全 文 ：武夷山景区主要景观类型斑块大小分布规律
及其等级尺度效应分析 3
何东进1 　洪　伟1 3 3 　胡海清2 　吴承祯1
(1 福建农林大学 ,南平 353001 ;2 东北林业大学 ,哈尔滨 150040)
【摘要】　以武夷山风景名胜区为研究对象 ,运用景观分类生态原则和群落生态学原则 ,将武夷山风景名胜
区划分为 10 类景观类型 ,并提取各类型斑块的面积、周长、数量等信息. 在此基础上 ,运用正态分布、对数
正态分布、Weibull 分布、Г2分布、Bata2分布及负指数分布等 6 个常见的概率分布 ,分别在 3 种等级划分条
件下 ,对各景观类型斑块大小分布规律进行研究. 结果表明 ,多数斑块大小服从对数正态分布 ,少数服从
Г2分布和 Weibull 分布 ,而所有类型的斑块大小均不服从正态分布 ;对于同一景观类型而言 ,不同划分等级
对其斑块大小的分布规律产生一定的影响 ,即斑块大小分布存在着等级效应 ,其中以 b 等级划分相对比较
理想 ;对不同的景观类型而言 ,斑块大小分布规律依类型的不同而存在差异 ,而且就整个景区所有斑块大
小分布来说 ,尚未有一种概率分布能理想地加以刻画 ;由具有相同分布规律的不同景观类型的斑块构成的
整体 ,其斑块大小分布规律基本保持不变 ,而由不同分布规律的不同景观类型的斑块构成的整体 ,其斑块
大小分布规律发生变化.
关键词 　武夷山风景名胜区 　景观类型 　斑块大小 　概率分布
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 01 - 0021 - 05 　中图分类号 　Q149 ,S759. 9 　文献标识码 　A
Patch size distribution pattern and its hierarchical effect of main landscape types in the Wuyishan scenery dis2
trict. HE Dongjin1 ,HON G Wei1 ,HU Haiqing2 ,WU Chengzhen1 (1 Fujian A griculture and Forest ry U niversity ,
N anping 353001 , China ;2 Northeast Forest ry U niversity , Harbin 150040 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,
2004 ,15 (1) :21～25.
Based on the principles of landscape ecology and community ecology ,the Wuyishan district was classified into 10
landscape types ,and the patch size distribution of this district was characterized by six types of probability distri2
bution ,including normal ,lognormal , Weibull , Gamma ,Beta and negative exponential. The results showed that
most of patch types could be characterized by lognormal distribution ,a few of them could be characterized by
Gamma or Weibull distribution. Normal distribution was not suitable to characterize the patch size distribution.
For the same type of landscape ,its patch size distribution was not the same under three different classifications ,
which meant that there was a hierarchical effect in the distribution pattern of patch size. Among the three classi2
fications ,the distribution characteristics of patch sizes could be better revealed by the second classification (b) . For
different types of landscape ,the distribution of patch sizes were different . None of the six probability distributions
could characterize the patch size distribution of all the types of landscape or the whole scenery district . The new
patch collective ,which was composed of the two landscape types ,would keep the pattern if the two different
landscape types had the same distribution pattern of patch sizes ,otherwise ,its distribution would change if the
patch sizes distribution of the two landscape types were different .
Key words 　Wuyishan scenery district , Landscape type , Patch size , Probability distribution3 国家“十五”科技攻关项目 (2001BA510B09201) 和福建省自然科学
基金资助项目 (D0310017) .3 3 通讯联系人.
2003 - 03 - 19 收稿 ,2003 - 11 - 16 接受.
