利用RS、GIS技术研究分析了南岭国家级自然保护区内景观格局的时空变化及其驱动力因子,结果表明:1988~2009年间,在景观面积变化方面,区内景观主体森林景观占总面积的95%左右,其中常绿阔叶林面积最大,占总面积的50%以上,优势景观类型为针叶。在景观破碎度方面,全区内景观的密度指数增加,景观破碎化程度加剧;核心区内斑块密度指数略减,各景观类型的平均斑块面积增大,景观破碎化程度略增但不显著,缓冲区和实验区破碎化程度加剧;在景观多样性方面,全区内景观格局由简单变复杂,多样性指数增大,异质化程度增加;核心区内景观多样性呈现略增但不显著;缓冲区内景观多样性显著增加;实验区内多样性指数减小,景观异质化程度降低;整个研究区内的景观向多样化方向发展。实验区景观格局与全区一致,缓冲区变化不大,核心区景观格局朝单一化方向发展。 In this paper, landscape pattern change and its driving forces of each functional zone in Nanling National Nature Reserve were analyzed based on the GIS and RS platform. It turns out that, from 1988 to 2009, about the changes of landscape area, the main forest landscape was about 95% of the total area, of which the evergreen broad-leaved forest had the largest area, accounting for more than 50% of the total area. The dominant landscape type was coniferous. In the aspect of landscape fragmentation, the density index of landscape in the whole area increased and the de-gree of landscape fragmentation increased. The patch density index in the core area decreased slightly, and the average patch area of each landscape type increased, and the degree of landscape fragmentation increased slightly significantly, the degree of fragmentation of the buffer zone and the experimental area increased. In the aspect of landscape diversity, the landscape pattern in the whole area increased from simple to complex, the diversity index increased and the degree of heterogeneity increased. The diversity of the landscape in the core area was slightly increased but not significant; the landscape diversity in the buffer area increased significantly. The diversity index of the experiment area is reduced and the degree of landscape heterogeneity is reduced. The landscape in the whole study area is diversified. The landscape pattern of the experimental area is consistent with that of the whole area, and the buffer zone is not changed, and the landscape pattern of the core area is developing towards the single direction.
陈志明1,廖芳均2*,温带娣1,谢勇1,刘宗君1
1广东南岭国家级自然保护区管理局,广东 韶关
2中山大学生命科学学院,广东 广州
收稿日期:2017年4月11日;录用日期:2017年4月27日;发布日期:2017年4月30日
利用RS、GIS技术研究分析了南岭国家级自然保护区内景观格局的时空变化及其驱动力因子,结果表明:1988~2009年间,在景观面积变化方面,区内景观主体森林景观占总面积的95%左右,其中常绿阔叶林面积最大,占总面积的50%以上,优势景观类型为针叶。在景观破碎度方面,全区内景观的密度指数增加,景观破碎化程度加剧;核心区内斑块密度指数略减,各景观类型的平均斑块面积增大,景观破碎化程度略增但不显著,缓冲区和实验区破碎化程度加剧;在景观多样性方面,全区内景观格局由简单变复杂,多样性指数增大,异质化程度增加;核心区内景观多样性呈现略增但不显著;缓冲区内景观多样性显著增加;实验区内多样性指数减小,景观异质化程度降低;整个研究区内的景观向多样化方向发展。实验区景观格局与全区一致,缓冲区变化不大,核心区景观格局朝单一化方向发展。
