全 文 ：林 业科 学研 究 2010, 23( 4) : 544 鶫 553
Forest Research
文章编号: 1001-1498( 2010) 04-0544-10
人为干扰对秦岭火地塘林区景观格局的影响
王 斌1, 张硕新2, 杨校生1
( 1. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所 , 浙江 富阳 311400; 2. 西北农林科技大学林学院 , 陕西 杨凌 712100)
摘要: 以秦岭火地塘林区 1958 年、1988 年和 2004 年森林资源二类调查资料为主要数据源, 利用景观结构分析软件,
分析比较该林区 3 个时期景观格局变化情况, 探讨人为干扰对林区景观格局的影响。研究结果表明: 火地塘林区高
强度的外界干扰, 增加了该地区的景观多样性和丰富度; 干扰形成的次生森林景观比原生森林景观类型数增多, 同
时引起部分景观类型的消长变化; 森林采伐后林区景观分维数降低, 斑块形状变得规则, 但随着植被的恢复, 各景观
类型的斑块形状逐渐复杂, 景观的异质性增加。火地塘林区景观格局的变化充分反映了外界干扰对森林景观格局
的影响, 以及森林自主恢复的动态过程。
关键词: 火地塘林区; 景观格局; 动态变化
中图分类号: S718.5 文献标识码: A
收稿日期 : 2009-07-06
基金项目 : 中国林业科学研究院亚热带林业研究所基本科研业务费资助项目 ( RISF6903 )
作者简介 : 王斌 ( 1978— ) , 男 , 湖北石首人 , 助理研究员 , 博士 , 主要从事生态系统服务功能研究 .
Dynamics of Landscape Pattern at Huoditang Forest Region
WANG Bin1 , ZHANG Shuo-xin2, YANG Xiao-sheng1
( 1. Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyang 311400, Zhejiang, China;
2. College of Forestry, Northwest Sci-Tech University of Agrculture and Forestry, Yangling 712100, Shaanxi, China)
Abstract: Using the data of forest resources inventory at Huoditang forest region in the Qinling Mountains in 1958,
1988 and 2004, GIS techniques and quantitative analysis of landscape were adopted to study the landscape types,
feature, dynamic of patterns and the influence of human interferences on the landscape patterns during the three pe-
riods. The results showed that the landscape biodiversity and species richness increased by intensified external inter-
ferences and the types of secondary landscape were more than those of primary ones. The landscape types degenera-
ted or disappeared after serious artificial disturbances, while the extents of some landscape types increased or ap-
peared. Forest cutting made the patch fractal index decreasing and the patch shape becoming regular. But with the
forest vegetation restoration at Huoditang forest region, the patch shape of various landscapes became irregular, and
landscape heterogeneity started to increase. This reflects the influence of external interference to the forest landscape
pattern and the dynamic process of forest independent recovery.
Key words: Huoditang forest region; landscape pattern; dynamics
干扰是自然界中无时无处不在的一种现象, 直
接影响着生态系统的演变过程 [ 1 - 2] 。目前, 已有许
多生态学家认识到, 各种类型的干扰是自然生态系
统演替过程中一个重要的组成部分, 许多植物群落
和物种的形成及演替与干扰具有密切关系, 尤其在
自然更新方面, 干扰具有不可替代的作用 [ 3 ] 。自然
干扰通常包括火、风暴、地壳运动、洪水、病虫害等;
