林地变化及景观斑块特征的演变

曾春阳，曾广宇 ，程丽华 ，刘志斌 ，廖 源 ，黎 波

林地变化及景观斑块特征的演变

曾春阳1，曾广宇2，程丽华3，刘志斌1，廖 源4，黎 波4

（1. 广西林业勘测设计院，广西 南宁 530011； 2. 广西林业科学研究院，广西 南宁 530002；3. 广西国土测绘院， 广西 南宁 530023; 4. 岑溪市林业局，广西 岑溪 543200）

利用广西岑溪市1999年、2009年两期森林资源规划设计调查数据，借助GIS分析工具及景观生态学原理，分析了间隔期内林地变化及林地景观斑块特征演变情况。研究结果表明：在10年中，岑溪市林地面积有所增加，林地的增加尤其是有林地较大幅度的增加导致了林地整体质量的提升；研究区内林地景观斑块形状指数有所下降，形状趋于规则；斑块分维数有所下降，形状趋于规律；斑块密度指数有所上升，受干扰程度有所增加。全市林地景观格局呈现多样化，破碎化程度增加，林地景观格局的演变主要受人类活动的干扰影响。

林地；斑块特征；景观生态学；破碎化；岑溪市

林地是森林资源的载体和重要组成部分，是林业发展的基础，是控制森林资源消耗、增强森林生态防护效益、实现国民经济可持续发展的根本与保障[1-3]。研究林地的变化，对揭示林地利用规律、形成合理保护和利用林地的决策具有极其重要的意义[4]，而林地景观斑块特征的演变影响着景观中许多空间格局和生态过程[5]，反映了林地景观受人类活动影响的情况。本文利用广西岑溪市1999年、2009年两期森林资源规划设计调查数据，借助GIS分析工具及景观生态学原理，分析了间隔期内林地变化及林地景观斑块特征演变情况，对岑溪市以后的林地保护利用、景观规划和管理及林地资源的可持续利用具有一定的理论和实践作用。

1 研究区概况

广西壮族自治区岑溪市位于东经110°3′～111°22′， 北 纬 22°37′～ 23°13′， 属 南 亚 热 带 湿润季风气候区，地处云开大山北麓东段的丘陵山区，地势东南高，西北低，境内山脉为云开大山及勾漏山余脉延伸。全市植被类型丰富，主要树种有马尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia Lanceolata、尾叶桉Eucalyptus urophylla、巨尾桉 Eucalyptus grandis、 红 锥 Castanopsis Hystrix、大叶栎Castanopsis fissa、青冈Cyclobalanopsis glauca、栲树Castanopsis fargesii、八角Lllicium verum、肉桂Cinnamomum cassia等。

2 研究方法

2.1 数据来源与分类系统

本文以广西壮族自治区岑溪市为例，研究中所采用的岑溪市1999年、2009年林地空间分布数据均来自于两期森林资源规划设计调查成果。根据《中华人民共和国森林法实施条例》及国家林业局2003年4月颁布的《森林资源规划设计调查主要技术规定》，结合《广西壮族自治区森林资源规划设计调查主要技术规程》（2009年）及实际情况，本次研究把林地类型分为：①有林地(woodland)；②疏林地(open woodland)；③灌木林地(shrub land)；④未成林造林地(yong afforestation land)；⑤其它林地(other forestland)，其它林地中含无立木林地、宜林地、辅助生产用地及苗圃地。非林地统一归为一类：⑨非林地(non forestland)。

2.2 林地变化及斑块信息提取

将1999年及2009年两期森林资源规划设计调查数据统一到同一坐标系和投影下，把矢量数据转化为20 m×20 m的ArcGIS栅格数据，利用GIS的图层叠置功能求算出间隔期内林地变化信息，并以此为基础，计算林地转移矩阵及其流向百分比矩阵[6-9]。同时将两期栅格数据导入Fragstats3.3中，得到林地斑块特征有关数据。

各林地类型变化率指数可以定量描述区域林地类型变化的速度及区域林地变化中的类型差异[10]。公式表达为：

式中： K为研究时段内变化率，Ua，Ub分别为该林地类型在研究初期和末期的面积，T为研究时段。

2.3 林地景观斑块特征研究指标的选取

关于斑块特征的评价指标有很多，根据研究区域内获取数据的特点。本文采用目前相对成熟的方法计算和分析，从斑块的破碎化特征和形状特征对林地景观斑块进行破碎化评价。所选取主要指标的名称，计算公式及生态意义详见表1[11-14]。

