大围山森林公园森林景观格局的高程分异研究

邓必平，吕 勇，程玉娜，吕飞舟

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

大围山森林公园森林景观格局的高程分异研究

邓必平，吕 勇*，程玉娜，吕飞舟

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

以2012年大围山森林公园的森林资源二类调查数字化成果为基础，运用景观生态学原理和景观指数分析方法，应用ArcGIS10.0和Fragstats3.4软件，通过选取斑块密度、边缘密度、斑块类型面积、形状指数、香农多样性、香农均匀度6个指标，对不同高程带的森林景观格局进行对比研究。结果表明：大围山森林公园的森林景观格局变化具有明显的高程分异特征，随着海拔的增加，景观多样性减小，均匀度减小，连接性变差；各森林景观斑块分布局不均匀，景观异质性较低；低海拔地区的斑块密度相对较大，破碎化程度较高。

大围山；景观格局；高程分异

森林公园是以大面积人工林或天然林为主体而建设的公园。森林景观格局是大小和形状各异的森林景观镶嵌体在空间上的排列和组合形式，指异质景观要素的数量、规模、形状及其空间分布模式[1]。目前，国内外对森林景观的研究大多处于对某河流流域范围内，而对像大围山这样的具有完整山体小气候环境的森林公园的景观格局研究甚少，特别是对受人为因素影响较大的森林公园景观格局随高程的分异研究更是微乎其微。本文对森林景观研究的目的在于通过对不同海拔带下的森林景观结构、分布情况、斑块性质等特征进行研究，揭示不同景观指标的分异特征[2]。

1 研究区概况

大围山森林公园位于湖南省浏阳市大围山镇东北部，距省会长沙148 km。森林覆盖率极高，资源丰富，风景秀丽，气候宜人，被称为“湘东绿色明珠”。1992年经林业部批准为国家森林公园。大围山国家森林公园顶峰海拔1 607.9 m，为湖南省第二高峰。境内群山环抱，立峻挺拔，土地肥沃，雨量充沛，植被丰富，种类繁多。园内原始次生林和人工林浑然一体，形成一片绿色的海洋。该森林公园内的优势树种有：杉木、马尾松、阔叶林等。由于山高林密的地理特点，构成“夏无酷暑，冬无严寒”的森林小气候，使大围山具有“天然空调”、“大氧吧”的优势，是十分理想的休闲、度假、旅游、会议胜地。

2 研究方法

森林景观类型的划分应以森林景观的外在特征作为依据。这些景观特征因子包括：景观的尺度、景观斑块体特征、基质的形状大小和色调[3]。根据不同的分类因子可将景观类型划分为不同的级别。本文主要是从优势树种方面对景观格局进行研究与分析。

表1 景观类型划分Table 1 Classification of landscape types

2.1 数据来源与处理

2.1.1 数据来源 数据资料主要包括：研究区LandsatTM遥感图（成像时间为2010年），大围山行政区划图，1：10 000地形图。1：10 000遥感影像图是景观分析研究的主要数据源，森林资源二类调查数据，辅以湖南省大围山森林资源二类调查数字化成果，包含空间数据库和属性数据库。

2.1.1 数据处理 空间数据库由 1：10 000基本图在A rcGIS10.0平台下扫描数字化生成，基本元素为多边形要素[4]，配准时采用高斯克吕格投影，及西安 80坐标系，存储为 Shapefile矢量格式；属性数据库由基本图上区划的小班卡为基础，建立数据库。辅助数据有该区1：10 000数字栅格地形图进行矢量化。建立拓扑关系后，依据森林景观格局指数的不同，利用 Fragstats3.4软件，完成格局指数的计算[5]。景观图层的生成：采用“航片判读 → 转绘 →核校 → 清绘 → 数字化 → 编辑 → 属性数据录入”的工作程序[6]，最后生成森林景观要素分布图（图1），再由DEM生成高程图（图2）。

图1 研究区景观要素分布图Figure 1 Distribution of different landscape patterns

图2 高程图Figure 2 Elevation

2.2 景观指标的选取及其计算

2.2.1 斑块类型面积 CA 度量景观的组分，是计算其它指标的基础。其计算公式如下：

式中：aij为斑块ij的面积（m2），斑块类型面积相当于把某一斑块类型的所有斑块的面积求和，然后除以10 000转化为hm2[7]。它的取值范围CA大于0。当CA逐渐接近0时，说明该斑块类型在景观中越来越稀少。

