全 文 ：长白山森林景观边界动态变化研究 3
常　禹1 3 3 　布仁仓1 　胡远满1 　徐崇刚1 　王庆礼2
(1 中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016 ;2 中国科学院沈阳分院 ,沈阳 110000)
【摘要】　通过野外调查、遥感和地理信息系统相结合的方法来研究长白山森林景观边界的动态变化规律 ,
并通过相关性分析 ,探讨了长白山森林景观破碎化过程和景观边界指数变化的关系. 首先对遥感影像进行
计算机分类 ,其次 ,构建了描述景观边界的指标体系 ,再次 ,从景观边界的长度、密度、对比度、形状和多样
性 5 个方面 ,对长白山森林景观边界的动态在景观类型尺度和景观尺度上进行分析. 结果表明 ,在 20 多年
的时间内 ,苔原面积减少了 3694. 8 hm2 ,云冷杉林的面积减少了 130482. 03 hm2 ,阔叶红松林面积增加了
41610. 4 hm2 ,岳桦林面积增加了 669. 78 hm2 . 由于森林砍伐和毁林造田以及其它人类活动 (如旅游) 的影
响 ,长白山森林景观的破碎化程度趋于增加 ,景观边界形状趋于复杂. 景观破碎化过程和景观边界指数变
化的相关性分析证实了可以用景观形状指数 (LSI) 、对比度加权边界密度 (CWED) 、边界加权总长度 ( TE2
WGT) 、加权景观形状指数 (LSI2WGT)的变化来指示森林景观的破碎化程度. 景观边界形状指数的大小还
可以用来反映人类活动对景观的影响程度. 最后 ,针对目前长白山森林景观破碎化程度趋于增大的情况 ,
建议采取积极措施 ,防止长白山森林景观的进一步破碎化 ,以便更好地保护天然林.
关键词 　森林景观边界 　长白山 　地理信息系统 　遥感
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 01 - 0015 - 06 　中图分类号 　Q149 　文献标识码 　A
Dynamics of forest landscape boundary at Changbai Mountain. CHAN G Yu1 ,BU Rencang1 , HU Yuanman1 ,
XU Chonggang1 , WAN G Qingli2 (1 Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang
110016 , China ;2 S henyang B ranch of Chinese Academy of Sciences , S henyang 110000 , China) . 2Chin. J .
A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (1) :15～20.
By using Geographic Information System ( GIS) and Remote Sensing ( RS) technology combined with field in2
vestigation and correlation analysis , this study was aimed to explore the dynamics of forest landscape boundary at
Changbai Mountain , and to reveal the relationships among landscape fragmentation and changes of landscape
boundary indices. The results showed that in the last 20 years or so , tundra decreased by 3694. 8 hm2 , spruce
and fir forest reduced by 130482. 03 hm2 , and Korean pine2hardwood and mountain birch forest increased by
41610. 4 hm2 and 669. 78 hm2 , respectively. The forest landscapes at Changbai Mountain tended to be more
fragmented , and the shape of the landscape boundary became more complicated due to timber harvesting , forest
cutting for cropping , and other human activities such as tourism. The changes of landscape shape index (LSI) ,
contrast weighted edge density (CWED) , total weighted edge length ( TE2WGT) and weighted landscape shape
index (LSI2WGT) could be used as good indicators for the degrees of forest landscape fragmentations , which was
approved by correlation analysis among landscape fragmentation and changes of landscape boundary indices. The
degree of human activities on landscape could be reflected by landscape shape index.
Key words 　Forest landscape boundary , Changbai Mountain , GIS , RS.3 国家自然科学基金 (30000025) 、中国科学院引进国外杰出人才项
目“空间直观景观模型”和中国科学院知识创新工程资助项目
( KZCX22SW232023、SCXZD0101 和 SCXZY0102) .3 3 通讯联系人.
2002 - 06 - 28 收稿 ,2002 - 11 - 19 接受.
