陳佳楠

（內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)和草原監(jiān)測(cè)規(guī)劃院，呼和浩特 010020）

地類是反映生態(tài)系統(tǒng)景觀類型的載體，不同地類之間存在相互作用和影響，利用景觀生態(tài)學(xué)的理論分析，可以比較直觀的展示某一區(qū)域內(nèi)各個(gè)地類的連通情況和破碎情況，從而能夠更明確的展現(xiàn)出該區(qū)域不同地類的情況，為制定治理方案提供更直觀的數(shù)據(jù)支持。

1 景觀概念

斑塊、廊道和基底是組成景觀的結(jié)構(gòu)單元。斑塊泛指與周圍環(huán)境在外貌或性質(zhì)上不同，并具有一定內(nèi)部均質(zhì)性的空間單元。斑塊可以是草地、耕地、湖泊、居民區(qū)或者林地等。廊道是指景觀中與相鄰兩邊環(huán)境不同的線狀或帶狀結(jié)構(gòu)。比如農(nóng)田間的防風(fēng)林帶、河流、道路或峽谷等。而基底則是景觀中分布最廣、連續(xù)性最大的背景結(jié)構(gòu)。比如草原上，基底應(yīng)該是草原基底；農(nóng)區(qū)基底便是農(nóng)田基底；市區(qū)基底則是城市用地等；而林區(qū)自然基底是森林基底。斑塊—廊道—基底模式為具體而形象的描述景觀結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)提供了一種空間語(yǔ)言，而且這一模式還有助于考慮景觀結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系、便于比較在時(shí)間上的變化情況。

2 研究方法

2.1 研究對(duì)象景觀類型確定

針對(duì)渾善達(dá)克沙地所選典型區(qū)域，在宏觀尺度上分析其景觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在分析前，根據(jù)現(xiàn)有的原始資料（在分辨率為2.5 m 的影像上區(qū)劃的矢量圖形、2004年內(nèi)蒙古自治區(qū)荒漠化和沙化土地監(jiān)測(cè)報(bào)告及其他相關(guān)的信息資料），對(duì)數(shù)據(jù)中20 余項(xiàng)小班因子進(jìn)行篩選，結(jié)合區(qū)域研究目的，以地類為主要研究對(duì)象，最終確定了9 種景觀要素類型：即耕地、有林地、疏林地、灌木林地、其他林地、草地、城鎮(zhèn)居民地、水域和未利用地。之后再對(duì)區(qū)劃出的矢量文件柵格化，并根據(jù)區(qū)劃情況確定每個(gè)柵格大小為30 m×30 m，得到區(qū)域景觀分布圖。之所以將柵格大小定位30 m×30 m，原因在于文件格式對(duì)于邊緣的處理方式不同而導(dǎo)致柵格文件在計(jì)算邊緣參數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差，這種誤差取決于矢量區(qū)劃時(shí)的斑塊邊界分辨率與柵格化時(shí)單位柵格的大小，所以，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定柵格大小為30 m×30 m,這個(gè)單位的柵格所產(chǎn)生的總面積誤差是最小的。然后將該文件輸入FRAGSTATS 中計(jì)算相關(guān)景觀格局指數(shù)，以便下一步的分析。

2.2 景觀指數(shù)選取

FRAGSTATS 是專門(mén)用于分析景觀結(jié)構(gòu)和情況的一款軟件，根據(jù)研究需求選取了能提供較精確計(jì)算結(jié)果的18個(gè)指標(biāo)，其中在斑塊類型級(jí)別上選取了斑塊類型面積（CA）、斑塊類型面積比例（PLAND）；在景觀級(jí)別上選取最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）、斑塊數(shù)（NP）、斑塊密度（PD）、平均斑塊面積（AREA-MN）、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差（AREA—SD)、總邊界長(zhǎng)度（TE）、邊緣密度（ED）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、面積加權(quán)的平均斑塊分維數(shù)(FRAC-AM)、散布與并列指數(shù)(IJI)、斑塊凝聚度（CONESION）、分離度(SPLIT)、聚合度(AI)、景觀豐度（PR）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）等。

