闽北山区森林景观的分布格局与地形关系研究

赵国帅，叶功富，范蓉，赖日文

（1.福建省林业调查规划院，福建福州350003；2.福建省林业科学研究院，福建福州350012；3.福建农林大学林学院，福建福州350002）

闽北山区森林景观的分布格局与地形关系研究

赵国帅1，叶功富2，范蓉1，赖日文3

（1.福建省林业调查规划院，福建福州350003；2.福建省林业科学研究院，福建福州350012；3.福建农林大学林学院，福建福州350002）

根据闽北山区森林资源二类调查数据资料，选择土地利用类型和优势树种组调查因子，构建两级景观分类系统，最终确定8种森林景观要素类型。利用ArcGIS空间分析功能，分析各森林景观与地形因子之间的关系。研究结果表明：研究区以有林地为主。针叶林景观占整个研究区森林生态景观总面积的36.12%，呈现集中连片分布特征，是该区森林景观的基质。研究区内各森林景观随着海拔的变化呈现出明显规律的垂直分异特征，主要分布在海拔800m以下。主要森林景观分布在缓坡至陡坡之间，非林地景观随着坡度升高分布面积逐渐减少，其它森林景观均呈现先增后减特征。除阔叶林景观外均在16°～25°分布面积最大。各森林景观主要分布在坡向中阳坡、半阳坡，其中又以西坡面积最大。总体来看，森林景观在海拔和坡度上的分异特征极显著，而在坡向上的分异特征不明显。

森林景观；森林资源；地形因子；景观格局；闽北地区

长时间以来，景观生态学家们对中大尺度上森林生态系统景观要素的空间布局和配置优化缺乏研究［1］。林学与景观生态学的结合，能够从景观尺度上对森林生态系统的组成结构、功能、异质性以及动态变化进行分析，把不同生态系统联系起来，进而把握森林演变的规律，对森林资源的预测及管理有重要意义［2-5］。利用森林资源二类调查数据的分类系统并结合使用森林资源小班属性库中的优势树种等字段来对森林景观类型进行划分，有利于森林资源定量分析及科学评价，可以解决景观生态学上的很多现实问题［6-7］。

森林景观的空间分布异质性不仅受到生物因素和人为因素的干扰，同时受到诸多自然环境因子的强烈影响，使其在空间上呈现出一定的规律。地形地貌变化引起太阳辐射和降水的空间分布差异［8-10］，改变土壤质地，影响土壤水分和养分的空间分布［11］，间接地作用于植被，从而影响森林景观格局的组成及结构，并使其呈现明显的垂直地带性特征［12-14］。许多人已经通过利用生态学理论和景观指数对植被空间格局进行了分析研究，不过研究方法较为普遍，并且多采用样地数据局部分析法，很少能从宏观尺度进行深入研究，且对山地森林景观与地形因子关系的研究相对较少。

本文通过利用地理信息系统空间分析技术，定性定量描述和分析森林植被分布与地形因子的关系，探讨闽北山区森林景观与立地因子的分异规律，揭示森林景观空间结构及空间变化的规律性，从而为该地区森林资源的可持续经营与管理、合理保护与利用、生态恢复等提供相应的基础资料和理论依据。

1　研究区概况

南平市位于福建省北部、闽江上游，武夷山脉的东南侧，地理坐标：北纬26°30′～28°20′，东径117°00′～119°25′，东北部与浙江省相邻，西北部与江西省接壤，东南部与宁德市交界，西南部与三明市毗连，土地总面积26 310 km2，属于福建省的闽北山区。地貌类型以中、低山为主，地形骨架由武夷山脉、戴云山脉和鹫峰山脉构成，大致呈东北至西南走向。整个地势由东、北、西向南倾斜。气候属中亚热带季风气候，年均气温19℃，年降水量1 400～1 800mm，相对湿度79%。年日照时数1 670～1 980 h，无霜期300 d以上。研究区内植物种类繁多，树种资源十分丰富。

2　数据来源及研究方法

2.1数据来源

收集研究区所涉及的10个县市区的2014年度森林资源建档数据库（以2007年森林资源二类调查成果为基础，经每年资源建档更新），图形数据库主要以1∶10 000的地形图为底图勾绘的各县市林业小班图形数据，空间数据采用西安80坐标系，数据格式为shapefile，属性数据包括：地类、林种、优势树种、树种组成、胸径、树高等多项指标，本研究主要使用其中的土地利用类型和植被属性相关因子。在对南平市所涉及的1∶10 000的地形图校正和扫描后，进行矢量化并对等高线赋值，生成南平数字高程模型DEM，空间分辨率为25m×25m，然后在ArcGIS软件中分别对坡度、坡向及高程进行提取并进行等级划分，具体如下：

