全 文 ：岷江上游干旱河谷农林边界影响域的研究*
李丽光1, 2
何兴元1* *
李秀珍1
问青春1, 2
赵永华1, 2
胡志斌1, 2
常
禹1
朱亚平3
( 1 中国科学院沈阳应用生态研究所,沈阳 110016; 2中国科学院研究生院,北京 100039;
3 中国科学院成都生物研究所 ,成都 610041)
摘要
对岷江上游农林边界的影响域进行研究, 以提高该区管理农田和林地的水平. 共调查 3 种类型农
林边界 10条样带,采用移动窗口法对植物多样性的数据进行分析,结果表明, 当窗口宽度达到 6~ 10 时,
SED 曲线的变化趋向稳定,并且在曲线上有一或两个峰值出现. 不同类型边界的影响域是不同的, 但均在
距边界 50 m 内. 各类型边界的影响域多在 12~ 30 m 之间. 6 条林地样带只有 M2 和 M6 样带林地的影响
域被确定, 而 4 条农田样带的影响域均被确定.影响域的大小取决于边界两侧斑块类型和地形以及小气候
等因子, 但坡向对其影响不大;移动窗口法能有效地刻画边界动态,是一种分析边界简单而有力的工具 .这
些结果有利于进一步理解干旱河谷区农林间的相互作用.
关键词
边界效应
边界
移动窗口法
影响域
文章编号
1001- 9332( 2004) 10- 1804- 05
中图分类号
Q149
文献标识码
A
Depth of edge inf luence on agriculture
f orestry boundary in arid valley of upper reaches of Minjiang River,
China. L I L iguang1, 2 , HE Xingyuan1 , L I Xiuzhen1, WEN Qingchun1, 2, ZHAO Yonghua1, 2 , HU Zhibin1, 2 ,
CHANG Yu1, ZHU Yaping3 ( 1 I nstitute of App lied Ecology , Chinese A cademy of Sciences , Shenyang 110016,
China; 2Graduate School of Chinese A cademy of Sciences , Beij ing 100039, China; 3Chengdu Institute of Biol

ogy , Chinese A cademy of Sciemces, Chengdu 610041, China ) .
Chin. J . A pp l. Ecol. , 2004, 15( 10) : 1804~
1808.
By using moving split
window techniques ( MSWT) , this study estimated how far the edge effects penetrated the
forest and agr icultur al fields in the arid valley of upper reaches of M injiang River , southwestern China. Its aim
was to provide general information on vegetation along edge to inter ior gradients in order to assist in interpreta

tion and prediction of biological phenomena associated w ith agr icultur e
forestry boundary, and to improve cur rent
management practices in such areas. T hree t ypes o f boundar ies ( 10 transects) w ere investigated and sampled.
The results showed that when the window w idth reached 6~ 10, the change o f the SED curve on the gr aph tend

ed to become stable, and one or two peaks occur red. T he depth of edge influence w as clearly different for different
types of boundaries, and could be estimated within 50 m from the edge to interior . T he depth of edge influence
( DEI) on vegetation diversit y almost varied betw een 12~ 30 m, mainly depending on the patch t ype, topography
and micr oclimate, but seldom on slope orientation. O f the 6 forest tr ansects in the thr ee types of boundaries, the
DEI w as detected only in the for est part transects M2 and M6, but almost detectable in the agricultural part o f all
transects. MSWT was considered to be a useful tool for character izing edge dynamics if enough data w as avail

able, and became a simple and powerful technique for analyzing t he boundary . The results w ill provide fur ther
know ledge for understanding the interact ion betw een for estry and agriculture in t he arid valley.
Key words
Edge effects, Boundar y, Moving split
w indow techniques ( MSWT ) , Dept h of edge influence
( DEI) .
* 国家重点基础研究发展规划资助项目( 2002CB111506) .
* * 通讯联系人.
2004- 05- 08收稿, 2004- 06- 14接受.
1
引

