全 文 ：收稿日期: 20030801
基金项目: 科技部 十五攻关课题 东北天然林生态采伐更新技术研究与示范05课题( 2001BA510B0705) ;中国林科
院重点基金项目 天然林评价体系与结构调整技术的研究 (9990107)
作者简介: 洪玲霞( 1963 ) ,女,北京人,副研究员.
林业科学研究 ! 2004, 17( 6) : 717~ 725
Forest Research
! ! 文章编号: 10011498( 2004) 06071709
金沟岭林场森林景观分类及景观变化研究
洪玲霞, 陆元昌, 雷相东
(中国林业科学研究院资源信息所,北京 ! 100091)
摘要: 以吉林省汪清林业局金沟岭实验林场为例, 介绍了一种基于森林资源二类调查数据的森林景观
类型划分方法。划分景观要素类型的因子一级为土地覆盖类型, 二级为优势树种组。在景观分类的
基础上分析了 1987 1997 年 10 a间金沟岭实验林场森林景观空间格局变化。1987 年和 1997 年主要
的景观要素类型为针阔混交林、针叶混交林、落叶松林和阔叶混交林, 1987 年的斑块个数为 592 块,
1997 年为 946块。斑块个数大幅度增加,反映出森林景观破碎化的趋势。10 a间, 景观多样性指数和
相对丰富度指数降低,优势度指数有所增加。文章对营林活动对森林景观变化的影响进行了初步分
析, 发现景观类型变化较大的林班也是作业强度比较大的林班, 景观斑块数量变化最大的林班也是作
业强度比较大的林班。
关键词: 森林资源调查数据; 景观分类;景观格局; 景观变化
中图分类号: S7572 ! ! ! 文献标识码: A
景观是以类似方式重复出现的、相互作用的若干生态系统的聚合所组成的异质性土地地
域 [ 1] ,森林景观是以森林生态系统为主体所构成的景观。景观要素是指研究地区可分辨的相
对同质的景观单元[ 2]。景观要素的划分是研究景观格局特征、景观生态功能和动态变化的基
础,也是景观规划、建设、管理、保护和恢复的前提。景观要素类型的划分可粗可细, 要根据所
研究的内容及所要阐述的问题确定景观要素类型的划分的详细程度。除此之外还受到研究地
区资料的限制。本文提出了一种基于森林资源二类调查数据的森林景观类型划分方法, 并在
景观分类的基础上分析了金沟岭实验林场1987 1997年间森林景观空间格局、动态变化及森
林经营活动对森林景观变化的影响。
1 ! 研究地区概况
研究地区金沟岭林场位于吉林省汪清县境内东北部, 130∀05#~ 130∀19# E、43∀17#~ 43∀25#
N, 属长白山系,总面积 16 286 hm2。金沟岭属长白山系老爷岭山脉雪岭支脉,地貌属低山丘
陵,海拔 300~ 1 200 m, 坡度一般在 5∀~ 25∀,个别陡坡在 35∀以上。林区属季风型气候, 全年平
均气温为 39 ∃ 左右, 多年平均年降水量 600~ 700 mm。土壤主要是玄武岩中低山灰化土
灰棕壤类型, 平均厚度在40 cm左右。该林区属吉林省东部山地温带湿润针阔叶混交林地带
的长白山红松云冷杉针阔混交林小区, 其原生植被为红松针阔混交林[ 3]。但经过长期的经营
活动及其他人为干扰,部分天然红松针阔混交林已经演替成多种森林类型,还有相当部分经人
工造林成为落叶松、红松和云杉纯林。
2 ! 基于森林资源二类调查数据的森林景观分类方法
肖笃宁先生总结了目前景观分类的原则和命名方法, 提出景观分类的 5个要点 [ 4] 。本研
究根据金沟岭林场森林资源二类调查数据,在林场、林班两个尺度范围内选用地类、优势树种
组两个因子进行森林景观分类。如果要考虑人为经营活动(人工造林)的影响,则需要加入起
源和龄组因子。本课题是研究以指导森林抚育、采伐更新、培育目的树种为目的的森林景观分
类方法和技术, 因而选用地类、优势树种组两个因子。具体的景观要素类型见表 1~ 3。
表 1 ! 划分景观要素类型的因子
分类级别 分类因子 分类数 1987年类型个数 1997年类型个数
一级 土地覆盖类型 11 7 10
二级 优势树种组 ! 20 13 12
表 2! 土地覆盖类型编码及面积百分比 %
编码 土地覆盖类型 包含内容 1987年面积 1997年面积
1 有林地 有林地 95605 98205
2 疏林地 疏林地 1601
3 灌丛地 灌木林地、灌丛地 0279 0241
4 未成林造林地 未成林造林地 0447 0065
5 苗圃地 苗圃地 0193 0183
6 荒山荒地 宜林荒山荒地、宜林沙荒、荒山荒地 0498 0
7 迹地 采伐迹地、火烧迹地 0008 0101