3 研究结果及分析

3.1 林地变化分析

1999～2009年林地转移数量及流向百分比矩阵详见表2。10年间，不同林地的变化情况有所不同，岑溪市1999～2009年林地变化的主要特征为：

有林地、疏林地、其它林地面积有所增加，其中以有林地和其它林地增加面积最多，分别增加了6 547.5 hm2、2 688.4 hm2；灌木林地、未成林造林地、非林地面积有所减少，分别减少6 399.6 hm2、2 176.7 hm2、900.0 hm2。就有林地而言，有林地与各林地均存在转入转出的关系。有林地转出到其它林地面积最大，转出到非林地的面积最小；灌木林地及未成林造林地转入到有林地的面积较大，疏林地转入有林地面积最小。总体上，净减少的有林地主要是转换成了其它林地，其次是灌木林地，再次是疏林地。减少的灌木林地主要转换为有林地和其它林地，净增的灌木林地主要来源是有林地和非林地。疏林地、未成林造林地、其它林地主要是与有林地之间转入转出。从各林地之间的交换量（转入加转出）来看，有林地、灌木林地、其它林地居多；疏林地和非林地较少。

表1 景观生态特征指标及生态意义Table 1 Landscape ecological index and ecological significance

表2 1999～2009年岑溪市各地类转换信息Table 2 Land-use changing information in Cenxi City from 1999 to 2009

1999～2009年，岑溪市林地总面积增加了900.0 hm2，年平均增加0.12%，而有林地面积净增加6 547.5 hm2，年平均增加0.35%，这与退耕还林工程的实施及征占用林地补偿平衡政策相关，使林地得到了有效的保护。按照Costanza估算的森林服务价值为302美元/hm2计算[15]，仅由于林地面积的增加，所增加的生态服务功能价值就达到了27.18万美元。岑溪市林地的增加尤其是有林地的较大幅度增加导致林地整体质量有所提升。

3.2 林地景观斑块特征演变分析

3.2.1 林地景观斑块的总体特征演变分析

岑溪市土地总面积为277 122.0 hm2，其中林地面积由1999年的204 210.2 hm增加到2009年的205 110.2 hm2，林地景观处于岑溪市景观本底或基质的位置。研究区内1999年、2009年林地景观分别有1 514、3 617个斑块，各个景观类型所拥有的斑块总面积和总周长也极不均衡（见表3）。两个年度中，有林地在整个林地景观中都占有绝对优势，斑块总面积分别占91.81%、94.60%，斑块数分别占20.48%、26.51%，是研究区内的主导景观类型。可见，有林地一直是整个林地景观的基质，控制着整个景观的物质和能量流动，其它林地类型景观组分镶嵌分布其中，呈小面积零星分布。灌木林地斑块总面积分别占5.50%、2.36%，但是斑块数所占比重两个年度都超过了40%，说明灌木林地破碎化程度越来越大，受人工干扰的程度很深，这主要是因为岑溪市的灌木林地大部分都为经济林树种，属于国家特别规定的灌木林。未成林造林地斑块数、斑块总面积、斑块总周长都大幅下降，说明岑溪市在间隔期内生态环境趋于良好，未成林造林地自然成长后进入有林地。疏林地、其它林地斑块数、斑块总面积、斑块总周长比重有所增加，这主要是部分林农采用“拔大毛”的方式对有林地进行采伐导致向疏林地转化，2008年的雨雪冰冻灾害及采伐后没有及时更新造林使有林地向其它林地转化。

表3 岑溪市林地景观斑块数量变化特征Table 3 Patch quantity change characteristics of forest landscape in Cenxi city

3.2.2 林地景观斑块的形状及破碎化特征演变分析

斑块的平均面积越大，景观连通性就越好，反之就越差。由表4可见，景观总体的平均值由1999年的134.88 hm2下降为2009年的56.71 hm2，各林地景观类型的斑块平均值均有所下降，这表明各林地景观类型连通性均有所下降，但有林地还是一直保持着相对较高的连通性。各景观类型斑块面积的标准差反应了同一景观类型中斑块面积的变动程度大小。两期数据各景观斑块的面积标准差大小顺序分别为：有林地＞灌木林地＞其它林地＞未成林造林地＞疏林地、有林地＞未成林造林地＞其它林地＞疏林地＞灌木林地，除灌木林地外指标的大小顺序变化不大，显示了有林地景观的斑块面积大小差异一直非常显著，异质性特征最为强烈，而其它林地类型景观斑块间面积大小差异不十分明显。有林地景观斑块间面积大小的显著差异显示了森林植被的自然属性，而其它几种林地景观类型面积差异相对较小，说明受到人类活动的深刻影响和干扰。

斑块的形状指数越接近于1，说明该类型景观的斑块形状越接近于圆形，数值越大说明形状越复杂。整个林地景观类型的形状指数都有所下降，形状趋于规则。而因为有林地的斑块总面积和平均面积在整个景观中占有绝对优势，故其斑块形状较为复杂，其它景观类型的平均面积都很小，形状反而比有林地更加接近于圆形，形状破碎化程度也较低。

表4 岑溪市林地景观斑块形状及破碎化变化特征Table 4 Patch shape and heterogeneity change characteristics of forest landscape in Cenxi city

