全 文 ：小相岭山系主要植被类型的动态变化分析*
刘守江1, 黄尤优2, 胡翠华1
(1 西华师范大学国土资源学院; 2 西华师范大学生命科学学院, 西南野生动植物资源
保护教育部重点实验室, 四川 南充摇 637009)
摘要: 以 3S技术作为信息获取和处理的手段, 将景观生态学原理与植被变化研究的传统方法相结合, 对
小相岭山系主要植被类型在近 30 年发生复杂相互转化的主要表现和动态变化特征进行量化分析。 结果表
明: (1) 针阔叶混交林与针叶林的变化趋势相似, 在 30 年中持续增长, 增幅分别为 17. 57%、 7. 56%; 新
增斑块与原有斑块连接在一起, 形成边界复杂的大斑块, 景观破碎度和均匀性有所降低。 (2) 高山灌丛呈
先减少后增加的变化趋势, 在 90年代面积与数量都有所回升, 但新增斑块多数为尺寸较小的斑块, 大量小
斑块的出现导致景观破碎度和离散度有所增加。 (3) 高山流石滩植被在 30 年中不断减少, 减幅为 6. 41%;
由于减少的多是小斑块, 因此破碎化程度并未加深, 且分布的均匀性有所加强。 研究结果不仅可以解释该
山系主要植被景观格局与生态过程相互作用的机理, 而且可以阐明其动态演替的方向、 过程或扩展潜力。
关键词: 植被景观; 优化监督分类; 景观指数; 动态变化; 小相岭山系
中图分类号: Q 948摇 摇 摇 摇 摇 摇 文献标识码: A摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 文章编号: 2095-0845(2011)03-350-07
Dynamic Changes Analysis on the Main Vegetation
Type in the Xiaoxiangling Mountains
LIU Shou鄄Jiang1, HUANG You鄄You2, HU Cui鄄Hua1
(1 Land and Resources College, China West Normal University; 2 College of Life Sciences, China West Normal University,
Key Laboratory of Southwest China Wildlife Resources Conservation, Ministry of Education, Nanchong 637009, China)
Abstract: Acquisition and processing information with 3S technology, and combining the principles of landscape e鄄
cology with the research methods of traditional vegetation variation, the main vegetation landscape changes of giant
panda habitat in the Xiaoxiangling Mountains were quantitatively analyzed from complex mutual鄄transformation per鄄
formance and dynamic variation characteristics in nearly 30 years. The conclusions are as follows: (1) The change
tendency of the coniferous and broadleaved mixed forest was similar to the coniferous forest, both increased by
17. 57% and 7. 56% respectively in 30 years; New patches and the original patches were joined together to form
large patches complicated boundary, landscape fragmentation degree and landscape evenness index were decreased.
(2) Rapid declined in Alpine shrubs in the former 20 years, while gradually increased in the later 8 years, and re鄄
covered in size and numbers during this period. But most of the new patches were smaller patches, and the appear鄄
ance of large number of small patches caused the increase of landscape fragmentation degree and landscape apartness
index. (3) Alpine talus vegetation decreased by 6. 41% in 30 years; the reduction of the number of small patches
resulted in decrease of landscape fragmentation degree and the strengthening of the uniformity of the distribution.
The results not only can explain the mechanism of interaction between landscape patterns of the main vegetation and
ecological processes in this mountain system, but also expound the direction and process of the dynamic succession
or the expansion potential.
