西洞庭湖区森林景观斑块对构建研究

袁晓红，李际平，赵春燕

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

西洞庭湖区森林景观斑块对构建研究

袁晓红，李际平，赵春燕

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

森林景观斑块及斑块对的构建是森林景观斑块耦合网络研究的基础。通过对西洞庭湖区森林景观的分类及相同优势树种、相同龄组的相邻小班的融合，构成了森林景观斑块，利用不同类型斑块间的相邻构成了森林景观斑块对。从研究区域中提取10个由闭合廊道形成的封闭区域得知，在西洞庭湖区的森林景观中，灌木林小班融合度最高，松木幼龄林融合度最低，融合比最低的区域，其斑块对最多，更有利于边缘地带物种多样性的发展，有利于景观类型丰富度的提高和生态功能的发挥。

森林景观；景观斑块; 相邻小班融合；森林景观斑块对； 西洞庭湖

森林植被的斑块是植物群落中最重要的空间特征之一[1]，斑块具有与周边环境不相同的性质，在斑块内物种相对稳定。景观斑块具有尺度特性，根据研究的视角不同，斑块的大小及其特性也不相同。

斑块划分依据是斑块功能研究的前提，不同的研究尺度、不同的划分依据对研究结论有着重要影响。赵春燕[2]等以森林资源小班为例，构建了森林资源更新的时空数据模型，实现了基于GIS对历史数据的查询，马文俊、蒋群星[3]等根据西洞庭湖区的森林资源状况，划分了森林景观斑块并进行了空间格局的研究。

由于景观类型的不同，景观斑块内部、景观斑块与斑块之间相连的区域中，将呈现不同的生物学特性，如优势树种的生长状况、生物多样性均会发生变化。根据廊道类型不同，李际平、郑柳、赵春燕[4-6]等对研究区域的廊道进行了等级的划分，发现在不同等级廊道下，杉木景观与阔叶景观相邻的区域中，灌木和草本的数量随廊道等级升高而降低，坡度、海拔等环境因子对物种影响最大，坡位和坡向对区域中的物种影响近乎可以忽略。在此基础上，李际平、王国华、赵春燕[7-8]等对斑块间的耦合机理及边缘效应的强度进行了深入分析研究。

本文根据森林景观中不同类型斑块间的耦合作用，研究景观斑块对的构建方法，旨在为下一步构建森林景观斑块耦合网络，系统研究森林景观的复杂性奠定基础。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

西洞庭湖区位于湖南省西北部，包括汉寿县、桃源县、津市市等县市，面积142.2 hm2。湿润季风气候，年均气温16.7 ℃，年均降水1 346.5 mm。结合区域内森林景观类型的结构及特点，将森林景观划分为杉木类、松木类、阔叶类、灌木类、经济林、竹类、柏木类和非林地景观。由于研究区内松木、杉木及阔叶类景观分布广泛，数量较多，因此，又进一步细划成幼龄林、中龄林和成熟林，一共14种景观类型。

1.2 数据来源

该研究以西洞庭湖区2006年林相图、1∶10 000地形图等为主要数据源，在地理信息系统软件ArcGIS中，对相关地形图、林相图等矢量化，再进行空间结构分析。

1.3 林相图数据修理

在MapInfo系统中，对森林资源二类调查数据进行数字化，采用WGS84坐标系，结合地理空间数据建立林相图。二类调查中，小班的主要属性如表1所示。

在对林相图进行数字化时，为保证数据的正确性，首先要建立小班之间拓扑关系，检查并修改出现的错误。在对整个西洞庭湖区的处理过程中，一共产生拓扑错误101564个，其中重叠错误71573个，空洞错误29991个，采用ArcGIS的Coverage格式对错误数据进行了批量修改。

