全 文 ：第 wt卷 第 t期
u s s x年 t 月
林 业 科 学
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过伐林景观要素沿环境梯度分布趋势的研究
张 志 孙玉军
k北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室 北京 tsss{vl
摘 要 } 运用趋势面分析方法 o在 ¤µ¦¬±©²的支持下 o采用统一网格样点采样法 o通过对不同森林类型的演替阶段
定量化 o对吉林省汪清林业局金沟岭林场的森林景观要素沿环境梯度分布的趋势进行研究 ∀结果表明 }在金沟岭
林场范围内 o水平地理位置对景观要素空间分布的影响极为有限 o景观要素空间格局更多地受地形特征和干扰格
局的综合控制 ~研究地区海拔 !坡向和坡度是控制景观要素空间分布格局的主要因素 ~在不同海拔带上 o坡向和坡
度对景观要素空间分布的作用在方向和强度上都有明显差别 ∀
关键词 } 趋势面分析 ~景观格局 ~空间分布 ~森林景观
中图分类号 }÷tww 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussxlst p sstw p sx
收稿日期 }ussv p tt p t{ ∀
基金项目 }国家十五攻关课题/东北天然林生态采伐更新技术研究与示范0kusst…„xts…szsvl资助 ∀
∆ιστριβυτιον οφ Λανδσχαπε Ελεµεντσ αλονγ Ενϖιρονµενταλ
Γραδιεντσιν Οϖερ2Χυττινγ Φορεστ Ρεγιον
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k Τηε ΚεψΛαβορατορψφορ Σιλϖιχυλτυρε ανδ Φορεστ Χονσερϖατιον οφ Μινιστρψοφ Εδυχατιον o Βειϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Βειϕινγtsss{vl
Αβστραχτ } ×µ¨±§¶∏µ©¤¦¨ ¤±¤¯¼¶¬¶¬¶¤ °¨ ·«²§¦²°°²±¯¼ ∏¶¨§¬±¦²°°∏±¬·¼¤±§³²³∏¯¤·¬²± ¦¨²¯²ª¼qŒ±·«¬¶³¤³¨µo¬·º¤¶∏¶¨§
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Κεψ ωορδσ} ·µ¨±§¶∏µ©¤¦¨ ¤±¤¯¼¶¬¶~ ¤¯±§¶¦¤³¨ ³¤·¨µ±~¶³¤·¬¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±~©²µ¨¶·¯¤±§¶¦¤³¨
在景观生态学研究中 o如何准确把握景观要素空间分布的总体趋势和规律 o是我们面临的一个突出问题
kƒ²µ°¤±ot||x ~׫²°¤¶ ετ αλqot||wl ∀趋势面分析k·µ¨±§¶∏µ©¤¦¨ ¤±¤¯¼¶¬¶l在植物生态研究中作为一种特殊的排
序方法 o用来研究植物群落或种群某一属性在一定范围内的地理分布趋势k阳含熙等 ot|{vl o又被称为大规
模格局分析k张金屯 ot||xl ∀由于环境因子控制作用的复杂性 o群落或种群在地理空间中的分布规律并不总
是很明确 o通过建立趋势面模型去除局部因素影响 o可以确立群落或种群地理分布受环境因子控制的系统变
化趋势 ∀因而在群落生态学和种群生态学研究中是一种有效的数量化分析方法k郭晋平等 ot|||l ∀虽然有