8 农地 农牧用地(农)、农牧用地(荒) 0347 0
9 沼泽地 沼泽地 0729 0291
10 水域 河流、湖泊 0 0
11 其它 林用其它用地、林业设施用地、非林业用地 0293 0914
! ! 注:由于林相图上没有单独勾绘河流小班,因而河流面积忽略不计。
表 3 ! 优势树种组编码
编码 优势树种组 编码 优势树种组
1 红松( Pinus koraiensis Sieb et Zucc ) 11 榆树( Ulmus spp. )
2 云杉( Picea spp. ) 12 色树(Acer mono Maxim)
3 樟子松( Pinus sylvestris Linn varMongolica Litv ) 13 枫桦( Betula costata Trautv )
4 落叶松( Larix spp. ) 14 白桦( Betula platyphylla Suk )
5 臭松(Abies nephrolepis (Trautv ) Maxim ) 15 杨树( Populus spp. )
6 水曲柳( Fraxinus mandshurica Rupr) 16 杂木
7 胡桃楸( Juglans mandshurica Maxim ) 17 针叶混交
8 黄波萝( Phellodendron amurense Rupr ) 18 针阔混交
9 椴树(Tilla spp. ) 19 阔叶混交
10 柞树( Quercus mongolica Fisch ex Turcz ) 20 其它
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! ! 根据划分景观要素类型的二个因子划分景观要素类型,汪清林业局最多可以划分出 30个
景观要素类型, 金沟岭林场1987年有 21个景观要素类型, 1997年有 18个景观要素类型(见表
4、5)。
3 ! 景观空间格局分析
分析森林景观空间格局特征从三个方面考虑:森林类型的分布与地理要素(海拔、坡度、坡
向等)的关系;森林类型的分布与环境要素(辐射强度、土壤、降水量等)的关系;各景观要素类
型所组成的斑块分布特征:森林景观格局主要是由斑块大小和形状、斑块分布、斑块镶嵌结构
为主要特征的, 依层次分为:单个斑块特征分析;单一景观要素的格局分析;景观镶嵌体特征分
析[ 5]。由于文章篇幅有限,本文就单一景观要素的格局和景观镶嵌体特征作一些分析。
31 ! 景观要素斑块的划分
由于林班线一般是山脊线和山谷线,所以不在同一个林班内相同景观要素类型的小班不
应该合并。合并小班要同时满足下面 4个条件: ( 1)景观要素类型相同; ( 2)在一个林班内; ( 3)
相邻小班的公共边界长度与较小小班的边界长度之比大于 50% ; ( 4)不跨越河流。合并前
1987年的斑块个数为 785块, 1997年的斑块个数为 1 309块, 按照上述 4个条件合并后,分别
为592块和 946块,具体各景观要素类型的斑块个数见表4、5。
表 4! 1987 年各景观要素的格局特征
序号 一级景观要素类型
二级景观
要素类型
面积百分
比%
斑块
个数
最小斑块
面积hm2
最大斑块
面积hm2
平均斑块
面积hm2
斑块
密度
最近距离
指数
连接
指数
1 有林地 红松林 023 2 539 3241 1890 005 269 077
2 有林地 云杉林 030 5 212 1567 979 010 088 028
3 有林地 樟子松林
4 有林地 落叶松林 1569 95 066 31686 2690 004 094 001
5 有林地 臭松林 354 19 822 7630 3039 003 071 007
6 有林地 榆树林 036 6 026 3333 976 010 041 043
7 有林地 色树林 003 1 518 518 518 019 15 67102 100
8 有林地 白桦林 323 27 373 8691 1951 005 105 007
9 有林地 杨树林 189 18 304 8637 1706 006 079 009
10 有林地 杂木林 003 1 487 487 487 021 15 67102 100
11 有林地 针叶混交林 1850 73 315 12412 4128 002 107 002
12 有林地 针阔混交林 3924 139 214 24244 4565 002 126 001
13 有林地 阔叶混交林 1230 84 296 18589 2386 004 106 002
