李 偉，張華英，魏安世，丁 勝，陳 鑫，彭展花

（廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣東 廣州 510000）

廣東省森林景觀形狀特征相關性分析

李 偉，張華英，魏安世，丁 勝，陳 鑫，彭展花

（廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣東 廣州 510000）

運用3S技術和景觀分析等技術手段，分別從面積加權平均形狀指數(shù)、面積加權平均斑塊分形指標、斑塊密度、斑塊邊緣密度、香農(nóng)多樣性指數(shù)等5個方面對廣東省森林景觀異質(zhì)性進行了較為全面的分析。結果表明：（1）廣東省森林景觀要素類型的斑塊形狀結構都有較大差異，針葉林、闊葉林、竹林及灌木林等4種森林景觀類型形狀較復雜、結構較松散、受干擾程度較低。（2）各景觀要素類型形狀特征之間的相關性與其地理分布及經(jīng)營管理措施存在密切關系。（3）形狀特征相關性方面, 針葉林與未成林地及采伐跡地，闊葉林與針闊混交林，火燒跡地與宜林地等均存在顯著性相關關系。

森林景觀；形狀指數(shù)；景觀異質(zhì)性；香農(nóng)多樣性；廣東省

森林景觀是指由森林群落及其環(huán)境因子構成的景觀的總稱。近年來，隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人民生活水平的日益提高，人們越來越關注生存環(huán)境，對森林景觀也越來越重視[1-3]。景觀空間異質(zhì)性是自然界最普遍的特征之一，空間異質(zhì)性、景觀空間格局、生態(tài)學過程以及它們的發(fā)展、動態(tài)變化和尺度之間的相互作用是景觀生態(tài)學研究的核心所在[4-8]。廣東省位于我國南部，自然條件優(yōu)越，森林景觀資源豐富，但針對廣東省范圍內(nèi)的森林景觀形狀特征及相關性研究相對較少。

本文運用3S技術及景觀分析技術，應用景觀生態(tài)學的有關原理、方法，從景觀組成、結構、斑塊特征、空間關系、分布格局等方面，對廣東省森林景觀進行調(diào)查分析，了解全省各森林景觀要素類型的形狀特征情況，研究產(chǎn)生和控制空間格局的因子及其作用機制，為廣東省森林景觀規(guī)劃提供一種新的思路和科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣東省位于我國南部，東鄰福建，西接廣西，北接江西、湖南，南臨南海，西南端隔瓊州海峽與海南相望，珠江三角洲東西兩側分別與香港、澳門特別行政區(qū)接壤，地理坐標為20°09′～25°31′N 和 109°45′～ 117°20′E 之間，陸地總面積17.98萬km2，海域面積約41.9萬km2，在地理位置上有海陸兼?zhèn)涞奶攸c。2010年末廣東省常住人口10 430.31萬人，為中國常住人口最多的省區(qū)。廣東省氣候具有熱帶、亞熱帶季風海洋氣候特點，由北向南分別為中亞熱帶、南亞熱帶和熱帶氣候。年平均氣溫19～24 ℃，年雨量1 500～2 000 mm，年平均日照1 500～2 300 h，是中國光、熱和水資源最豐富的地區(qū)之一。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

廣東省TM多光譜遙感數(shù)據(jù)、IRS-P6多光譜遙感數(shù)據(jù)、SPOT5正射影像、2004年森林資源二類調(diào)查資料、第六次國家森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)、土地利用詳查圖、森林分布圖、林種分布圖、生態(tài)公益林分布圖及土壤分布圖等有關專題圖件和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

利用廣東省TM多光譜遙感數(shù)據(jù)和IRS-P6多光譜遙感數(shù)據(jù)，在綜合分析經(jīng)幾何校正、波段合成、圖像增強和分辨率融合后遙感影像數(shù)據(jù)的基礎上，結合廣東省第六次森林資源連續(xù)清查的3 685個地面固定樣地調(diào)查數(shù)據(jù)，建立全省景觀要素類型解譯標志，進而采用圖像監(jiān)督分類的方法對遙感影像進行解譯。根據(jù)監(jiān)督分類結果，最終得到廣東省森林景觀要素信息數(shù)據(jù)庫。

2.2 森林景觀要素分類

依土地利用性質(zhì)和行業(yè)標準，同時結合在森林資源規(guī)劃設計調(diào)查規(guī)范，將景觀要素劃分為林業(yè)用地和非林業(yè)用地2大類，針葉林、闊葉林、針闊混交林、紅樹林、竹林、疏林地、灌木林地、未成林地、采伐跡地、火燒跡地、宜林地、非林業(yè)用地12個景觀類型。

2.3 森林景觀形狀特征指數(shù)

本研究采用了景觀指數(shù)計算法來度量和評價景觀異質(zhì)性，建立景觀結構與過程或現(xiàn)象的聯(lián)系，更好地解釋與理解景觀功能。根據(jù)廣東省景觀斑塊結構特點，本著準確、全面、簡潔地描述廣東省森林景觀格局為原則。本研究在景觀形狀特征分析上選用了面積加權平均形狀指數(shù)和面積加權平均斑塊分形指標[9-12]兩個指標。