言
边界是空间异质性地区的重要组分,广泛存在
于各种栖息地和尺度之中[ 4~ 6, 9] , 并且在塑造景观
中扮演着重要角色[ 8, 10] , 这使得边界的研究迅速成
为现代景观生态学研究的一部分[ 14, 34] .由于大多数
林分特征都受边界的影响[ 11] , 因此, 更好地理解边
界效应对于研究和管理森林资源十分重要[ 15, 30] . 在
边界效应的研究中, 对边界影响域的判定研究较多,
有用生物特征指数如树木密度、优势种生长率、树木
死亡率、物种组成和百分覆盖度等对边界影响域进
行判定[ 12, 16, 27, 29] , 也有用非生物特征指数如温度、
湿度和风速等对边界影响域进行判定的[ 10, 26, 28, 31] .
虽然有关边界影响域的研究很多, 但大多数都是在
自然保护区或集中管理区进行的, 对林地破碎化程
度较高的以山地特征为主的坡地上的边界研究尚未
见报道.
在众多判定边界的方法中, 移动窗口法被认为
是简单而有力地刻画边界动态的工具. 该方法是经
应 用 生 态 学 报
2004 年 10 月
第 15 卷
第 10 期






























CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Oct. 2004, 15( 10)!1804~ 1808
典的一维数值分析方法, 不仅可以用于梯度上的等
距离样点取样, 而且可以用于非等距离梯度样带多
元变量的分析[ 32, 33] . Whit taker[ 39]最早将此方法用
于分析 Siskiyou山沿湿度梯度植被的分布. Ludwig
和 Cornelius[ 24]又将其改进用于土壤和植被梯度非
连续体的确定, 并得到广泛应用[ 9, 33, 38, 40] .
本次研究是在岷江流域进行的, 研究区位于我
国地形第一阶梯(青藏高原)和第二阶梯的交界处,
也是明显的生态过渡区, 具有典型的生态脆弱性和
丰富的生物多样性,因此成为景观生态研究的重要
地区. 诚然, 在该区的研究大多都以生态恢复为
主[ 1, 2, 18, 20, 25, 41] ,很少有研究关注边界.本文的目的
就是对岷江上游农林边界的影响域进行研究, 以提
高该区管理农田和林地的水平, 防止干旱河谷面积
进一步扩大.
2
研究地区与方法
21
研究区概况
岷江流域位于青藏高原向四川盆地的过渡地带( 30∀45#
~ 33∀10#N, 102∀00#~ 104∀00#E) , 都江堰以上称为岷江上
游[ 13] . 岷江上游全长 340 km,全区土地面积 24 741 km2[ 17] ,
包括汶川、理县、茂县、黑水和松潘五县的全部或大部, 以及
成都市所辖都江堰市的小部.这一区域内年降雨量多在 500
mm 以下,其中 5~ 10 月份的降雨量占全年降雨量的 80% ~
90% ,蒸发量在 800 mm 以上, 干燥度在15 以上[ 17, 21, 22, 36] ,
年平均温度为 8 5~ 11 ∃ . 区内新构造运动强烈, 地貌为高
山峡谷,岭谷相对高度 1 500~ 3 000 m [ 23] , 焚风效应显著,
干湿季节分明,山谷风甚强. 全区坡度大于 25∀坡地面积占土
地面积的 62% ,物质不稳定. 土壤为千枚岩残坡积物发育成
的燥褐土和石灰性褐土,土壤水分含量低, 砾石含量高, 养分
缺乏,尤以速效磷缺乏最为严重[ 35] .
22
研究方法
221 实验设计
在研究区内选取 3 种典型的农林边界类
型,各样地基本特征如表 1 所示. 所选样地林地均为人工林,
农田为花椒地或菜田, 经济作物花椒在茂县分布极广. 实验
主要是对各种类型边界两侧景观中植物多样性进行调查. 即
以边界为 0 点,设置两条向林地和农田中各深入 50 m(个别
样地由于地势原因未达到 50 m)的样线, 两条样线间宽度为
5 m,在样带中连续做 2 m % 5 m 的小样方, 共计 50 个, 对小
样方内乔、灌、草进行调查并记录其多度、盖度、高度以及胸
径等.然后根据植物的多度、盖度和高度计算重要值, 以物种
重要值为变量,用移动窗口法分析边界影响域 .
222 分析方法
本文采用移动窗口法对植物多样性数据
进行分析. 该方法是将分割窗平分为两个半窗口, 通过计算
来比较两个半窗口内样点的相异性. 然后, 窗口顺序向后移
动一个样点 ,再计算半窗口间的相异系数, 直到整个样线上
的所有样点都参与计算为止[ 19] , 如图 1 所示. 相异性一般都
采用普遍使用的欧氏距离的平方来计算 ,公式如下:
SED n = m
i= 1
( !X iaw - !X ibw ) 2
式中, n 是两个半窗口的中点或窗口的停顿点, a 和 b 分别为
两个半窗口, w 是窗口的宽度, m 是样点的变量数[ 3, 19] . 然
后, 以 SED 为纵坐标 ,样线位置为横坐标作图, 依据图像斜
率的变化来判断景观边界的状态. 峰值的出现表明此处植被
发生了明显的变化. 本文数据处理用 Microsoft ex cel和自编
QBASE 程序计算.
表 1
各样地基本特征
Table 1 Basic character in each site
样地*
Sample
site
边界类型
Type of boundary
海拔
Altitude
( m)
最大坡度
Max.
slope(∀)
边界方向
Orientation
M1
花椒/油松华山松林
Pinus tabulaef or mis/ P armandi

