退耕还林对地区景观格局变化的影响分析

周刚 周琳

摘要：指出了退耕还林工程是西部乃至中国生态建设的重要策略之一。重建与恢复植被不仅可以改变景观的类型组成。也影响着景观的空间格局。在景观生态学理论基础上，对各个地区景观变化研究资料进行了整理分析，结果表明：大部分地区在退耕还林建设的影响下，景观格局发生演变，耕地、林地景观格局得以优化调整，斑块复杂性和景观异质性程度降低，景观要素的空间联结加强，生态环境改善。但也存在着一些问题。针对这些问题给出了一些建议。

关键词：退耕还林;景观格局;近自然林改造

中图分类号：$718.55 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）16-0057-03

1引言

外界环境的扰动会影响动物、植物、微生物等生物及其栖息地环境变化，影响自然界食物链及营养元素流动，导致空间尺度上的景观及其结构、格局的转变，进而与人类社会产生相互作用。其中，地表覆被变化和土地利用是景观格局变化的两个决定性因素，主要引起构成景观的斑块（表现一个地区景观格局的变化的表征）、基质（相对面积最大，连结度最高，对当地生态起控制作用的斑块）、廊道（条带状斑块）的改变。因此，目前对景观的功能、结构、变化以及格局的影响已成为景观生态学研究中的几大热点问题。

退耕还林工程是一种的区域性林业发展模式，是经济和生态可持续发展的关键，目前已进入后期收尾阶段（2011-2020年），其在土壤改良，水源涵养以及生态环境改善和生态系统净初级生产力提高上取得卓越成效，对景观格局变化具有重要影响。朱战强等对宁夏南部黄土丘陵地区进行研究，指出该区域景观格局良性演化的主要驱动力是“退耕还林”，景观格局发生良性改变会引导生态环境逐渐恢复;杜富林也对黄土丘陵小流域尺度上退耕还林工程作用下的景观格局演变进行了研究。本文在此基础上，把退耕还林对景观格局变化影响相关文献进行整理，旨在运用景观生态学理论和方法对该区土地利用结构和演化进行分析，并对其治理效果进行客观评价，以期为区域生态环境恢复和生态可持续发展提供科学依据。

2退耕还林建设

2.1农业景观与耕地现状

农业景观表现为物种生存于其中的各类破碎化柄息地的空间格局，主要包括草地、耕地、林地、树篱及道路等多种景观斑块的镶嵌体。在自然因素和人类生产生活的作用下，农业景观演变剧烈，盐碱地、沙化地等耕地类型增多。但是，我国是人口众多，耕地资源相对缺乏的大国，耕地总体质量差以及分布不均，耕地的生产力整体水平较低，与世界发达国家或农业发达国家相比差距较大。因此，我国以坡度25。以上的耕地需逐步退耕为原则，将其转化为非耕地来保护耕地，提高生产力。

2.2退耕还林工程

目前，我国最大的生态建设工程就是退耕还林工程，它从保护和改善生态环境出发，将水土流失严重、沙化严重、盐碱化严重、石漠化严重的耕地以及粮食低产低效的耕地，按照计划逐步停止耕种，因地制宜的造林种草，进行植被恢复。该工程的实施，将使我国林草面积大幅增加，给人类、社会、环境带来可持续的经济效益、环境效益和生态效益。对工程建设过程实施监测和评估可保证工程实施取得进一步顺利，研究景观格局变化是对退耕还林工程进行合理评估的重要方面。

3景观格局

3.1景觀格局原理

景观生态学强调景观格局与生态过程在不同尺度上的相互作用，景观格局变化受到来自生物和非生物因素的共同影响，反映景观要素在空间和时间上的分布及变化趋势，并影响与之相对应的生态过程。时间异质性的研究主要集中在景观动态变化分析，这是了解景观动态的关键。一直以来，景观格局的演变分析都要根据研究区域的地形图、土地利用现状、社会经济等有关资料划分景观要素类型，以此研究景观格局。研究目的以及航片资料的分辨率是研究不同时期问景观格局演变规律的重要基础。

3.2景观格局研究方法

3.2.1景观分类法

历来景观格局的文献研究多采用景观分类为基础的定量分析，例如，王鹏在植被恢复对洪雅县近15年景观格局的影响就采用此方法。研究退耕还林工程对景观空间格局的影响，文献多采用土地利用方式为主的景观分类，根据TM图像的实际可解能力进行分析，土地利用类型主要是草地、耕地和林地信息，因此，将研究区遥感分类体系划分为：耕地、林地、草地、水域、建设及交通用地等进行研究。