1 　引 　　言
斑块系指“不同于周围背景的非线性景观元
素”[3 ] 、“在性质上或表面上与周围环境明显不同的
区域”[2 ,5 ] ,它是景观中最重要也是最基本的组成单
元.许多空间格局和生态过程都由斑块和斑块动态
所决定[9 ] . 斑块大小是研究景观要素特征的主要参
数之一[11 ] ,它影响着景观中的物种动态、潜在环境、
潜在林产品、能量、养分和水流等生态特征与过
程[1 ,2 ,13 ] ,是设计自然保护区时要考虑的重要因
素[4 ,10 ] . 景观中斑块大小分布规律的研究 ,能够为
景观水平的生物多样性保护提供理论依据[6 ] . 但迄
今为止 , 有关景观斑块大小分布规律的研究甚
少[1 ,6 ,7 ] . Mladonoff 等[7 ]曾对受干扰和未受干扰的
森林景观中斑块大小分布进行了比较分析 ;Baskent
等[1 ]则认为群落和生态系统的稳定性或保护可以
通过确定和提供的一个自然分布来达到 ,并认为这
种分布应为负指数分布 ;而刘灿然等[6 ]对北京地区
植被景观中的斑块大小分布特征的研究结果却表
应 用 生 态 学 报 　2004 年 1 月 　第 15 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Jan. 2004 ,15 (1)∶21～25
明 ,只有少数类型的斑块大小服从负指数分布 ,而大
多数类型的斑块大小则服从对数正态分布. 因此 ,刻
画景观斑块大小分布特征的应该是对数正态分布 ,
还是负指数分布 ,抑或还有其它的概率分布 ,急需在
其它研究中进一步证实. 另外 ,前人在研究斑块大小
分布特征时 ,尚未考虑到分组等级尺度问题 ,也就是
不同的等级划分尺度是否影响斑块大小的分布规律
呢 ? 有鉴于此 ,笔者试图以武夷山风景名胜区为研
究对象 ,针对这两个问题进行初步探讨.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
武夷山位于我国福建省西北部 ,117°24′12″～118°02′50″
E ,27°32′36″～27°55′15″N ,总面积 99 975 hm2 ,包括东部自
然与文化景观 (即风景名胜区) 、中部九曲溪生态、西部生物
多样性以及城村闽越王城遗址等 4 个保护区 ,平均海拔
1200 m ,中山地貌 ,属典型的亚热带季风气候 ,年平均气温在
8. 5～18 ℃,年降雨量一般在 1 486～2 150 mm ,局部地方高
达 3 000 mm 以上 ,年蒸发量为 1 000 mm 左右 ,相对湿度
78 %～84 % ,无霜期 253～272 d. 它是全球同纬度带最完整、
最典型、面积最大的中亚热带原生性森林生态系统 ,是世界
生物多样性保护的关键地区. 1987 年加入联合国教科文组
织《人与生物圈计划》,1999 年 12 月被列入《世界文化与自
然遗产名录》,是我国继泰山、黄山、峨眉山2乐山大佛之后第
4 个被列入世界双重遗产名录. 其中武夷山风景名胜区面积
约 7 000 hm2 ,属低山丘陵地域 ,是典型的中亚热带湿润季风
气候. 冬季温暖 ,夏季日温偏高 ,水质达到国家优良标准.
212 　研究方法
21211 景观类型的划分 　依据景观生态分类原则与群落生
态学原则[8 ,12 ] ,以景观外在特征包括 : ①景观的尺度 ; ②景观
嵌块体的特征 ; ③基质的形状、大小和色调等为分类依据 ,并
结合群落生态学原则 ,以外貌、年龄、树种组成等森林群落特
征为依据 ,将武夷山风景名胜区划分为 10 个景观类型 ,即马
尾松林景观 (A) 、杉木林景观 (B) 、经济林景观 (C) 、竹林景观
(D) 、阔叶林景观 ( E) 、茶园景观 ( F) 、农田景观 ( G) 、河流景观
(H) 、居住地景观 ( I) 和裸地景观 (J ) . 在此基础上 ,数字化景
观类型分布图并输入计算机 ,提取各斑块的面积、周长及数
量等基本斑块信息 (表 1) . 另外 ,在讨论河流景观斑块大小
分布特征时系指散布在河流两侧的沙滩景观斑块大小分布
特征.
21212 景观斑块大小等级的划分 　以武夷山风景名胜区各
景观类型斑块平均面积为基本依据 ,确定 3 种斑块大小等级
划分方法 ,即 (a) : ≤0. 5、(0. 5 ,1. 0) 、(1. 0 ,1. 5) 、⋯、(19. 5 ,
20. 0) 、> 20. 0 ,共 41 组 ; (b) : ≤1. 0、(1. 0 ,2. 0) 、(2. 0 ,3. 0) 、
⋯、(19. 0 ,20. 0) 、> 20. 0 ,共 21 组 ; (c) : ≤2. 0、(2. 0 ,4. 0) 、
(4. 0 ,6. 0) 、⋯、(18. 0 ,20. 0) 、> 20. 0 ,共 11 组 ,单位为 hm2 .
