胡喜生，周沿海，黃金榮，邱榮祖*，葉麗敏

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350002；2.三明市三元區(qū)林業(yè)局，福建 三明 365001)

森林景觀格局是性質(zhì)、大小和形狀各異的森林景觀鑲嵌體在空間上的組合和排列形式[1]．它是在各種自然因子和人為因子共同作用下，森林景觀空間異質(zhì)性的綜合表現(xiàn)，同時是各種生態(tài)學(xué)過程在不同尺度上相互作用的結(jié)果[2]．在景觀生態(tài)過程中，景觀格局既決定景觀內(nèi)能量流、物質(zhì)流和信息流等各種生態(tài)過程，又影響和控制景觀生態(tài)功能的發(fā)揮[3,4]，它是當(dāng)今景觀生態(tài)學(xué)研究的一個熱點[5,6]．對森林景觀格局的研究，是了解作用于錯綜復(fù)雜的斑塊鑲嵌體的自然、社會經(jīng)濟活動和生態(tài)過程森林等因素及其它們之間相互關(guān)系的重要途徑，是揭示森林景觀空間分布基本規(guī)律的主要手段，從而為提出科學(xué)的生態(tài)保護和恢復(fù)規(guī)劃設(shè)計方案并實施有效的建設(shè)和管理措施提供支撐依據(jù)．

三明市三元區(qū)內(nèi)東牙溪、薯沙溪、漁塘溪等5條主要河流匯于沙溪，流域面積較大，年徑流量達(dá)80億m3，水力資源豐富，系閩江上游的南源支流．區(qū)內(nèi)擁有世界上面積最大的格氏栲天然林區(qū)，該區(qū)也是野生草珊瑚分布最為豐富的中心產(chǎn)區(qū)，被國家林業(yè)局正式授予“中國草珊瑚之鄉(xiāng)”的榮譽稱號，成為國內(nèi)唯一獲此殊榮的地區(qū)．因此，三元區(qū)是閩江流域水質(zhì)和草珊瑚野生生境保護的關(guān)鍵區(qū)域．開展對該區(qū)域森林景觀的空間格局及其動態(tài)變化的研究，對于森林資源可持續(xù)經(jīng)營、利用和管理及草珊瑚野生生境和GAP栽培示范基地保護具有重要的意義．

1 研究區(qū)概況

三元區(qū)位于三明市區(qū)西南部，東與梅列區(qū)相連，西與永安市毗連，南與大田縣交界，北與明溪縣接壤．地處北緯26°5′，東經(jīng)117°5′．全區(qū)面積811 km2，轄4個街道、2個鎮(zhèn)、2個鄉(xiāng)，總?cè)丝?1.1萬人．全區(qū)地勢自西北向東傾斜，位于武夷山脈與戴云山脈之間的匯水區(qū)，沙溪河谷梅列盆地為市區(qū)，海拔最高1500 m以上．全區(qū)大部分屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14℃-19℃，年平均降雨量1500-1900 mm，年平均日照時數(shù)1800小時，無霜期297天，相對濕度78℅．區(qū)內(nèi)群山環(huán)繞，地貌多姿，河溪交錯，土壤肥沃，氣候溫和，雨量充沛，四季分明．三元區(qū)屬華東華南低山與丘陵大區(qū)中的東南沿海低山與丘陵區(qū)，土壤類型為紅壤或黃紅壤，森林資源豐富，是福建省重點林區(qū)之一，全國南方林區(qū)綜合改革試驗區(qū)，享有“綠色寶庫”之稱．

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究所需原始數(shù)據(jù)為三明市三元區(qū)林業(yè)局提供的2012年全區(qū)森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，包括林相圖(shp格式)、小班因子調(diào)查數(shù)據(jù)庫(dbf格式)．在ArcGIS10軟件系統(tǒng)支持下，將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)(10 m×10 m)，利用景觀分析軟件Fragstats3.4進行景觀格局指數(shù)的計算．

2.2 森林景觀組分劃分標(biāo)準(zhǔn)

為了多角度、多層次分析研究區(qū)域的景觀格局特點，結(jié)合實際調(diào)查情況，本研究采用如下3級分類標(biāo)準(zhǔn)．

第1級：按照《國家森林資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程》的分類，根據(jù)研究區(qū)土地利用類型和林地類型的不同并結(jié)合本研究的需要，將閩江上游城區(qū)土地利用景觀劃分為有林地、疏林地、灌木林地、未成林地(包括未成林造林地和苗圃地)、無立木林地(包括采伐跡地和火燒跡地)、宜林地、非林地(包括耕地、建設(shè)用地、未利用土地等)7種類型．