14 疏林地 疏林地 160 28 280 3180 932 011 092 014
15 灌丛地 灌丛地 019 6 153 1084 509 020 071 027
16 未成林造林地 未成林造林地 045 18 134 1806 405 025 082 009
17 苗圃地 苗圃地 019 2 1260 1884 1572 006 006 077
18 荒山荒地 荒山荒地 059 20 042 4033 481 021 091 016
19 迹地 迹地 001 2 062 071 067 150 106 057
20 农地 农地 035 15 058 1399 376 027 021 010
21 沼泽地 沼泽地 073 24 042 3825 495 020 082 011
22 水域 水域 0
23 其它 其它 055 7 144 4628 1283 008 037 035
(合计) 100 592
719第 6 期 洪玲霞等:金沟岭林场森林景观分类及景观变化研究
表 5! 1997 年景观要素的格局特征
序号 一级景观要素类型
二级景观
要素类型
面积百分
比%
斑块
个数
最小斑块
面积hm2
最大斑块
面积hm2
平均斑块
面积hm2
斑块
密度
最近距离
指数
连接
指数
1 有林地 红松林 037 12 079 1398 506 020 052 014
2 有林地 云杉林 164 50 041 1737 531 019 077 003
3 有林地 樟子松林 004 3 114 370 204 049 083 043
4 有林地 落叶松林 1445 198 014 7231 1183 008 093 001
5 有林地 臭松林 085 10 119 3026 1378 007 101 022
6 有林地 榆树林 065 18 137 2074 581 017 040 015
7 有林地 色树林 0
8 有林地 白桦林 308 74 037 2825 674 015 069 004
9 有林地 杨树林 065 10 278 2690 1051 010 087 016
10 有林地 杂木林 000 1 079 079 079 126 15 67102 100
11 有林地 针叶混交林 2061 126 117 12345 2652 004 112 001
12 有林地 针阔混交林 4115 205 064 18079 3254 003 123 001
13 有林地 阔叶混交林 1471 144 062 11828 1657 006 107 001
14 疏林地 疏林地 0
15 灌丛地 灌丛地 024 21 022 597 186 054 088 019
16 未成林造林地 未成林造林地 007 5 095 326 212 047 058 045
17 苗圃地 苗圃地 018 2 1461 1502 1481 007 005 081
18 荒山荒地 荒山荒地 0
19 迹地 迹地 010 26 028 129 063 160 090 006
20 农地 农地 0
21 沼泽地 沼泽地 029 17 056 865 277 036 037 016
22 水域 水域 0
23 其它 其它 091 24 047 7258 617 016 050 033
(合计) 100 946
32 ! 单一景观要素的格局分析
描述单一景观要素格局特征的方法和指标有很多[ 5, 6]。本文选取其中的斑块数量、斑块密
度、平均斑块面积、最小斑块面积、最大斑块面积、面积百分比、最近距离指数、连接指数这 8个
指标来反映单一景观要素的格局特征。
321 ! 斑块密度[ 5] ! d= NA , N 为某个景观要素类型的斑块数, A 为该景观要素类型的总面
积。斑块密度反映了该景观要素类型的破碎程度。
322 ! 最近距离指数[ 5] ! I= D 0 DE ,式中 I 是最近距离指数, DO 是斑块与其最近相邻斑块间
距离观测值的平均, DE 是在随机分布下的期望值(理论估计值) , 它们可以用下式计算:
D 0 = %N
i= 1
D 0iN ; DE = 12 d
! ! 式中 D 0 i为第 i个斑块与其最近相邻斑块间的距离,注意这里距离应从斑块中心测起, d
为斑块密度, d= NA , N 为斑块数, A 为所研究景观的面积, 当 I = 10时, 斑块为随机分布, I
< 10时斑块趋于群集;若 I= 0,则斑块没有间隙, I> 10时,斑块则趋于规则分布。
323 ! 连接指数[ 5] ! P= %N
i= 1
( A iD 0 i ) 2 %N