Zanthoxylum piasez kii
1858 37
北坡
N
M2
花椒 / 油松华山松林
Pinus tabulaef or mis/ P armandi

Zanthoxylum piasez kii
1795 33
西北坡
NW
M3
花椒 / 青冈栎林
Cyclobalanopsis glauca
Zanthoxylum
piasez kii
1788 39
南坡
S
M4
花椒 / 青冈栎林
Cyclobalanopsis glauca
Zanthoxylum
piasez kii
1790 37
南坡
S
M5
菜田 / 阔叶灌木林
Quercus spinosa/ Betula platyphylla

Br assica ole racea var cap itata
2850 32
北坡
N
M6
菜田 / 阔叶灌木林
Quercus spinosa/ Betula platyphylla

Br assica ole racea var cap itata
2763 45
南坡
S
* M1、M2、M3、M4:茂县 Maoxian County, M5、M6:理县 Lixian County.下同 The same below.
图 1
移动窗口分析原理示意图
Fig. 1 Schemat ic diagram for the principle of moving
split w in dow tech

nique.
a和 b分别代表移动分割窗的两个半窗口 a and b represent the semi

w indow s of moving
split window.
3
结果与分析
31
物种分布
由表 2可知, 在干旱河谷区( M1~ M4)、针叶林
( M 1和 M 2)样地的物种数量比阔叶灌木林( M 3 和
M4)的高.但不同阔叶灌木林样地比较,较湿润地区
( M 5和 M6)的样地物种数量比干旱区( M3 和 M4)的
高.各样地农田部分( M1~ M4)的物种数量没有明
显的不同,其中样地 M2 农田部分的物种数量较低,
这可能是由于 M2 样地林地的坡度较小( < 15∀) ,农
田从林地中获得的水分和养分较少的原故.在所有
的样带中,草本物种的数量在各样地林地中占 60%
~ 70% ,在农田中占 75% ~ 80%.
32
边界影响域
321 农田针叶林边界
M1 样地农田部分调查的
180510 期