人为干扰通常包括烧荒种地、森林砍伐、放牧、施肥、
修建大坝、道路、土地利用调整等 [ 4 - 7 ] 。Romme[ 8] 对
过去 200 年美国黄石国家公园亚高山森林火灾和景
观多样性的研究表明: 黄石亚高山森林生态系统是
一个非稳定态的系统, 其表现主要为景观组成和多
第 4 期 王 斌等: 人为干扰对秦岭火地塘林区景观格局的影响
样性长期的循环变化; Mary[ 9 ] 应用不同时期的遥感
影像研究美国确夸美光国家公园过去 29 年景观格
局变化, 结果显示: 森林经营和自然干扰是该地区景
观格局变化的主要原因; 郭泺等 [ 10 ] 对 1986—2001
年间泰山风景区景观格局动态的研究显示, 人为活
动是斑块分割的主因, 斑块稳定性指数的动态变化
在强干扰区更为明显。总的来看, 干扰改变景观格
局, 同时又受制于景观格局, 是景观异质性、景观稳
定性的主要来源之一 [ 10 - 1 2] ; 人类对自然景观的干扰
随着人口数量的增长和经济发展, 影响不断加剧 [ 4 ] 。
秦岭是以森林为主体的山地森林生态系统, 也
是我国南水北调中线工程的主要水源区。1958 年
的秦岭火地塘林区很少受到外界干扰, 经过长期的
自然演替, 形成了以桦木( Betula albo-sinensis Burk. )
林, 山杨 ( Populus davidiana Dode) 林和油松 ( Pinus
tabulaeformis Carr. ) 林为主的原生森林景观格局, 合
理的森林结构发挥着保持水土、涵养水源的巨大功
能。经过 20 世纪 60—70 年代的采伐, 火地塘林区
的原生森林植被基本被破坏, 经过 30 多年的恢复,
在自然演替和人工抚育的共同作用下, 林区景观格
局发生了明显变化, 到 2004 年该地区基本形成以华
山松( P. armandi Franch. ) 林、硬阔叶林和桦木林为
主的次生森林景观格局。为评价人类干扰对火地塘
林区景观格局的影响, 本文以火地塘林区 1958 年、
1988 年和 2004 年森林资源二类调查资料为主要数
据源, 分析比较不同时期林区主要景观类型空间格
局与异质性的变化, 以期揭示人类干扰对森林景观
格局变化影响的程度和范围, 探索森林景观格局动
态变化规律, 为火地塘林区森林资源的合理开发、可
持续利用以及自然资源保护提供科学依据, 同时为
政府部门制订林业可持续发展的相关政策与措施提
供科学参考。
1 研究区概况
秦岭是长江和黄河两大水系的分水岭, 也是我
国暖温带与亚热带气候的分界线。火地塘林区地处
秦岭南坡中段, 位于陕西省安康市宁陕县境内 ( 图
1) , 地理坐标为 33°18′鶫 33°28′N, 108°21′鶫 108°
39′E, 海拔 800 鶫 2 500 m, 总面积 21. 972 6 km2, 受
季风影响属亚热带季风气候, 为湿润气候区。林区
年平均气温 8 鶫 10 ℃; 年平均降水量 900 鶫 1 200
mm, 降水多集中在 7、8、9 月, 其降水量占全年降水
量的 50% , 最大降水量的海拔高度为 2 100 m[ 13] ; 年
蒸发量约 800 鶫 950 mm; 年日照时数 1 100 鶫1 300
h; 年积温 2 200 鶫 3 100 ℃; 无霜期平均 199 d, 最长
216 d, 最短 140 d。这种雨季和温暖同期且与生长
季节一致的气候条件, 适宜于多种林木的生长和发
育。陕西秦岭森林生态系统国家野外科学观测研究
站建于火地塘林区。
图 1 火地塘林区相对地理位置图
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林 业 科 学 研 究 第 23 卷
2 研究方法
2. 1 景观类型划分的原则
参考森林经营中林地类型划分的 原则与标
准[ 14] , 将 1958 年、1988 年和 2004 年火地塘林区 1 级
景观划分为 7 个类型: 有林地、疏林地、灌木林地、未
成林造林地、无林地、非林业用地和苗圃地。在 1 级
分类的基础上, 依据优势树种, 将该林区 1 级景观分
类中的有林地划分为 15 个类型: 华山松林、桦木林、
冷杉( Abies fargesii Franch. ) 林、锐齿栎( Quercus aliena
Blume var. acuteserrata Maxim. ) 林、铁 杉 ( Tsuga
chinensis Pritz. ) 林、油松林、云杉( Picea asperata Mast)
林、卜氏杨( P. purdomii Rehd. ) 林、柳( Salix spp. ) 林、
山杨林、落叶松 ( Larix principis-rupprechtii Mayr. ) 林、
软阔叶林、硬阔叶林、水杉( Metasequoia glyptostroboides
Hu et Cheng) 林和青杄 ( P. wilsonii Mast) 林, 从而形
成该林区的 2 级景观分类结果。
2. 2 图形数据处理
以 1958 年、1988 年和 2004 年火地塘林区森林资
源二类调查资料为主要数据源。1958 年资料包括分
辨率为 1∶102 00 的航空像片, 比例尺为 1∶100 00 的地
形图和 1∶500 00 的林相图, 依据森林资源二类调查结
果, 通过 航空 像片 判读, 以地 形图 为 底图, 结 合
1∶500 00的林相图, 利用相似网格法进行转绘, 形成
1958 年 1∶100 00 的土地利用现状图。1988 年资料包
括火地塘林区林相图和森林资源分布图 ( 比例尺为