人提出将这种方法用于景观格局及其动态分析的前景k郭晋平 ousstl o但如何应用趋势面分析法 o从复杂的
现实景观中提示出景观要素空间分布的基本特征和变化规律 o仍需要做进一步的研究和探索 ∀
位于吉林省长白山林区的金沟岭林场 o森林覆盖率达 |w h o天然林占森林面积的 {w h ∀云冷杉针阔混
交林原是本区的优势林型 o在森林生态系统演替中属顶极群落 o具有巨大的生产力和稳定性 o对于保持当地
景观异质性和稳定性等方面起着不可替代的作用 o同时也为社会提供了大量的林产品和其他服务功能 ∀但
现有云冷杉林生态系统是在原始林型经过 u ∗ v次较大强度的择伐kvs h ∗ xs h l后 o经过十几或二十几年的
恢复形成的 o由于地形复杂多变 o人为活动频繁 o森林景观表现为复杂的斑块镶嵌格局 ∀在生态演替和干扰
共同控制下 o景观生态过程极为活跃 o景观格局的变化也十分复杂 o很难直观地把握景观要素的空间分布趋
势和规律 ∀采用科学 !有效的方法 o提示森林景观空间格局的基本特征和变化规律 o将有助于推动这一地区
森林资源的可持续经营利用 o促进区域经济社会可持续发展 ∀
t 研究地区概况
金沟岭林场属吉林省汪清林业局 o位于东经 tvsβtsχ o北纬 wvβuuχ o长白山系老爷岭山脉雪岭支脉 ∀林区
地貌属低山丘陵 o海拔为 vss ∗ t uss ° o坡度 ts ∗ uxβ o个别陡坡在 uxβ以上 ∀本区属季风型气候 o全年平均气
温为 w ε 左右 ∀t月份气温最低 o平均为零下 vu ε 左右 ~z月份气温最高 o平均为 uu ε 左右 ∀年降水量 yss
∗ zss °° o多集中在 z月份 ∀土壤为中低山灰化土灰棕壤区 o在海拔 {ss ∗ t sss °为针叶林灰棕壤 o沟谷是
草甸土 !泥炭土 !沼泽土或冲积土 o质地一般为粘壤 o粒状结构 o湿松 o平均厚度 ws ¦°左右 ∀
u 研究方法
211 基础资料
以 t||z年金沟岭林场 tΒx万的地形林相图为基本图件 o相应的森林经理调查数据为辅助数据 o建立以
树种组成为主要依据的景观要素分类系统 o见表 t ∀利用 ŠŒ≥软件 o将上述地形林相图经/扫描 ) 细化 ) 编
辑 ) 建立拓扑关系 ) 属性数据录入0的程序 o建立研究地区的地形图和景观数字化图层 ∀
212 演替状态的确定
为揭示景观要素沿环境梯度空间分布趋势 o本文采用群落连续带指数 ΧΙk¦²±·¬±∏∏°¬±§¨¬l来定量确定群
落的演替状态k≤∏µ·¬¶ ετ αλqot|xt ~孟庆繁等 ot|||l }ΧΙ € Ε Ις3 ΧΑΝ∀式中 }ΧΙ为连续带指数 oΙς为各乔木
树种的重要值 oΧΑΝ为各乔木树种的顶级适应值 ∀由于 ΧΙ 值较小 o不便于拟合和比较 o为了便于进行研究
比较 o进一步区分景观要素所属分类单元 o在式中加入一级分类代码因子 }ΣΙ € Ε Ις3 ΧΑΝ n ν 3 ts ∀ ΣΙ 为
演替指数 oν为一级分类代码 o见表 t ∀
213 格网图层的建立
在¤µ¦¬±©²的支持下 o以相同的 ׌≤点建立研究地区的统一格网图层 ∀本研究采用 tu «°u 的正文形网格 o
首先确定网格中心点 o用研究地区的边界图层进行剪切 o删除边界以外的网格 o建成网格样点图层 ∀本研究
共有 t |{y个样点 ∀
214 网格样点的取样和数据库的建立
将网格图层和地形图图层叠加 o利用 ¤µ¦¬±©²的 ׌‘功能 o取得各样点的地理属性数据 ~将网格图层和景
观图层叠加 o取得各样点的景观属性数据 ∀用这两组数据建立景观要素空间分布趋势分析数据库 o包括样点
号 !横坐标 !纵坐标 !坡度 !坡向 !海拔 !演替指数等数据项 ∀