2.2.2 形状指数LSI

式中：α为斑块面积（m2），P为斑块周边长度（m），LSI值越大，说明斑块周边越发达。

2.2.3 斑块密度PDi

式中：ni景观中斑块类型i所包含的斑块数量（个）；A为整个景观的面积（hm2），包括景观内部存在的背景。

2.2.4 边缘密度EDi

式中：Pij为景观中相应斑块类型的总边缘长度（m），包括涉及该斑块类型的景观边界线和背景部分；A为景观总面积（hm2），ED就等于总边缘长度除以景观总面积（m/hm2）。

2.2.5 香农多样性SHDI 反映景观要素的多少和各景观要素所占的比例状况。

式中：H为景观多样性指数，Pi为第i种森林景观类型面积占总面积的比，n为森林景观类型总数。

2.2.6 香农均匀度SHEI

3 结果及分析

3.1 景观结构与斑块特征的高程分异

表2 不同高程带下森林景观要素类型面积分布Table 2 Types and areas of landscape patterns at different elevation

横向分析：从表2可以看出，杉木林、竹林主要分布在海拔500 ~ 1 000 m的中海拔地区，灌木林主要分布在海拔1 000 m以上的高海拔地区。通过对比图1及图2可知，马尾松、阔叶树主要分布在海拔1 000 m左右的高程带上。纵向分析：研究区大围山森林公园总面积为3 880.229 hm2，其中林业用地面积为3 548.522 hm2，占总面积的91.45%，表明该地的森林植被较好。杉木林景观及竹林景观为高程在100 ~ 1 000 m海拔带上的主要景观基质，灌木林为高程在1 000 m以上的主要景观基质。从整体来看，灌木林所占比例最大为42.85%，是大围山森林公园的主要景观基质。在整个森林公园内，海拔在1 000 m以上的有2 492.336 hm2，占整个森林公园面积的64.231%，可见该森林公园整体海拔较高，空气较好，适合休闲旅游。

表3 不同高程带下景观要素斑块数量分布Table 3 Distribution of different patches at different elevation

从表3可知，研究区域的斑块总数为545个，其中杉木林164个，占30.09%，灌木林151个，占27.71%，竹林114个，占20.91%。无论从面积或者从斑块个数比较，均可看出灌木林所占比例最大。说明研究区的景观基质为灌木林，这是因为大围山的海拔较高，不适合生长乔木林，只有矮小的灌木林才适合生长。而有林地中杉木林和竹林所占比例较高，这是因为杉木林绝大多数是人工林，多分布于受人为因素影响比较大的低海拔地区。

3.2 景观指数变化的高程分异

在 ArcMap中，通过条件查询与选择，将提取的结果按同一类型景观斑块进行合并，得到六种景观类型。再将其栅格化导入Fragstats3.4计算不同高程带下的各景观格局指数，结果如表4。

表4 不同高程带下的各森林景观格局指数Table 4 Landscape pattern index at different elevation

由表4可知：海拔在100 ~ 500 m的斑块中，各景观的斑块密度相差比较大，表明该海拔内的景观斑块与外界的物质、能量交换活跃程度有较大的不同，阔叶林的斑块密度最大，由于它与斑块数量具有相同的功能，因而均可以表明阔叶林适合生长在低海拔地区。杉木林的边缘密度、斑块类型面积、形状指数均为最大，表明杉木林的景观异质性较强，破碎程度较大，周边最为发达。海拔在500 ~ 1 000 m的斑块中，杉木林的斑块密度最大，说明在该海拔下杉木林景观的破碎程度较高。在林地中灌木林、马尾松的边缘密度均比较小，当ED = 0时，意味着景观中没有类型边缘，换句话说就是，整个景观和景观边缘，都有相关斑块类型组成。而竹林的斑块类型面积、形状指数均为最大，说明竹林在中度海拔内竹林景观为研究区内的主要景观基质。海拔在> 1 000 ~ 1 600 m的斑块中马尾松的斑块密度最大，景观的破碎程度较高，分布的比较零散。因为马尾松为针叶林，所以比阔叶林更能适应高海拔地区的环境。斑块类型面积是度量景观组成的重要指标，在该海拔带内灌木林斑块类型面积最大，说明大多部分的景观面积是由该斑块类型组成的。景观形状指数是对类型聚集度的简单描述，与聚集度非常相似，它是通过斑块类型的边缘长度测算。经计算知海拔在1 000 m以上的地区中灌木林的形状指数最大，景观整体比较复杂。海拔 < 500 m的地区，香农多样性指数为1.058 5；海拔500 ~ 1 000 m的香农多样性指数为0.998 1；海拔> 1 000 m的区域香农多样性指数为0.753 4，其均匀度指数分别为：0.5908、0.5592、0.4297，以上数字表明：大围山森林公园的森林景观多样性水平、均匀度水平都比较低；香浓多样性指数与均匀度指数均随着海拔的升高而变小，表明受高程影响显著，分异度明显[8~9]。