1∶250 00) 。2004 年资料包括火地塘林区林相图和森
林资源分布图( 比例尺为 1∶100 00) 。在地理信息系
统软件 ArcGIS 环境下, 数字化火地塘 1958 年、1988
年和 2004 林相图, 按斑块划分标准输入各小斑的属
性信息, 利用 ArcGIS 的空间分析功能对属性相同的
相邻斑块进行融合, 生成像元大小为 5 m ×5 m 的
grid 文件, 利用景观结构分析软件 Fragstats 计算相关
景观指数。
2. 3 景观指数计算方法
本文使用的景观指数计算方法如下 [ 3, 15 - 16 ] :
( 1) 景观斑块数: NP = N ( 1)
式( 1) 中: N 为景观中斑块的总数, 取值范围: NP≥
1, 无上限。
( 2) 类型斑块数: NPi = Ni ( 2)
式( 2) 中: Ni 为某 1 类景观类型的斑块数。
斑块数常被用来描述整个景观的异质性, 其值
大小与景观的破碎度有很好的正相关性, 一般规律
是 NP 大, 破碎度高; NP 小, 破碎度低。
( 3) 斑块丰富度: R = T ( 3)
式( 3) 中: T为景观中斑块类型的总数。
( 4) 景观形状指数: SIi = Pi /2 πAi ( 4)
式( 4) 中: SIi 是第 i 类景观要素斑块的形状指数, Pi
是第 i 类景观要素斑块的周长, Ai 是第 i 类景观要素
斑块的面积。形状指数一般都大于或等于 1, 数值
越大, 说明形状越复杂或越扁长, 偏离圆形越远。
( 5) Shannon-Wiener 多样性指数:
H = - ∑
m
i = 1
PilnPi ( 5)
式( 5) 中: H是多样性指数, 其值越大, 表示景观的多
样性越大, m为景观中斑块类型的总数目, Pi 是第 i
类斑块占景观总面积的比例。
( 6) 景观优势度指数:
D = Hmax - H = lnN + ∑
n
i = 1
Pi lnPi ( 6)
式( 6) 中: H 为 Shannon-Wiener 多样性指数, Hmax 是
其最大值, N为研究对象景观要素类型总数。
( 7) 景观均匀度指数:
E = H
Hmax
=
- ∑
n
i = 1
Pi lnPi
lnN
( 7)
式( 7) 中: H 为 Shannon-Wiener 多样性指数, Hmax 是
其最大值, N为研究对象景观要素类型总数。
景观多样性指数的大小反映了景观要素的多少
和各景观要素所占比例的变化; 优势度指数表示景观
多样性对最大多样性的偏离程度, 或描述景观由少数
几个主要景观类型控制的程度; 均匀度指数用于描述
景观中不同景观类型的分配均匀程度, 均匀度指数和
优势度指数一样, 也是描述景观由少数几个主要景观
类型控制的程度, 这 2 个指数可以彼此验证。
( 8) 景观分维数: F = 2ln( Pi /4) /lnAi ( 8)
式( 8) 中: F 为分维数; Pi 为某 1 类景观类型的斑块
周长; Ai 为景观类型 i 的斑块面积。F 值的理论范
围为 1. 0 鶫 2. 0, 1. 0 代表形状最简单的正方形斑
块, 2. 0 表示等面积下周边最复杂的斑块。
( 9) 景观聚集度指数:
C = Cmax + ∑
n
i = 1
∑
n
j = 1
Pij ln( Pij) ( 9)
式( 9) 中: Cmax 是聚集度指数的最大值 [ 2ln( n) ] , n
是景观中缀块类型总数, Pij是缀块类型 i 与 j 相邻的
概率。C 的取值越大, 则代表景观由少数团聚的大
斑块组成; C 值小, 则代表景观由许多小斑块组成。
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第 4 期 王 斌等: 人为干扰对秦岭火地塘林区景观格局的影响
( 10) 景观连接度指数:
COHESION = 1 -
∑
n
j = 1
Pij
∑
n
j = 1
Pij aij
1 - 1
A
- 1
×100
( 10)
式( 10) 中: Pij为斑块直径, aij为斑块面积, A 表示景
观中生态系统总面积。连接度指数用于描述景观中
同类斑块联系程度。
以上 10 个景观指数, 总体上可分为 3 类, 一类
是反映景观结构单元特征的指数, 如景观斑块数、类
型斑块数、斑块丰富度和景观形状指数; 一类是反映
景观多样性的指数, 如 Shannon-Wiener 多样性指数、
景观优势度指数和景观均匀度指数; 一类是反映景
观异质性的指数, 如景观分维数、景观聚集度指数和
景观连接度指数。
3 结果与分析
3.1 不同时期火地塘林区景观格局总体特征比较
1958 年、1988 年和 2004 年火地塘林区 1 级分
类和 2 级分类景观格局见图 2, 景观格局总体特征指
数见表 1。由于不同时期林相图比例尺不一致, 成
图后林区总面积存在一定误差, 但相对于总面积而
言, 这类差异可以忽略, 因此本文在此不考虑图面误
差对分析结果的影响。
图 2 不同时期火地塘林区 1 级分类 ( 左侧 ) 和 2 级分类 ( 右侧 ) 景观格局
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林 业 科 学 研 究 第 23 卷
表 1 不同时期火地塘林区景观格局总体特征分析
项目
景观分类
1 级分类
1958 年 1988 年 2004 年
2 级分类
1958 年 1988 年 2004 年
总面积 /km2 22 . 81 22. 07 21. 97 22. 81 22. 07 21. 97