关键词 :森林景观格局,景观指数,自然保护区,驱动力
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森林是陆地生态系统的主体,森林景观格局变化不仅对森林生态系统内的物质循环和能量流动产生影响,制约生态过程,进而影响森林的演替,如斑块的大小和形状会影响种群的生存能力和抗干扰能力 [
南岭国家级自然保护区位于南岭山脉中段南麓,是广东省最大的自然保护区,总面积为5.8万公顷 [
20世纪80年代以来,众多学者对南岭山地的自然保护区开展了野生动植物 [
广东南岭国家级自然保护区地处南岭山脉中段南麓,坐落在广东省韶关市的乳源县、清远市的阳山县和连州市行政境界内,地理坐标为112˚30'~113˚04'E,24˚37'~24˚57'N,总面积58,368.5 hm2 [
本研究采用1988年12月17日、1999年12月12日和2009年12月12日3景Landsat TM影像(分辨率为30 m,云量少于5%)作为信息源,对影像进行几何精校正,为选取TM(4、3、2)(R、G、B)假彩色合成影像同时利用个别单波段影像,以便于能够较多的反映地物信息,然后对影像进行二次线性拉伸做增强处理。
根据研究区森林资源小班调查主要因子表,参照全国土地利用分类系统标准 [
图1. 研究区位置与功能分区
景观格局指数是景观生态学广泛使用的定量研究方法,高度浓缩了景观格局和景观动态信息,能够很好地了解景观格局的组成成分、空间配置和动态变化过程 [
从整体上看,南岭国家级自然保护区主要以森林景观类型为主,面积占95%左右,其中常绿阔叶林面积最大,占总面积的50%以上,优势景观类型为针叶林,若以森林景观为基质,则水域、建设用地和其它土地则如斑块点缀其中。1988~2009年间,各景观类型面积均发生了变化,变化显著的有针叶林,其面积一直下降,从1988年的143,156.70 hm2下降到2009年的13,868.51 hm2;其它土地和建设用地面积则一直增长,其它土地从1988年的80.55 hm2增长到2009年的100.92 hm2,建设用地从1988年的96.13 hm2增长到2009年的157.95 hm2,其他景观类型呈现波动趋势(表1)。
针叶林持续减少的主要原因是由于大部分针叶林位于保护区与国有林场重叠部分,保护区成立后采取了封山育林措施,砍伐迹地遵循自然演替规律,变为了其它景观类型。其它土地增加主要是由于其大部分位于区内风化区域,由于保护措施只采取的封山育林的方法,导致风化区域扩大。而建设用地显著增加主要是因为随着经济的发展,区内道路、区内社区居民房屋的增多。地表水域增长明显主要是由于区内小水电的开发不断增多而修建的人工水库、蓄水池等。
从各功能分区来看,近20a来,随着时间的推移以及社会的发展,各功能区所受干扰强度不同,各景观类型斑块面积变化呈波动趋势(图2)。实验区针叶林、灌木林面积持续减小,常绿阔叶林面积先减小后增大,阔叶混交林、耕地、其它土地、建设用地和水域面积持续增大,变化最大为其它林地,在研究后期增长迅速;缓冲区主要景观类型为常绿阔叶林,其它森林景观类型占一定比例,针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林和水域面积呈下降趋势,其它景观类型面积则持续增加,增长最快为其它林地;核心区常绿阔叶林面积占绝对优势,研究期间除其它林地面积呈下降再上升趋势外,其他景观类型面积变化不大,较为稳定。这主要是因为社区基本分布在实验区,区内基本为瑶族居民,随着人口的增多,耕地增加,建设用地急剧增加;2008年初的雨雪冰冻灾害使得区内大片林地受损,变为其它林地。
斑块密度指数能够明确的反映景观空间结构的复杂性,与景观破碎化程度成正比。通过对斑块密度指数的计算发现(图3),1988~2009年间,整个研究区域的景观破碎化程度呈减小再增大趋势,全区的景观趋向破碎化。这主要是由于研究前期,南岭保护区尚未成立,虽为5个省级保护区,但区内大部分区域与国有林场重叠,还依旧进行着间伐作业,南岭国家级自然保护区成立后,逐步采取封山育林政策,同时监管力度增大,各景观类型斑块面积增大;研究后期,随着社会经济的发展,保护区逐步完善基础设施,以及开发各种可利用资源,导致总斑块数量增加,斑块的密度指数增大,破碎化程度变大。
从斑块数量上看,在各功能区面积不变的情况下,实验区除阔叶混交林数量减少外,其它景观类型斑块数量均增加;缓冲区除水域外,其它景观类型斑块数量均增加;核心区常绿阔叶林和阔叶混交林斑
针叶林 | 针阔混交林 | 常绿阔叶林 | 阔叶混交林 | 灌木林 | 其它林地 | 耕地 | 其它土地 | 建设用地 | 水域 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1988 | 14741.70 | 5805.73 | 32091.76 | 3166.95 | 780.91 | 1504.56 | 94.32 | 80.55 | 96.13 | 5.78 |
1999 | 14315.67 | 5878.52 | 32691.15 | 3191.00 | 645.90 | 1306.87 | 117.50 | 90.12 | 128.29 | 3.44 |
2009 | 13868.51 | 5613.23 | 32297.34 | 3054.77 | 666.28 | 2485.03 | 104.48 | 100.92 | 157.59 | 20.25 |
