基于GIS的长白山南坡森林景观格局定量分析

马 琳，卢珺，高成德，李俊清



基于GIS的长白山南坡森林景观格局定量分析

马 琳1，卢珺2，高成德3，李俊清4

（1.北京建筑大学，北京 102616；2.中国航天建设集团有限公司，北京 100071；3.长白县森林经营局，吉林 长白 134400；4北京林业大学，北京 100083）

利用景观格局分析软件Fragstat3.3和地理信息系统Arcmap，以林相图和森林资源二类调查数据为基础，对位于长白山南坡的横山林场其森林景观的总体特征、景观水平异质性和景观类型水平异质性3方面进行分析。研究结果表明，横山林场优势景观类型是林地，其他景观类型零散分布其中；天然阔叶林在森林景观中占有绝对优势，破碎度小。研究区景观异质性较高，景观类型丰富，人工林结构不合理，应采取有效措施调整景观斑块结构，保护森林景观多样性。

二类调查数据；景观类型；景观格局；长白山

森林景观格局受环境变化和人类活动长期作用的双重影响，其结构和动态变化是景观生态学研究的重点内容[1]。随着人类活动干扰，森林景观格局出现破碎化发展趋势，濒危野生动植物生境遭到严重破坏，导致种群数量锐减。因此，人为干扰对森林景观格局的影响，引起了生态学、保护生物学研究者的广泛关注[2-4]。

长白山地区是阔叶红松林在中国的中心分布区[5]，濒危野生动物东北虎栖息于此，在“中国生物多样性保护行动计划”中列为中国16个优先保护地区之一[6]。我国学者对其景观格局进行了不断深入的研究，取得了一定的研究成果，尤以长白山北坡的研究较多[7-8]，鲜有针对南坡的森林景观格局的研究。而长白山南坡物种资源丰富，是鸭绿江的发源地，水系众多，濒临朝鲜。以长白山南坡为研究对象，对森林资源保护和跨界保护区建设具有及其重要的意义。有研究显示，长白山南坡的横山林场，是长白山阔叶红松林生态保护的关键区之一[6]。因此以横山林场为研究对象，从景观格局的总体特征、景观斑块异质性和景观水平异质性三方面分析其森林景观格局，为优化景观水平配置，合理经营森林资源提供依据。

1 研究区概况

横山林场位于吉林长白山南坡山麓，127°55′~128°11′E，41°24′~41°46′N，海拔890~1 700 m，属温带大陆性山地季风气候，年降雨量750 mm左右。土壤类型主要有：棕色森林土、暗棕色森林土、白浆土，局部地区有草甸土。横山林场地带性植被为以红松为主的针阔混交林，20世纪30年代日本侵略东北时，掠夺式的采伐森林，植被遭到严重破坏。由于本区域山地海拔高，气候多变，植被类型呈现出垂直分带现象。海拔600~900 m为夏绿林气候带，900~1 300 m为山地针阔混交林气候带，海拔1 300~1 800 m为山地暗针叶林气候带，1 800 m以上为山地岳桦林气候带。

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

以横山林场森林资源二类调查数据和2011年1︰25 000林相图为基础数据，在Arcgis9.3中，矢量化林相图，合并相邻相同属性的小班，建立横山林场森林景观类型图，同时生成属性数据库，最后将矢量图转化为栅格格式，在Fragstat3.3中用于计算景观格局指数。

2.2 景观要素划分与指数选择

以优势树种、土地种类、林地起源为依据，建立景观要素分类系统（图1）。挑选相关性小且生态学意义明确的景观指数来评价横山林场的景观格局现状[9-12]，最终从（1）景观类型特征（指标见表1），（2）斑块类型水平异质性（指标见表2），（3）景观水平异质性（指标见表3）3个方面选择分析指标，开展景观格局评价。

3 结果与分析

3.1 景观斑块总体特征

横山林场一级景观要素景观斑块总数、总面积、平均斑块面积见表1。林地为优势景观类型，占景观总面积的98.29%。其他景观要素类型主要有草地、耕地、工矿用地苗圃地等，斑块面积仅占1.71%，它们分散在林地中，虽斑块数量少，但仍占有一定地位，对景观构成发挥着作用。有林地在二级景观要素中被进一步分为天然林和人工林，其中天然林24 855.13 hm2，占有林地总面积的86.4%，共有313个斑块，人工林3 914.52 hm2，占有林地的13.6%，共有522个斑块（表1），天然林占绝对优势，人工林比重小，但仍起到维持林场森林景观的稳定性的作用，需合理经营。

图1 横山林场景观要素分类系统

三级景观要素将有林地细分为16类（图1）。天然阔叶混交林分布特征呈现集中片状，属基质景观类型，总面积为9 783.88 hm2，占林场总面积的33.43%（表1），主导整个森林景观。天然针叶混交林和针阔混交林斑块面积比分别为24.52%和22.29%，比重较大，共同维持森林景观稳定性。人工落叶松林和针叶混交林在人工林中占有优势，斑块面积比分别为5.25%和3.27%（表1）。其他森林景观分散分布于有林地中。

