嘉荫县森林资源的景观分析研究

李敏

（黑龙江省林业监测规划院，黑龙江 哈尔滨 150080）

1 研究地区基本概况

1.1 地理位置

嘉荫县位于黑龙江省东北部，黑龙江中游南岸，小兴安岭东段北麓，属伊春市管辖，地理坐标48°18′31″—49°23′40″N，129°9′46″—130°45′55″E，北部和东北与俄罗斯隔江相望，南部、东南与鹤岗市、萝北县相邻，西部与逊克县连接，西南与汤旺河、新青、乌伊岭区接壤。南北长约160km，东西宽约32km，总面积6 739km2。

1.2 地貌水文气候土壤

嘉荫县地势西南高，东北低，属低山丘陵地貌。西南部山脉纵横，平均海拔450m左右；中部为漫岗丘陵区，平均海拔250m左右；黑龙江水系形成的带状平原，平均海拔150m左右。北部山脊较宽，平均坡度6～15°左右；东南部山脊，坡度较大，一般10～25°之间，最大坡度40°以上。

嘉荫县水资源丰富，属黑龙江水系。其地表水有河流、沼泽及池塘，类型全部为淡水。黑龙江流经嘉荫县流程249.5km，其较大的一级支流有乌云河、结烈河、乌拉嘎河、嘉荫河。

嘉荫县属于温带大陆性季风气候，冬季漫长且干燥严寒，夏季温热而多雨，春秋季较短且风大，秋季降温急剧，常有早霜危害。全县年平均气温－1.1℃～1.5℃，最高气温37.0℃，最低气温－48.0℃，年≥10℃积温2 300～2 500℃。早霜9月中旬，晚霜5月下旬或者6月初，植物生长期85～125 d；年日照时数2 537h。年平均降水量500～600 mm，年蒸发量1 470mm。结冻期9月中旬开始，解冻期4月末开始。

嘉荫县土壤主要为暗棕壤，面积186 946hm2，其次为沼泽土，面积23 760hm2。由于本地区起伏较小，因此土壤类型较少。

1.3 植被

嘉荫县境内森林植被属小兴安岭—老爷岭植物区小兴安岭—张广才岭亚区，地带性植物是红松阔叶混交林。多年来，由于遭受多次经营活动的干扰和破坏，以及森林火灾的影响，导致了森林群落的逆行演替，原生植被已不存在。除少量的天然红松、落叶松、云杉、冷杉外，大多是以柞树、黑桦、白桦为主的阔叶混交林。主要乔木树种有柞树、黑桦、白桦、山杨等；灌木有榛子、胡枝子、绣线菊、刺五加等；草本植物有乌苏里薹草、蕨类、柴胡、苍术、党参、芍药、黄芪等；藤本类有少量的山葡萄和五味子等。

2 研究方法

2.1 景观分析类型划分

嘉荫县的森林资源景观分为林业用地和非林业用地。非林业用地包括农田、沼泽地和其他非林业用地类型。林业用地包括有林地、疏林地、灌木林地、未成林造林地及其他林业用地，而有林地按林分类型可分为九类，包括柞树林、杨树林、白桦林、黑桦林、针叶纯林、阔叶混交林、针阔混交林、珍贵阔叶林和针叶混交林。

2.2 景观分析方法

本文借助Fragstats软件计算并分析嘉荫县的森林景观相关特征指数，力求用相对较少的指标定量分析该流域的森林景观。

2.2.1 建立森林资源数据库 数据库是GIS的基础，也是整个系统建设的重要内容，这是因为数据库建设是人力、物力和时间资源高额投入而又在短时间内难见效益的系统工程[1]。遥感成为景观信息的载体，可靠的数据库是景观分析的基础，运用3S技术对森林资源进行监控，来获取数据并进行数据库管理与分析，其结果将更为准确。