215 趋势面模型的建立与分析
本研究以 ΣΙ为拟合模型的趋势值 o以南北方向和东西方向地理位置 !海拔 !坡向和坡度为自变量 o选用
二元三次多项式进行趋势面分析 ∀为便于分析 o并建立直观的趋势面立体模型 o按水平方向和海拔 !坡向 !坡
度两两分别建模 ∀模型通式为 }ΣΙ € αs n αt Ξ n αu Ψn αv Ξu n αw ΞΨn αx Ψu n αy Ξv n αz Ξu Ψn α{ ΞΨu n α| Ψv ∀
式中 }αs ∗ α| 为二元三次多项式系数 ~Ξ oΨ为模型拟合变量 ∀
模型参数估计采用最小二乘法 o在机算机上通过样点数据库 o利用  „׏„…统计软件建立正规方程 o求
解正规方程系数估计模型参数 o并做出趋势面模型图 o结合专业知识 o对趋势面模型综合分析 ∀
v 结果分析
311 景观要素水平空间分布格局
以样点的横坐标和纵坐标为自变量 o以样点景观要素的演替指数为因变量 o建立景观要素水平空间分布
现状模型k图 tl o并同时以样点景观要素的演替指数建立景观要素水平空间分布趋势面模型k图 ul ∀
比较图 t和图 u可知 o趋势面模型基本反映了金沟岭林场景观要素的分布情况 o但二者的局部区别还是
很明显的 o说明研究地区景观异质性特征极明显 o局部地形在控制景观要素空间分布趋势中发挥了明显的作
xt 第 t期 张 志等 }过伐林景观要素沿环境梯度分布趋势的研究
用 ∀因此水平位置的变化对景观格局没有显著的系统影响 o景观要素水平分布趋势实质上反映了研究地区
地形地势对景观格局的控制作用 ∀需进一步分析地形特征对景观格局的影响 ∀
312 海拔和坡向对景观要素分布格局的控制作用
以海拔和坡向为自变量 o以演替指数为因变量 o建立景观要素沿海拔和坡向梯度分布的趋势面模型k图
vl ∀为了便于分析比较选取南北两个坡向上不同海拔的趋势面拟合值制成图 w ∀
由图 v和图 w可见 o景观要素沿海拔梯度带状分布的总趋势明显 o在 t sss °以上海拔带上 o随着海拔的
升高不同海拔之间的差异缩小 o且不同坡向之间的差异也很小 ∀而小于 t sss °以下的 o随着海拔的升高不
同海拔之间的差异较大 o而且不同坡向之间的差异也明显大于高海拔带 o显然这是由于在低海拔带人为活动
干扰所造成的 ∀
从不同海拔带上的演替指数分析 o在低海拔带上 o阴坡上演替指数较低 o且变化剧烈 o主要是由于从
t|xw年以后的一个时期内 o该林场采用皆伐主伐方式 o从 t|x{年以后 o在这些采伐迹地上营造以落叶松
kΛαριξ ολγενσισ √¤µqχηανγπαιενσισl为主森林所造成的 o目前主要以落叶松纯林和落叶松相对纯林为主 ∀阳坡变
化相对较小 o主要以混交林为主 o小于 wss °以下 o主要以枫桦k Βετυλα χοσταταl !椴树k Τιλλα αµυρενσισl !杨树
kΠοπυλυσ υσσυριενσισl !白桦k Βετλυλα πλατψπηψλλαl !云杉k Πιχεαϕεζοενσισl !冷杉kΑβιεσ νεπηρολεπισl组成的枫椴杨白云
冷针阔混交林和阔叶混交林为主 owss ∗ t sss °之间主要以云冷杉针阔混交林和落枫椴云冷针阔混交林为
主 ∀在高海拔地区 o坡向差异不大 o演替指数趋于平缓 o主要以云冷杉针阔混交林和落枫椴云冷针阔混交林
为主 ∀
表 1 景观要素分类系统
Ταβ . 1 Λανδσχαπε ελεµεντσ χλασσιφιχατιον σψστεµ
一级分类
ƒ¬µ¶·¦¯¤¶¶ 代码 ≤²§¨
二级分类
≥ ¦¨²±§¤µ¼ ¦¯¤¶¶ 代码 ≤²§¨ ΣΙ
纯林
°∏µ¨ ©²µ¨¶· t