3 2003年渾善達(dá)克沙地典型區(qū)域景觀格局分析

在渾善達(dá)克沙地所選典型局部區(qū)域的研究上，結(jié)合歷年的各類調(diào)查及研究資料，在滿足本次研究的基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。在區(qū)劃并細(xì)化的基礎(chǔ)上，參考其他研究資料，最終確定以地類為劃分基礎(chǔ)，以便對(duì)本區(qū)域景觀格局、多樣性（異質(zhì)性）的研究（表1）。典型區(qū)域景觀分布圖見(jiàn)圖1。

表1 景觀分類及劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.1 斑塊特性分析

由表2 可見(jiàn)，從斑塊類型面積（CA）上看，各景觀類型間面積分布不均勻，以草地最大，其次為未利用地，灌木林地和喬木林地面積位居第三、四位（表2）。在該區(qū)域內(nèi)，草地在各景觀類型中所占面積比例最大，是整個(gè)區(qū)域景觀的基底，是區(qū)域中的主體景觀，絕對(duì)控制著該區(qū)域的物質(zhì)流動(dòng)和能量交換。占據(jù)面積第二位的未利用地主體地類是裸沙地，可見(jiàn)景觀中流沙面積較大，是使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)低的主要因素。灌木林地和有林地的CA和PLAND 都僅次于未利用地，因此，該區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)并未完全崩潰或惡化，還有一定的自然恢復(fù)能力。

表2 2003年研究區(qū)域景觀斑塊面積特征表

某種景觀類型的最大拼塊所占景觀面積的比例（LPI）值越大，證明對(duì)應(yīng)的該景觀類型中優(yōu)勢(shì)種或內(nèi)部種的豐富程度越好。由表2可知，草地的LPI值最大，說(shuō)明該區(qū)域的物種主要是生活在草地類型中，這與草地同樣是區(qū)域景觀的基底相符。

草地的平均斑塊面積（AREA-MN）最大，顯示其連通性最好。但未利用地即裸沙地的AREA-MN值僅次于作為基底的草地，說(shuō)明在該區(qū)域范圍內(nèi)，裸沙地也具有一定的連通性，且有些區(qū)域的連續(xù)面積較大，流沙較嚴(yán)重。這里應(yīng)該注意到其他林地和城鎮(zhèn)居民用地這兩種地類的AREA-MN值。同樣是有著人為活動(dòng)的地類，從平均斑塊面積上看差異很大。其原因在于其他林地是以改善和恢復(fù)自然生態(tài)為主要活動(dòng)目的，而城鎮(zhèn)居民用地則是對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)有著極大的破壞作用；另外，該地區(qū)許多的居民是以牧業(yè)為主，所建居民點(diǎn)面積不是很大且極其分散，這同樣也驗(yàn)證了其AREA—MN值小所代表的連通性差的特點(diǎn)。

斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差（AREA-SD)最大的也是草地，表明雖然草地為基底，在區(qū)域內(nèi)廣泛分布，但較大的標(biāo)準(zhǔn)差表明其在局部區(qū)域仍有較小面積的草地分布，說(shuō)明其在面積分布上的不平衡。未利用地的AREA-SD位居第二位，同樣說(shuō)明有大小不同的沙帶或沙丘的存在；相對(duì)的，城鎮(zhèn)居民用地為AREA-SD中最小的，說(shuō)明在該區(qū)域內(nèi)，大多數(shù)居民點(diǎn)的面積分布雖分散但相對(duì)較均衡。