1 　引 　　言
景观生态学研究的核心内容之一就是研究斑块
或生态系统在空间上的配置 (即景观格局)与生态过
程的关系及其动态变化规律. 景观的动态变化可以
通过格局指数的变化来表达[13 ,17 ] ,景观格局指数已
经有几十个 ,它们分别从不同的角度对景观格局进
行表述 ,并且还处在不断地发展之中. 目前 ,景观格
局的研究主要集中在对班块格局的静态描
述[4 ,8 ,12 ] 、动态变化[6 ,18 ] 、指数间的相关性[14 ,15 ] ,以
及新格局指数的建立[3 ]等方面. 但是 ,对作为景观
重要组成部分的景观边界的研究则较少 ,曾辉等[19 ]
通过边界数量的长度谱分布分析 ,探讨了边界数量2
长度特征与景观和组分碎裂化程度之间的相互关
系 ;根据边界的数量和累积长度计算了景观多样性 ,
均匀度、异质性和空间复杂性 ,并与基于斑块面积比
重的传统格局指数计算结果进行了对比分析. 结果
表明 ,基于边界特征的景观格局指数对于传统的格
局分析方法可以形成有益的补充. 森林景观边界是
森林与环境相互作用的产物 ,是森林与环境耦合动
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)∶15～20
态过程的空间反映 ,是景观的一个重要的组成部分 ,
是一个客观存在的实体 ,具有一定的长度和宽度. 但
是长期以来 ,人们在绘制景观类型图时 ,往往将其缩
减成一条线而被忽略 ;然而景观边界却是高环境异
质性和生物多样性的发生区 ,景观边界动态变化又
可以作为气候变化的良好指示者[7 ,9 ] ,因此 ,景观边
界的研究具有重要的意义. 目前 ,景观边界研究主要
为一些方法性的探讨 [1 ,2 ,5 ,9 ,10 ,16 ] , 实例研究不
多[11 ] ,更缺乏动态研究 ,在我国 ,景观边界动态的研
究尚未见报道. 本研究将通过野外调查、遥感和地理
信息系统相结合的方法来研究长白山森林景观边界
的动态变化规律 ,探讨森林景观破碎化过程与景观
边界指数变化的关系 ,为森林景观的科学管理和天
然林的有效保护提供依据.
2 　研究方法及数据源
211 　遥感数据源
进行动态研究 ,通常采用的方法就是不同时期相关图件
的对比分析. 为此 ,我们收集和购买了长白山地区以天池为
中心的遥感影像数据共 3 景 : MSS 数据 (1975) 、TM 数据
(1985、1997) .
212 　遥感数据的预处理及其几何校正
在进行遥感影像分类时 ,常常首先对遥感影像进行预处
理 ,从中提取尽可能多的有用信息. 遥感影像的预处理一般
包括大气校正、光谱比值、主成分、植被成分、帽状变换、条纹
消除和质地分析等 ,本研究所采用的预处理主要有波段比
值、主成分、帽状变换和条纹消除. 为了对不同时期的遥感影
像在空间上进行配准 ,对遥感数据进行了几何校正 ,在地形
图 (1∶100000) 上选取地面控制点 (49 个) ,利用地理信息系
统软件 (ARC/ INFO) 找出各控制点的高斯2克铝格投影坐
标 ,然后运用遥感图像处理软件 ( ERMAPER5. 5) 分别对 3
个时期的影像数据进行几何校正 ( RMS < 1) ,使它们具有统
一的投影坐标 ,便于以后进行空间分析.
213 　森林景观的计算机分类
为了对遥感影像数据进行监督分类 ,我们于 2000 年 8
月对研究区进行了详细的地面调查 ,在地面调查和前人研究
成果的基础上 ,首先制定了研究区景观分类系统 ,将研究区
分为苔原、岳桦林、云冷杉林、阔叶红松林、山杨白桦林、落叶
松林、疏林、风倒区、采伐地、居民用地、耕地、裸地、水体 13
种景观类型 ;其次 ,采用最大似然法分别对 3 个时期 (1975、
1985、1997)的遥感影像进行计算机监督分类 ,平均精度分别
为 79. 49 %、88. 24 %、90. 87 % ,第三 ,采用 3 ×3 过滤器对
“噪音”进行了消除 ;第四 ,为了满足空间分析的需要 ,分别对
3 个时期的分类结果图进行了矢量化 ,并将其转换为 ARC/
INFO 格式 ,最后 ,由于计算机监督分类形成的景观类型图
的正确率平均只有 80 %左右 ,有许多斑块的分类结果是错
误的 ,为此 ,我们把遥感影像图 (432 波段合成的假彩色影像
图)作背景 ,在 ARCV IEW3. 1 的支持下 ,进行了人机交互解
译 ,对错误的分类斑块进行了纠正 ,提高了分类精度.