第2級：在第1級分類基礎(chǔ)上，根據(jù)有林地起源和種類進一步將有林地劃分為針葉純林(單個針葉樹種蓄積≥90%)、闊葉純林(單個闊葉樹種蓄積≥90%)、針葉混交林(針葉樹種總蓄積≥65%)、闊葉混交林(闊葉樹種總蓄積≥65%)、針闊混交林(針葉樹種或闊葉樹種總蓄積占35%～65%)、竹類純林(竹類樹種蓄積≥90%)和竹(針或闊)混交林(竹類樹種株數(shù)密度占35%～65%)7種類型．

第3級：在前兩級分類基礎(chǔ)上，根據(jù)有林地優(yōu)勢樹種及樹種生長狀況的差異，在優(yōu)勢樹種尺度上又將研究區(qū)域分為以下8個景觀類型，包括杉類(包括杉木、柳杉、水杉、建柏等)、松類(包括馬尾松、濕地松、火炬松等)、珍貴闊葉樹種類(包括樟樹、楠木等)、軟闊樹種類(包括擬赤揚、泡桐等)、硬闊樹種類(包括櫧類、栲類、櫟類、木荷等)、桉樹類(包括巨桉、巨尾桉、檸檬桉等)、竹林類(包括毛竹、綠竹、麻竹等)和經(jīng)濟林類(包括柚、柑橘、板粟、油茶、茶、油桐、厚樸等)．

2.3 森林景觀格局指數(shù)的選取

森林景觀格局指數(shù)是景觀生態(tài)學(xué)的一種定量分析指標(biāo)，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它能夠高度濃縮景觀格局信息，是反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間格局特征的定量指標(biāo)[7]．本研究選取斑塊個數(shù)(NP)、斑塊類型面積(CA)、平均斑塊面積(MA)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、斑塊所占總面積比例(PLAND，%)等指標(biāo)對森林景觀要素斑塊總體特征進行分析；選擇斑塊密度(PD，個.100 hm-2)、邊緣密度(ED，m·hm-2)、周長面積分形維數(shù)(PAFRAC)、斑塊形狀指數(shù)(LSI)、斑塊連接指數(shù)(CONNECT，%)等指標(biāo)對森林景觀要素斑塊的形狀特征進行分析；選擇香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)和辛普森多樣性指數(shù)(SIDI)等指標(biāo)進行森林景觀異質(zhì)性和多樣性分析[8-10]．

3 結(jié)果與分析

3.1 林地類型景觀格局分析

圖1 閩江上游城區(qū)土地利用類型景觀分布格局

將閩江上游城區(qū)林地類型劃分為有林地、疏林地、灌木林地、未成林地、無立木林地、宜林地和非林地7種類型(見圖1)，斑塊總數(shù)為2 164個，斑塊總面積達(dá)79 858.70 hm2(見表1)．由表1可知，在研究區(qū)域林地景觀中，斑塊面積最大的是有林地，斑塊面積達(dá)65894.07 hm2，占土地總面積比例高達(dá)82.81%；其他依次為非林地、未成林地、無立木林地、灌木林地、宜林地和疏林地．最大斑塊指數(shù)、斑塊數(shù)量和平均斑塊面積最大者也是有林地，其次為非林地，其余各林地類型斑塊各項指標(biāo)均較小，可見有林地和非林地是該研究區(qū)域占絕對優(yōu)勢地位的林地類型，其他類型的林地分布較零散，破碎化程度較高．

由表2可知，在閩江上游城區(qū)林地類型中，非林地的斑塊密度最大，高達(dá)1.77個/100 hm2，其他林地類型的斑塊密度均小于1；有林地和非林地的斑塊邊界密度和斑塊形狀指數(shù)較大，分別為46.00 m/hm2、39.80 m/hm2和38.55和77.62，其他林地類型的斑塊邊界密度和斑塊形狀指數(shù)均較?。徊煌值仡愋偷闹荛L面積分形維數(shù)較接近，均介于1.19和1.40之間，表明研究區(qū)受人為干擾強烈．