通过对比不同海拔带下的景观指数可知，随着海拔的升高，阔叶林的斑块密度变化最为显著，且呈下降趋势。这是因为：理论上海拔每上升100 m温度下降0.6℃。当平均温度为25℃，海拔1 000 m的山上只有19℃。从湿度方面上来讲，也是海拔愈高湿度愈低。树木为了“保持水份”，叶片变化成针叶状，以减少蒸散水份的面积。所以海拔越高越不适合阔叶林的生长。因此阔叶林的斑块密度随着海拔的升高而逐渐减少，灌木的斑块类型面积随着海拔的升高增长迅速，特别是在海拔1 000 m以上更为突出。因为灌木林多为林下植被，人类干扰程度很小，且具有耐干旱、耐风蚀、成效快、耐盐碱、耐高寒、保存率和成活率高等特点。因而灌木在高海拔地区具有独特的生长优势。竹林的形状指数相对较高，斑块的几何形状越趋近于简单，表明受干扰的程度越大，这是因为人类干扰所形成的斑块一般几何形状较为规则，易于出现相似的斑块形[10]。

4 结论与讨论

本文利用大围山遥感影像，结合2012年森林资源二类调查数据，在GIS技术支持下，对大围山森林公园6类景观的高程分异格局进行了分析，从而了解了不同景观类型的高程分异特征，为以后该森林公园的经营管理提供理论参考。本研究得出的主要结论有：

（1）大围山森林景观格局，在人类活动及高程带变化的影响下，呈现垂直变化的分异特征。

（2）大围山森林公园景观格局受高程影响显著。在景观尺度水平上，随着海拔的增加，景观的多样性减小，均匀度减小，连接性变差。

（3）大围山森林公园的灌木林、杉木林分别占整个研究区面积的 42.85%、24.94%，为主要的景观基质。有林地面积占91.45%，非林地占8.55%，说明研究区大部分为有林地，森林覆盖率极高，环境较好。不同海拔内的斑块密度变化不大，说明研究区域对原始的天然林保护较好，适合发展旅游业。

本文应用最新的森林资源二类调查数据，对大围山森林公园高程分异格局进行研究，结果与实际情况相吻合。说明选取的指标计算结果适用于森林公园景观高程分异格局研究。本文仅以高程不同为研究基础，没有考虑坡度坡向的影响，且高程带分割较少，因而还需进一步完善。

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Analysis on Landscape Pattern of Daweishan Forest Park

DENG Bi-ping，LÜ Yong*，CHENG Yü-na，LÜ Fei-zhou
（Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, China）

Based on forest management inventory in 2012 of Daweishan Forest Park, Hunan province, analysis was made on landscape pattern at different elevation by ArcGIS10.0 and Fragstats3.4 software, with indicators of patch density, edge density, patch area, shape index, Shannon diversity index, and Shannon evenness index.The results showed that landscape pattern of the Park changes obviously with elevation.Elevation had negative relation with landscape diversity, evenness and connectivity.The patch density is relatively larger and fragmentation higher degree at low altitudes.

Daweishan Forest Park; landscape pattern; elevation

S718.5

A

1001-3776（2014）06-0010-05

2014-08-23；

2014-10-17

邓必平（1988－），男，湖南怀化人，助理工程师，硕士生，从事森林资源经营管理研究；*通讯作者