214 　景观边界指标体系的构建
本研究中 ,景观边界指标体系依据 FRA GSTA TS 3 ARC
来建立 ,景观边界指标体系涉及 3 个空间尺度 :斑块、景观类
别和景观 ,分为边界指标、形状指标和多样性指标三大类 ,边
界指标用来描述景观的空间配置 ;形状指标用来说明景观边
界形状的复杂性 ;多样性指标则指示景观边界的多样化. 边
界指标主要有 :斑块边界对比度指数 ( Edge contrast index)
( %) ED GECON ,边界总长度 ( Total edge length) TE ,边界加
权总长度 ( Total weighted edge length) TE- WGT ,边界密度
(Edge density) (m/ hm2 ) ED ,对比度加权边界密度 (Contrast
weighted edge density) ( m/ hm2 ) CWED ,总边界对比度指数
( Total edge contrast index) ( %) TECI ,平均边界对比度指数
(Mean edge contrast index) ( %) MECI ,面积加权的平均边界
对比度指数 (Area2weighted mean edge contrast index) ( %)
AWMECI ;形状指数主要有 :斑块形状指数 ( Patch shape in2
dex) SHAPE ,斑块分数维 ( Patch fractal dimension) FRACT ,景
观形状指数 (Landscape shape index) LSI , 平均形状指数
(Mean shape index) MSI ,面积加权的平均形状指数 (Area2
weighted mean shape index) AWMSI ,双对数分数维 (Double
log fractal dimension) DL FD ,平均斑块分数维 ( Mean patch
fractal dimension) MPFD ,面积加权的平均斑块分数维 (Area2
weighted mean patch fractal dimension) AWMPFD ;多样性指
标主要有 :Shannon 多样性指数 ( Shannon’s Diversity Index)
SHDI ,Simpson 多样性指数 (Simpson’s Diversity Index) SIDI ,
修正的 Simpson 多样性指数 ( Modified Simpson’s Diversity
Index) MSIDI.
3 　结果与分析
311 　森林景观类型
　　对长白山遥感影像进行分类 ,得到长白山森林
景观类型图 ,各时期森林景观类型的面积见表 1. 从
主要景观类型的面积来看 ,苔原面积在 20 多年的时
间内减少了 3694. 8hm2 ,其中前 10 年减少了998. 66
hm2 ,后 10 年减少了 2696. 14hm2 . 由于在苔原带不
存在森林砍伐的影响 ,苔原面积减少的原因可能有
两方面 :一是遥感影像的季相差异 ;二是旅游的影
响 ,人类大量践踏 ,使覆盖度较小的苔原变为裸地 ,
这可通过后 10 年裸地面积的增加 (1426. 89hm2) 得
到体现.
　　岳桦的面积在增加 ,其中前 10 年的增加幅度较
大 ,增加了 669. 78 hm2 ,后 10 年的变化不大 ,仅增
加了 35. 01 hm2 ,这与岳桦向苔原的入侵有关 ,有的
学者已经通过岳桦种群年龄结构的分析证实了这一
点[20 ] ,这可能与全球气候变暖有关 ,但是也不能排
除遥感影像季相差异的影响.
61 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
表 1 　长白山森林景观类型面积
Table 1 Area of forest landscape types in Changbai Mountain
景观类型
Landscape
types
编号
Code
1975
面积
Area (hm2) %
1985
面积
Area (hm2) %
1997
面积
Area (hm2) %
苔原 Tundra 10 15811. 973 1. 505 14813. 310 1. 410 12117. 174 1. 154
岳桦林 Mountain birch forest 20 1976. 373 0. 188 2646. 149 0. 252 2681. 158 0. 255
云冷杉林 Spruce and fir forest 30 374114. 963 35. 617 266700. 682 25. 388 243632. 928 23. 198
阔叶红松林 Korean pine2hardwood forest 40 398351. 249 37. 925 446760. 513 42. 528 439961. 645 41. 891
山杨白桦林 Aspen and birch forest 50 46653. 706 4. 442 37906. 522 3. 608 26116. 161 2. 553
落叶松林 Larch forest 60 127754. 682 12. 163 138666. 789 13. 200 127161. 377 12. 108
疏林 Sparse forest 70 28729. 339 2. 735 36369. 278 3. 462 31207. 172 2. 971
风倒区 Windthrow area 80 2378. 856 0. 226 1973. 769 0. 188 1776. 115 0. 169
采伐地 Cut area 90 16791. 174 1. 599 50539. 606 4. 811 92108. 769 8. 77
居民用地 Residential land 100 6768. 787 0. 644 7077. 628 0. 674 9445. 947 0. 899
耕地 Arrable land 110 24830. 073 2. 364 41130. 150 3. 915 55771. 654 5. 31
裸地 Bare land 120 5198. 711 0. 495 4946. 236 0. 471 6373. 127 0. 607
水体 Water body 130 1019. 491 0. 097 969. 770 0. 092 1194. 326 0. 114
　　云冷杉林的面积减少了 130482. 03 hm2 ,主要
是由森林的砍伐造成的. 而阔叶红松林的面积却增
加了 41610. 4hm2 ,主要原因是森林砍伐后 ,在原来
的采伐迹地上营造阔叶红松林的结果.