植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 2011, 33 (3): 350 ~ 356
Plant Diversity and Resources摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 DOI: 10. 3724 / SP. J. 1143. 2011. 10242
* 基金项目: 四川省科技厅应用基础项目 (2010JY0089 ); 西华师范大学校基金项目 (10A017)
收稿日期: 2010-12-24, 2011-02-24 接受发表
作者简介: 刘守江 (1974-) 男, 副教授, 硕导, 从事生态与环境科学方面的研究。 E鄄mail: gtjxpg@ 163. com
Key words: Vegetation landscape; Optimization supervised classification; Landscape index; Dynamic changes;
Xiaoxiangling mountains
摇 景观动态变化是指景观结构、 功能、 空间格
局随时间的变化情况, 是景观生态学研究的核心问
题之一 (Forman等, 1990; Dunn等, 1991)。 通过对
景观变化的分析, 可以揭示景观演替的机制与规
律, 找寻人类活动和景观变化的关系, 进而预测景
观的未来变化趋势 (Pan等, 1999; Nagasaka和 Na鄄
kamura, 1999; Olsson等, 2000; Reid 等, 2000; 贾
宝全等, 2001) , 最终实现景观的可持续利用。
小相岭位于大凉山之西 (102毅12忆-105毅52忆
E, 28毅18忆-29毅20忆N), 四川省冕宁县、 喜德县、
越西县的交界处, 以保护大熊猫及其栖息地为主
要目的, 区域内包含冶勒和栗子坪 2 个省级自然
保护区。 山系全为国有林地, 为我国温带植物区
系成分, 种类丰富, 植被垂直地带分布明显, 森
林覆盖率为 70%左右。 目前, 小相岭山系成为大
熊猫种群数量最少的山系之一 (胡锦矗, 1990;
范志勇, 1994), 其中生活的大熊猫面临严重濒
危甚至灭绝危险。 众多学者对该山系的研究集中
于对大熊猫和古环境的相关研究 (冉江洪等,
2003, 2004; 罗勇等, 2006), 而严重忽视了其赖
以生存的栖息地植被。 本团队自 2006 年以来针
对该区域的植被进行了一系列深入考察 (胡翠
华等, 2009; 黄尤优等, 2010), 本文通过研究不
同时期小相岭典型植被类型的景观动态变化, 揭
示人类活动在该植被景观格局动态中的作用, 为
该区域生态环境的进一步改善以及珍稀濒危动物
大熊猫的研究提供重要数据支持, 最终实现该区
域植被的可持续发展。
1摇 材料与方法
1. 1摇 数据来源
遥感原始数据分别选用 1974 年 Landsat MSS、 1994
年 Landsat TM、 2002 年 Landsat TM共 3 个时期跨度近 30
年的遥感影像。 为了提高遥感图像分类的准确性, 利用
2008-2010 年间大量野外采集的 GPS 点信息、 实地景观
照片库、 国家测绘局地形图、 中国科学院出版的中国植
被图集、 四川植被协作组联合出版的四川植被类型图等
作为植被分类的重要辅助资料。
1. 2摇 数据处理
利用 ArcView GIS、 ERDAS IMAGINE (傅肃性, 2002;
张飞等, 2009)、 Fragstats、 Excel等软件来进行数据的综
合处理。 其中核心步骤是: 利用 ERDAS IMAGINE 9. 2
软件对 3 个时期的遥感原始数据进行假彩色合成、 精度
评估、 “优化监督分类冶 解译和利用 ArcView GIS 3. 3 软
件对解译的植被类型图进行空间格局分析 (党安荣,
2003; 黄尤优等, 2010)。 为避免原始遥感数据时相或季
相带来的差异, 在野外植被考察中均在典型植被类型核
心区进行 GPS 定位, 以保障植被分类的准确性 (黄尤
优, 2009)。 解译结果经 2010 年 6 月 27 日-7 月 13 日地
面实测数据验证后, 综合使用相关的 3S 软件形成解译
精度为 85%以上的植被类型分布图。
2摇 结果与分析
利用 ArcView GIS软件对小相岭山系植被类
型图进行分析, 获得该区植被景观的基本特征参
数。 结合实地调查的资料, 确定 9 种植被类型中
主要的 4 种植被类型, 按面积从大到小分别为:
针阔叶混交林、 针叶林、 高山灌丛和高山流石滩
植被, 总面积约 169 403. 83 km2, 占该区 9 种植
被类型总面积约 186 950. 54 km2的 91% , 在整个
植被景观中占有绝对优势 (图 1)。 本文选取具
有代表性的 13 个景观指数 (McGarigal和 Marks,
1995; 黄尤优等, 2010), 分析区域内主要植被
类型在近 30 年的植被景观格局动态变化情况
(表 1、 图 2)。
2. 1摇 针阔混交林的空间格局动态变化分析
