“森林景观斑块耦合体”的构建研究

赵春燕，李际平，郑 柳

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

“森林景观斑块耦合体”的构建研究

赵春燕，李际平，郑 柳

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

为了森林生态系统经营，在景观尺度上提出“森林景观斑块耦合体”，本文从斑块耦合体的构建条件、构建方法和结果检验进行分析。以常德市河洑林场为例，构建了森林景观斑块耦合体，耦合体内部斑块间边缘效应强于边缘区，森林景观斑块耦合体强调系统整体性功能，强调景观斑块空间结构优化。

森林景观；斑块耦合体；森林生态系统经营；边缘效应

两个森林景观斑块相互耦合作用呈现边缘效应，边缘效应导致景观尺度上生态系统的改变，边缘效应具有不同空间尺度[1]，森林生态景观中不同类型群落相互渗透为小尺度边缘效应。任一空间尺度边缘效应的研究需要在一个相对均质与稳定的系统中进行[2]，“森林景观斑块耦合体”正是小尺度边缘效应研究所处的相对稳定的系统。

斑块耦合体是由两个或两个以上具有异质性的斑块构成，斑块之间长期相互耦合，具有较强的异质性的复杂生态系统。斑块耦合体相对于更大的生态系统而言，在一定时期内维持可持续形态，具有一定均质性。本文的研究对象为森林景观斑块，若斑块耦合体是由异质性的森林景观斑块构成，称之为森林景观斑块耦合体[3-5]。

斑块耦合体强调系统整体性功能，与森林生态系统经营目标相符合[6-7]，文章以常德市河洑林场为研究对象，构建森林景观斑块耦合体，对比分析耦合体内斑块之间与耦合体间边缘效应，以此验证斑块耦合体，并用景观相似度指数、景观破碎化指数对斑块耦合体进行特征分析。

1 研究区概况

常德市河洑林场位于常德市西郊，常德、桃源两县交界的河洑山，东经111°37′43″，北纬29°03′50″，属于武陵山余脉低丘地区，海拔高43～115 m。该区域属于中亚热带向北亚热带过渡的季风湿润气候区，年平均气温16.7 ℃，降水充沛，四季分明。主要植被有湿地松、杉木林、常绿阔叶林、灌木和草本，以人工林为主。

2 研究方法

2.1 森林景观斑块耦合体构建条件

斑块耦合体一般由具有一定阻隔作用的廊道封闭而成的系统，其构建条件有：（1）具有一定阻隔作用的廊道形成闭合区域，在常德市的河洑林场，河流廊道宽度大于9 m、道路廊道宽度大于7 m的廊道构建成斑块耦合体[8]；（2）若按照条件（1）不能形成闭合区域，则选取廊道两侧斑块之间边缘效应较高的廊道形成闭合区域。

2.2 基于ArcGIS森林景观斑块耦合体的构建方法

运用ArcGIS软件对研究区域进行廊道提取，廊道的属性数据中应有廊道宽度和边缘效应，并与林相图进行叠加，运用network analysis网络分析工具进行廊道网络中最优路径的选择。

2.3 森林景观斑块耦合体的构建结果检验

复杂系统内部具有一定稳定性，森林景观斑块耦合体作为一个独立复杂系统，通过判定森林景观斑块耦合体内部斑块之间及与边界斑块边缘效应大小，依据为森林景观斑块耦合体内部斑块比与边界斑块的边缘效应表现为强作用力，以此检验森林景观斑块耦合体构建的效果。

边缘效应强度（Ei）采用王伯荪等[9]提出的边缘效应指数，公式为：

式中：m为测算其边缘效应的相邻斑块数量，本研究取值为2，Yi为m个斑块形成的交错内种群数量、生产力和物种多样性的指标，yij为第j个群落的第i个指标。本研究中，指标选取乔木平均胸径、平均树高和单位蓄积，物种多样性选取辛普森指数。

2.4 森林景观斑块耦合体特征分析

由廊道封闭所构建斑块耦合体中包含的斑块既有森林景观斑块，还包含农田或非林地等景观斑块。斑块耦合体为复杂稳定的生态系统，要求内部斑块为干扰程度较小、形状较规则，能够划分斑块的中心地带和边缘地带。因此，本文选取景观破碎化指数和景观相似性指数分析森林景观斑块耦合体的特征。

其中景观相似性指数采用下面公式[10]：

R=Ai/A。 （2）

式中：R为景观相似性指数，Ai为第i类景观类型面积，A为景观总面积。

森林斑块形状破碎化指数采用下面公式[11-13]：

FS=1-1/MSI。 （3）

式中：FS为森林景观类型的斑块形状破碎化指数，MSI则为平均形状指数，SI(i)为第i个森林景观斑块的形状指数，P(i)为第i个森林景观斑块的周长，A(i)为第i个森林景观斑块的面积，A为同类景观斑块总面积，N为景观斑块的数量。