形状指数AWMSI值的大小与斑块形状复杂程度成反比[14]，该指数描述的是斑块形状空间分布的复杂程度。表1 可以看出横山林场各景观类型的AWMSI值介于1~11.8之间，枫桦林、人工针阔混交林AWMSI值小，表现为分布集中，斑块形状简单，而阔叶混交林形状指数最大，斑块形状最复杂。

表1 景观要素类型特征指数

3.2 景观斑块类型水平异质性分析

景观要素斑块之间的空间结构特征，体现在景观斑块异质性上[13]。人工落叶松林斑块密度最大，连片状斑块少，破碎化程度最高（表2）。比较而言天然阔叶混交林和针阔混交林分布集中，斑块面积较大，破碎化和异质性程度低。枫桦林、云杉林、针叶混交林、针阔混交林等景观聚集度较高（表2），聚集度反映的是景观类型空间连接度的优劣[14]，聚集度指数AI值高说明这几种景观类型的空间连通性较好。而杨树林、白桦林的聚集度指数较小，连通性较差。天然阔叶混交林的边缘密度ED值最大（表2），斑块有向外扩展趋势，斑块间的能量交换具有较大可能性。枫桦林和草地的ED值相对较小。

3.3 景观水平异质性分析

景观多样性反映景观格局异质性水平，多样性指数与景观空间异质性水平成正比。三级景观要素香农多样性指数计算结果显示（表3），横山林场整体景观水平多样性较高，类型丰富，景观结构复杂。香农均匀度指数计算结果显示各斑块类型不均匀分布，天然阔叶混交林、针叶林和针阔混交林（表1）等少数几种优势景观类型支配整个景观。蔓延度指数CONTAG值为62.77（值越趋近100表明景观中优势斑块连通性越好），说明该林场景观含有团聚状大斑块，连通性尚可，但景观破碎化程度依然较高，景观呈现多要素密集格局。相邻与邻近百分比PLADJ值反映区域斑块的聚集程度，PLADJ值计算结果显示斑块分散程度较轻（表3）。散布与并列指数IJI值是景观分散与相互混杂信息的测度。研究区的IJI值为52.98（表3），说明景观斑块类型之间，邻接程度较大，景观丰富。

表2 景观要素类型异质性指数

表3 景观水平异质性指数

4 结论

对长白山南坡的横山林场森林景观格局的3个层次进行研究，结果表明：横山林场是以有林地为优势，景观类型丰富，景观异质性较高，并伴随多种景观要素斑块，镶嵌其中的森林景观。

森林景观类型中阔叶混交林面积较大，是研究区的优势森林景观类型，斑块形状复杂。阔叶混交林、针叶混交林和云杉林的斑块平均面积较大（表1），聚集度也较大（表2），联通性较强。根据斑块尺度原理可知，面积较大的斑块能够为更多物种提供生存环境，维持生境的稳定性，从而起到保护物种和增加多样性[4，15]。因此这三种森林景观类型应予以关注，应注意控制人为干扰的程度，控制采伐量，防止景观破碎化。景观破碎度分析结果显示，人工落叶松林破碎化程度最高，阔叶混交林边缘密度最大，斑块之间的能量、物种、物质的信息交换具有较大潜力。在森林经营和管理时应特别关注。

长白山地区旅游、采伐、挖掘草药等人类活动导致森林景观结构破坏，斑块联通性下降，推动了景观破碎化程度[14]。在分析横山林场森林景观分类和格局的基础上，调整森林景观结构，划定保护关键区，优化森林景观结构，实现分类经营，是今后工作的重点，具有重要现实意义。

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（责任编辑：王团荣）

Analysis on Forest Landscape Pattern of South Slope of Changbai Mountains Based on GIS.

MA Lin1,LU Jun2,GAO Cheng-de3, LI Jun-qing4*

(1.Beijing university of civil engineering and architecture，Beijing 102616,China; 2.Aerospace construction group Co. Ltd. Beijing 100071,China;3. Forestry management bureau of Changbai, Changbai 134400,China; 4. Beijing Forestry University, Beijing 100083,China)

Using Fragstats software and ArcMap to analyzed the forest landscape patterns in Hengshan Forest Farm (HFF below) from three aspects of overall landscape characteristics, landscape patch and landscape heterogeneity based on stock state map and survey data of sub-compartment.The results show that the dominant landscape type of HFF was forest land, other landscape types distributed in it with scattered distribution. The Broad-leaved minxed forest is dominated type in the forest landscape with low fragmentation.Generally, there were abundant landscape types and high heterogeneity in the forest landscape, but the plantation landscape’s stand structure was unreasonable. Therefore, we should be adjust the patch structures and protect landscape diversity.

survey data of sub-compartment; landscape type; landscape pattern; Changbai mountain

S 757.2

A

1003-2630（2017）01-0006-05

2017-01-15

马琳（1985-），女，黑龙江哈尔滨人，博士，研究方向：生物多样性保护、景观生态学。Email：malin@bucea.edu.cn

李俊清 Email：lijq@bjfu.edu.cn

北京建筑大学校设基金00331616022