大凤川林场森林景观格局分析

马文艳，王乃江，赵亚宁，盖含文，郑伟斌，唐庆

（1.西北农林科技大学林学院，陕西 杨凌，712100；2.甘肃子午岭林业管理局华池分局大凤川林场，甘肃庆阳，745000）

森林景观格局是对森林景观空间分布状况的描述，包括景观斑块和其他结构成分在类型、数量以及空间分布与配置形式的关系，在一定程度上体现出森林景观的形成过程。对于森林景观格局的研究，成为了解区域森林资源状况的重要途经之一，对林业实践具有重要指导意义。

甘肃子午岭林区是黄河流域主要水源涵养区之一，2005 年获批甘肃子午岭自然保护区，大凤川林场位于其核心区。从该林区发展规划看，挖掘大凤川林场森林景观资源成为趋势。以前对甘肃子午岭林区的一些研究，主要集中在中华鼢鼠危害及防治技术研究[1-2]，对景观层面的研究缺乏。本文利用景观格局指数分析软件Fragstats 4.3，对大凤川林区景观特征进行初步定量分析研究。

1 研究区基本概况

大凤川林场位于甘肃省庆阳市华池县境内，地理位置108°12′～108°24′E、36°07′～36°18′N。林场属于黄土高原丘陵沟壑地貌类型范围，地势呈现出北高南低的走势，海拔1 100～1 600 m，相对高差200～400 m，坡度15°～35°。大凤川林场属北温带大陆性季风气候，年均气温8.4 ℃，年无霜期165 d 左右，年均降水481.2 mm。森林植被以暖温带阔叶林为主，属过渡性森林类型，区内共有木本植物43 科82 属172 种。大凤川林场总经营面积16 110 hm2，活立木总蓄积量684 118 m3，森林覆盖率95.84%，林木绿化率96.31%。

2 研究方法

2.1 数据来源

数据来源于甘肃子午岭林业管理局华池分局2010 年森林资源二类调查，主要包括大凤川林场矢量化林相图、小班属性数据库、地形图以及研究区其他森林统计数据。

2.2 数据预处理

在ArcGIS10.2 支持下，建立空间数据库，并生成大凤川林场景观类型栅格图（30 m×30 m)，作为景观指数分析的基础数据源。

2.3 景观要素的类型划分

根据研究区森林特点和林业经营管理的实际情况，建立大凤川林场森林景观分类系统，具体将大凤川林场森林景观划分为2 级，第1 级分类为：有林地、灌木林地、其他林地、非林地；第2 级分类为针叶林地、阔叶林地、灌木林地、其他林地、非林地。

2.4 景观分析指数的选取

本研究在景观整体水平和斑块要素类型水平2 个级别上选取常见的10 个景观指数：斑块数、香农均匀度指数、总面积、平均形状指数、平均最近距离、平均分形指数、散布与并列指数、斑块密度、斑块边缘密度、蔓延度指数，对研究区的森林景观格局进行分析。

3 分析与结果

3.1 大凤川林场森林景观要素的组成结构

整个大凤川林场的经营面积为16 156.35 hm2，与森林资源调查的数据（16 156.50 hm2）基本一致。研究区共有森林景观斑块526 个，从景观总体水平看，研究区斑块形状指数和斑块分形指数均偏离1，表明大凤川林区森林景观受人为干扰小，斑块形状不规则；总体边缘密度和香浓均匀度指数较小，表明各森林斑块类型之间的相互影响较弱，各森林斑块类型之间分布的均匀程度偏低。

表1 大凤川林场森林景观要素的整体结构

3.2 大凤川林场森林景观的斑块特征

3.2.1 斑块形状指数

斑块形状指数是反映斑块形状复杂程度的指标之一，斑块形状指数越接近于1，说明该类型斑块形状越接近圆形或方形等规则形状，表明这类型斑块形成过程中受到人类活动的干扰大，影响深刻；该指数数值越大，斑块形状就越偏离规则形状，越接近自然面貌，越复杂，受人类干扰作用不明显[3]。从表1 和表2 可知，大凤川林场整体的平均形状指数为13.409 8，表明整个林场的长宽比较大，整个斑块形状表现出不规则；从森林景观类型来看，阔叶林的形状指数最大，表明在大凤川林区阔叶林形状最不规则，它的形成过程中边界受人类的修整的程度最低，受自然地貌影响最大；非林地是人类活动干预的结果，在大凤川林区非林地的斑块形状指数最小。