312 　景观边界动态分析
31211 景观边界的长度 　景观边界动态可以通过景
观边界指数的变化来反映. 景观边界指数的计算由
FRA GSTA TS 3 ARC3. 0. 2 软件来完成. 在具体计
算时 ,有的边界指数需要指定景观边界权重 ,本研究
根据遥感影像分类时 , 景观类型间的分离度
(Sepratability)来确定景观边界的权重见表 2 (各代
码代表的景观类型参见表 1) ,景观边界动态从两个
尺度 (景观类型和整个研究区) 上进行分析 ,景观类
型尺度上的边界指数见表 3 ,景观尺度上的边界指
数见表 4.
　　景观边界长度用各景观类型边界的总长度和加
权总长度来度量 ,在景观类型尺度上 ,总的趋势是景
观边界的长度在逐年增加 ,但是 ,苔原、岳桦和水体
的变化幅度不大 ,只有山杨2白桦林的边界在减少 ,
采伐地的变化幅度最大 ,并且 ,从图 1 和图 2 可以看
表 2 　景观边界间的权重
Table 2 Weighting values bet ween landscape boundaries
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
10 0. 7 0. 9 0. 7 0. 5 0. 8 0. 4 0. 3 0. 4 0. 8 0. 2 0. 7 1. 0
20 0. 6 0. 3 0. 1 0. 5 0. 2 0. 1 0. 3 0. 6 0. 2 0. 8 1. 0
30 0. 8 0. 65 0. 1 0. 55 0. 35 0. 7 0. 85 0. 75 0. 95 1. 0
40 0. 2 0. 7 0. 6 0. 4 0. 75 0. 8 0. 7 0. 3 1. 0
50 0. 7 0. 2 0. 2 0. 3 0. 85 0. 2 0. 75 1. 0
60 0. 4 0. 5 0. 8 0. 95 0. 5 0. 8 1. 0
70 0. 2 0. 3 0. 6 0. 2 0. 7 1. 0
80 0. 2 0. 5 0. 1 0. 6 1. 0
90 0. 6 0. 1 0. 1 1. 0
100 0. 2 0. 1 1. 0
110 0. 1 1. 0
120 1. 0
130
出 ,这两个指数间存在着较高的相关性 ;在景观尺度
上 ,景观边界的总长度和加权总长度也呈现上升的
趋势 ,1975、1985 和 1997 年景观边界的总长度分别
为 16331. 495、21427. 563 和 24953. 506km ,景观边
界的加权总长度分别为 10299. 144、13261. 286 和
15595. 808km. 因此 ,无论从景观类型尺度 ,还是从
景观尺度都说明长白山森林景观边界长度的变化趋
势是逐年增加的 ,说明长白山森林景观的破碎化程
度在逐渐加大.
31212 景观边界的密度 　景观边界的密度可以用边
界密度和加权边界密度来度量. 在景观类型尺度上 ,
景观边界密度的变化趋势和景观边界长度的变化趋
势相似 (图 3 和图 4) ;在景观尺度上 ,两个指数都在
增加 , 75、85、97 的边界密度分别为 15. 548、20. 397
和 23. 76 ,加权边界密度分别为 9. 805、12. 624 和
14. 85. 因此 ,无论从景观类型尺度 ,还是从景观尺
度 ,长白山森林景观边界密度的变化趋势是逐年增
加 ,说明长白山森林景观破碎化程度的提高.
31213 景观边界的对比度 　景观边界的对比度 ,可
以用总边界对比度指数 ( TECI) 、平均边界对比度指
数 ( MECI) 和面积加权的平均边界对比度指数
(AWMECI) 来度量. 从表 3 可以看出 ,在景观类型
尺度上 ,苔原、岳桦、云冷杉、山杨2白桦、居民用地和
耕地的 3 种对比度指数均有不同程度的减少 ,水体
的对比度指数几乎没有变化 ,其余景观类型的对比
度指数没有明显的变化规律 ;在景观尺度上 ,平均边
界对比度指数在增加 ,面积加权的平均边界对比度
指数在减少 ,但是变化的幅度都很小 ,总边界对比度
指数无明显变化规律 (表 4) . 此外 ,这 3 个指数间也
存在较明显的线性相关性.