21213 景观斑块大小分布的拟合 　对各种划分等级分别统
表 1 　武夷山风景区 10 个景观类型基本特征
Table 1 Basic characteristics of 10 types of landscape in Wuyishan
scenery district
类型
Type
斑块数
Number
of patches
面积
Area
(hm2)
斑块平均面积
Mean patch
size (hm2)
周长
Perimeter
(km)
斑块平均周长
Mean patch
perimeter (km)
A 100 4197. 1238 41. 9712 394. 944 3. 9494
B 23 118. 6566 5. 1590 22. 894 0. 9954
C 30 142. 9989 4. 7666 30. 192 1. 0064
D 12 70. 6802 5. 9801 12. 573 1. 0478
E 20 193. 0653 9. 6533 29. 346 1. 4673
F 172 816. 6246 4. 7411 196. 237 1. 1409
G 99 901. 4665 9. 1057 202. 082 2. 0412
H 31 169. 4873 5. 4673 35. 789 1. 1545
I 62 126. 0546 2. 0331 34. 802 0. 5613
J 9 61. 3056 6. 8117 12. 458 1. 3842
A :马尾松林 Pinus massoniana forest , B : 杉木林 Cunninghamia
lanceolata forest , C :经济林 Economic forest ,D :竹林 Bamboo forest ,
E :阔叶林 Broad2leaved forest ,F :茶园 Camellia sinensis plantation , G:
农田 Farmland ,H :河流 River , I :居住地 Residential area ,J :裸地 Bare
land. 下同 The same below.
计各组的斑块数量 ,计算斑块大小分布 (各组的斑块数/ 总斑
块数)及斑块面积分布 (各组的斑块面积之和/ 总的斑块面
积) [6 ] ,并根据斑块大小分布与斑块面积分布情况 ,运用 6 种
常见的概率分布 :正态分布、对数正态分布、Weibull 分布、Г2
分布、Bata2分布及负指数分布分别对 3 种等级划分下各景观
类型斑块分布规律进行拟合 ,其中 ,分布的适合性检验均采
用χ2 检验.
3 　结果与分析
311 　不同等级划分下斑块大小和斑块面积分布
　　从表 1 可以看出 ,武夷山风景名胜区各景观类
型斑块数量差异很大 ,其中 ,斑块数量最多的是茶园
F (172 块) ,最少的是裸地 J (仅 9 块) . 根据统计学中
分布假设检验理论对样本数量的要求 ,本文从 10 个
景观类型中选取斑块数 ≥30 的景观类型作为探讨
景观斑块大小分布规律的对象 ,包括马尾松林 A、经
济林 C、茶园 F、农田 G、沙滩 H 及居住地 I ,另外 ,将
景区中所有斑块 (共 558 块)合在一起作为一种类型
(记为 K) ,以探讨一般景观斑块的大小分布规律. 各
类型斑块大小分布与斑块面积分布见图 1 和图 2.
　　结果表明 ,不论在哪一种等级划分下 ,各景观类
型的斑块大小分布与斑块面积分布均不呈对称分
布. 总的来说 ,各类型的斑块大小分布格局是小斑块
( < 3. 0hm2)最多 ,其次是斑块面积 > 20. 0hm2 ,而中
等大小斑块数量最少 ,即呈两头多、中间少的分布格
局. 从面积分布来看 ,武夷山风景名胜区各类型基本
上均由少数大斑块占绝对优势 ,即由少数大斑块控
制了同一类型的相当大的比例 ,这与武夷山风景名
胜区森林景观多为天然林景观 ,其斑块面积普遍较
大 ,以及风景区长期受到有效保护密切相关. 在 10
种景观类型中 ,茶园 ( F) 与居住地 ( I) 两种景观类型
22 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
图 1 　不同等级划分下各景观类型斑块大小分布
Fig. 1 Patch size distribution of various landscape types under different
class.
A :马尾松林 Pinus massoniana forest ,C :经济林 Economic forest , F :
茶园 Camellia sinensis plantation , G:农田 Farmland , H :河流 River , I :
居住地 Residential area , K:由所有斑块构成的新类型 New type com2
posed of all patches. 下同 The same below.
的中等大小斑块面积占一定比例 ,究其原因 ,居住地
景观与茶园景观是武夷山风景区的 10 种景观类型
中 ,受人类干扰最为明显的 2 类景观 ,居住地景观主
要由居民住宅、散布在景区中的自然村、茶叶加工
厂、小农场等构成 ,因此 ,通常面积较小 ,这从居住地
斑块大小分布也可以得到证实 ;茶园是武夷山风景
名胜区面积占第 3 优势的景观类型 (除马尾松林、农
田景观外) ,也是风景区居民主要生活来源之一 ,不
仅数量最多、面积较大 ,而且在景区分布极为广泛 ,
其中纯茶园主要分布在远离村落或海拔较高的地
段 ,其它套种农作物的茶园则一般分布在村落附近 ,
因此 ,斑块面积通常较小. 另外 ,从图 1 与图 2 还可
以发现 ,马尾松林景观无论是数量还是面积均是大
斑块占优势 ,这与武夷山风景名胜区是以天然马尾
松林为基质景观的景观格局相吻合.