表1 小班主要属性Table 1 Main attributes of sub-compartment

2 森林景观斑块对构建

2.1 森林景观斑块的构建

本研究中，景观斑块是指一种景观空间类型，由优势树种相同、龄组相同的一个或多个小班合并而来[9]。在生产经营过程中，由于土地的权属不同，或为方便经营管理目标的落实，采用小班作业的方式进行管理。本研究的基础数据来自于森林资源二类调查，在研究过程中对景观分类进行了重新定义，必须对小班进行融合方能满足研究要求。

图1 融合前景观格局Fig.1 Pre-merger landscape pattern

图2 融合后景观格局Fig.2 Merger landscape pattern

图1为林相图中的小班分布图，以字母标示景观斑块类型，数字标示某类型小班编号。图中共有5种景观类型21个小班，通过融合，最终形成5种景观类型共15个斑块，如图2所示。

融合后，斑块的面积为合并前各小班面积之和，周长为合并前各小班周长之和减去相邻公共边长，如公式1、2所示：

式中：Sk为合并后的第k个景观斑块的面积；St为待合并的各小班面积；m为待合并的相邻小班数目；li为满足合并条件的相邻小班周长；llij为合并前i小班及与其相邻的j小班的公共边长度。

2.2 森林景观斑块对的构建

将林相图及森林资源二类调查数据导入ArcGIS中进行处理（见图3）。

斑块对数据库属性见表2。

表2 斑块对属性Table 2 Properties of landscape patch pairs

图3 森林景观斑块对构建流程Fig.3 Construction fl ow of pairs of forest landscape patches

3 结果与分析

3.1 森林景观斑块构建结果分析

3.1.1 景观斑块融合结果与分析

图4、图5为在林相图基础上将小班融合为景观斑块的效果图。其中，图4为森林资源调查林相图，各小班编号如图中所示，不同色块表示不同的景观类型；图5为融合后的景观斑块图，最小单位是斑块。

从研究区域中随机选取10个由廊道分隔的封闭区域进行融合后，小班构成斑块的前后数量如表3所示。

图4 森林资源调查林相Fig. 4 Forest form of forest inventory investigation

图5 森林景观类型分布Fig. 5 Distribution of forest landscape types

表3 融合前后小班及斑块数目对比Table 3 Comparisons of number of patches and sub-compartments before and after fusion

从表3中可以看出，整体融合程度最高的为P2区域，融合后的斑块数量为原有小班总数的49%，说明该区域中存在大量地域相连、优势树种相同且龄组相同的小班，物种结构相对单一（灌木林占小班总数量的36%，其次是松木成熟林，占18%）；而融合程度最低的为P6区域（斑块数量为小班总数68%），在该区域中，各种景观类型的小班数量悬殊不大。

在各种景观类型中，以松木幼龄林的融合程度最低（融合后斑块数为原有小班数量的88%），说明在西洞庭湖区域中，松木幼龄林所占的比例相对较小，且各小班之间相互离散；在研究区域中，灌木林数量最多，因此其融合程度也为最高（斑块数占原有小班数的54%）。

3.1.2 西洞庭湖区景观斑块总体特征

西洞庭湖区总面积为14 234.43 km2，共有141 477个斑块，各类斑块统计结果如表4所示。

表4 研究区域内各景观斑块统计Table 4 Statistics of landscape patches within the studied area statistics

从融合后斑块的总面积来看，研究区内以非林地斑块为主，总面积为907 889.8 hm2，占景观总面积的63.8%，其次是经济林类斑块、阔叶类幼龄林斑块、阔叶类中龄林斑块、松木类中龄林斑块和竹类斑块，构成森林景观格局调控主体。从斑块数目来看，经济林斑块数量最多，占斑块总数的17.2%，其次为阔叶幼龄林斑块和非林地斑块，分别占斑块总数的11.8%和11.7%。除此之外，杉木中龄林和松木中龄林斑块比例也较大，杉木类成熟林和柏木类总数最少。