景观斑块数 / 块 24 9 13 69 54 165
斑块丰富度 4 6 6 13 15 17
景观形状指数 3 . 420 2 2. 139 9 2. 174 7 8. 681 6 6. 553 7 11. 528 0
Shannon-Wiener多样性指数 0 . 341 4 0. 202 3 0. 161 7 1. 763 0 1. 885 4 2. 181 5
景观均匀度指数 0 . 246 3 0. 112 9 0. 090 2 0. 687 4 0. 696 2 0. 770 0
景观分维数 1 . 119 5 1. 092 6 1. 089 1 1. 119 7 1. 083 7 1. 097 3
景观聚集度指数 86 . 744 0 94. 057 0 95. 223 0 63. 674 0 63. 784 0 58. 975 0
景观连接度指数 99 . 916 0 99. 952 0 99. 954 0 99. 517 0 99. 641 0 99. 168 0
从表 1 可以看出: 不同时期林区单位面积景观
斑块数存在较大差别。1 级分类时, 1958 年单位面
积景观斑块数最多, 景观表现出较高的破碎化, 而
1988 年景观的破碎化程度有所降低, 主要是由于 20
世纪 60—70 年代的森林主伐, 使得林区景观异质性
降低。1988 年到 2004 年间, 林区基本没有采伐, 森
林得到休养, 随着森林植被的自然演替, 景观破碎化
程度又呈现增加的趋势。2 级分类时, 由于 2004 年
小斑划分过细, 因此景观斑块数及单位面积的景观
斑块数增加较快, 但是总体变化趋势和 1 级分类是
一致的。通过比较景观形状指数和景观分维数可以
看出, 1958 年的原生森林景观斑块形状复杂, 多为
扁长形状, 代表着某些景观流的走向, 对穿越景观扩
散的动植物具有至关重要的作用。森林采伐后, 斑
块形状趋于规则, 这点从 1988 年的景观形状指数和
景观分维数可以看出, 而后随着植被恢复, 斑块形状
逐渐变得复杂。
人类干扰使得林区的斑块丰富度增加, 1 级分
类和 2 级分类时 1988 年和 2004 年的斑块丰富度均
比 1958 年的大。比较 Shannon-Wiener 多样性指数
和景观均匀度指数可以看出, 1 级分类和 2 级分类
这 2 个指数的变化趋势刚好相反。1 级分类时,
Shannon-Wiener 多样性指数和景观均匀度指数均呈
下降趋势, 主要是由于 1958 年存在较多的景观镶嵌
体( 主要是农田景观 ) , 森林采伐后基本消失, 使得
景观的多样性和均匀度明显降低。2 级分类时, 景
观的多样性和均匀度逐渐增加, 20 世纪 60—70 年
代的森林大规模破坏, 造成生境的破碎化, 而后种植
结构单一的人工林生态系统, 形成了火地塘林区极
为多样化的景观变化模式, 其结果虽然增加了斑块
丰富度, 但却给物种多样性的保护造成了极大的困
难。这点从 1958 年火地塘林区大面积分布的山杨
林, 现在已基本消失, 同时红桦和光皮桦的种群逐渐
在消退可以看出。
1 级分类时, 1988 年和 2004 年的景观连接度指
数比 1958 年的高, 主要是由于森林采伐后随着人工
种植及天然更新, 林区有林地斑块不断扩张, 与其它
景观类型合并, 形成更大面积的有林地。2 级分类
的景观连接度指数以 1988 年最高, 之后开始下降,
这与 2004 年小斑划分过细以及外界干扰减弱有一
定关系。由此可见, 无序的外界干扰, 使得林区原本
分散的斑块连接、合并, 但是随着干扰的减弱, 景观
之间的连接度开始降低, 相应的景观多样性增加。1
级分类时, 1958 年林区景观由许多离散的小斑块组
成, 因此景观聚集度指数较小, 1988 年到 2004 年间,
不同斑块间聚集的程度明显增加, 这主要是有林地
面积一直呈现增加趋势的缘故。2 级分类时, 1988
年较 1958 年景观聚集度指数高, 一方面是采伐使得
1988 年各斑块的先锋树种趋于一致, 另一方面是这
一时期种植了不少人工林, 树种比较单一。到 2004
年, 随着植被的更新与演替, 1988 年占优势的树种
慢慢被别的树种代替, 植被处于进展演替, 不同森林
植被占据不同的生态位, 因此这一时期表现出较低
的景观聚集度指数。
3.2 1级分类林区不同景观类型特征分析
1958 年、1988 年和 2004 年火地塘林区 1 级分
类不同景观类型的斑块多样性、景观多样性和景观
异质性见表 2 鶫 4。
从表 2 可以看出: 1958 年火地塘林区主要的景
观类型为有林地、无林地、疏林地和非林业用地;
1988 年新增了 2 个景观类型, 分别是灌木林地和未
成林造林地; 到 2004 年未成林造林地消失, 出现了
苗圃地。不同时期有林地面积占林区总面积不同,
1958 年为 92. 33% , 1988 年上升到 96. 51% , 2004 年
845
第 4 期 王 斌等: 人为干扰对秦岭火地塘林区景观格局的影响
则为 97. 34% 。总体来说, 林区有林地面积在逐渐
增加。疏林地、无林地和非林业用地的面积占林区
总面积的比例刚好和有林地相反, 呈现逐年减少的
趋势, 而灌木林地面积有进一步增加的趋势。这些
景观类型的转变, 主要和人类活动密切相关, 森林采
伐形成未成林造林地, 人工种植形成苗圃地, 人类干
扰在火地塘林区景观格局变化中起着重要作用。
表 2 不同时期 1级景观分类的斑块多样性
景观类型
1958 年
总面积 /km2 比例 / % 景观斑块数 /块