312 　不同等级划分下斑块大小分布规律
　　为进一步揭示斑块分布规律 ,运用 6 种常见概
率分布 :正态分布、对数正态分布、Weibull 分布、Г2
分布、Bata2分布及负指数分布分别对 3 种等级下各
景观类型斑块分布规律进行拟合 ,结果列表 2.
　　表 2 结果表明 ,所有类型的斑块大小分布均不
图 2 　不同等级划分下各景观类型斑块面积分布
Fig. 2 Patch area distribution of various landscape types under different
class.
表 2 　不同划分等级下各景观类型斑块大小分布拟合结果
Table 2 Results of patch size distribution of various types under three
different classes
类型 Type
A C F G H I K
正态分布 a e e e e e e e
Normal distribution b e e e e e e e
c e e e e e e e
对数正态分布 a n n v n n n e
Lognormal distribution b n n v v n n e
c n n e e e v e
Weibull 分布 a n n e v n e e
Weibull distribution b e n e e n e e
c e e e e e e e
Г2分布 a e v e e e e e
Gamma distribution b e n e e e e e
c e n e e e e e
Bata2分布 a e n e v n n e
Bata distribution b e n e v n e e
c e n e e n e e
负指数分布 a e v e e e e e
Negative exponential b e n e e e e e
distribution c e n e e e e e
K:由所有斑块构成的新类型 New type composed of all patches. a、b、c
表示 3 种划分等级 ;e 和 v 分别表示在 0. 01 和 0. 05 二个显著性水平
下有显著差异 ;n 表示在显著水平 0. 1 下无显著差异. a ,b and c stand
for three different classes ;e and v indicate significant difference at signif2
icant level 0. 01 and 0. 05 ,respectively ;n indicates no significant at sig2
nificance level 0. 1. 下同 The same below.
服从正态分布 ,即斑块大小分布是不对称的 ,这与前
面的结果是相吻合的. 从其它 5 个概率分布的拟合
结果来看 ,斑块大小分布遵从对数正态分布的类型
最多 ,除类型 F 与类型 K 外 ,其余 5 种类型皆有服
321 期 　　　　　　　　何东进等 :武夷山景区主要景观类型斑块大小分布规律及其等级尺度效应分析 　　　　　　　　　　　
从对数正态分布的现象 ;其次是 Г2分布与 Weibull
分布 ,在 7 种类型 3 种划分等级下 ,出现 5～6 次服
从 Г2分布或 Weibull 分布现象 ;而 Bata2分布与负指
数分布的吻合最差 ,仅出现 2 次 ,该结果表明了对数
正态分布与负指数分布相比较 ,更能刻画斑块大小
分布特征 ,从而证实了刘灿然等[7 ]的研究结果. 尽
管如此 ,仍有一些类型的斑块大小分布不服从 6 种
概率分布中的任一种 ,如茶园 F. 表 2 的结果还显示
了等级对景观斑块大小分布规律的影响 ,即景观斑
块大小存在着等级效应 ,但是 ,这种影响的规律性不
明显. 随着从 a 到 c 等级划分尺度的增大 ,有基本上
不产生影响的 ,如类型 A、类型 F 与类型 K;有随着
等级尺度的扩大而导致原有的分布规律性减弱或消
失的 ,如类型 G、类型 H 与类型 I ;亦有随等级尺度
的扩大而使分布具有规律性的 ,如类型 C ,在 a 等级
下 ,并不服从 Г2分布与负指数分布 ,但是在 b、c 等级
下却均服从这 2 个概率分布. 可见 ,不同的等级划分
方法对于斑块大小分布规律存在着影响 ,但其影响
机理从表 2 的结果中尚不能得到有效地揭示 ,这还
有待于在其它的研究中进一步验证核实. 通过对表
2 中 3 种等级尺度下的 7 种类型拟合结果两两比
较 ,出现差异的 a 与 b 之间为 6 次 ,b 与 c 之间为 7
次、而 a 与 c 之间达到 12 次 ,因此 ,从本研究看 ,以 b
等级的划分方法比较理想 ,亦即在研究景观斑块大
小分布特征时 ,应以适中的等级尺度为佳.