3.2 斑块对构建与分析

在所选的10个闭合区域中，考虑到P3区域（桃源县龙潭镇）景观类型全面，且斑块数量较多、面积较均匀，对其进行斑块对分布特征分析，结果如表5。

表5 龙潭镇森林景观斑块对数目Table 5 Numbers of Longtan town forest landscape patch pairs

整个西洞庭湖区中，不同类型的森林景观斑块构成的斑块对共66种，其中龙潭镇共有57种不同斑块对的连接，占整个研究区斑块对种类的86.4%，森林景观斑块对总数共732对。

龙潭镇所在的封闭区域里，最多连接关系为阔叶幼龄林与阔叶中龄林景观，共有62组，同时，这两种景观类型与其他景观类型斑块也具有最多的配对，占总斑块对总数的8.5%；松木类中龄林斑块与其他各类斑块间具有丰富的相邻关系(194对)，占总斑块对数的13.2%。阔叶成熟林与其他类型斑块配对数量很少，该景观类型与杉木幼龄林、松木幼龄林和灌木林斑块没有相邻关系。

4 讨 论

在整个西洞庭湖区森林景观中，经济林占有最大面积，除此以外，松木中龄林、阔叶幼龄林、阔叶中龄林所占比例也较大，但柏木类景观所占比例非常小，对整个区域景观的影响甚微。

由于不同景观斑块相连，有利于交界面上生物多样性和乔木类树种的生长，因此，景观斑块对的数量越大，区域中的景观及生态功能越好。在森林景观的经营过程中，可考虑区域内的景观类型多样化，并可减少灌木林的面积以提高其他景观类型的数量，从而提高景观斑块对的数量。

[1] 郭志华,肖文发.海南岛植被景观的斑块特征[J].林业科学,2004, 40(2):9-15.

[2] 赵春燕,李际平.森林资源空间数据更新的时空数据模型研究[J].测绘科学, 2010, 35(6):189-191.

[3] 蒋群星,李际平.基于GIS的桃源县森林景观格局特征分析[J].中南林业科技大学学报,2011,31(7):97-100.

[4] 李际平,郑 柳.不同等级廊道杉阔林下植被物种的多样性分析[J].中南林业科技大学学报,2012,32(2):64-69.

[5] 李际平,赵春燕.杉阔间物种多样性影响因子面色关联分析[J].中同林业科技大学学报,2011,31(10):10-14.

[6] 李际平,赵春燕.西洞庭湖区杉-阔林下植物种类及物种多样性分析[J].中南林业科技大学学报,2012,32(7):49-53.

[7] 王国华,李际平.森林景观类型间耦合机理分析[J].西南大学学报:自然科学版,2012,34(8):35-39.

[8] 王国华,李际平.基于层次分析法的森林景观边缘效应强度分析[J]. 中南林业科技大学学报,2012,32(4):110-116.

[9] 袁晓红. 森林景观斑块耦合网络及动力学研究[D].长沙:中南林业科技大学,2012.

Construction of forest landscape patch pairs in west Donting lake region

YUAN Xiao-hong, LI Ji-ping, ZHAO Chun-yan
(Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

The constructions of forest landscape patches and pairs of forest landscape patches are the bases of studying forest landscape patches coupled network. Through the classification of the west Dngting lake forest landscape and the fusion of adjacent subcompartments with same dominant tree species and tree age groups, the forest landscape patches were constituted and the pairs of forest landscape patches also were formed by using the adjacent relation different types of patches of forest landscape. Ten closed regions formed by closed corridors were extracted from the studied area. The results show that in the west Dongting lake forest landscape, the fusion degree of the shrub forest sub-compartment fusion was the maximum, that of pine plantations was the lowest, the area that it’s fusion ratio was the lowest had maximum number of patches, this is more conducive to the development of species diversity of the fringe zones, and the improvement of the richness of landscape types and the raise of ecological function.

forest landscape; landscape patches; adjacent sub-compartment fusion; pairs of forest landscape patches; west Donting lake

S771.5

A

1673-923X(2014)07-0036-05

2014-03-10

国家自然科学基金项目（30972362）

袁晓红（1966-），女，湖南新化人，副教授，博士，硕士导师，主要研究方向：复杂网络，可视化技术

[本文编校：吴 毅]