1988 年
总面积 / km2 比例 /% 景观斑块数 / 块
2004 年
总面积 /km2 比例 /% 景观斑块数 /块
有林地 21 . 06 92. 33 2 21. 30 96. 51 1 21. 39 97 . 34 1
疏林地 0 . 89 3. 92 7 0. 29 1. 32 2 0. 20 0 . 92 2
灌木林地 - - - 0. 07 0. 31 1 0. 13 0 . 61 3
苗圃地 - - - - - - 0. 05 0 . 21 3
未成林造林地 - - - 0. 08 0. 34 1 - - -
无林地 0 . 70 3. 07 8 0. 21 0. 93 2 0. 15 0 . 70 2
非林业用地 0 . 15 0. 68 7 0. 13 0. 58 2 0. 05 0 . 22 2
注 : “- ”表示该时期没有该景观类型。
不同时期各景观类型的景观斑块数也存在较大
差异, 1958 年林区无林地斑块数最多, 其次是非林
业用地和疏林地。无林地主要是林中空地, 由荒弃
农田和烧垦形成, 非林地主要是由农田组成, 这种景
观格局的形成, 与 1958 年林区居民的生产活动是分
不开的。到 1988 年, 上述 3 种景观类型都减少到 2
个, 成为整体景观的镶嵌体, 2004 年这种格局没有
太大的变化。形成这种变化的主要原因是由于林区
居民逐渐离开, 很多农田景观消失, 现存于林区的无
林地和非林业用地, 主要是无法造林的荒山荒地、新
路道班和实习基地, 这些景观类型将长期存在于
林区。
表 3 不同时期 1级景观分类的景观多样性
景观类型
1958 年
Shannon-Wiener
多样性指数
景观优势
度指数
景观均匀
度指数
1988 年
Shannon-Wiener
多样性指数
景观优势
度指数
景观均匀
度指数
2004 年
Shannon-Wiener
多样性指数
景观优势
度指数
景观均匀
度指数
有林地 0. 013 2 2. 551 7 0. 005 1 0. 000 0 2. 708 1 0. 000 0 0. 000 0 2. 833 2 0. 000 0
疏林地 1. 540 3 1. 024 6 0. 600 5 0. 669 9 2. 038 2 0. 247 4 0. 556 8 2. 276 4 0. 196 5
灌木林地 - - - 0. 000 0 2. 708 1 0. 000 0 0. 697 5 2. 135 7 0. 246 2
苗圃地 - - - - - - 0. 882 6 1. 950 6 0. 311 5
未成林造林地 - - - 0. 000 0 2. 708 1 0. 000 0 - - -
无林地 1. 529 5 1. 035 4 0. 596 3 0. 506 3 2. 201 7 0. 187 0 0. 513 5 2. 319 7 0. 181 2
非林业用地 1. 518 5 1. 046 4 0. 592 0 0. 638 4 2. 069 6 0. 235 8 0. 674 5 2. 158 7 0. 238 1
注 : “- ”表示该时期没有该景观类型。
从表 3 可以看出: 1958 年疏林地的 Shannon-
Wiener 多样性指数最大( 1. 540 3) , 而有林地的最小
( 0. 013 2) , 前者主要由于林区疏林地数量较多, 面
积较小, 且比较均匀地分布在整个区域所致; 后者与
该景观类型大面积连续分布, 林地较为集中有关。
1988 年疏林地的 Shannon-Wiener 多样性指数仍最
高, 其次是非林业用地和无林地, 有林地、灌木林地
和未成林造林地的多样性最低, 均只有 1 块斑块。
1958 年和 1988 年景观的多样性基本一致, 到 2004
年景观的多样性格局则发生了较大变化, 疏林地的
Shannon-Wiener 多样性指数降低, 受人为活动影响,
苗圃地呈现出较高的 Shannon-Wiener 多样性指数。
优势度与多样性具有一定相关关系, 但其生态
涵义又有所区别。优势度描述景观由少数几类斑块
控制的程度, 通常较大的优势度对应于一块或几块
斑块类型占主导地位的景观类型。1958 年林区优
势度最大的景观类型是有林地, 主要由山杨、桦木等
组成; 其次是非林业用地, 主要是农田。比较不同时
期的景观优势度指数可以看出, 1958 年到 2004 年
间, 景观受优势种控制的程度有所增加。1958 年景
观均匀度指数除有林地较小外( 0. 005 1) , 其余景观
类型均大于 0. 5, 说明其它景观类型分布都比较均
匀; 与 1958 年相比, 1988 年和 2004 年有林地、疏林
地、无林地和非林业用地的景观均匀度指数降低明
显, 景观结构变得复杂。
从表 4 可以看出: 1958 年各景观类型的景观分
维数大小依次为疏林地 >有林地 > 无林地 > 非林业
用地, 其中疏林地和有林地的景观分维数明显高于
945
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
无林地和非林业用地, 说明疏林地和有林地的斑块
形状更加不规则, 是自然界长期演替形成的一种复
杂结构。3 个时期有林地的景观分维数逐渐降低,
斑块趋于规则, 其它景观类型景观分维数有增加也
有降低, 由于面积比例很小, 对整体景观的影响不是
很大。总体来说, 森林采伐后林区的景观分维数在
降低, 斑块形状变得规则。
表 4 不同时期 1级景观分类的景观异质性
景观类型