3.2.2指数法

将矢量化的土地利用现状图和森林资源分布图与遥感数据影像进行配准叠加，作为影像分类的辅助信息，修改和调整存在疑问的初步分类结果，最终得到栅格景观分类图;统计计算景观要素间的面积转化;再选用景观指标分析研究区空间景观格局信息指标（如：斑块数、最大斑块指数、斑块密度、斑块面积比重、边界密度、面积加权平均斑块形状指数、面积加权平均斑块分维数、景观优势度指数、景观均匀度指数、景观聚集度指数、Shannon-Weaver多样性指数等）来进行景观格局研究。

3.3景观格局变化

森林是地球可再生自然资源和陆地生态系统的主体，对人类生存和发展中极为重要。由于森林植被的恢复使得林地面积得到补充，小的斑块被更大的斑块替代，边界数量减少，斑块聚合程度更高，且格局的空间构造对边界数量的影响强于面积的增加，造成景观格局的改变，因此，退耕还林工程的实施在其中起到了巨大的推动作用。工程的实施不仅提高了研究区森林覆盖率，也减少了水土流失;不仅提高了森林的水源涵养能力，也使森林景观的格局发生了显著的变化;不仅缓解和修复了景观的破碎化，也给生物多样性的维持和保护带来了积极的影响。综合文献资料，分析得出退耕还林工程使景观格局呈现出强烈的人为主导性，形成了耕地和林地为主体的景观格局。

3.3.1耕地景观格局变化

以特定地区作为标准，结合研究发现，随着时间变化，边缘密度、斑块面积比、面积加权平均斑块形状指数、面积加权平均斑块分维数增加，耕地的斑块数、斑块密度、最大斑块指数减少。斑块面积比增加，耕地斑块数目减少，表明集中连片生产，使耕地斑块数目减少，耕地最大斑块减少，耕地斑块面积减少;从耕地的破碎化程度来看，斑块密度下降，耕地斑块的破碎化趋势不明显，斑块的形状复杂化。总之，退耕还林还草生态工程实施后，耕地景观趋于集中连片，破碎状况不明显，耕地斑块形状复杂化、不规则化改变。

3.3.2林地景观格局变化

退耕还林还草生态工程使林地斑块数目增加，林地面积增加且增长幅度大于耕地。林地规模扩大;从林地的破碎情况看，退耕还林地块分布比较零散使斑块密度增加，单位面积内林地斑块数目增加;从林地斑块的形状来看，林地斑块形状变得不规则林地规模明显扩大，但破碎状况更明显，林地斑块形状趋于复杂化。

4退耕还林后景观格局研究存在的问题

4.1图像处理问题

退耕还林后对景观格局进行跟踪研究较困难，遥感影像数据选取及影像空间分辨率确定等方面尚有许多问题，影像解译易引起不确定性，需对所研究的TM影像做辐射和地形校正处理;大气和地形易引的辐射误差，获取近似地表反射率的待解译影像差距较大给景观格局分析中带来不确定性;需进行野外实地验证，工程规模较大，全面开展极难。

4.2数据处理问题

在數据处理上，格局指数与类型组分之间经常存在的非线性关系，因此指数间的解释难以进行。故需要选择几个指数来描述格局基本特征，从斑块数目、斑块形状、斑块面积、斑块周长面积关系方面，对景观格局的变化及其生态学意义进行阐述，包括平均斑块面积、斑块密度、最大斑块指数、边缘密度、平均形状指数、平均周长一面积比等6个指数进行分析。

4.3景观格局评价标准问题

关于退耕还林后景观格局研究的一般过程包括尺度的确定、景观分类与制图、景观数据收集与处理、景观指数选取与计算、景观格局变化特征描述与分析、生态学意义评价等环节。因此，研究结果的准确度和可信度与遥感数据类型、数据质量、景观分类体系、景观指数选择的格局评价标准有关。然而，迄今为止，在影响景观格局变化研究的各个环节（例如，景观指数分类、尺度问题）都缺少相应的标准来提高数据、指标选取及应用的规范化。

5展望与建议

5.1将近自然林改造与退耕还林结合

退耕还林虽能提高土地生产力水平，但对树种的合理选择以及在造林时不破坏原有植被的改造十分重要，可以提高人工造林成功的可能性，所以，在今后研究中必须长期的监测验证。人工造林掌握不同的植物适宜不同的环境生长，运用不同的管理方法来维护，达到退耕还林的目标的同时，提高物种多样性和群落稳定性，实现森林生态可持续发展。景观格局更稳定，更合理。

5.2加强多尺度景观格局研究

由于世界各区域景观类型多样、土地覆被不一、外界影响大、不同尺度上的各种过程累积聚合的结果不同，造成景观格局变化极其复杂。近来文献研究多以同一尺度为标准，在研究方法上存在问题。因此，应多重视尺度和尺度效应分析，多尺度开展景观格局变化研究景观格局演变特征和规律并将其与影响区域生态环境质量改善的主导过程联系起来，以提高地区生态系统功能的稳定性、指导区域土地利用规划、促进区域的可持续发展。