31214 景观边界的形状 　景观边界的形状可用景观
形状指数 (L SI) 、加权景观形状指数 (L SI- W GT) 、平
711 期 　　　　　　　　　　　　　常 　禹等 :长白山森林景观边界动态变化研究 　　　　　　
表 3 　景观类型尺度上的边界指标
Table 3 Boundary indices on the scale of landscape type
年代 代码 MECI AWMECI MSI AWMSI MPFD AWMPFD TE ED TE2WGT CWED TECI L SI L SI2WGT
1975 10 76. 925 77. 16 1. 927 7. 69 1. 279 1. 346 399476. 5 0. 38 308251. 652 0. 293 77. 164 8. 962 6. 915
20 68. 7 66. 9 3. 14 5. 361 1. 325 1. 356 105149. 337 0. 1 70506. 228 0. 067 67. 053 6. 672 4. 474
30 67. 733 66. 56 1. 682 18. 207 1. 29 1. 284 10220517. 41 9. 73 7036336. 134 6. 699 68. 845 47. 137 32. 452
40 67. 289 63. 95 1. 67 24. 482 1. 292 1. 339 11571844. 4 11. 017 7803572. 993 7. 429 67. 436 51. 721 34. 878
50 38. 845 37. 49 1. 665 2. 798 1. 292 1. 21 3526695. 447 3. 358 1374687. 306 1. 309 38. 979 46. 06 17. 954
60 30. 743 43. 09 2. 971 10. 082 1. 292 1. 355 2054737. 091 1. 956 863669. 89 0. 822 42. 033 16. 217 6. 816
70 53. 883 54. 22 1. 708 2. 55 1. 282 1. 265 1548584. 772 1. 474 846077. 242 0. 805 54. 636 25. 773 14. 081
80 35 35 1. 57 1. 58 1. 21 1. 211 38558. 949 0. 037 13495. 632 0. 013 35 2. 23 0. 781
90 68. 116 68. 85 1. 608 2. 258 1. 283 1. 286 1293425. 467 1. 231 895675. 304 0. 853 69. 248 28. 158 19. 499
100 77. 656 81. 41 1. 478 2. 098 1. 301 1. 284 591636. 248 0. 563 479074. 147 0. 456 80. 974 20. 286 16. 426
110 64. 202 66. 43 1. 973 5. 351 1. 29 1. 338 1125782. 79 1. 072 768609. 824 0. 732 68. 273 20. 154 13. 76
120 67. 845 71. 49 1. 911 4. 162 1. 275 1. 316 166973. 597 0. 159 118663. 196 0. 113 71. 067 6. 533 4. 643
130 100 100 1. 46 1. 516 1. 23 1. 211 19608. 659 0. 019 19608. 659 0. 019 100 1. 732 1. 732
1985 10 75. 030 75. 750 2. 026 11. 458 1. 311 1. 396 582980. 959 0. 555 441004. 488 0. 420 75. 646 13. 512 10. 221
20 64. 995 65. 740 2. 129 4. 859 1. 350 1. 347 168755. 158 0. 161 110817. 328 0. 105 65. 668 9. 254 6. 077
30 63. 394 65. 720 1. 878 15. 555 1. 310 1. 300 9442689. 372 8. 989 6229589. 670 5. 930 65. 973 51. 580 34. 028
40 67. 990 61. 980 1. 879 43. 669 1. 319 1. 395 15877191. 804 15. 114 10482909. 544 9. 979 66. 025 67. 009 44. 242
50 30. 513 26. 410 1. 974 3. 877 1. 320 1. 255 3366885. 371 3. 205 960781. 472 0. 915 28. 536 48. 783 13. 921
60 46. 966 43. 420 2. 457 21. 305 1. 344 1. 406 3015660. 118 2. 871 1317183. 160 1. 254 43. 678 22. 845 9. 978
70 56. 283 56. 600 2. 174 6. 777 1. 318 1. 347 2225123. 178 2. 118 1256799. 451 1. 196 56. 482 32. 914 18. 591
80 35. 043 35. 130 2. 580 4. 559 1. 310 1. 329 75403. 875 0. 072 26484. 434 0. 025 35. 123 4. 788 1. 682
90 71. 975 73. 350 1. 799 3. 884 1. 310 1. 188 4720666. 245 4. 494 3444254. 078 3. 279 72. 961 59. 236 43. 219
100 68. 431 70. 520 1. 706 2. 384 1. 313 1. 302 826517. 870 0. 787 588135. 431 0. 560 71. 158 27. 714 19. 721