表2 大凤川林场二级景观要素斑块特征

3.2.2 斑块分形指数

斑块分形指数是用来定量描述和表征空间实体边界复杂程度的一种指标[4]，主要反映由斑块组成的森林景观形状与森林景观面积之间关系的一个指标，它能够反映出在一定的观测尺度上，森林景观类型形状的复杂程度和稳定性。由人类干扰所形成的斑块边界形状一般表现较为规则，并且容易出现相似形状的斑块。从表2 看出，大凤川林区森林景观类型的分形指数顺序为：阔叶林＞针叶林＞其他林地＞灌木林＞非林地。阔叶林的分形指数最高，这与研究区阔叶林地面积广阔有关，它的斑块形状更接近于自然地貌的真实形态，所以边界形状较为复杂。而非林地是人类有目的干扰结果，受人类活动的直接影响，边界形状相比于自然形态就会更规则，所以表现出分形指数值最小。

3.3 大凤川林场森林景观的异质性

景观异质性是景观分类、组合及属性变异程度的直接反映，是景观区别于其他生命组建层次的最显著特征之一[5]。本研究主要采用斑块密度和边缘密度对研究区森林景观异质性进行分析和描述。

景观斑块密度是反映景观整体斑块分化程度的指标，斑块密度越大，表明在单位面积上异质景观要素斑块数量越多，斑块规模就表现出越小，景观异质性就会更高。斑块边缘密度则是反映景观中异质性斑块之间物质、能量和物种交换的潜力及它们之间相互影响程度的强弱[4]。

3.3.1 斑块密度

在5 个森林景观类型中，针叶林地的斑块密度最高，灌木林地的最小，表明在大凤川林场针叶林地以较小的斑块规模和较多的斑块数量出现，斑块面积小并分散于整个林区，因而表现出较高的异质性水平。林场森林景观斑块总体密度为3.255 7 个/km2（表3），斑块分化程度较高[6]。

表3 大凤川林场二级景观要素的异质性

3.3.2 斑块边缘密度

由表3 知，阔叶林斑块边缘密度最大，针叶林次之，非林地最小，表明在大凤川林区，阔叶林和针叶林在空间拓展上均表现出较强的势力，由于面积大，阔叶林斑块被边界割裂的程度较其他森林类型要高，在森林群落中处于扩张状态，阔叶林内部要素之间进行着更为活跃的物质能量交换，森林景观形态更为复杂。与前面分析的阔叶林斑块分形指数最大，边界最复杂的结论相吻合。

3.4 大凤川林场森林景观的空间分布格局

景观要素的空间关系主要有2 种即：同质景观要素之间的空间关系和异质景观要素之间的空间关系，本研究用斑块平均最近距离描述同质森林景观要素之间的关系，用散布与并列指数和蔓延度指数描述和表征大凤川林场异质森林景观的空间分布特征[7]。

3.4.1 同质景观要素间的空间分布

同类森林景观要素之间的空间关系是某一类景观要素内部斑块之间或者同类景观要素的不同结构成分之间的空间关系[3]。由表2 和表4 可知，阔叶林地的斑块平均最近距离值最小，与之形成鲜明对比的是灌木林地，斑块平均最近距离值最大，这与其斑块数量少、面积小有关，也突出反映了区内阔叶林面积广布呈团簇状态分布，而灌木林斑块间相隔距离远，分布离散。

表4 大凤川林场二级森林景观的斑块平均最近距离

3.4.2 异质景观要素间的空间分布

不同类型景观要素之间的空间关系是景观中不同属性的景观要素的结构成分之间的空间关系。散布与并列指数是描述景观空间格局最重要的指标之一，是对景观隔离和斑块混合状况的量度，取值范围0～100，取值100 时，表明各景观类型斑块间比邻的边长是相等的，即各斑块间的比邻概率是一样的；当相应的斑块类型只与一种其他斑块类型邻接或者只有1 个斑块类型时，散布与并列指数值接近0。它尤其对受到某种自然条件严重制约的生态系统的分布特征反映显著。蔓延度指数描述的是景观中不同拼块类型的团聚程度或延展趋势。

表5 大凤川林场异质景观要素的空间分布特征

由表5 知，大凤川林场二级森林景观类型的整体异质性表现正常，指数属于中等水平，林区森林景观的斑块整体上分布较为均衡[8]。林区整体蔓延指数为65.256，属于中等偏上的水平，说明大凤川林场森林景观是由少数团聚状的大斑块组成的，森林景观的整体连接性良好。

4 结论及讨论

大凤川林场的有林地景观占突出的地位，对森林景观功能的发挥具有绝对优势，其中阔叶林面积10 524.96 hm2，占研究区面积65%，阔叶林和针叶林的面积高达95%以上，阔叶林是大凤川林场主要森林斑块类型，其他类型斑块镶嵌于其中；大凤川林场森林景观的空间结构相对简单，主要是阔叶林和针叶林的空间配置状况，针叶林分散分布，异质性最高，而阔叶林呈团簇状分布；研究区森林边界形状复杂，景观格局受人类活动的影响不大。

本研究以一期二类调查数据为主要信息源，属于静态分析。而森林景观格局的形成往往是多个因素在一定的历史时期内动态演变形成的，因此有必要再考虑经济社会等综合环境因子，对大凤川林区进行动态研究，以进一步探究其森林景观格局的变化过程。