i= 1
A iD 0 i 2 , 式中 A i 为第 i 个斑块的面积, P 为连
接指数。P 值介于 0~ 1间, P 值越大,斑块聚集程度越高。
1987、1997年各景观要素的格局特征见表 4、5。
从表 4、5中可以看出,金沟岭林场 1987年和 1997年主要的景观要素类型为针阔混交林、
针叶混交林、落叶松林和阔叶混交林,这 4种景观要素类型的最大斑块面积和平均斑块面积都
比较大,斑块密度较小,斑块聚集程度较低,除落叶松林外, 其它 3类趋于规则分布。从连接度
720 林 ! 业 ! 科 ! 学 ! 研 ! 究 第17卷
指数看,苗圃地、未成林造林地、红松林、樟子松林、迹地和榆树林聚集程度较高。
根据表4及表5可以比较1987年及 1997 年各景观要素格局的变化:总斑块数量从 1987
年的 592块增加到 1997年的946块;由于人工造林的主要树种为云杉和落叶松,因而云杉和落
叶松斑块面积增加较多(云杉从 5块变为 50块,落叶松从 95块变为 198块,见图 1) ;最大斑块
面积从1987年的 31668 hm2减小为 1997年 18079 hm2 ;平均斑块面积均有所减少。
图 1 ! 1987年及 1997年各景观要素类型斑块数量变化
33 ! 景观镶嵌体特征分析
在森林景观中, 各种景观要素的斑块交错
分布, 有机地结合在一起就形成了景观镶嵌
体。镶嵌结构是景观的最主要特征之一,有人
认为景观生态学的实质就是研究景观镶嵌体
结构的,因为景观就是各种各样的镶嵌体。森
林景观镶嵌体的格局特征反映了各景观要素
的特征,也反映了景观要素之间的相互关系,
表 6 ! 1987 1997 年的森林景观特征
景观多样性 1987年 1997年
景观类型数 21 18
斑块个数 592 946
多样性指数 182 165
优势度指数 122 289
相对丰富度指数 70 60
同时反映了景观本底空间差异。对景观镶嵌体的研究主要有景观多样性、景观边界和斑块格
局等[ 5]。本文采用景观多样性的指标分析了 1987 至 1997年之间的森林景观特征, 具体数值
见表 6,采用的公式如下: ( 1)多样性指数 H [5] , H = - %S
i= 1
P i lnP i , S 为景观斑块类型的数目, P i
为第 i 类景观类型的面积占景观总面积的比例。多样性指数是景观斑块丰富程度和均匀程度
的综合反映。( 2)优势度指数 D [ 5] , D= lnS + %S
i= 1
P i lnP i , 优势度指数反映了某一类景观斑块占
优势的程度。( 3)相对丰富度指数 R [ 5] , R= SS max & 100%, 相对丰富度指数反映了景观斑块
类型的丰富程度。
4 ! 景观空间格局动态变化
林场、林班是森林经理中相对稳定的森林区划单位,若要考虑营林活动对景观变化的影响
则需要从林场、林班两个不同的尺度考虑森林景观的变化情况。
从1987年到 1997年景观类型数减少了农地、荒山荒地、疏林地和色树林, 增加了樟子松
林(人工) ,因此多样性指数和相对丰富度指数降低。斑块个数大幅度增加,反映出森林景观破
碎化的趋势。优势度指数有所增加,表明某一类景观斑块占优势的程度有所增加,该景观类型
为针阔混交林。
721第 6 期 洪玲霞等:金沟岭林场森林景观分类及景观变化研究
1987年和 1997年各林班的景观类型数、斑块个数及斑块面积分布的统计结果见图 2~ 4。
从图 2中可以看出, 1987年含有 3~ 5个景观类型的林班比较多,含有 3个景观类型的林班数
最多, 1997年含有 4~ 6个景观类型的林班比较多。从图 3中可以看出, 1987年各林班的景观
斑块个数主要集中在 5、6、7、8、10、11,而且含有 5个景观斑块个数的林班最多, 1997年各林班
的景观斑块个数主要集中在 8、10, 而且分布极不均匀。从图 4中可以看出, 1998 年大于 120
hm
2 的大斑块比 1997年多, 1997年小于 20 hm2 的斑块个数明显增多。1987年和 1997年各林
班景观类型数的变化见图5,由图5可以看出景观类型变化数最多的是 53林班,其次是 13、23、
45、48林班。1987年和 1997年各林班斑块个数的变化见图 6, 根据各林班斑块个数变化的多
少将全林场的林班分为 6类,斑块个数变化比较多的是 16、53、59林班, 其次是 46、47、48林班。
图 2 ! 1987年、1997年各林班景观要素类型个数的变化图
图 3 ! 1987年、1997年各林班斑块数量变化图!