由表 1 可知, 在近 30 年间, 针阔混交林的
CA、 ZLAND、 MPS、 LPI、 MSI 均增加, 其中 CA
增加 58 290. 67 hm2, ZLAND 增加了 17. 57%,
MPS增加 203. 27 hm2, LPI 增加 5. 98%, MSI 增
加 1. 96%; 并且 5个指数均表现出前 20年增幅大
于后 8年。 但 NP与 IJI指数均呈减少趋势, 其中
NP减少了 158 个, IJI 减少了 24. 92%。 2002 年,
作为整个景观的基质, 针阔叶混交林面积已达
80 710. 03 hm2, 占整个研究区面积的 24. 33% ,
成为景观中面积最大的植被类型。 在斑块面积增
加的同时, 斑块数却不断减少, 说明在此期间小
相岭山系的针阔混交林大量增加, 而且新增斑块
与原有斑块连接在一起, 形成形状复杂的大斑
块, 景观破碎程度和散布的均匀性有所降低。
1533 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘守江等: 小相岭山系主要植被类型的动态变化分析摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 小相岭山系中不同植被类型面积分布图
Fig. 1摇 Area distribution graph of different vegetation types in the Xiaoxiangling Mountains
表 1摇 近 30 年小相岭山系主要植被类型的景观指数变化幅度
Table 1摇 Variation amplitude of main vegetation landscape indices in the Xiaoxiangling Mountains in nearly 30 years
植被类型
Vegetation types
景观指数
Landscape indices
年份 Year
1974-1994 1994-2002 1974-2002
NP -135 -23 -158
MSI +1. 02 +0. 94 +1. 96
针阔叶混交林 CA(hm2) +47328. 14 +10962. 5 +58290. 64
Coniferous and broad鄄 MPS(hm2) +154. 97 +48. 3 +203. 27
leaved mixed forest ZLAND(% ) +14. 27 +3. 3 +17. 57
LPI(% ) +5. 47 +0. 51 +5. 98
IJI(% ) -11. 13 -13. 79 -24. 92
NP +54 -25 +29
MSI +0. 78 +0. 56 +1. 34
针叶林 CA(hm2) +8310. 86 +16735. 29 +25046. 15
Coniferous forest MPS(hm2) +10. 03 +41. 29 +51. 32
ZLAND(% ) +2. 51 +5. 05 +7. 56
LPI(% ) +0. 53 +3. 11 +3. 64
IJI(% ) -30. 98 -16. 89 -47. 87
NP -457 +335 -122
MSI +0. 16 +0. 47 +0. 63
高山灌丛 CA(hm2) -36666. 94 +18525. 2 -18141. 7
Alpine shrub MPS(hm2) -52. 48 +29. 59 -22. 89
ZLAND(% ) -11. 05 +5. 58 -5. 47
LPI(% ) -0. 85 +0. 36 -0. 49
IJI(% ) -26. 95 +5. 53 -21. 42
NP -356 -96 -452
MSI +1. 13 -0. 01 +1. 12
高山流石滩植被 CA(hm2) -18325. 58 -2949. 42 -21275
Alpine talus MPS(hm2) +20. 92 +41. 7 +62. 62
vegetation ZLAND(% ) -5. 52 -0. 89 -6. 41
LPI(% ) +1. 18 -0. 83 +0. 35
IJI(% ) +4. 84 +12. 08 +16. 92
注: CA: 斑块面积; ZLAND: 在景观中所占的比例; NP: 斑块数; MPS: 平均斑块面积; LPI: 最大斑块指数; MSI: 平均斑块形状指
数; IJI: 散布与并列指数摇 摇 摇 摇 Note: CA: class area; ZLAND: percentage of Landscape; NP: number of patch; MPS: mean patch size in鄄
dex; LPI: largest patch index; MSI: mean patch shape index; IJI: interspersion Juxtaposition Index
253摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 33 卷