110 59. 670 64. 310 2. 055 10. 083 1. 318 1. 358 2213580. 607 2. 107 1418886. 557 1. 351 64. 099 30. 790 19. 736
120 67. 032 71. 100 1. 929 6. 338 1. 328 1. 368 316236. 117 0. 301 222292. 197 0. 212 70. 293 12. 684 8. 916
130 100. 000 99. 990 1. 450 1. 527 1. 268 1. 213 23435. 867 0. 022 23435. 867 0. 022 100. 000 2. 123 2. 123
1997 10 73. 916 74. 92 1. 877 9. 407 1. 304 1. 38 592804. 887 0. 564 444264. 528 0. 423 74. 943 15. 192 11. 385
20 64. 986 65. 66 2. 311 6. 41 1. 421 1. 376 172076. 311 0. 164 113247. 117 0. 108 65. 812 9. 375 6. 17
30 59. 156 61. 05 1. 883 17. 768 1. 314 1. 254 11585254. 28 11. 031 7222395. 152 6. 877 62. 341 66. 211 41. 277
40 71. 051 66. 14 1. 889 45. 181 1. 318 1. 382 16946594. 74 16. 136 11743774 11. 182 69. 299 72. 073 49. 945
50 28. 645 25. 07 2. 028 3. 932 1. 319 1. 299 2490905. 582 2. 372 656979. 867 0. 626 26. 375 42. 911 11. 318
60 28. 293 35. 03 2. 24 27. 714 1. 317 1. 434 3743849. 772 3. 565 1309430. 415 1. 247 34. 976 29. 617 10. 359
70 54. 362 55. 24 2. 113 6. 356 1. 315 1. 335 1893669. 369 1. 803 1048600. 873 0. 998 55. 374 30. 239 16. 745
80 33. 66 33. 44 2. 647 4. 073 1. 318 1. 332 98591. 383 0. 094 32846. 687 0. 031 33. 316 6. 599 2. 199
90 71. 008 71. 62 1. 879 5. 544 1. 31 1. 137 8480282. 992 8. 075 6136156. 556 5. 843 72. 358 78. 824 57. 035
100 66. 411 65. 37 1. 624 2. 646 1. 309 1. 311 983735. 609 0. 937 652901. 245 0. 622 66. 37 28. 553 18. 95
110 53. 768 61. 18 2. 053 8. 207 1. 308 1. 339 2476732. 709 2. 358 1502693. 838 1. 431 60. 672 29. 585 17. 95
120 58. 774 71. 77 2. 133 6. 891 1. 329 1. 374 394402. 962 0. 376 280214. 74 0. 267 71. 048 13. 937 9. 902
130 96. 2 99. 92 1. 848 1. 8 1. 304 1. 241 48111. 426 0. 046 48111. 426 0. 046 100 3. 927 3. 927
表 4 　景观尺度上的边界指标
Table 4 Boundary indices on the scale of landscape
年代 Year
1975 1985 1997
MECI 61. 487 62. 015 62. 585
AWMECI 58. 69 56. 65 56. 29
MSI 1. 674 1. 89 1. 899
AWMSI 17. 407 26. 383 27. 668
MPFD 1. 291 1. 315 1. 314
AWMPFD 1. 199 1. 258 1. 213
SHDI 1. 537 1. 64 1. 685
SIDI 0. 711 0. 731 0. 744
MSIDI 1. 24 1. 312 1. 362
TE 16331495. 33 21427563. 27 24953506. 01
ED 15. 548 20. 397 23. 76
TE- WGT 10299114. 1 13261286. 84 15595808. 22
CWED 9. 805 12. 624 14. 85
TECI 63. 063 61. 889 62. 499
LSI 44. 952 58. 975 68. 688
LSI- WGT 28. 348 36. 499 42. 93
均形状指数 ( MSI) 、面积加权的平均形状指数
(AWMSI) 、平均斑块分维 (MPFD) 和面积加权的平
均斑块分维 (AWMPFD) 来表示. 从表 3 可以看出 ,
在景观类型尺度上 ,除了山杨白桦林、疏林和耕地
外 ,景观形状指数和加权景观形状指数在增加 ,这是
由于山杨白桦林是在阔叶红松林采伐地上景观演替
的结果 ,和耕地一样 ,受人类活动的影响较大 ,因此
其形状指数较小 ,并且这两个指数间也存在着较明
图 1 　景观边界长度动态
Fig. 1 Dynamics of landscape boundary length.
81 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
图 2 　景观加权边界长度动态
Fig. 2 Dynamics of weighted landscape boundary length.
图 3 　景观边界密度动态
Fig. 3 Dynamics of landscape boundary density.
图 4 　景观加权边界密度动态
Fig. 4 Dynamics of weighted landscape boundary density.