考虑到南平市的植被分布特点、实际气候和森林生长的海拔环境，为了将研究结果显示更明显，以200m为单位进行等级划分，将研究区高程数据共分为7级：0～200 m，200～400 m，400～600 m，600～800 m，800～1 000m，1 000～1 200m，＞1 200m。坡度划分成6个等级：平坡（0°～5°）、缓坡（6°～15°）、斜坡（16°～25°）、陡坡（26°～35°）、急坡（35°～45°）、险坡（≥46°）。坡向划分为北坡（0°～22.5°，337.5°～360°）、东北坡（22.5°～67.5°）、东坡（67.5°～112.5°）、东南坡（112.5°～157.5°）、南坡（157.5°～202.5°）、西南坡（202.5°～247.5°）、西坡（247.5°～292.5°）、西北坡（292.5°～337.5°）。根据本文研究内容，可进一步概括为阴坡（北坡和东北坡）、半阴坡（东坡和西北坡）、阳坡（南坡和西南坡）以及半阳坡（东南坡和西坡）。

利用地理信息系统软件ArcGIS中的空间分析功能，利用DEM数据分别提取制作研究区的高程分级图、坡度分级图及坡向分级图（图1）。将研究区的森林景观空间分布图分别与上述图层叠加分析，根据各因子的分级情况进行统计分析。

图1　南平市数字高程模型（a）、海拔（b）、坡度（c）、坡向（d）分级图

2.2森林景观类型划分

根据森林资源二类调查土地分类系统，结合研究区森林资源分布现状及林业生产经营管理的需要，选择利用森林资源小班数据中的土地利用类型和优势树种两个因子进行森林景观划分，从而形成两级的景观类型体系（表1），将研究区景观分为8种。其中有林地根据优势树种划分到二级，灌木林、未成林造林地、无林地和非林地只划分到一级。

表1　南平市森林景观要素分类系统

研究区景观共分为以下8种：（1）阔叶林景观（以阔叶纯林和以阔叶林占优势的阔叶混交林和针阔混交林）；（2）针叶林景观（主要以杉木组和马尾松组为优势树种的针叶混交林）；（3）竹林景观（主要为毛竹、绿竹）；（4）果树林景观（主要为柚、橙、李等）；（5）灌木林景观（包括一般灌木林和除果树林以外的特规灌木林）；（6）未成林造林地景观（主要为人工造林未成林造林地）；（7）无林地景观（主要为采伐迹地和暂未利用荒山荒地）；（8）非林地景观（主要是居民地、场区、道路、河流等）。

利用ArcGIS软件对研究区森林资源数据中相同景观的图斑进行融合处理，得到研究区森林景观分布图（图2）和各类型相关统计概况（表2）。

图2　南平市森林景观分布图

表2　不同森林景观类型及统计概况

3　结果与分析

3.1森林植被格局与海拔的关系

由图3和表3可以看出，研究区森林景观类型分布随着海拔的变化明显呈现有规律的垂直分异特征：随着海拔的升高各森林景观呈现单峰分布变化，阔叶林和竹林景观在400～600 m海拔处达到最大值，近30%的面积分布在该海拔范围内；其他景观类型均在200～400 m海拔处有最大的分布面积，有40%左右的面积分布在该海拔范围内。大部分植被集中分布在200～800m范围内，占各自景观总面积的70%以上；非林地景观90%以上分布在海拔600 m以下，海拔1 000m以上几乎没有分布。

图3　南平市不同森林景观类型沿海拔分布曲线

低海拔地区由于受到人为活动的干扰，非林地分布较集中，而其他各植被类型景观分布较少。在200～600m海拔范围内，针叶林景观占据了大多数；海拔400m以上，阔叶林、针叶林和竹林景观分布面积较其他景观优势明显。果树林、灌木林景观主要为人工种植的果树及茶叶等经济作物，而未成林造林地和无林地多由森林转化而来，受到人工种植和采伐等人为活动的干扰，因此分布地区海拔也一般较低。高海拔地区，由于受到降水减少和气温降低的影响，在大于1 000m的地区各植被类型景观分布也较少。

表3　不同森林景观类型沿海拔的分布情况

表4　不同森林景观类型沿坡度的分布情况

3.2森林植被格局与坡度的关系

由表4可以看出，各景观类型在各个坡度均有不同面积的分布，非林地景观主要为建筑、农田等，最主要分布在斜坡以下，陡坡以上，既不适合农作物的种植，也不适合人类生产活动，几乎没有非林地景观分布；其他景观随着坡度的增加，均呈现分布面积先增加后减少的趋势，除阔叶林外，均在斜坡地区达到分布面积的峰值。除非林地外，各景观在缓坡～陡坡分布比例均超过了75%，其中针叶林、果树林、未成林造林地和无林地分布比例甚至超过了90%，主要是由于缓坡和斜坡范围相对适合人类从事森林经营活动（如植树造林，森林采伐等）且土壤肥力较高；而陡坡除适宜植被生长外，由于交通限制限制了人为干扰的严重程度，因此也有较大的分布面积。急坡与险坡土壤厚度较薄，且受雨水侵蚀严重，有机质成分和土壤水分非常容易丢失，不适合植被生长，因此各林地景观分布面积很小。研究区内不同森林景观在坡度上的分布说明人类生产经营活动对森林变迁有较大影响，相对于自然选择，人为因素干扰占主导地位。