3 結果與分析

3.1 森林景觀形狀特征

（1）面積加權平均形狀指數(shù)（AWMSI，Area Weight Mean Shape Index）

由圖1中可以看出，森林景觀類型中，AWMSI指標最大的為針葉林，說明其形狀最為復雜。針葉林、闊葉林的AWMSI均相對較大，這是因為森林景觀類型中針葉林、闊葉林本身具有較強環(huán)境適應能力，不斷向其它類型的森林景觀中擴展，使其邊界被其它類型要素斑塊所分割，斑塊變得復雜多樣，斑塊形狀也就變得不規(guī)則。竹林、灌木林地的AWMSI指標較大，由于竹林、灌木林地二者本身自有的特點，地理位置、人為因素等原因造成其形狀變得較為復雜，結構較為松散。

圖1 不同景觀類型的面積加權平均形狀指數(shù)分析Fig. 1 AWMSI analysis of different landscape style

由圖2可以看出，粵東沿海經(jīng)濟區(qū)針葉林景觀類型表現(xiàn)較為突出，特別是茂名的AWMSI指標最大，其次為陽江，并且與其它市的針葉林景觀的AWMSI指標差異較大，表明這兩個市針葉林景觀要素類型相對其它市的邊界形狀更復雜，形狀結構最為松散；而闊葉林景觀中，惠州、清遠的AWMSI指標較大；針闊混交林中，惠州、揭陽AWMSI較大；灌木林地中，清遠、江門的AWMSI指標較大。

（2）面積加權平均斑塊分形指數(shù)（AWMPFD，Area Weight Mean Patch Fractal Dimension）

從圖3中可以看出，森林景觀類型中，基本都是在1.3～1.5之間波動，說明整體上受干擾的程度較大。針葉林多分布于交通不便的山區(qū)，受人類干擾活動較小，經(jīng)營粗放，斑塊形狀取決于自然地貌的平面形態(tài)，斑塊形狀較復雜，所以其AWMPFD指標值較高。采伐跡地、火燒跡地、未成林地受人類活動的影響和制約較大，經(jīng)營集約化，斑塊形狀較為簡單，所以其AWMPFD指標值就較低。

從圖4中可以看出，針葉林中茂名市的AWMPFD指標值最大，為1.43，闊葉林中惠州最大，為1.35；針闊混交林中茂名最大，為1.32；竹林中肇慶、東莞較大；紅樹林中較大的為揭陽、潮州，而東莞、汕頭較小；陽江的火燒跡地較?。皇枇值刂芯鄬^小。說明各市斑塊的形狀受人類生產(chǎn)經(jīng)營活動的影響較大，經(jīng)營的集約度高，形狀越簡單；經(jīng)營越粗放。

圖2 不同城市景觀類型的面積加權平均形狀指數(shù)分析Fig. 2 AWMSI analysis of different city landscape style

圖3 不同景觀類型的面積加權平均斑塊分形指數(shù)分析Fig. 3 AWMPFD analysis of different landscape style

3.2 森林景觀形狀特征相關性分析

（1）面積加權平均形狀指數(shù)相關性分析

圖4 不同城市景觀類型的面積加權平均斑塊分形指數(shù)分析Fig. 4 AWMPFD analysis of different city landscape style

表1 面積加權平均形狀指數(shù)相關性分析Table 1 AWMSI correlation analysis

從表1中可以看出，針葉林形狀的復雜程度與未成林地和采伐跡地具有顯著正相關關系，說明人工采伐林地基本以針葉林為主，而且造林效果并不理想，存在部分未成林造林地。闊葉林與針闊混交林是相交錯的，因此兩者的形狀相互影響較明顯；紅樹林和灌木林地所處環(huán)境較特殊，因此與其它地類均無顯著性相關性；竹林與火燒跡地具有顯著性正相關關系，說明竹林易發(fā)生火災及毀竹造用材林的現(xiàn)象較多，而火燒跡地經(jīng)歷一段時間后會形成宜林地，因此其兩者形狀相互影響非常顯著；造林效果不好時會形成未成林地或疏林地，而疏林地在受到人工干擾后將轉(zhuǎn)化為宜林地，因此疏林地形狀指數(shù)與未成林地和宜林地的具有顯著相關關系。

（2）面積加權平均斑塊分形指數(shù)(AWMPFD)相關性分析

從表2中可以看出，針葉林邊界的復雜程度與針闊混交林、疏林地和未成林地等三者均存在顯著正相關關系，說明針葉林與這三種地類相互交錯分布。闊葉林僅與針闊混交林是相交錯的分布，因此兩者的邊界復雜程度相互影響較明顯；針闊混交林邊界復雜程度除與針葉林和闊葉林存在極顯著相關性外，還與未成林地存在顯著相關性；紅樹林、灌木林地和竹林所處環(huán)境較特殊，因此與其它地類均無顯著相關性；疏林地與針葉林、火燒跡地存在顯著性相關，與未成林地存在極顯著性相關；宜林地邊界復雜程度與火燒跡地存在顯著性相關，與現(xiàn)實宜林地的形成非常相符。