1958 年
景观
分维数
景观
聚集度指数
景观
连接度指数
1988 年
景观
分维数
景观
聚集度指数
景观
连接度指数
2004 年
景观
分维数
景观
聚集度指数
景观
连接度指数
有林地 1. 134 1 0. 970 0 100. 000 0 1. 080 1 0. 970 0 99. 998 1 1. 079 7 0. 961 0 99. 998 6
疏林地 1. 134 2 0. 975 0 98. 900 0 1. 065 8 0. 989 7 98. 810 5 1. 076 3 0. 987 8 98. 568 5
灌木林地 - - - 1. 048 4 0. 993 9 98. 180 0 1. 061 9 0. 985 3 97. 973 2
苗圃地 - - - - - - 1. 082 8 0. 961 3 96. 487 5
未成林造林 - - - 1. 120 8 0. 982 0 98. 280 4 - - -
无林地 1. 110 9 0. 974 0 98. 700 0 1. 129 5 0. 976 4 98. 699 8 1. 136 3 0. 971 5 98. 477 4
非林业用地 1. 110 6 0. 955 0 97. 300 0 1. 096 8 0. 980 7 98. 151 6 1. 109 6 0. 966 8 96. 852 3
注 : “- ”表示该时期没有该景观类型。
1958 年景观聚集度指数以疏林地最高, 这与该
时期疏林地主要集中分布在公路附近的特征相一
致, 而非林业用地的分布最散, 反映农田景观分布的
随机性。1988 年灌木林地的景观聚集度指数最高,
主要分布在林场东北角低洼地方。2004 年由于林
区其它地方新增了零星灌木林地斑块, 灌木林地景
观聚集度指数有所下降。3 个时期景观连接度指数
均以有林地最高, 此外, 疏林地也具有较高的景观连
接度指数。3 个时期有林地均是林区景观基质, 各
有林地斑块之间基本相连; 而疏林地斑块则是比较
集中地分布在一定区域。
3.3 二级分类林区不同景观类型特征分析
1958 年、1988 年和 2004 年火地塘林区 2 级分
类不同景观类型的斑块多样性、景观多样性和景观
异质性见表 5 鶫 7。
表 5 不同时期 2级景观分类的斑块多样性
景观类型
1958 年
总面积 /km2 比例 /% 类型斑块数 /块
1988 年
总面积 / km2 比例 / % 类型斑块数 /块
2004 年
总面积 /km2 比例 /% 类型斑块数 / 块
华山松林 0 . 82 3 . 57 3 7. 33 33. 22 10 3. 99 18. 16 29
桦木林 8 . 96 39 . 28 8 4. 17 18. 90 5 2. 74 12. 49 11
油松林 3 . 02 13 . 26 6 0. 66 2. 99 4 1. 26 5. 72 14
卜氏杨林 0 . 21 0 . 92 2 - - - - - -
栎林 1 . 85 8 . 12 5 1. 43 6. 49 5 4. 37 19. 89 15
柳林 0 . 03 0 . 13 1 - - - - - -
山杨林 5 . 37 23 . 55 17 - - - - - -
云杉林 0 . 51 2 . 25 2 0. 71 3. 23 5 0. 34 1. 55 5
冷杉林 0 . 04 0 . 16 1 0. 37 1. 67 2 0. 22 1. 02 4
铁杉林 0 . 25 1 . 10 2 0. 13 0. 59 1 2. 48 11. 29 18
硬阔 - - - 5. 15 23. 32 7 0. 87 3. 97 14
落叶松林 - - - 1. 00 4. 55 6 0. 99 4. 51 16
软阔 - - - 0. 34 1. 55 1 3. 80 17. 28 24
青杄 - - - - - - 0. 34 1. 55 3
水杉 - - - - - - 0. 01 0. 06 1
注 : “- ”表示该时期没有该景观类型。
从表 5 可以看出: 1958 年林区景观类型中面积
最大的是桦木林 ( 8. 96 km2 ) , 占 林区总面积的
39. 28% ; 其次是山杨林和油松林, 分别占林区总面
积的 23. 55% 和 13. 26% ; 面积比较小的是柳林和冷
杉林, 属于景观中的镶嵌体。1988 年林区景观类型
中面积最大的是华山松林( 7. 33 km2 ) , 占林区总面
积的 33. 22% ; 其次是硬阔叶林和桦木林, 分别占林
区总面积的 23. 32% 和 18. 90% 。2004 年林区景观
类 型 中 面 积 最 大 的 是 栎 林, 占 林 区 总 面 积 的
19. 89% ; 其次是华山松林和软阔, 分别占林区总面
055
第 4 期 王 斌等: 人为干扰对秦岭火地塘林区景观格局的影响
积的 18. 16% 和 17. 28% , 面积最小的是水杉, 仅占
0. 06% 。1958 年到 1988 年间华山松林斑块面积增加
最大, 山杨林斑块面积减少最多。1988 年出现的阔
叶混交林景观类型在树种组成上没有明显的优势
种, 且分布面积较大, 体现了人为干扰后更新树种类
型和组成复杂程度增加。
1958 年火地塘林区有林地 2 级分类共有 10 个
景观类型, 其中, 卜氏杨林、柳林和山杨林到 1988 年
已经消失。火地塘林区 1988 年共有 10 个景观类
型, 保留了 1958 年的 7 个景观类型, 新增加了 3 个