表 3 　b划分等级下不同景观类型组合后斑块大小分布拟合结果
Table 3 Results of patch size distribution of new patches collectives
composed by different landscape types under class ( b)
类型 Type
AC AF AG AH AI CF CG CH CI FG FH FI GH GI HI
正态分布 Normal distribution e e e e e e e e e e e e e e e
对数正态分布 Lognormal distribution n e e v v v v n n e v e v e n
Weibull分布 Weibull distribution e e e e e e e v e e e e e e e
Г2分布 Gamma distribution e e e e e e e e e e e e e e e
Bata2分布Bata distribution e e e e e e v n v e e e v e v
负指数分布 Negative exponential e e e e e e e e e e e e e e e
distribution
　　另外 ,从表 2 还发现 ,类型 K 不服从任何概率
分布 ,类型 K是由整个风景区所有类型斑块构成的
具有广泛意义的一般性斑块整体 ,该结果表明了同
一景观类型斑块可能具有某种规律 (即遵从某一个
概率分布) ,但是 ,当不同类型的斑块聚集在一起时 ,
由于类型之间的复杂关系可能导致了原有类型所拥
有的斑块大小分布规律性发生变化或消失 ,从而使
新的斑块整体不服从任何分布. 为了进一步证实这
一点 ,本文以等级尺度 b 为例 ,对表 2 中除类型 K
外的 6 种景观类型两两组合 ,用 6 种概率分布再进
行拟合 (表 3) . 从表 3 可知 ,由具有相同斑块大小分
布规律的景观类型构成的斑块集合体 ,其大小分布
规律基本上保持不变. 在本研究中 ,仅类型 C 与类
型 H 在对 Weibull 分布拟合时出现异常情况 ,而其
它所有类型只要它们分布相同 ,组合后的斑块分布
结果均不变 ;而由不同分布规律的景观类型构成的
斑块集合体 ,其大小分布规律将改变或消失. 如经济
林 C 在 b 尺度下除正态分布外 ,均能符合其余 5 个
概率分布 ,但当它与斑块大小分布规律不同的类型
组合在一起时 ,而使其原有的规律性丧失 ,出现显著
或极显著的差异. 可见 ,斑块大小分布规律受景观类
型间关系的影响.
4 　讨 　　论
　　景观斑块大小及其分布规律研究对于自然保护
区的设立、种群及群落动态、生物多样性保护等均具
有积极的影响. 前人在这一方面虽然曾做过研究 ,但
不仅结论相异 ,而且尚未考虑尺度影响问题 ,这正是
笔者开展本项研究的目的. 研究结果表明 ,景观类型
不论斑块大小分布还是斑块面积分布 ,都不呈对称
分布 ,因此 ,所有类型的斑块大小分布均不服从正态
分布. 从所选取的 6 个概率分布来看 ,以对数正态分
布的吻合性最好 ,即对数正态分布是能较好地揭示
斑块大小分布规律的一种概率分布 ,而负指数分布
的吻合性差 ,不能用来刻画斑块大小分布特征.
　　对于同一类型的景观斑块来说 ,其大小分布可
能存在着某种统计规律性 ,但对不同的景观类型而
言 ,如果它们斑块大小分布规律相同 ,那么由它们构
成的斑块集合体将基本上保持其规律性不变 ;如果
它们斑块大小分布规律不相同 ,则其斑块集合体将
改变原有的斑块大小分布规律或丧失原有的规律
性. 就本文所选取的 6 种概率分布而言 ,尚未有 1 种
概率分布能够揭示所有类型的景观斑块大小分布特
征 ,是否存在其它更具普遍性的概率分布 ,抑或由于
不同类型景观之间的复杂关系而使这种规律性难以
存在 ? 这有待于在今后的研究中进一步验证.
　　景观斑块大小分布规律存在着等级效应 ,从本
研究结果来看以适中的划分尺度为佳. 当然 ,如何定
量确定这种“适中的尺度”以及等级尺度怎样影响斑
块大小分布规律 ,这亦值得更为广泛的讨论与研究.
　　尽管目前斑块大小分布 (对很多生态学现象或
生态过程) 的影响还不很清楚[1 ] ,但它至少可以对
景观格局提供一种描述的方法 ,尤其在物种动态、生
物多样性保护等方面提供理论基础 ,对进一步开展
42 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
景观生态管理与规划具有重要的借鉴和参考价值.
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521 期 　　　　　　　　何东进等 :武夷山景区主要景观类型斑块大小分布规律及其等级尺度效应分析