图 4 ! 1987年、1997年各林班斑块面积变化图
722 林 ! 业 ! 科 ! 学 ! 研 ! 究 第17卷
图 5 ! 金沟岭林场 1987年、1997年各林班景观类型个数变化
5 ! 经营活动对景观空间格局的影响
1990年至 1996年间金沟岭林场各种作业情况及作业面积见表 7。分林班统计作业面积
及经营强度(作业面积林班面积)。从经营强度与景观类型变化关系(见图 7)看出, 景观类型
变化最大的林班也是经营强度比较大的林班。从经营强度与景观斑块数量的变化关系(见图
8)看出,景观斑块数量变化最大的林班也是经营强度比较大的林班,图中斑块变化个数为 18、
19、20的各有一个林班,其中都有防护林带( 1978年后造) , 防护林带将景观斑块分割的较碎,
因而,斑块变化的多,但经营强度并不高,这是特殊情况造成的。
表 7 ! 作业情况及作业面积
作业类型 低改 择伐 渐伐 皆伐 林改 全改 生长 生抚 透光 择伐 综合 (总计)
作业面积hm2 18 75 69 958 02 97 1 9722 8211 68 263 241 3 2928
723第 6 期 洪玲霞等:金沟岭林场森林景观分类及景观变化研究
图 6 ! 金沟岭林场 1987年、1997年各林班斑块数量变化
图 7 ! 景观类型变化与经营活动的关系
6 ! 小结
本文在森林景观类型的分类基础上,在林班这个尺度上,对营林活动与森林景观变化的关
系作了粗略的分析, 要具体分析各种营林措施对森林景观的影响需要补充各种经营活动的样
724 林 ! 业 ! 科 ! 学 ! 研 ! 究 第17卷
图 8 ! 景观斑块数量变化与经营活动的关系
地调查资料,根据样地资料,从林分的角度作进一步分析。目前没有样地调查资料, 因而无法
作进一步的分析,有待以后研究。
参考文献:
[ 1] 徐化成.景观生态学[ M] .北京:中国林业出版社, 1996
[ 2] 郭晋平.森林景观生态研究[M ] .北京:北京大学出版社, 2001
[ 3] ∋吉林森林(编辑委员会. 吉林森林[M] .吉林:吉林科学技术出版社, 1988. 118~ 126
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Studies on Landscape Classification and Changes Based on
Forest Resource Inventory Data of Jingouling Forest Farm
HONG Lingxia , LU Yuanchang , LEI Xiangdong
( Institute of Forest Resource InformationTechniques, CAF, Beijing! 100091, China)
Abstract: A landscape classif icat ion method was developed based on forest resource inventory data of
Jingouling Forest Farm of Wangqing Forestry Bureau, Jilin Province. The factors considered for landscape
classification were land cover type as first level ( forest farm) and dominate tree species group at second
level ( management compartment ) . Changes in landscape pattern were analyzed during the period of 1987
to 1997 at the two landscape levels. Major landscape types in the farm were mixed coniferous and broad
leaved forest forests,mixed coniferous forests, Larix forests and mixed broadleaved forests. The numbers
of patches in 1987 and 1997 were 592 and 946 respectively, which showed the trends of landscape frag
mentation. Landscape diversity indices and relative richness decreased, but dominance indices increased.
The influence of silviculture practices on the landscape pattern was primarily analyzed. Results indicated
that greater changes in landscape types and the number of patches all occurred in the compartments with
heavier forest management practice.
Key words: forest resource inventory data; landscape classification; landscape pattern; landscape changes
725第 6 期 洪玲霞等:金沟岭林场森林景观分类及景观变化研究