显的线性相关性 ,在实际应用中 ,采用其中的一个即
可 ;除了岳桦、苔原、疏林和居住用地外 ,平均形状指
数在增加 ,其它 3 个指数在有的类型上增加 ,有的类
型上减少 ,有的类型上没有明显的变化规律. 但是 ,
从景观尺度来看 ,除了平均斑块分维 (MPFD) 和面
积加权的平均斑块分维 (AWMPFD) 的变化不规律
外 ,其余 4 个指标都在增加 ,说明景观边界的形状还
是向复杂性的方向发展. 因此 ,可以用景观边界形状
指数的大小来反映人类活动对景观的影响程度.
31215 景观边界的多样性 　景观边界的多样性 ,可
以通过神农多样性指数、辛普生多样性指数、修正的
辛普生多样性指数来表示. 从表 4 可以看出 ,这 3 个
指标从 1975 年到 1997 年一直处于不断增长趋势 ,
说明景观边界的多样性在增大.
31216 森林景观破碎化过程与景观边界指数变化的
关系 　斑块面积和周长是斑块的两个最基本的特
征 ,景观破碎化过程往往导致景观斑块面积的减小
和周长、边界密度的增加 ,为了探讨森林景观破碎化
过程与景观边界指数变化的关系 ,根据表 3 的数据 ,
分 3 个变化时段 (75285、85297、75297)分别计算了各
景观类型的边界长度和边界密度以及其它景观边界
指数的变化值 ,然后 ,在各个变化时段上 ,分析边界
长度、边界密度和其他边界指数的相关性 (表 5) . 结
果表明 ,景观形状指数 (L SI) 、对比度加权边界密度
(CWED) 、边界加权总长度 ( TE2W GT) 、加权景观形
状指数 (L SI2W GT)与边界长度/ 密度在 3 个变化时
段上 ,都存在极显著的相关性 ;而面积加权的平均斑
块分数维 (AWMPFD) 、面积加权的平均形状指数
(AWMSI)和平均边界对比度 (MECI) 边界长度/ 密
度的相关性不稳定 ,在有的变化时段上相关性显著 ,
在有的变化时段上相关性不显著. 因此 ,我们认为 ,
可以用 L SI、CWED、TE2W GT、L SI2W GT 指数的变
化来指示森林景观的破碎化程度.
表 5 　景观边界长度、边界密度和其它景观边界指数的相关性
Table 5 Correlation analysis of total edge length or edge density with other landscape scape boundary indices
MECI AWMECI MSI AWMSI MPFD AWMPFD TE2WGT CWED TECI L SI L SI2WGT
75 - 85 TE或 ED 相关系数 Correlation coefficient 0. 339 0. 302 0. 038 0. 719 3 3 - 0. 152 - 0. 309 0. 990 3 3 0. 990 3 3 0. 351 0. 822 3 3 0. 783 3 3
显著性 Significance 0. 258 0. 316 0. 903 0. 006 0. 619 0. 304 0. 000 0. 000 0. 240 0. 001 0. 002
85 - 97 TE或 ED 相关系数 Correlation coefficient 0. 028 - 0. 120 - 0. 049 0. 377 - 0. 139 - 0. 749 3 3 0. 947 3 3 0. 947 3 3 0. 002 0. 971 3 3 0. 951 3 3
显著性 Significance 0. 929 0. 696 0. 972 0. 204 0. 651 0. 003 0. 000 0. 000 0. 995 0. 000 0. 000
75 - 97 TE或 ED 相关系数 Correlation coefficient 0. 622 3 0. 442 - 0. 013 0. 495 - 0. 307 - 0. 692 3 3 0. 985 3 3 0. 985 3 3 0. 461 0. 928 3 3 0. 933 3 3
显著性 Significance 0. 023 0. 130 0. 965 0. 86 0. 307 0. 009 0. 000 0. 000 0. 113 0. 000 0. 0003 P < 0 . 05 , 3 3 P < 0 . 01 .
4 　结 　　论
411 　由于森林砍伐、毁林造田和其他人类活动 (如
旅游)的影响 ,苔原的面积在 20 多年的时间内减少
3 694. 8 hm2 ,云冷杉林的面积减少130 482. 03hm2 ,
阔叶红松林的面积增加了 41 610. 4hm2 ,岳桦林的
面积增加了 669. 78hm2 ,这应该引起有关部门的重
视 ,切实加强管理和宣传教育 ,以更好地保护长白山
的旅游资源.