表1 閩江上游城區(qū)土地類型的斑塊特征

斑塊連接指數(shù)是反映斑塊間連接程度的指標(biāo)，計算結(jié)果表明7種林地類型的斑塊連接指數(shù)均較低，其中疏林地的斑塊連接指數(shù)最高，為5.72%，有林地和灌木林地的斑塊連接指數(shù)也較高，分別為2.53%和2.41%．斑塊連接指數(shù)大小受距離閾值的影響，本研究選擇距離閾值為1 km(下同)．不同距離閾值對斑塊連接指數(shù)的影響有待進一步研究．

香農(nóng)多樣性指數(shù)是一種基于信息熵理論的測度指數(shù)，廣泛應(yīng)用于生態(tài)學(xué)方面的研究．計算結(jié)果表明研究區(qū)林地類型景觀香農(nóng)多樣性指數(shù)為0.58，辛普森多樣性指數(shù)為0.30，其值均較低，說明閩江上游城區(qū)林地景觀各斑塊類型之間分布不均衡，主要表現(xiàn)為有林地和非林地占絕對優(yōu)勢，其它林地類型分布較少．這與研究區(qū)以低山丘陵為主的自然地理地貌特點有關(guān)．

表2 閩江上游城區(qū)林地類型的景觀格局特征

3.2 有林地景觀格局分析

3.2.1森林類型景觀格局

將閩江上游城區(qū)有林地進一步劃分為針葉純林、闊葉純林、針葉混交林、闊葉混交林、針闊混交林、竹類純林和竹(針或闊)混交林7種類型(見圖2)．由表3可知，闊葉純林的斑塊數(shù)量最多，針葉純林的斑塊數(shù)量次之；平均斑塊面積最大的森林類型為竹類純林，其值達(dá)到26.92 hm2，針葉純林的平均斑塊面積也較大，其值為14.94 hm2，而闊葉純林的平均斑塊面積最小，其值只有6.27 hm2．這說明在研究區(qū)的有林地中，針葉純林和毛竹林占絕對優(yōu)勢，兩者的斑塊面積分別占有林地總面積的32.20%和32.23%，而闊葉純林及其混交林所占比例較少，兩者的斑塊面積合計只占有林地總面積的19.54%．

圖3 閩江上游城區(qū)有林地優(yōu)勢樹種景觀分布格局

由表4可知，闊葉純林的斑塊密度最大，其值為2.36個/100 hm-2，其次為針葉純林的，其值為2.16個/100 hm-2，竹類純林和針葉混交林的值也均大于1；就邊界密度而言，針葉純林最大，闊葉純林次之，其他由大到小依次為竹類純林、針葉混交林、闊葉混交林、針闊混交林和竹類混交林；斑塊形狀指數(shù)大小排序結(jié)果與邊界密度較為接近；7種森林類型的周長面積分維數(shù)都介于1.22和1.37之間，趨近于1，表明各種森林類型的斑塊的幾何形狀趨于簡單，研究區(qū)受人類干擾較大；各種森林類型的斑塊連接指數(shù)均較小，可見研究區(qū)有林地之間相隔距離較遠(yuǎn)，分布較為分散；而香農(nóng)多樣性指數(shù)和辛普森多樣性指數(shù)均說明該研究區(qū)景觀多樣性較高，各種森林類型分布較均勻．

3.2.2優(yōu)勢樹種景觀格局

為了進一步分析閩江上游城區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)中群落的景觀格局和異質(zhì)性，本研究將有林地按優(yōu)勢樹種不同，分為杉類、松類、珍貴闊葉樹種類、軟闊樹種類、硬闊樹種類、桉樹類、竹林類和經(jīng)濟林類8種景觀類型(見圖3)．

由表5可知，閩江上游城區(qū)森林景觀中，斑塊面積由大至小依次為杉類、竹林類、硬闊樹種類、松類、經(jīng)濟林類、軟闊樹種類、珍貴闊葉樹種類和桉樹類；竹林類的平均斑塊面積最大，其值為26.92 hm-2，其次為杉類，其值為17.91 hm-2，而經(jīng)濟林類、珍貴闊葉樹種類和軟闊樹種類的平均斑塊面積較小，分別為3.28 hm-2、3.81 hm-2和4.69 hm-2．

