面积最大(24067.91 hm2)，云杉、臭冷杉林景观要素的面积最小(53.72626 hm2)，面积极差达到了24014.18 hm2，二者相差悬殊(表1)。五台山地区植被景观要素面积分配相差很大，也与当地的垂直高度差异大，气候变化明显有直接关系，且五台山本身山地面积大，故高山草甸面积大，也是自然选择的结果。

2.3 景观要素优势度分析

景观要素优势度用于表示景观结构中一种或几种景观要素支配景观的程度大小，用来表示景观要素多样性与最大景观要素多样性的偏离程度。对于数目相同的不同景观的景观要素，景观要素多样性指数越大，优势度越小。组成景观的各景观要素所占的比例相等时，优势度为0[10]。而景观要素均匀度指数则反映的是各景观斑块类型的分布均匀程度。当对于景观要素数目相同的不同景观，景观要素均匀度指数越大，优势度越小。不同景观的各景观要素所占的比例相等时，当均匀度达到最大值时，优势度则为0.

五台山地区的景观优势度指数A=0.94，景观要素的优势度相对较高(表2)，说明五台山地区有少数景观要素居于主导地位。从表1可以看出，该地区的山地草甸景观占到了总面积的44.55%;而云杉、臭冷杉林景观仅占总面积的0.1%.所以，五台山地区的各植被景观要素面积比例的差异比较显著，从而导致该地区的优势度较高。

从生态学角度上讲，景观要素多样性与物种总的生物多样性呈正相关关系即景观要素多样性减少物种的总生物多样性也会相应减少。面积较大的斑块在五台山地区占有相当大的比例，这为生态旅游的进一步发展提供了巨大的发展前景。如何协调生态旅游的发展与保护五台山地区的景观要素多样性是该地区今后工作的一个重点。

3 结论

五台山地区的植被景观要素丰富度指数值为0.82，均匀度指数值为 0.59，香农-威纳多样性指数值为1.36，景观优势度指数值为0.94.从这些数值可以发现五台山地区有少数景观要素居主导地位。当地的垂直高度差异大，气候变化明显，且五台山本身山地面积大，所以该区各景观要素的面积差异显著，也是自然选择的结果。今后该区应从景观生态学和保护生物学理论着手，采用区域景观保护战略，加强科学的规划和管理，以实现保持生物多样性的长远战略。

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