空间数据库与属性数据库是一整体，由两库共有的关键值把空间实体的图形数据与反映空间实体特征的属性数据联系起来，使图中每块小班图形与小班记录连为一体[2]。

利用ArcMap，依据公共属性合并小班分布图的属性表和小班属性库，将所有记录都放入小班分布图的属性表中。则数据库建立完成。数据库建成，可实现数据与图形的一体化查询，使查询结果图文并茂，清晰、准确、直观地显示森林资源分布现状及地理位置，实现可视化查询和管理[3]。

2.2.2 景观指数的选用 景观指数是指能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标[4]。因此，通过景观指数来描述景观格局，进而建立景观结构与过程或现象的联系，可更好地解释与理解景观功能。景观指数可分为描述景观要素的指数（即景观要素特征指数）和描述总体特征的指数（即景观异质性指数）两个层次[5，6，7]。但许多学者在用景观指数描 述景观结构，对景观过程进行生态学解释时，发现有些景观指数的生态学意义并不明确，甚至有相互矛盾的现象。

本研究采用以下景观指数对各类斑块进行分析研究：

（1）斑块形状指数（SIi）：斑块的形状指数主要是描述斑块发育程度，是指斑块的周长和相同面积圆周长的比。

（2）斑块的近圆指数（SICi）：根据Miller的近圆指数式，即某类景观要素各斑块面积与具有相同周长圆形面积之比。

（3）景观要素全局斑块密度（PD）：是指某斑块类型在整体景观中的单位面积斑块数。

式中，Ni为该景观的总斑块数，A为研究范围内景观总面积。

（4）景观要素内部斑块密度（PDi）：景观中某类景观要素的单位面积斑块数。

式中，PDi为第i类景观要素自身的斑块密度，Ai为该景观类型的总面积。

（5）景观多样性指数：景观的多样性体现在景观中斑块体的复杂程度、齐全程度及多样化状况，本文参考基于信息理论的计测指数Shannon－Weiner指数来计算景观的多样性。计算公式为：

式中，APi为第i类景观要素面积占景观总面积的比，即APi＝Ai／A。

（6）均匀度（E）：景观实际多样性与最大多样性指数（Hmax）的相对比值。

（7）分维数（Dfi）：反映空间实体几何形状的不规则性，其值愈高，说明该类景观要素的斑块形状愈复杂。

3 研究结果与分析

3.1 数据库的建立及森林景观类型划分

利用ArcMap，依据公共属性合并小班分布图的属性表和小班属性库，将所有记录都放入小班分布图的属性表中，则嘉荫县的小班数据库建立完成。

根据实际情况及相关的森林资源类型分类标准，将嘉荫县的森林资源景观分为农田、沼泽地、其他非林业用地、疏林地、灌木林地、未成林造林地、其他林业用地、柞树林、杨树林、白桦林、黑桦林、针叶纯林、阔叶混交林、针阔混交林、珍贵阔叶林和针叶混交林。

3.2 景观指数的计算

利用所建立GIS数据库信息，计算出各景观元素的面积、长度及各类型景观的比例和平均大小。依据得到的各景观属性数据，统计计算不同类型景观要素斑块的数量、面积（最大面积、最小面积、平均面积、总面积）、面积标准偏差和面积百分比等景观指数。在此基础上，运用形状指数、近圆指数、景观要素斑块密度、景观多样性指数H与均匀度E、分维数等指数对研究区城市森林景观格局进行具体描述及分析。以下是本研究中根据已有数据，选用的景观指数的计算结果：

景观多样性指数H＝2.526 9

最大多样性指数Hmax＝4.000 0

均匀度E＝0.631 7

表1 各类森林资源景观要素的特征值

续表1

嘉荫县景观多样性指数H＝2.526 9，最大多样性指数Hmax＝4.000 0，说明嘉荫县的土地利用不是很丰富，而根据计算的各个景观面积百分比也可以看出，林业在嘉荫县占据了主导地位。