通過(guò)對(duì)比區(qū)域各景觀斑塊的邊界總長(zhǎng)度（TE），草地作為基底其TE 最大，其次分別為喬木林地、未利用地、灌木林地、疏林地等。為了說(shuō)明邊緣效應(yīng)對(duì)生活在斑塊其中的生物的影響，引入邊緣密度（ED）概念。ED為某一景觀類型總邊界長(zhǎng)度與該類型總面積之比。ED 在一定程度上反映了邊緣效應(yīng)的大?。杭丛谝欢娣e的前提下，總邊界長(zhǎng)度越大其形狀越趨近于線性或帶狀，其邊緣效應(yīng)越明顯，同樣表明其破碎程度越高?？梢园l(fā)現(xiàn)草地的ED 值最大，這與其是基底有很大關(guān)系。對(duì)于其他景觀類型，喬木林地的ED 值排在第二位，而其CA 在各景觀類型中僅位居第四，說(shuō)明其邊緣效應(yīng)明顯：即大多數(shù)喬木林地的形狀以帶狀或線性為主。這種形狀的斑塊較易受外界影響，這對(duì)于較依賴穩(wěn)定環(huán)境條件的物種影響較大，有些基本不可能在其內(nèi)部生存或繁衍。因此，這種斑塊內(nèi)基本上以那些對(duì)生境不敏感或邊緣種所占據(jù)。而且，由于帶狀或條狀的斑塊受外界影響較大，因此更易破碎。通過(guò)上述情況可知，未利用地ED也較大，位列區(qū)域景觀類型的第三，理論上說(shuō)單從這一指數(shù)上看這些裸沙地的邊緣效應(yīng)也較大，便于改造。

3.2 斑塊密度特征與形狀分析

表3中顯示區(qū)域景觀類型中喬木林地的斑塊數(shù)（NP）最多，斑塊密度（PD）最大，說(shuō)明兩個(gè)情況：其一，喬木林地破碎程度最高，邊緣效應(yīng)高的非基底的景觀類型更易被外部環(huán)境影響而易破碎。其二，密度大也說(shuō)明喬木林地在區(qū)域單位面積上的斑塊數(shù)量最多，即分布最集中，團(tuán)聚程度最高。在未利用地上，斑塊數(shù)量和斑塊密度均處于中等程度，也就是說(shuō)其破碎化和分布上均一般。結(jié)合上節(jié)所說(shuō)邊緣度相對(duì)較高的情況，說(shuō)明裸沙地中有部分是可以改造或較易改造的。對(duì)于斑塊數(shù)和斑塊密度最低的其他林地而言，其破碎程度最小，但同時(shí)在區(qū)域分布上也最分散。至于耕地也較為分散，在于典型區(qū)域是以牧業(yè)為主的地區(qū)，很多耕地是以生產(chǎn)飼料為主，并不像農(nóng)區(qū)般集中分布。

表3 2003年研究區(qū)域景觀斑塊密度指數(shù)與形狀指數(shù)特征表

景觀形狀指數(shù)（LSI）從一定程度上可以反映該類型斑塊的形狀復(fù)雜程度及與其他斑塊鑲嵌的復(fù)雜程度。區(qū)域內(nèi)喬木林地的LSI 值最大，說(shuō)明該地類的形狀最復(fù)雜，最不規(guī)則。同時(shí)，這種復(fù)雜的形狀也與其周邊其他類型形成復(fù)雜的鑲嵌結(jié)構(gòu)。裸沙地也同樣具有這樣的特征，而其他林地由于以未成林地等人工林地為主，多數(shù)呈較為規(guī)則的形狀，故而其LSI值也最低。

面積加權(quán)的平均斑塊分位數(shù)(FRAC-AM)的生態(tài)意義在于其是反映景觀格局總體特征的重要指標(biāo)，它在一定程度上也反映了人類活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響。一般來(lái)說(shuō)，受人類活動(dòng)干擾小的景觀分?jǐn)?shù)維值高，而受人類活動(dòng)影響大的景觀分?jǐn)?shù)維值低。草地的FRAC-AM 值最大，反映其受到人為干擾最小，草地作為基底，廣泛分布在區(qū)域的每一個(gè)角落，牧區(qū)人口密度相對(duì)低，影響也是相對(duì)較小的。未利用地由于其地表并無(wú)過(guò)多可利用資源，環(huán)境也相對(duì)惡劣，同樣受到的人為干擾較小。FRAC-AM 較小的是水域和其他林地，原因在于多數(shù)居民點(diǎn)或臨時(shí)居民點(diǎn)均靠近水域，自然受到的干擾最大。