412 　长白山森林景观边界的动态变化分析表明 ,由
于森林砍伐和毁林造田以及其它人类活动的影响 ,
长白山森林景观的破碎化程度趋于增加 ,景观边界
的形状趋于复杂. 应该采取积极措施 ,防止长白山森
林景观的进一步破碎化 ,以便更好地保护天然林.
911 期 　　　　　　　　　　　　　常 　禹等 :长白山森林景观边界动态变化研究 　　　　　　
413 　景观破碎化过程和景观边界指数的相关性分
析表明 ,可以用景观形状指数 (L SI) 、对比度加权边
界密度 (CWED) 、边界加权总长度 ( TE- W GT) 、加权
景观形状指数 (L SI- W GT) 的变化来指示森林景观
的破碎化程度.
414 　景观形状指数的动态变化分析表明 ,可以用景
观边界形状指数的大小来反映人类活动对景观的影
响程度.
参考文献
1 　Baker WL , et al ,1995. Using aerial photography and GIS to map
the forest2tundra ecotone in Rochy Mountain National Park. Col2
orado for global change research. Photogram Eng Rem Sens , 61
(3) :313～320
2 　Carter V. 1994. Ecotone dynamics and boundary determination in
the great dismal swamp. Ecol A ppl ,4 (1) :189～203
3 　He HS , et al . 2000. An aggregation index (AI) to quantify spatial
patterns of landscapes. L andscape Ecol ,15 :1～11
4 　Hulshoff RM. 1995. Landscape indices describing a Dutch land2
scape. L andscape Ecol ,10 (2) : 101～111
5 　Johnston CA , et al . 1989. Quantitative analysis of ecotones using
Geographic Information System. Photogram Eng Rem Sens , 55
(11) :1643～1647
6 　Kienast F. 1993. Analysis of historic landscape patterns with a geo2
graphic information system —A methodological outline. L andscape
Ecol ,8 (2) :103～118
7 　Kupfer JA , et al . 1996. The suitability of montane ecotones as indi2
cators of global climatic changes. Progr Phys Geogr ,20 (3) : 253～
272.
8 　Lathrop RG J r ,Peterson DL . 1992. Identifying structural self2simi2
larity in mountainous landscape. L andscape Ecol ,6 (4) :233～238
9 　Mast J N , et al . 1997. Tree invasion within a pine/ grassland eco2
tone : an approach with historic aerial photography and GIS mod2
elling. For Ecol M anag ,93 (3) :181～194
10 　Mc Gregor SJ . 1998. An integrated geographic information system
approach for modelling the suitbility of conifer habit in an alpine en2
vironment . Geomorphology ,21 (3～4) : 265～280
11 　Metzger J P ,Muller E. 1996. Characterizing the complexity of land2
scape boundaries by remote sensing. L andscape Ecol ,11 :65～77
12 　O’Neill RV , et al . 1988. Indices of landscape pattern. L andscape
Ecol ,1 (3) :153～162
13 　O’Neill RV , et al . 1992. A hierarchical neutral model for landscape
analysis. L andscape Ecol ,7 :55～61
14 　O’Neill RV , et al . 1995. A factor analysis of landscape pattern and
structure metrics. L andscape Ecol ,10 (1) :23～39
15 　O’Neill RV , et al . 1999. Landscape pattern metrics and regional
assessment . Ecosys Health ,5 (4) : 225～233
16 Roman CT , et al . 1985. Wetland boundaries in New Jersey
pineland: ecological relationships and delineation. W ater Resour
B ull ,21 (6) :1005～1012
17 Turner M G. 1990. Landscape changes in nine rural counties in
Georgia. Photogram Eng Rem Sens ,56 (3) : 379～386
18 　Turner M G , Ruscher CL . 1988. Changes in landscape patterns in
Georgia ,USA. L andscape Ecol ,1 (4) :241～251
19 　Zhen H(曾 　辉) and Kong N2N (孔宁宁) . 2002. Landscape pat2
tern analysis based on boundary characteristics. Chin J A ppl Ecol
(应用生态学报) ,13 (1) :81～86 (in Chinese)
20 　Zou C2J (邹春静) ,et al . 2001. Study on ecological characteristics of
Bet ula ermanii population in ecotone. Chin J A ppl Envi ron Biol
(应用与环境生物学报) ,7 (1) :1～6 (in Chinese)
作者简介 　常 　禹 ,男 ,1965 年生 ,博士 ,副研究员 ,主要从
事景观生态学与地理信息系统、遥感和全球定位系统的应用
以及 景 观 模 型 研 究. E2mail : changyu65 @ hotmail. com ,
changyu @iae. ac. cn
02 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