李丽光等: 岷江上游干旱河谷农林边界影响域的研究











表 2
各样地物种数量和主要物种分布表
Table 2 Number of species and main species presented in each transect
样地
Sampling
s ite
物种数(林/农)
Number of species
( forest/ field)
主要物种Main species
林地 Forest land 农田 Farmland
M 1 80/ 71 油松Pinus tabulaef ormis华山松 Pinus armandi
平枝 子 Cotoneaster horizontalis
铁杆蒿 Artemisia gmelinii
唐松草 Thalictrum aquilegif olium
大火草 Anemone tomentosa
花椒 Zanthoxylum piasezkii
铁杆蒿 Artemisia gmelinii
糙叶黄芪 Astragalus scaberrimus
繁缕 Stellaria media
M 2 71/ 61 油松 pinus tabulaef ormis
华山松 pinus armandi
川甘亚菊 Ajania potaninii
虎榛子 Ostryopsis davidiana
火绒草 Leontopodium franchetii
铁杆蒿 Artemisia gmelinii
花椒 Zanthoxylum piasezkii
铁杆蒿 Artemisia gmelinii
亚菊 Ajania potaninii
苦卖菜 Ixeris denticulate
千里光 Senecio scandens
M 3 52/ 75 青冈栎 Cyclobalanopsis glauca虎榛子 Ostryopsis davidiana
胡枝子 Lespedeza bicolo
川溲疏 Deutzia setchuenensis
唐松草 Thalictrum aquilegif olium
花椒 Zanthoxylum piasezkii
铁杆蒿 Artemisia gmelinii
亚菊 Ajania potaninii
白茅 Imperata cylinderica
M 4 46/ 80 青冈栎 Cyclobalanopsis glauca杭子梢 Capylotropis macrocarpa
虎榛子 Ostryopsis davidiana
川溲疏 Deutzia setchuenensis
千里光 Senecioscandens
唐松草 Thalictrum aquilegif olium
花椒 Zanthoxylum piasezkii
虎榛子 Ostryopsis davidiana
多苞蔷薇 Rosamultibracteata
铁杆蒿 Artemisia gmelinii
糙叶黄芪 Astragalus scaberrimus
M 5 70/ - 高山珍珠梅 Sorbaria arborea铁杆蒿 Artemisia gmelinii
唐松草 Thalictrum aquilegif olium
大火草 Anemone tomentosa
独活Heracleum helmsleyanum
-
M 6 70/ - 刺叶栎 Quercus spinosa
白桦Betula platyphylla
胡枝子 Lespedeza bicolor
唐松草 Thalictrum aquilegif olium
歪头菜 Vicia unijuba
-
植物数据用移动窗口法进行分析, 结果表明, 当窗口
宽度达到 8时, 曲线的变化趋向稳定, 在距边界 18
m处有一个明显的峰值出现(图 2a) , 说明在此处植
被发生了明显的变化,因此,边界的影响域为 18 m;
而 M1 样地林地部分的调查分析表明, 随着窗口移
动,没有明显而稳定的峰值出现,说明 M1 林地中植
被的相似性较大,各取样点间植被无明显差异.同样
由图 2b 看出, 在 M 2 样地的林地和农田中, 当窗口
宽度为 6或 8时,曲线趋向稳定,有一或两个峰值出
现.
值得一提是, M2 样地的林地部分, 在距边界 22
m和 36m 处各有一个峰值出现. 这可能是由于在林
地0~ 40 m 内,林木稀疏, 40~ 50 m 内为均质油松
林,这使得此样地 40 m 处为一特殊&边界∋,由于该
&边界∋的存在, 使光、温和湿度等小气候条件发生变
化,进而影响植被的生长条件.当然,地形也是重要
影响因子[ 28] . 在所有样地中, 只有 M 2 林地中的坡
度< 15∀.这也是促使曲线出现双峰的原因. 此外, 坡
向对边界影响域的大小也有影响[ 29, 37] , 但在 M 1 和
M 2 两个样地中,坡向的影响不明显.
林地与农田比较,农田的影响域更易确定. M1
图 2
不同样地边界影响域
Fig. 2 Depth of edge inf luence in dif ferent t ransects.
A:农田 Farmlan d( a, c, d:窗口宽度= 8 Window width= 8) ; B:林地
Forest land(b:窗口宽度= 6 Window w idth= 6, e:窗口宽度= 4 W in