3.3 景觀類型聚散性分析

在有關(guān)該地區(qū)景觀類型聚散性的描述中，這里選用散布與并列指數(shù)(IJI)、斑塊凝聚度(COHESION)、分離度(SPLIT)、聚合度(AI)4項(xiàng)指數(shù)進(jìn)行分析。

散布與并列指數(shù)(IJI)是描述景觀空間格局最重要的指標(biāo)之一。IJI 對(duì)那些受到某些自然條件嚴(yán)重制約的生態(tài)系統(tǒng)的分布特征反映顯著。在表4 中，草地的IJI 值最大，表明其幾乎與所有其他類型相接，這與其作為基底有很大關(guān)系。城鎮(zhèn)用地之所以是第二位，這就與該區(qū)域的生態(tài)條件的制約有較大關(guān)系，該地區(qū)大部分處于沙地腹地，自然生態(tài)條件嚴(yán)峻，故而居民點(diǎn)的選址都盡可能以臨近水域、草場(chǎng)、樹(shù)林等主要生態(tài)環(huán)境為依托。排在第三位的未利用地除了有自然因素外，還與人類干預(yù)有較大關(guān)系，很多人工造林等人工措施均針對(duì)沙帶，在沙地外圍建立各種防護(hù)措施，防止沙地的進(jìn)一步蔓延。與此相對(duì)，指數(shù)值最小的其他林地所銜接的類型最少，一般只與草地和沙地銜接。

斑塊凝聚度(COHESION)表示區(qū)域內(nèi)某一景觀類型斑塊的整體情況；分離度(SPLIT)一般表示斑塊間的分離程度或者說(shuō)是同類各斑塊的間距，也在一定程度上表示斑塊的破碎程度。由表4 可知，基底的整體性最好，連通程度也最高，其對(duì)應(yīng)的SPLIT也是最小的；未利用地的整體程度也較高，說(shuō)明在2003年裸沙地是具有一定的連通性的，其對(duì)應(yīng)的分離度也是較小的；其他類型的CONESION 值依次以灌木林地、疏林地、耕地等減小。這里有兩種景觀類型較為特殊即喬木林地和其他林地。按照斑塊凝聚度，喬木林地的連通性較差，但其分離度的值相對(duì)并不高，說(shuō)明喬木林地雖然整體性差，在斑塊間連通性不好，但斑塊間相距較近，即其破碎程度較大。而其他林地的整體性并不很差，但其SPLIT很大，僅次于城鎮(zhèn)用地，表示其破碎程度雖然不大，但斑塊間間距很大，這與其他林地的斑塊數(shù)量很少有關(guān)。

聚合度（AI）指數(shù)反映景觀中不同斑塊類型的非隨機(jī)性或聚集程度。若一個(gè)景觀由許多離散的小斑塊組成，其聚集度的值相對(duì)較小，比如表4中的城鎮(zhèn)用地和喬木林地；當(dāng)景觀中以少數(shù)大斑塊為主或者同一類型斑塊高度鏈接時(shí)，其聚集度的值則相對(duì)較大，如草地。至于水域、未利用地、灌木林地，疏林地等其AI值位于中間的，則表示其有一定的連通性或以較大圖斑為主但在局部區(qū)域也有小面積的圖斑分布。