表5　不同森林景观类型沿坡向的分布情况

3.3森林植被格局与坡向的关系

坡向主要通过影响太阳辐射和水汽影响森林植被，总体来看，阳坡、半阳坡分布面积较大。从表5可以看出，各景观类型在不同坡向趋于均匀分布但又略有差异，竹林在西北坡分布最多；而阔叶林、针叶林果树林、灌木林、未成林造林地和无林地在西坡分布最多；而非林地在更多的分布在东坡。总体来看，阔叶林景观在阴、半阴坡分布面积与阳、半阳坡分布面积大体相当；竹林、非林地在阴、半阴坡分布面积较阳、半阳坡有更大的分布面积；而针叶林、果树林、未成林造林地和无林地则与竹林相反，在阳、半阳坡分布面积明显更大，这些分布特征与人类生产经营活动及植被的生物学特性是分不开的。

4　结论与讨论

研究区内森林覆盖率较高，有林地景观（阔叶林、针叶林、竹林、果树林）主导了该地区整体景观的结构、功能和动态过程。针叶林景观占整个研究区森林生态景观总面积的36.12%，呈现集中连片分布特征，是该地区优势景观类型，也是该区森林景观的基质。

通过对南平市森林景观与地形因子关系的研究，结果表明：研究区内各森林景观随着海拔的变化呈现出明显规律的垂直分异特征，主要分布在海拔1 000m以下地区。非林地景观集中在海拔300m以下，针叶林景观集中在海拔200～700m，阔叶林和竹林景观主要集中在海拔500～1 000m。主要森林景观分布在缓坡～陡坡之间，非林地景观随着坡度升高分布面积逐渐减少，其它森林景观均呈现近似正态分布特征，除阔叶林景观外均在斜坡分布面积最大。各森林景观在坡向中阳坡、半阳坡分布面积相对较大，其中又以西坡面积最大。总体来看，森林景观在海拔和坡度上的分异特征极显著，而在坡向上的分异特征不明显。

自然条件中的地形因子对森林景观格局的空间分布具有不同的影响，随着地形因子的变化各森林景观也呈现出了不同的空间分异规律，说明地形因子对森林景观的空间分异特征具有重要作用。

利用森林资源二类清查数据为基础研究森林景观空间格局时，由于二类数据中非林地绝大部分并未分到二级地类，因此无法区分非林地中的耕地、建筑、道路、水域等景观，对非林地景观的研究无法进一步深入，因此通过加强对其他部门数据的衔接，进一步提高森林资源调查数据的精度和细度，从而为林业生产和研究工作提供更准确的基础数据十分必要。在DEM制作和森林景观数据栅格化过程中，不同空间分辨率的选择对转化精度和景观格局会产生不同的影响，因此在分析地形因子与景观格局相互关系过程中，空间尺度效应是一个不容忽视的问题［15-17］。由于尺度变化的复杂性和不确定性，对最优尺度的选择需要更进一步的深入研究。

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（责任编辑：华伟平）

On the Relationship of Forest Landscape Patterns Characteristics and Topography in Minbei Mountain Area

ZHAO Guoshuai1，YEGongfu2，FAN Rong1，LAIRiwen3
（1.Fujian Institute of Forest Inventory and Planning，Fuzhou，Fujian 350003；2.Fujian Academy of Forestry，Fuzhou，Fujian 350012；3.School of forestry，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002）

According to the forest resources survey data of Minbeimountain area，land use types and dominant tree species were selected to build 2-classes landscape classification system and determine 8 types of forest landscape types.Using the spatial analysis functions，the relationship between forest landscape and Topography Factors was studied. The results showed that the overall landscape was dominated by forest land.Coniferous forest landscape type accounted for 36.12% of the entire study area and presented focus and contiguous distribution，is thematrix of the region. Distribution of 8 forest landscape typeswere at an elevation of below 1 000 m，and the forest landscape types showed a certain degree of vertical zonal featureswith elevation changes. Themain forest landscape typeswere distributed in gentle slope of 6°～35°.Area of non-forest landscape type decreased with the slope rising，other forest landscape types increased first and then decreased，and reached themaxima between 16°～25°.In the terms of aspect，they weremainly distributed on sunny and semisunny slopes，especially in west slope.

forest landscape；forest resources；terrain factors；landscape pattern；Minbeimountain area

S757.2

A

1674-2109（2016）06-0001-06

2016-02-26

国家自然科学基金资助项目（41176092）。

赵国帅（1987-），男，汉族，工程师，主要从事林业遥感及地理信息系统应用研究。