景观类型, 分别是落叶松林、软阔叶林和硬阔叶林;
而 2004 年又新增了青杄和水杉两个景观 类型。
1958 年山杨林、卜氏杨林和柳林的总斑块数为 20,
分布面积大, 它们的消失, 可能是自主恢复能力不强
而被自然淘汰。1958 年到 1988 年, 华山松混交林的
斑块数增加最为明显, 由 3 个增加到 10 个, 斑块面
积比例也由 3. 57% 增加到 33. 22% , 即与整体景观
的相似性增大, 对景观特征的控制能力增加, 说明人
为干扰后, 该类型天然更新能力较强, 恢复速度快,
对干扰表现出负反馈效应。到 2004 年, 华山松占优
势的斑块数虽然增加了, 总面积却在减少, 但仍是林
区景观的主体。
表 6 不同时期 2级景观分类的景观多样性
景观类型
1958 年
Shannon-Wiener
多样性指数
景观优势
度指数
景观均匀
度指数
1988 年
Shannon-Wiener
多样性指数
景观优势
度指数
景观均匀
度指数
2004 年
Shannon-Wiener
多样性指数
景观优势
度指数
景观均匀
度指数
华山松林 0. 578 3 1. 986 7 0. 225 5 1. 065 1 1. 642 9 0. 393 3 2. 588 9 0. 244 3 0. 913 8
桦木林 1. 454 4 1. 110 5 0. 567 0 0. 690 4 2. 017 6 0. 255 0 1. 836 1 0. 997 1 0. 648 1
油松林 1. 198 9 1. 366 0 0. 467 4 1. 266 6 1. 441 5 0. 467 7 2. 261 9 0. 571 3 0. 798 3
卜氏杨林 0. 673 0 1. 892 0 0. 262 4 - - - - - -
栎林 1. 342 3 1. 222 7 0. 523 3 1. 373 6 1. 334 5 0. 507 2 1. 681 5 1. 151 7 0. 593 5
柳林 0. 000 0 2. 564 9 - - - - - - -
山杨林 2. 096 2 0. 468 8 0. 817 2 - - - - - -
云杉林 0. 559 4 2. 005 6 0. 218 1 1. 525 1 1. 182 9 0. 563 2 1. 357 9 1. 475 3 0. 479 3
冷杉林 0. 000 0 2. 564 9 0. 000 0 0. 687 0 2. 021 0 0. 253 7 1. 039 1 1. 794 1 0. 366 8
铁杉林 0. 549 9 2. 015 0 0. 214 4 0. 000 0 2. 708 1 0. 000 0 2. 496 7 0. 336 5 0. 881 2
硬阔 - - - 0. 900 6 1. 807 5 0. 332 6 2. 494 4 0. 338 8 0. 880 4
落叶松林 - - - 0. 500 0 2. 208 0 0. 184 6 2. 142 4 0. 690 8 0. 756 2
软阔 - - - 0. 000 0 2. 708 1 0. 000 0 2. 461 1 0. 372 1 0. 868 7
青杄 - - - - - - 0. 901 9 1. 931 3 0. 318 3
水杉 - - - - - - 0. 000 0 2. 833 2 0. 000 0
注 : “- ”表示该时期没有该景观类型。
表 7 不同时期 2级景观分类的景观异质性
景观类型
1958 年
景观
分维数
景观
聚集度指数
景观
连接度指数
1988 年
景观
分维数
景观
聚集度指数
景观
连接度指数
2004 年
景观
分维数
景观
聚集度指数
景观
连接度指数
华山松林 1. 102 5 0. 991 0 99. 244 3 1. 087 6 0. 986 5 99. 787 2 1. 089 6 0. 977 6 99. 084 1
桦木林 1. 103 5 0. 985 1 99. 747 2 1. 102 1 0. 988 6 99. 760 1 1. 101 5 0. 982 3 99. 322 8
油松林 1. 124 0 0. 985 4 99. 559 9 1. 066 1 0. 987 8 98. 928 8 1. 091 5 0. 976 9 98. 645 3
卜氏杨林 1. 176 3 0. 968 2 98. 549 0 - - - - - -
栎林 1. 118 8 0. 986 4 99. 348 6 1. 074 7 0. 988 9 99. 246 9 1. 105 7 0. 980 3 99. 548 8
柳林 1. 026 7 0. 995 8 97. 232 9 - - - - - -
山杨林 1. 121 1 0. 977 4 99. 488 8 - - - - - -
云杉林 1. 166 6 0. 978 4 99. 179 6 1. 086 5 0. 981 6 98. 861 6 1. 070 4 0. 982 2 98. 281 8
冷杉林 1. 080 6 0. 985 9 97. 449 2 1. 085 4 0. 988 0 98. 924 0 1. 102 6 0. 974 7 98. 277 9
铁杉林 1. 166 0 0. 972 7 98. 770 9 1. 042 9 0. 996 0 98. 720 4 1. 097 2 0. 976 9 98. 969 6