红松纯林 Πινυσ κοραιενσισ ³∏µ¨ ©²µ¨¶· tt t|
云杉纯林 Πιχεαϕεζοενσισ ³∏µ¨ ©²µ¨¶· tu tz
樟子松纯林 Πινυσσψλϖεστρισ ³∏µ¨ ©²µ¨¶· tv tx
落叶松纯林 Λqολγενσισ √¤µq χηανγπαιενσισ ³∏µ¨ ©²µ¨¶· tw ty
榆树纯林 Υλµυσ προπινθυα ³∏µ¨ ©²µ¨¶· tx tv
白桦纯林 Β qπλατψπηψλλα ³∏µ¨ ©²µ¨¶· ty tu
相对纯林
• ¨¯¤·¬√¨³∏µ¨ ©²µ¨¶· u
红松相对纯林 Πqκοραιενσισ µ¨ ¤¯·¬√¨ ³∏µ¨ ©²µ¨¶· ut u|
云杉相对纯林 Πιχεαϕεζοενσισ µ¨ ¤¯·¬√¨ ³∏µ¨ ©²µ¨¶· uu uz
樟子松相对纯林 Πινυσσψλϖεστρισ µ¨ ¤¯·¬√¨ ³∏µ¨ ©²µ¨¶· uv uy
落叶松相对纯林 Λqολγενσισ √¤µq χηανγπαιενσισ µ¨ ¤¯·¬√¨³∏µ¨ ©²µ¨¶· uw ux
冷杉相对纯林 Αqνεπηρολεπισ µ¨ ¤¯·¬√¨ ³∏µ¨ ©²µ¨¶· ux u{
榆树相对纯林 Υλµυσ προπινθυα ³∏µ¨ ©²µ¨¶· uy uw
白桦相对纯林 Β qπλατψπηψλλα µ¨ ¤¯·¬√¨³∏µ¨ ©²µ¨¶· uz uv
杨树相对纯林 Ποπυλυσ υσσυριενσισ µ¨ ¤¯·¬√¨ ³∏µ¨ ©²µ¨¶· u{ ut
混交林
¬¬¨ §©²µ¨¶· v
杂木林 ≥«¤º u| uu
云冷杉针阔混交林 ≥³µ∏¦¨ ¤±§©¬µ°¬¬¨ §©²µ¨¶· vt v|
落枫椴云冷针阔混交林 ¤µ¦«o°¤³¯¨o¥¤¶¶o¶³µ∏¦¨ ¤±§©¬µ°¬¬¨ §©²µ¨¶· vu vy
枫椴杨白云冷针阔混交林 ¤³¯¨o¥¤¶¶o³²³¯¤µo¥¬µ¦«o¶³µ∏¦¨ ¤±§©¬µ°¬¬¨ §©²µ¨¶· vv vw
阔叶混交林 …µ²¤§¯ ¤¨© °¬¬¨ §©²µ¨¶· vw vu
选取 {个不同坡向的演替指数进行比较 o不同坡向之间差异明显 o其中以西北坡最高 o北坡最低 ∀景观
要素沿坡向梯度分布的总体趋势明确 ∀各坡向景观要素的演替指数依次为西北坡 ψ西坡 ψ西南坡 ψ南坡 ψ
东南坡 ψ东坡 ψ东北坡 ψ北坡 ∀
313 坡度对景观要素空间分布格局的影响
由图 x !y可见 o研究地区坡度在 s ∗ wxβ范围内 ∀坡度低于 t{β时 o演替指数较低 o主要分布有枫椴杨白云
冷针阔混交林和阔叶混交林 ~而在大于 t{β时 o随着坡度的增加演替指数呈上升趋势 o主要分布为混交林 ∀出
现这种格局受两个因素的制约 }一是坡度较小的地段常位于山脊 !沟谷部位 o由于地形部位特殊和人类活动
沿沟谷扩展的影响 o森林分布受到一定限制 ~其次是随着海拔的降低 o坡度较小的地段受人为采伐和其他人
为活动的影响较大 o使其演替指数较低 o从而使模型表现出上述趋势 ∀
yt 林 业 科 学 wt卷
总之 o坡度对景观要素的空间分布的作用 o通过加强坡向对改善立地水分条件的效应发挥出来 o因此 o研
究范围内由于坡度不同而引起立地条件的改变没有成为整个景观范围内影响森林类型空间分布趋势的重要
因子 o而仅具局部影响作用 ∀
图 t 景观要素水平空间分布现状模型
ƒ¬ªqt ≥³¤·¬¤¯ °²§¨¯²©³µ¨¶¨±·«²µ¬½²±·¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±
图 u 景观要素水平空间分布趋势面模型