分维数用来测定斑块形状对斑块内部生态过程的影响，如动物迁徙，物质交流等。其理论取值范围为1.0～2.0，分维数愈接近于1，表明斑块的自我相似度越强，形状越有规律，斑块受人为干扰的程度也愈大；分维数越接近于2，则表明斑块具有愈为复杂的形状[16]。间隔期内，各林地景观类型的分维数都有所下降，形状越趋于规律。受地形等环境因子控制的景观类型分维数较大，如其它林地分别为1.48、1.28，而受人类经营活动影响较大的其它景观类型分维数相对较小。

斑块密度指数（亦称孔隙度），其可以揭示出景观基质被该类型斑块分割的程度，孔隙度越高，表明某一类型在景观中的分布就越广、影响就越大，从而可以识别不同景观类型受干扰的程度[17]。间隔期内，岑溪市各林地景观类型的密度指数都有所上升，受干扰程度有所增加，其中有林地的密度分别为0.11块/km2、0.15块/km2，其一直是岑溪市的基质景观，面积大，连通性好，因此孔隙度一直要比其它景观类型的低，而其它景观类型的林地斑块小而分散，表明受人为作用影响较大。

4 结 论

研究结果表明：岑溪市1999～2009年间，林地面积有所增加，林地的增加尤其是有林地较大幅度的增加导致了林地整体质量的提升；林地景观斑块平均面积减小，破碎化程度增加，全市林地景观格局呈现多样化，林地景观格局的演变主要受人类活动的干扰影响。

（1）通过林地矩阵转移分析，岑溪市林地总面积增加了900.0 hm2，年平均增加0.12%，而有林地面积净增加6 547.5 hm2，年平均增加0.35%，这与退耕还林工程的实施及征占用林地补偿平衡政策相关，使林地得到了有效的保护。

（2）研究区内各个景观类型的斑块数、所拥有的斑块总面积和总周长极不均衡，有林地一直作为主导景观类型，其斑块面积、周长大小差异大，一直是整个林地景观的基质，控制着整个景观的物质和能量流动。其它林地类型景观组分镶嵌分布其中，呈小面积零星分布。

（3）研究区内整个林地景观类型的形状指数都有所下降，形状趋于规则，有林地斑块形状较为复杂，其它景观类型的比有林地更加接近于圆形，形状破碎化程度也较低。各林地景观类型的分维数都有所下降，形状越趋于规律，受地形等环境因子控制的景观类型分维数较大，而受人类经营活动影响较大的其它景观类型分维数相对较小。各景观类型的密度指数都有所上升，受干扰程度有所增加，有林地一直是岑溪市的基质景观，面积大，连通性好，而其它景观类型的林地斑块小而分散，受人为作用影响较大。

林地的变化及林地景观斑块特征的演变不仅体现了林业发展的趋势，而且表征了国土状态的演变趋势。这个发展趋势合理与否，直接关系到林业生产的规模和布局，也对整个国计民生起着举足轻重的作用。通过对岑溪市林地变化和林地景观斑块特征演变研究，其今后的林地发展和保护策略应注意以下几个方面的内容：林地必须以保护为主，尤其是生态公益林区内的林地，尽量减少各种不利的干扰，控制林地景观的破碎程度；合理对林地进行开发和利用，增加林地景观的功效性，促进林地系统生产力的提高；协调好利用和开发之间的关系，同时加强区域内物质循环、能量流动、生物的迁徙及保护生物多样性的监测。

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Analysis of change and patch landscape characteristics of forestland

ZENG Chun-yang1, ZENG Guang-yu2, CHENG Li-hua3, LIU Zhi-bin1, LIAO Yuan4, LI Bo4
(1.Guangxi Forest Inventory & Planning Institute, Nanning 530011, Guangxi, China; 2. Guangxi Forest Research Institute, Nanning 530002, Guangxi, China; 3. Guangxi Land Surveying & Mapping Institute, Nanning 530023, Guangxi, China;4. Forestry Bureau of Cenxi City, Cenxi 543200, Guangxi, China)

By using the data of forest inventory planning and design in Cenxi city in 1999 & 2009, the forestland and landscape patch changes were analyzed with the support of GIS and landscape ecology principle.The results show that in 1999～2009 the total area of the forestland increased slightly, the increasing of forestland, especially greatly increasing of woodland led to the improvement of the whole forestland quality. The value of shape index of the landscape was decreasing, shape trending to be simplified. The heterogeneity of the landscape was decreasing, shape trending to be law. The density index of the landscape was increasing, the degree of interference was increasing. The forestland landscape presented diversification in study area, the fragmentation of forestland landscape was increasing,the mainly reason of change was human activities.

forestland; patch characteristics; landscape ecology; fragmentation; Cenxi City

S718.557；S757.2

A

1673-923X(2012)08-0033-04

2012-03-10

广西区科技厅攻关项目(林科攻0992007-5)

曾春阳(1981—)，男，江西于都人，工程师，硕士，主要从事林业调查规划设计、营造林等工作; E-mail:zchy12000@163.com

[本文编校：吴 彬]