表3 閩江上游城區(qū)森林類型的斑塊特征

表4 閩江上游城區(qū)森林類型的景觀格局特征

表5 閩江上游城區(qū)優(yōu)勢樹種的斑塊特征

表6 閩江上游城區(qū)優(yōu)勢樹種的景觀格局特征

由表6可知，杉類和竹林類的邊界密度和斑塊形狀指數(shù)較大，而珍貴闊葉樹種類和軟闊樹種類的邊界密度和斑塊形狀指數(shù)較小；珍貴闊葉樹種類的斑塊連接指數(shù)最高，高達(dá)3.69%，可見珍貴闊葉樹種類分布比較集中，其他森林類型的斑塊連接指數(shù)較低，均小于1%；香農(nóng)多樣性指數(shù)和辛普森多樣性指數(shù)均說明該研究區(qū)各種優(yōu)勢樹種景觀多樣性較高，分布較均勻．

結(jié)合研究區(qū)優(yōu)勢樹種的斑塊特征和景觀格局特征可知，針葉林類(包括杉類和松類)和竹林類在該區(qū)分布廣且面積大，在整個生態(tài)系統(tǒng)中處于優(yōu)勢地位；而闊葉樹種類(包括經(jīng)濟林類、硬闊樹種類、珍貴闊葉樹種類和軟闊樹種類)，尤其是珍貴闊葉樹種類和軟闊樹種類在該區(qū)所占的比重較小，其中珍貴闊葉樹種類分布較集中于某些區(qū)域，在整個生態(tài)系統(tǒng)中處于劣勢地位．

4 結(jié)果與討論

閩江上游城區(qū)林地類型以有林地為主，占土地總面積的82.81%，是景觀的基質(zhì)；其次是非林地，占土地總面積的14.64%．綜合邊界密度、斑塊形狀指數(shù)和周長面面符號分形維數(shù)3個指標(biāo)可以看出，閩江上游城區(qū)的林地斑塊形狀偏離正方形的程度較大，斑塊空間結(jié)構(gòu)和斑塊邊界形狀較為復(fù)雜，然而各林地類型的斑塊連接指數(shù)均較低，破碎化程度相應(yīng)較高．林地類型景觀香農(nóng)多樣性指數(shù)為0.58，辛普森多樣性指數(shù)為0.30，其值均較低，說明閩江上游城區(qū)林地景觀各斑塊類型之間分布不均衡，主要表現(xiàn)為有林地和非林地占絕對優(yōu)勢，其它林地類型分布較少．造成研究區(qū)林地類型斑塊和景觀格局的這些特征，與自然地理條件和人類活動頻繁的強烈干擾有著密切關(guān)系．因此，在今后的林地規(guī)劃中，閩江上游城區(qū)要注意宜林地、灌木林地和無立木林地的改造和綠化．

在閩江上游城區(qū)的有林地中，針葉純林、以針葉為主的混交林和竹林純林在該區(qū)分布廣且面積大，在整個生態(tài)系統(tǒng)中處于優(yōu)勢地位；而闊葉林、針闊混交林在該區(qū)的分布較少．由于針葉林在抵抗自然災(zāi)害能力、保水效果、改良土壤、吸碳釋氧等方面均比闊葉林低，因此，目前研究區(qū)現(xiàn)有的森林景觀格局不利于森林生態(tài)效益的發(fā)揮，建議今后盡量營造針闊混交林或闊葉林，以提高該區(qū)的生態(tài)功能．

閩江上游城區(qū)有林地以杉類、松類和竹類等優(yōu)勢樹種為主，三者占有林地面積的79.59%，樹種較為單一，結(jié)構(gòu)較為簡單，不利于構(gòu)建穩(wěn)定的群落生態(tài)系統(tǒng)，不利于物種的遷移和遷徙．同時，該區(qū)為“中國草珊瑚之鄉(xiāng)”，為了保證草珊瑚產(chǎn)業(yè)在該區(qū)可持續(xù)發(fā)展，今后應(yīng)該明確野生草珊瑚區(qū)域所在，一要保護好現(xiàn)有林分，二要參照草珊瑚野生生境，營造適合草珊瑚生長的林分．

本研究在計算景觀格局指數(shù)時，采用10 m×10 m網(wǎng)格大小的柵格圖，不同網(wǎng)格大小是否對景觀格局指數(shù)具有影響？同時，在計算斑塊連接指數(shù)時，本研究選擇距離閾值為1 km，不同距離閾值對斑塊連接指數(shù)的影響大??？等等，這些都值得進行進一步深入地研究．

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