嘉荫县的均匀度指数为0.631 7，说明整个嘉荫县的景观各类型斑块分布不太均匀。在嘉荫县中，存在优势类型，在整个嘉荫县的生态系统中起着举足轻重的作用。

森林景观所占的比例为66.3%，说明这个地区是森林景观控制了整个生态系统。嘉荫县所有景观百分比排序为：阔叶混交林＞农田＞柞树林＞白桦林＞沼泽地＞其他非林业用地＞黑桦林＞针叶纯林＞杨树林＞灌木林地＞针阔混交林＞其他林业用地＞未成林造林地＞疏林地＞针叶混交林＞珍贵阔叶林。

嘉荫县阔叶混交林的斑块分布最广、最多，而珍贵阔叶林的斑块分布很少。嘉荫县的各景观全局斑块密度排序：阔叶混交林＞农田＞柞树林＞白桦林＞沼泽地＞针叶纯林＞其他非林业用地＞黑桦林＞杨树林＞其他林业用地＞灌木林地＞未成林造林地＞针阔混交林＞疏林地＞针叶混交林＞珍贵阔叶林。

嘉荫县在针叶纯林的斑块中，针叶树种的分布密度最大，最稠密；而在其他非林业用地中，其自身的组成成分分布密度最小、最稀疏。嘉荫县的各景观内部斑块密度排序：针叶纯林＞未成林造林地＞针叶混交林＞其他林业用地＞珍贵阔叶林＞疏林地＞杨树林＞灌木林地＞针阔混交林＞柞树林＞白桦林＞阔叶混交林＞沼泽地＞黑桦林＞农田＞其他非林业用地。

嘉荫县的景观形状指数非常复杂，嘉荫县的形状指数最大的为农田和其他非林地，而在森林资源中，灌木林地和杨树林的斑块形状指数最大，即斑块形状最为复杂。森林景观中斑块形状指数的排序为：其他非林业用地＞农田＞灌木林地＞杨树林＞其他林业用地＞疏林地＞白桦林＞阔叶混交林＞针阔混交林＞黑桦林＞柞树林＞针叶纯林＞针叶混交林＞珍贵阔叶林＞未成林造林地＞沼泽地

嘉荫县所有景观近圆指数排序：黑桦林＞未成林造林地＞珍贵阔叶林＞阔叶混交林＞针阔混交林＞柞树林＞针叶纯林＞针叶混交林＞白桦林＞其他林业用地＞疏林地＞灌木林地＞杨树林＞农田＞其他非林业用地＞沼泽地。

嘉荫县所有景观分维数排序：针叶纯林＞未成林造林地＞其他林业用地＞疏林地＞杨树林＞针叶混交林＞沼泽地＞灌木林地＞珍贵阔叶林＞农田＞针阔混交林＞其他非林业用地＞白桦林＞柞树林＞阔叶混交林＞黑桦林。

4 结论

嘉荫县共分16 772个小班，总面积341 792 hm2，平均面积20.378 7hm2。其中林 业用地12664个，面积为231 538hm2，占总面积的66.3%，有林地占嘉荫县林业用地的97.8%。非林业用地4 108个，面积为110 254hm2，占总面积的33.7%。农田和沼泽地占非林业用地的84.4%。

嘉荫县的景观类型可划分为16类，疏林地、灌木林地、未成林造林地及其他林业用地、柞树林、杨树林、白桦林、黑桦林、针叶纯林、阔叶混交林、珍贵阔叶林和针叶混交林、针阔混交林、农田、沼泽地和其他非林业用地。嘉荫县的主要景观为阔叶混交林、农田、柞树林、白桦林和沼泽地，占了总面积的88.15%。嘉荫县所有景观面积百分比排序为：阔叶混交林＞农田＞柞树林＞白桦林＞沼泽地＞其他非林业用地＞黑桦林＞针叶纯林＞杨树林＞灌木林地＞针阔混交林＞其他林业用地＞未成林造林地＞疏林地＞针叶混交林＞珍贵阔叶林。

嘉荫县的土地利用类型不是很丰富，而根据计算的各个景观面积百分比也可以看出，林业在嘉荫县占据了主导地位。

[1]陈育峰.遥感与地理信息系统一体化技术在重大自然灾害监测与评估中的应用.首届ARC／INFO中国用户会议论文集，1994

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