表2 面積加權平均斑塊分形指數(shù)相關性分析Table 2 AWMPFD correlation analysis

4 結 論

（1）廣東省森林景觀中不同景觀要素類型的斑塊形狀結構都有較大差異，反映出它們處于不同的演替過程和干擾級別。受人類活動影響較小的森林景觀斑塊平均規(guī)模較大，其形狀較復雜，結構較為松散，易于促進斑塊內(nèi)部和外界環(huán)境的相互作用，以針葉林、闊葉林、竹林和灌木林為主。受人類活動影響較大的景觀斑塊平均規(guī)模相對較小，多以小面積斑塊組合呈零星分布格局鑲嵌于森林景觀中，其形狀相對較規(guī)則，形狀結構較為緊密，有利于保蓄能量、養(yǎng)分和生物，以針闊混交林、紅樹林、疏林地、未成林地、采伐跡地、火燒跡地及宜林地為主。

（2）通過廣東省森林景觀各個要素斑塊的形狀和邊界復雜程度的相關性分析結果，進一步論證了各個要素斑塊形狀特征指數(shù)之間的相關性不僅與其地理分布狀況存在密切關系，也與森林經(jīng)營管理措施存在較為密切的關系。針葉林是現(xiàn)有人工造林最大面積的森林斑塊，造林與采伐頻率都較高，因此在形狀指數(shù)相關性方面，針葉林與未成林地和采伐跡地存在顯著性相關；闊葉林和針闊混交林基本以天然林為主，兩者的地理分布相交錯，因此兩者存在極顯著性相關關系；紅樹林、竹林和灌木林地總面積均較小，地理位置較為特殊，因此與其他斑塊均無相關性；廣東省天然形成的宜林地基本為火災所致，因此兩者存在顯著性相關。

[1] 肖篤寧. 景觀生態(tài)學理論、方法及應用[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社, 1991.

[2] 何新元,寧祝華. 城市森林生態(tài)研究進展[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社, 2002.

[3] 肖篤寧. 景觀生態(tài)學研究進展[M]. 長沙: 湖南科學技術出版社, 1999.

[4] Turner M G. Landscape ecology: The effect of pattern on process[J].Annual Review of Ecology and Systematics,1989,20:171-197.

[5] Wu J, Loucks O L. Form balance-of-nature to hierarchical patch dynamics: A paradigm shift in ecology[J]. Quarterly Review of Biology, 1995,70: 439-466

[6] Risser P G, Karr J R, Forman R T T. Landscape ecology:Directions and approaches. A workshop held at Allerton Park[M].Piatt: County Illinois,1984.

[7] 李際平,陳端呂.森林景觀類型環(huán)境耦合度模型的構建與應用[J].中南林業(yè)科技大學學報,2011,28(4):67-71.

[8] 王國華,李際平,趙春燕.基于層次分析法的森林景觀邊緣效應強度分析[J].中南林業(yè)科技大學學報,2011,32(4):110-116.

[9] 王仰麟. 景觀生態(tài)系統(tǒng)的空間結構: 概念、指標與案例[J].地球科學進展, 1993(3): 235-240.

[10] 傅伯杰,陳利頂,馬克明,等. 景觀生態(tài)學原理及應用[M].北京: 科學出版社, 2002.

[11] 張金屯,邱 揚,鄭鳳英. 景觀格局的數(shù)量研究方法[J]. 山地學報, 2000, 18(4): 346-352.

[12] 王 超, 翟明普, 金瑩彬, 等. 森林景觀質(zhì)量評價研究現(xiàn)狀及趨勢[J]. 世界林業(yè)研究, 2006, 19(6): 18-22.

Correlation analysis on forest landscape shape features in Guangdong province

LI Wei, ZHANG Hua-ying, WEI An-shi, DING Sheng, CHEN Xin, PENG Zhan-hua
(Guangdong Forest Inventory and Planning Institution, Guangzhou 510000, Guangdong, China)

By means of 3S technology and landscape analysis technical, the forest landscape heterogeneity (such as area weighted average shape index, area weighted average patch fractal index, density of patches, edge density of patch and Shannon diversity index five aspects) of Guangdong province were allsidedly analyzed. The results show that (1) there were bigger differences among the patch shape structure of different forest landscape types in Guangdong province, four kinds of forest landscape types (coniferous, broadleaf,bamboo and shrub forest) had complicated shape, looser structure, less interference; (2) The shape features of landscape elements types were associated with their geographical distribution and management measures; (3) In aspect of correlation of shape features,the coniferous forest had significant correlation with minor forest land and cutting-blank, broadleaved forest and mixed conifer forest,burned area and suitable forest land.

forest landscape; shape index; landscape heterogeneity; Shannon diversity index; Guangdong province

S771.8

A

1673-923X(2013)09-0067-04

2012-10-16

國家林業(yè)局專題項目“國家森林資源和生態(tài)狀況綜合監(jiān)測：廣東省試點專題”

李 偉（1975-），男，高級工程師，碩士,從事資源監(jiān)測及3S技術應用研究；E-mail：liw1996@163.com

[本文編校：吳 毅]