图 2摇 小相岭山系主要植被类型斑块水平的景观指数变化
A-C: 针阔叶混交林; D-F: 针叶林; G-I: 高山灌丛; J-L: 高山流石滩
Fig. 2摇 Landscape indices variation of main vegetation type at class鄄level in the Xiaoxiangling
A-C: Coniferous and broad鄄leaved mired forest; D-F: Coniferous forest; G-I: Alpine shrub; J-L: Alpine talus vegetation
3533 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 刘守江等: 小相岭山系主要植被类型的动态变化分析摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
摇 摇 由图 2 (A-C) 可知, 针阔混交林的斑块周
长 TE、 斑块密度 ED、 反映边界复杂程度的
MPFD、 反映连接性的 MPI 以及反映形状偏离规
则圆形程度的 LSI指数均持续增长, 仅揭示景观
格局的团聚与分散程度的 MNN 不断减少。 其
中, 邻近度指数 MPI 增幅最大, 从 1974 年的
212. 58 增加到 2002 年的 48487. 23; 其次增幅较
大的分别是 TE、 ED 与 LSI, 分别是 290. 03% 、
289. 93%和 269. 07% ; 增幅最小的是平均斑块
分维数 MPFD, 增加了 7. 14% ; 而平均最近距离
MNN则从 1974 年的 242. 87 减少到 2002 年的
84. 15, 减少了 65. 35% 。 同样说明, 在近 30 年
间, 针阔混交林的数量急剧增加, 原零星分布的
斑块逐渐连接并聚集在一起, 导致周长与密度相
应呈增长趋势, 而边界变得复杂。
2. 2摇 针叶林的空间格局动态变化分析
由表 1可知, 在近 30年间, 针叶林各景观指
数变化趋势与针阔混交林相似, CA、 ZLAND、
MPS、 LPI、 MSI均增加, 其中 CA 增加 25 046. 46
hm2, ZLAND增加 7. 56%, MPS 增加 51. 32 hm2,
LPI增加 3. 64% , MSI增加 1. 34% ; MSI 增幅比
较稳定外, 其余 4 个指数表现为后 8 年比前 20
年增幅大。 NP则呈先增后减的变化趋势, 前 20
年增加 54 个, 后 8 年减少了 25 个; 同时, IJI
呈整体下降趋势, 共减少 47. 87% 。 说明在此期
间小相岭山系的针叶林不断增加, 部分斑块聚集
形成形状复杂的大斑块, 且较集中分布, 导致景
观空间分布均匀性略有降低。
摇 摇 由图 2 (D-F) 可知, 针叶林的 TE、 ED、
MPFD、 MPI、 LSI 指数均保持增长, MNN 不断
减小, 与针阔混交林指数变化也基本相似。 其
中, 邻近度指数 MPI 仍增幅最大, 前 20 年缓慢
增长, 后 8年增长迅速; 其次增幅较大的分别是
TE、 ED与 LSI, 增幅分别是 131. 58%、 131. 54%
和 123. 36% ; 增幅最小的是平均斑块分维数
MPFD, 增加了 6. 25% ; 而平均最近距离 MNN
则从 1974 年的 239. 40 减少到 2002 年的 135. 15,
减少了 43. 55% 。 说明, 在 30 年间, 针叶林的
各指数变化与针阔混交林极为相似, 仅变化幅度
上稍小一点, 数量、 周长、 密度均增加, 聚集程
度加强, 连接性好。
2. 3摇 高山灌丛的空间格局动态变化分析
由表 1可知, 在近 30年间, 高山灌丛各景观
指数仅 MSI呈整体增加趋势, 从 1974 年的 2. 64
增加到 2002年的 3. 27, 其余指数均呈先减后增的
变化趋势。 前 20 年, CA 减少 36 666. 94 hm2,
ZLAND减少 11. 05%, NP减少 457 个, MPS 减少
52. 48 hm2, LPI 减少 0. 85%, IJI 减少 26. 95%。
说明在前 20 年高山灌丛面积与数量大量减少,
斑块形状趋于复杂, 且平均斑块面积缩小, 景观
破碎化程度增加, 斑块散布的均匀程度减少。 后
8年, CA增加 18 525. 55 hm2, ZLAND增加 5. 58%,
NP增加 339 个, MPS 增加 40. 00 hm2, LPI 增加
0. 36% , IJI增加 9. 67% 。 说明后 8 年高山灌丛
得到一定程度的恢复, 但是还未能恢复到 1974
年时的状态。 在此期间斑块面积与数量都有所回
升, 但新增斑块绝大多数是尺寸较小的斑块, 聚
集在一起形成较大斑块, 但大量小斑块的出现导
致景观破碎度和离散程度有所增加。
由图 2 (G-I) 可知, 高山灌丛各景观指数
中仅 MPFD 保持不断增长, 增幅为 3. 51% ;
MNN先增后减, 前 20 年增加 976. 23, 后 8 年又