表1. 1988年、1999年和2009年研究区各景观类型面积/hm2
图2. 1988~2009年各功能区不同景观斑块面积变化
图3. 1988~2009年各功能区不同景观斑块密度变化
块数量减少,其它景观类型均增加(图4)。从整体景观上来看,各功能区的斑块数量变化呈现一定规律,在研究前期斑块数量减少,后期则增加显著,其中增长最快为实验区,其次为核心区,这也表明景观破碎化程度增加,景观格局明显趋于复杂。
1988~2009年间,整个研究区的多样性指数呈波动趋势,从各功能区的变化来看,实验区内的多样性指数不断增大,缓冲区内的多样性指数在研究前期维持不变,后期呈增大趋势,核心区内的多样性指数则为研究前期明显减小再稍有增大趋势(表2)。
实验区的多样性指数为增大趋势,一方面是景观内斑块类型数量增多,另一方面是各景观类型组分比例发生改变,大片针叶林面积所占比例下降,耕地和建设用地增加,不断增大的人为活动,使得各景观类型被割裂成更多的斑块。1988年针叶林面积为46.46%,是整个实验区的优势景观类型,非森林景观类型多为缀块类型,镶嵌于森林景观类型之中,所占比例较少,耕地、其它土地、建设用地和水域分别所占的面积比为0.31%、0.09%、0.22%和0.01%。到2009年,针叶林面积下降到43.51%,而耕地、其它土地、建设用地和水域所占面积分别上升到0.35%、0.12%、0.34%和0.04%,这是由于原林场人工针叶林大部分在实验区,前期的间伐,瑶族同胞人口的增长,以及小型水电站的开发,道路灯基础设施的建设,出现景观斑块多样化的现象,从而引起实验区内景观多样性指数呈增大趋势。
缓冲区内多样性指数研究前期基本维持不变,研究后期略有增加,景观格局出现均衡化。缓冲区内的优势景观为常绿阔叶林,研究期间所占面积一直维持在56%左右,其它林地所占面积增长迅速,从1988年的3.1%增长到2009年的6.1%,面积增长了近一倍,其它森林景观类型面积均稍有下降,而非森林景观面积均稍有增加,景观格局逐渐向均匀化分布的方向发展,从而缓冲区内的景观多样性指数增大。
核心区内多样性指数减小,主要是因为整个研究区域景观类型以常绿阔叶林为基质,为绝对优势斑块,所占面积在研究期间为76%左右,耕地为0,其它景观类型镶嵌其间,景观格局由均衡化分布逐渐向单一化方向发展。1988~2009年核心区各景观类型所占比例如(图5),除水域和建设用地面积从1988年的0.004%和0.09%增长到2009年的0.02%和0.15%,其它景观类型基本维持稳定。
整个研究区域的景观多样性指数先减后增,从1988年的1.25增加到2009年的1.28。主要因为,保护区的成立,功能区的划分,以及采取一系列的保护管理措施,使得景观连接度增强,但随着社会和经
图4. 1988~2009年各功能区不同景观斑块数变化
1988 | 1999 | 2009 | 全区 | |
---|---|---|---|---|
实验区 | 1.31 | 1.32 | 1.38 | 1.25 |
缓冲区 | 1.27 | 1.27 | 1.33 | 1.23 |
核心区 | 0.92 | 0.83 | 0.87 | 1.28 |
表2. 1988~2009年各功能区多样性指数变化表
图5. 1988~2009年各功能区不同景观斑块所占面积比
济的发展,区内的人口增加到外出及外迁,以及人们开始对山地的利用从原始的林场砍伐到多方位的开发,使得景观斑块数量增加,景观破碎化程度增加,异质化程度增大,多样性指数增加。
在社会经济发展和人口增长的同时,人类活动对山地森林景观格局的影响不断加剧,通过以上分析得出,1988~2009年间,南岭国家级自然保护区内的景观格局发生了波动变化。
1) 在景观面积变化方面,整个研究区域以森林景观为主,在研究期间,面积达95%以上,非森林景观镶嵌其间;实验区针叶林、灌木林面积持续减小,变化最大为其它林地在研究后期增长迅速;缓冲区主要景观类型为常绿阔叶林,其它森林景观类型占一定比例;核心区常绿阔叶林面积占绝对优势,研究期间除其它林地面积呈下降再上升趋势外,其他景观类型面积变化不大,较为稳定。
2) 在景观破碎度方面,整个研究区域的景观破碎化程度呈减小再增大趋势,全区的景观趋向破碎化;实验区除阔叶混交林数量减少外,其它景观类型斑块数量均增加;缓冲区除水域外,其它景观类型斑块数量均增加;核心区常绿阔叶林和阔叶混交林斑块数量减少,其它景观类型均增加。
3) 在景观多样性方面,整个研究区域的多样性指数呈波动趋势,从各功能区的变化来看,实验区内的多样性指数不断增大,缓冲区内的多样性指数在研究前期维持不变,后期呈增大趋势,核心区内的多样性指数则为研究前期明显减小再稍有增大趋势。
4) 整个研究区内的景观格局向多样化方向发展,实验区景观格局变化与全区一致,缓冲区变化波动,核心区景观格局朝单一化方向发展。
5) 在景观格局变化的驱动力方面,实验区人为因素占主导,缓冲区自然和人为因素都有影响,而核心区则以自然因素占主导。
南岭国家级自然保护区数字化监测与管护平台项目(GDHS13SGHG05025)。
陈志明,廖芳均,温带娣,谢勇,刘宗君. 南岭自然保护区景观格局变化及其驱动力 Analysis of Landscape Patterns Changes and Driving Forces in Nanling National Nature Reserve[J]. 林业世界, 2017, 06(02): 47-56. http://dx.doi.org/10.12677/WJF.2017.62008