3.4 景觀多樣性（異質(zhì)性）分析

景觀多樣性的描述中，選用3 個(gè)指數(shù)分別是景觀豐度（PR）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）和香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）。PR 代表的是某一區(qū)域內(nèi)景觀類型的數(shù)量，也就是所劃分地類的數(shù)量。SHDI等于零表示整個(gè)景觀僅由一個(gè)拼塊組成；SHDI 增大，說(shuō)明斑塊類型增加或各斑塊類型在景觀中呈均衡化趨勢(shì)分布。當(dāng)區(qū)域內(nèi)各斑塊類型在面積比例相同時(shí)，指數(shù)值達(dá)到最大。SHEI 和SHDI 一樣，也是比較不同景觀或同一景觀不同時(shí)期多樣性變化的一個(gè)有力手段，而且SHEI還可以從一定程度上反映優(yōu)勢(shì)度的情況，即SHEI 值較小時(shí)優(yōu)勢(shì)度一般較高，可以反映出景觀受到一種或少數(shù)幾種優(yōu)勢(shì)拼塊類型所支配；SHEI趨近1時(shí)優(yōu)勢(shì)度低，說(shuō)明景觀中沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)類型且各拼塊類型在景觀中均勻分布。在表5中，SHEI等于0.38，相對(duì)較小，說(shuō)明區(qū)域內(nèi)受到至少一種主要景觀類型的控制，有明顯的優(yōu)勢(shì)斑塊的存在，這種優(yōu)勢(shì)斑塊就是草地。

表5 景觀多樣性指數(shù)特征表

4 討論與結(jié)論

綜上所述，2003年渾善達(dá)克典型區(qū)域是以草地為基質(zhì)，其他各景觀類型鑲嵌其中。作為基質(zhì)的草地?zé)o論從連通性、整體性、破碎程度均最佳；而喬木林地連通性較差、邊緣效應(yīng)較明顯、破碎程度也較高；未利用地即裸沙地也具有一定的連通性，表示該區(qū)域在2003年時(shí)生態(tài)環(huán)境較惡劣，有進(jìn)一步惡化的可能。而裸沙地有不少斑塊具有一定的邊緣效應(yīng)，易破碎，這一特點(diǎn)有利于對(duì)其進(jìn)行有效的治理。同時(shí)在對(duì)區(qū)域整體和各景觀類型的景觀指數(shù)分析中不難發(fā)現(xiàn)，渾善達(dá)克典型區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)居民用地的面積是以交通用地為主，這是典型的廊道，其密度的大小是各類景觀斑塊的增加的主導(dǎo)因素，也是造成景觀整體破碎程度大小的主要因素之一。

需要注意的是不能簡(jiǎn)單地將破碎度作為衡量一個(gè)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)好壞的唯一標(biāo)準(zhǔn)，還要看該區(qū)域其他的各項(xiàng)指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于有一定人類經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)規(guī)模的區(qū)域而言，一味地追求低破碎度，會(huì)嚴(yán)重限制該區(qū)域的發(fā)展水平。這需要合理布局、規(guī)劃工業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地、耕地及交通用地，科學(xué)的保護(hù)和管理自然生態(tài)體系。對(duì)于已經(jīng)被破壞的區(qū)域，采取多種方式如土地整理、用地置換等，調(diào)整景觀組分、結(jié)構(gòu)和格局。使區(qū)域內(nèi)的生態(tài)與地區(qū)發(fā)展既獨(dú)立又有交織，互相協(xié)調(diào)。

經(jīng)過(guò)本次利用Fragstats 對(duì)典型區(qū)域的試探性分析，通過(guò)引入景觀生態(tài)學(xué)相關(guān)概念作為對(duì)生態(tài)系統(tǒng)變化情況的研究結(jié)果與實(shí)際的調(diào)查結(jié)果基本吻合，這說(shuō)明利用景觀生態(tài)學(xué)有關(guān)指數(shù)的分析、對(duì)比，是可以達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的的。而且這種方法更直觀地表現(xiàn)出各個(gè)地類現(xiàn)狀。如果設(shè)定時(shí)間跨度，還可以從中發(fā)現(xiàn)各個(gè)地類的變化及相互作用，以便更準(zhǔn)確地梳理某一區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，為制定沙化防治、治理方案和生態(tài)建設(shè)方案提供可靠的技術(shù)支持。