3 结果与分析

3.1 研究区森林景观斑块耦合体构建结果

在研究区域，由一定宽度廊道封闭的闭合区域形成斑块耦合体，基于ArcGIS软件对图形管理分析功能，图1的上部区域不能形成封闭系统，因此构建了3个斑块耦合体，分别编号1、2、3，此3个封闭区域能否形成一个相对稳定的系统，还需要要斑块耦合体内部斑块与边缘斑块边缘效应进行检验。

图1 构建森林景观斑块耦合体Fig.1 Construction of forest landscape plaques coupling system

3.2 研究区森林景观斑块耦合体构建结果检验

针对图1中所构建的3个斑块耦合体，依据公式(1)计算内部斑块以及耦合体之间斑块的边缘效应值，其中斑块耦合体1内部斑块与耦合体间斑块边缘效应结果如表1。

斑块耦合体1内部斑块的边缘效应最大值为1.28，最小值为0.12，边缘效应在0.3以下有4个，占25%，斑块边缘效应的平均值为0.404；而位于耦合体边界处的斑块间边缘效应最大值为0.719，最小值为0.013，边缘效应在0.3以下的数据有8个，占50%，斑块边缘效应的平均值为0.293，边缘效应平均值相差0.111。因此，从斑块边缘效应的最大值、最小值、平均值反映耦合体内部斑块之间的作用力强。

表1 闭合区域1的边缘效应Table 1 Edge effects of closed area No.1

按照同样方法计算斑块耦合体2和3内部斑块和边界处斑块的边缘效应，同样得到耦合体内部斑块比边界处斑块的边缘效应值更大，表明内部斑块之间耦合作用更强。

3.3 研究区森林景观斑块耦合体特征分析

依据公式（2）～（5），计算斑块耦合体形状破碎化指数和景观相似度指数。其结果如表2和表3。

表2 耦合体景观相似性指数Table 2 Landscape similarity indexes of coupling system

从表2中景观相似性指数得出，斑块耦合体1的景观相似性指数为0.75，耦合体1中的森林景观所占比重最大，其它类型的景观所占比重较小，斑块耦合体3中的森林景观所占比重较小。

从斑块形状指数来看，斑块耦合体1内部斑块形状指数最小值为1.03，最大值为2.66，而斑块耦合体2内部斑块形状指数最小值为0.97，最大值为2.69，斑块耦合体3内部斑块形状指数最小值为1.03，最大值为3.64，说明斑块耦合体3斑块之间形状差异最大，斑块耦合体1之间形状差异最小。

从斑块形状破碎化指数来看，耦合体1的形状破碎化指数分布在0.27左右，说明内部斑块形状规则，破碎化程度小，耦合体2形状破碎化指数分布在0.37左右，斑块形状最不规则，形状破碎化程度最高。综合斑块形状破碎化指数和景观相似度指数，耦合体1的内部最稳定，最适合作为一个复杂生态系统进行研究。

4 结论与讨论

（1）为了森林生态系统经营，在景观尺度上提出“森林景观斑块耦合体”，森林景观斑块耦合体是由两个或两个以上长期相互耦合并具有一定程度异质性的森林景观斑块构成，由具有一定阻隔作用的廊道封闭形成。

表3 耦合体斑块形状破碎化指数Table 3 Patches’ shape fragmentation indexes of coupling system

（2） 森林景观斑块耦合体内部斑块的边缘效应高于耦合体边缘处，从斑块形状破碎化指数和形状指数来看，耦合体内部形状更规则，破碎化较低，森林景观斑块耦合体强调系统整体性功能。

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Construction of forest landscape patches coupling system

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

For better managing forest ecosystems, based on the conception of landscape scale, the idea of landscape scale plaque coupling body was put forward. The construction condition construction method and test result of forest landscape patches coupling system were studied. Further, by taking Hefu Forest Farm in Changde city as an example, it’s forest landscape patches coupling system has been set up. The results show that the coupling body internal edge effect was stronger than the fringe of the patch area, and it was suggested that in use couse of the forest landscape patch coupling system, it’s system integrity functions should be stressed, and the landscape spatial structure should be optimized to meet the forest ecosystem management target.

forest landscape; patches coupling system; forest ecosystem management; fringe effect

S771.5

A

1673-923X(2014)07-0041-04

2014-03-10

国家自然科学基金项目（30972362）

赵春燕（1976-），女，湖南常德人，讲师，博士，研究方向：林业系统工程

李际平（1957-），男，湖南醴陵人，教授，博士，研究方向：林业系统工程

[本文编校：吴 毅]