dow width= 4) .
和 M 2 两个样地农田的影响域均被确定, 但林地影
响域只有 M 2样地的被确定. Cadenasso[ 7]等认为,多
年形成的农林边界, 农田一侧的变化更为剧烈. 因
此,农田边界的影响域更易确定.
322 农田阔叶林边界
从图 2c可知,当窗口宽度
为 8时, 曲线趋向稳定,在距边界 18 m 处有一峰值
出现, 26 m 处的欧氏距离值也较大,说明此处也有
较大的变化,但峰值不如18 m处的明显. 因此, 我们
认为在 M3 样地农田边界的影响域为 18 m.同样,由
图 2d可知,从边界到农田 12 m 为 M4 农田边界的
影响域. M3 和 M4 样地林地部分的影响域用移动窗
口法难以确定.
323 菜田阔叶林边界
同上所述, 由图 2e 可知
M6 林地的边界影响域为 6 m. M5 样地林地部分在
30~ 34 m 处东侧有一菜田, 对植物多样性有影响.
由于这些影响,该边界的影响域无法确定.两个样地
农田部分由于种植的为蔬菜,农民为了提高菜田产
量,将其中的杂草等全部拔除,致使植物多样性无法
调查.
4
讨

论
不同类型边界的影响域是不同的, 但均在距边
界 50 m 内. 6条林地样带, 只有两条( M2 和 M6)样
带的影响域被确定,其它样带的影响域无法确定.一
般来讲,林地的边界影响域是很容易确定的,但在本
1806



















应
用
生
态
学
报

















15 卷
研究区出现难以确定的情况, 这可能与该区特殊的
地形和小气候有关. 因此,研究干旱河谷区边界影响
域,一定要考虑当地特殊的自然条件.
大多数有关边界影响域的研究都是以林地斑块
为主的,很少有关注农田的.当然,农田由于人为干
扰太强,边界影响域难以确定.但在我们的研究中,
农田种植的为花椒, 因其具有耐旱、耐贫瘠的特点,
所以种植后基本上不再施肥, 使农田受干扰的程度
大大下降,这使得农田边界影响域的确定成为可能.
尽管农田边界的影响域能确定, 但干扰的存在还是
有一定影响,突出表现为各样点间差异不是很大, 致
使曲线上的峰值不是十分明显.
本次研究中, 面西北坡的林地边界影响域能达
到 22 m,面南的边界影响域为 6 m. 然而,其它林地
样带,包括两个面南的样线,两个面北的样线, 影响
域均未能确定. 农田边界的影响域尽管均被确定, 但
不同坡向没有明显不同. 研究表明,面南的边界影响
域要比面北的大些,而面东或面西的边界界于二者
之间[ 29, 37] . 但本研究区没有类似规律, 这可能也是
该地区特殊的地形和小气候的原因造成的.
边界影响域在时空上是动态的. 对多时空尺度
进行研究以及进行尺度推绎, 或是将时间动态与边
界结构和功能的研究相结合, 都将成为未来研究的
方向[ 5, 10] .此外,创建不同类型边界影响域的模型,
以便准确地判定边界的影响域,也具有重要的意义.
当然,在干旱河谷区不同类型的边界研究中, 除了对
植物的研究,动物和微生物对边界的影响及响应的
研究也是不容忽视的. 所有这些都将有助于防止干
旱河谷进一步扩大.
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作者简介
李丽光, 女, 1973 年生,在读博士, 主要从事植物
生态学和景观生态学研究, 发表论文 2 篇. T el: 024

83970349; E
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