ƒ¬ªqu ×µ¨±§¶∏µ©¤¦¨ °²§¨¯²©³µ¨¶¨±·«²µ¬½²±·¤¯ §¬¶·µ¬¥∏·¬²±
图 v 景观要素沿海拔坡向分布趋势面
ƒ¬ªqv ×µ¨±§¶∏µ©¤¦¨ °²§¨¯ ¤¯²±ª·«¨ ªµ¤§¬¨±·²©¨¯ √¨¤·¬²± ¤±§¤¶³¨¦· 图 w 景观要素沿海拔梯度分布趋势比较图
ƒ¬ªqw ≤²°³¤µ¬¶²± ²©§¬¶·µ¬¥∏·¬²±·µ¨±§¤¯²±ª·«¨
¨¯ √¨¤·¬²±¬± ¶«¤§¼ ¤±§¶∏±±¼ ¶¯²³¨
图 x 景观要素沿坡向和坡度梯度分布趋势面
ƒ¬ªqx ×µ¨±§¶∏µ©¤¦¨ °²§¨¯ ¤¯²±ª·«¨ ªµ¤§¬¨±·²©¤¶³¨¦·¤±§¶¯²³¨
图 y 阴坡和阳坡景观要素沿坡度分布趋势比较
ƒ¬ªqy ≤²°³¤µ¬¶²± ²©§¬¶·µ¬¥∏·¬²±·µ¨±§¤¯²±ª·«¨
¶¯²³¨ ¬± ¶«¤§¼ ¤±§¶∏±±¼ ¶¯²³¨
zt 第 t期 张 志等 }过伐林景观要素沿环境梯度分布趋势的研究
w 结论
tl趋势面分析法可以有效地用于分析复杂异质景观中景观要素空间分布的总体趋势 o借以把握景观格
局的总体特征 o提示景观要素空间分布规律和控制因素 ∀
ul在金沟岭林场范围内 o水平地理位置对景观要素空间分布的影响极为有限 ∀
vl景观要素空间格局更多地受地形特征和干扰格局的综合控制 ∀研究结果表明 o研究地区海拔 !坡向和
坡度是控制景观要素空间分布格局的主要因素 ∀
wl在不同海拔带上 o坡向和坡度对景观要素空间分布的作用在方向和强度上都有明显差别 ∀
参 考 文 献
郭晋平 o阳含熙 o张云香 qt||| q关帝山林区景观要素空间分布及其动态研究 q生态学报 ot|kwl }wy{ p wzv
郭晋平 qusst q森林景观生态研究 q北京 }北京大学出版社
孟庆繁 o胡隐月 o王庆贵 o等 qt||| q黑龙江省东部森林群落 Β多样性的研究 qtskul }tws p twu
阳含熙 o卢泽愚 qt|{v q植物生态学的数量分类方法 q北京 }科学出版社 ovty p vuy
张金屯 qt||x q植被数量生态学方法 q北京 }科学出版社 ou|w p u|{
≤∏µ·¬¶× o ¦¯±·²¶« • ° qt|xt q„± ∏³¯¤±§©²µ¦²±·¬±∏∏°¬±·«¨ ³µ¤¬µ¬¨2©²µ¨¶·¥²µ§¨µµ¨ª¬²± ²© •¬¶¦²±¶¬±q∞¦²¯²ª¼ ovu }wzy p w|y
ƒ²µ°¤± • × × qt||x q¤±§ ²¶¤¬¦¶}·«¨ ∞¦²¯²ª¼ ²©¤±§¶¦¤³¨ ¤±§ • ª¨¬²±¶q²±§²±}≤¤°¥µ¬§ª¨ ˜±¬√¨ µ¶¬·¼ °µ¨¶¶
׫²°¤¶„ ≥ o • ¬¯¯¬¤°  • qt||w q⁄¼±¤°¬¦¶¤±§³¤·¨µ± ²©¤ °¤±¤ª¨§¦²±¬©¨µ²∏¶©²µ¨¶·¯¤±§¶¦¤³¨ ¬± ’µ¨ª²±q¤±§¶¦¤³¨ ∞¦²¯²ª¼ owkvl }xxx p xy{
5林业科学6ussv年度最新评刊指标
据 ussw年中国科技信息研究所信息分析中心出具的期刊引证报告 }
总被引频次 影响因子 基金论文比 他引总引比
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据 ussw年中国学术期刊k光盘版l电子杂志社等单位出版的中国学术期刊综合引证报告和网络计量测
试报告 }
总被引频次 影响因子 º ¥¨下载总频次 º ¥¨影响因子
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