硬阔 - - - 1. 079 4 0. 992 2 99. 719 5 1. 105 3 0. 968 4 98. 214 0
落叶松林 - - - 1. 081 1 0. 985 4 98. 898 4 1. 104 0 0. 970 4 98. 555 8
软阔 - - - 1. 055 2 0. 996 3 99. 249 2 1. 104 2 0. 974 0 99. 295 2
青杄 - - - - - - 1. 078 1 0. 984 6 98. 760 8
水杉 - - - - - - 1. 113 8 0. 966 9 95. 656 5
注 : “- ”表示该时期没有该景观类型。
155
林 业 科 学 研 究 第 23 卷
从表 6 可以看出: 3 个时期 Shannon-Wiener 多
样性指数最高的分别是山杨林、云杉林和华山松林,
1958 年山杨林的 Shannon-Wiener 多样性指数明显
高于其它景观类型, 斑块数多, 而且分布面积广, 是
林区最主要的景观类型。1988 年云杉林斑块数较
多, 但是面积较小, 属于景观的镶嵌体, 因此表现出
较高的多样性。2004 年由于斑块划分较细, 景观的
多样性有所增加, 特别是林区主要景观类型如华山
松林、阔叶类的多样性增加比较明显。
不同时期各景观类型的优势度不一样, 1958 年
柳林和冷杉林具有较高的景观优势度指数; 1988 年
则是铁杉林和软阔叶林的景观优势度指数最高;
2004 年水杉的景观优势度指数最高。华山松林的
景观优势度指数 1958 年 > 1988 年 > 2004 年, 整体
呈现下降的趋势。桦木林 1958 年到 1988 年景观优
势度指数增加, 而后开始下降。总体来说, 1958 年
和 1988 年林区景观优势度指数相当, 但到 2004 年,
大部分景观类型优势度指数呈现不同程度的降低。
3 个时期景观均匀度指数最高依次为山杨林、
云杉林和华山松林。华山松林、油松林和冷杉林的
景观均匀度指数呈现增加的趋势; 华木林、栎林和铁
杉林先降低后增加; 云杉林则是先增加后降低。总
的来看, 1958 年和 1988 年各景观类型均匀度指数较
为接近, 但到 2004 年则呈现明显增加的趋势; 同时,
新增的一些景观类型具有较高的景观均匀度指数。
从表 7 可以看出: 1958 年卜氏杨林的景观分维
数最高, 景观形状最不规则。1988 年不同景观类型
的景观分维数和 1958 年相比总体呈下降趋势, 这一
时期景观分维数最高的是桦木林, 为1. 102 1, 低于
1958 年的 1. 103 5。2004 不同景观类型景观分维数
和 1988 年相比, 有的增加有的降低, 但总体表现为
增加的趋势。
1958 年景观聚集度指数最高的是柳林, 只有一
个斑块, 其次是华山松林, 主要分布在林区的东北
角。1988 年景观聚集度指数最高的是软阔和铁杉
林, 均只有一个斑块, 其次是硬阔, 主要成片分布在
林场西边。2004 年青杄林的景观聚集度指数最高,
主要分布在平和梁地区, 其次是桦木林, 在平和梁以
西连片分布。
1958 年桦木林的景观连接度指数最高, 这一时
期桦木林是林区景观基质, 均匀分布于林区内。
1988 年华山松林的景观连接度指数最高, 其次是桦
木林, 这两个景观类型也是这一时期林区的主要景
观类型。2004 年景观连接度指数最高的是栎林。
可以看出, 作为林区景观基质的景观类型, 通常具有
较高的景观连接度, 一般来讲, 景观所占面积越大,
其景观连接度就越高。
4 结论与讨论
( 1) 秦岭火地塘林区景观格局研究表明, 随着
时间的推移和人类对林区土地和森林资源利用的程
度不同, 导致景观格局的变化, 这种变化不仅表现为
景观内各景观要素结构的改变, 而且在景观多样性
方面也发生了变化。就整个火地塘林区而言, 森林
采伐后林区各景观的斑块形状发生改变, 并向规则
方向变化, 说明景观格局受人为影响比较明显。在
遭受强烈人为干扰后, 1988 年火地塘林区的生境破
碎化程度不是增加了, 而是降低了; 同时, 1958 年到
2004 年间火地塘林区斑块丰富度和 Shannon-Wiener
多样性指数增加, 说明 20 世纪 60—70 年代高强度
的外界干扰, 增加了该地区的景观多样性和物种丰
富度。
( 2) 由于人类强度干扰, 造成火地塘林区一些
景观类型退化( 如桦木林和油松林) 或消失( 如山杨
林、卜氏杨林和柳林 ) , 一些景观类型范围增加 ( 如
华山松林) 或出现 ( 如落叶松林、硬阔叶林和软阔叶
林) 。森林采伐虽然促进了新的树种生长发育, 但却
暂时使森林生态系统的演替发生了倒退。火地塘林
区采伐后森林植被能够自然恢复, 而且生长状况良
好, 说明合理的生态建设, 如植树造林、封山育林、退
耕还林, 可以使生态演替向着人们期望的方向发展。
( 3) 景观生态学研究的主要目的之一是理解空
间格局与生态过程之间的相互作用关系 [ 17 ] , 景观空
间格局的变化, 可进一步影响到景观系统内的物质
循环与能量流动, 进而对区域内重要的景观生态过
程( 景观功能) 产生深刻影响。因此, 景观时空变化
的研究对于揭示景观演替的机制与规律, 探寻人类
活动与生态环境演变之间的关系具有重要意义 [ 18] 。
本文在此仅对人为干扰下火地塘林区景观格局动态
进行了一定研究, 关于这种变化引起的森林生态系
统的生态过程 ( 如水土流失、养分循环) 的变化, 则
有待进一步的研究。
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