减小 949. 16, 整体增幅为 13. 14% ; 而 TE、 ED、
MPI、 LSI均呈先减后增的变化趋势, 整体减幅
分别为 27. 87% 、 27. 82% 、 25. 91%和 26. 73% 。
说明, 在 70-90 年代间高山灌丛曾受到较为严
重的破坏, 数量与密度减少; 而 90 年代后逐步
恢复, 但恢复程度不明显, 聚集和连接性还较
差。
2. 4摇 高山流石滩植被的空间格局动态变化分析
由表 1可知, 在前 20 年间, 高山流石滩植被
的 CA 减少 18 325. 58 hm2, ZLAND 减少 5. 52%,
NP减少 356个, LPI 增加 1. 18%, MPS增加 20. 92
hm2, MSI增加 1. 13, IJI增加 4. 84% 。 说明在此
期间高山流石滩植被有所减少, 但减少的多是小
斑块。 总体来看, 高山流石滩植被破碎化程度并
未加深, 大斑块更加明显, 且分布的均匀性有所
加强, 但斑块形状略显复杂。 后 8 年, CA 减
少 2 949. 28 hm2, ZLAND 减少 0. 89% , NP 减少
96 个, LPI 减少 0. 83% , MPS 增加 41. 70 hm2,
IJI增加 12. 08% , MSI则基本保持不变。 说明在
后 8年虽然高山流石滩植被面积和数量继续缩减,
但减少的速度有所变缓, 而且消退的仍是小斑块,
453摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 植 物 分 类 与 资 源 学 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 第 33 卷
保留下来的斑块尺寸较大, 并且斑块形状复杂度
基本保持不变, 因此, 景观破碎度有所减轻。
由图 2 (J-L) 可知, 高山流石滩植被的 TE、
ED、 LSI 指数不断减小, 减幅分别为 47. 45% 、
47. 44% 、 44. 80% ; MNN 则不断增大, 增加比
例为 96. 31% ; 而 MPI 与 MPFD呈先增后减的变
化趋势, 总体上有所增加, 增幅分别为 189. 09%、
3. 57% 。 再次证实, 在近 30年间, 高山流石滩植
被数量减少, 且保留下来的是较大斑块, 因此分
布得更加均匀、 离散, 景观离散程度也有所加深。
3摇 结论与讨论
3. 1摇 结论
根据 1974、 1994 和 2002 年遥感影像的解译
结果, 在景观异质性原理、 尺度效应和自然等级
理论原理的基础上将 3S 技术与景观生态学相结
合, 对大熊猫栖息地小相岭山系的主要森林植被
景观: 针阔叶混交林、 针叶林、 高山灌丛和高山
流石滩植被 4 种植被类型进行动态变化及形成过
程分析。 研究结果如下:
针阔混交林是整个景观中面积最大的植被类
型, 它与针叶林在 30 年间不断增加, 新增加的
斑块与原有斑块连接在一起, 形成边界复杂的大
斑块, 因此景观破碎程度和散布的均匀性有所降
低。 针阔混交林与针叶林的各景观指数变化趋势
极为相似, 唯一的区别是针阔混交林在前 20 年
增幅大, 而针叶林是后 8 年增幅大; 近 30 年针
阔混交林与针叶林的景观破碎度与均匀度有所降
低, 主要原因是这二种植被类型在面积增加、 密
度加大的同时, 许多小斑块不断融合、 连通, 形
成大斑块。 高山灌丛在前 20 年中持续减少, 破
碎度与均匀度减弱, 形状趋于复杂; 但在 90 年
代得到一定的恢复, 破碎度和离散度均有所增
加, 但仍未恢复到 70 年代初的状态。 30 年间高
山流石滩植被则不断减少, 但减少的速度逐渐变
缓, 由于消退的主要是小斑块, 保留下来的斑块
尺寸较大, 因此景观破碎度有所减轻。
3. 2摇 讨论
植被景观类型的分布决定于地形、 气候、 水
系、 土壤等环境因子以及人类活动的干扰。 通过
实地考察, 小相岭山系处于横断山脉东缘, 植被
景观的分布现状与其特殊的地理环境密不可分,
区域内的地形、 气候、 土壤和水系分布等构成了
其动态变化的驱动因素之一。 除自然因素外, 由
于 1989 年国家启动长江中上游防护林体系建设
工程, 到 2008 年全省一期工程累计完成营造林
187. 6267 万公顷。 在此期间林地的大量恢复以
及人工采伐的大规模减少成为小相岭山系的针阔
混交林与针叶林大幅增加、 高山灌丛在 90 年代
初逐步得到恢复的主要因素。 按照景观生态学动
态变化原理推断, 未来小相岭山系植被将处于自
然更新的演替阶段, 针阔混交林与针叶林还将持
续增加, 但增幅逐渐变缓; 高山灌丛将恢复至
70 年代时的状态; 而高山流石滩植被还将减少,
但减幅不大。 科研人员应进一步加强对该区植被
与生态环境的科学研究, 加大力度培育和保护森
林资源; 当地政府与林区工作者应当努力提高保
护区的经营管理水平, 禁止采伐、 退耕还林, 积
极保护山系内珍稀动植物资源, 维护和增强保护
区生态系统的稳定性。
也参摇 考摇 文摇 献页
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