景观生态学作业.docx

四川省林地景观格局动态变化-以成都市为例作者：刘星科 专业：林学院经济林 班级:08级1班 学号：20082016 指导老师：郝建锋摘要：基于多时段遥感数据资料,应用景观生态理论和方法、釆用景观格局指标和斑块面积谱定量分析,研究了1985到2006年成都市林地景观格局的动态变化。结果表明:研究时段内,成都由于快速城市化过程导致林地斑块受到分割和转化,林地景观格局特征变化复杂,言要表现为林地面积持续减少,斑块形状趋于规则,斑块边缘密度和碎裂化指数增加。从林地斑块的粒级结构特征看,中、小斑块的数量最多,大型斑块的面积占绝对优势,且中、小斑块的数量和面积都表现为先减少后增加,体现出林地剧烈的转化和破碎化过程。关键词：林地;景观格局;动态变化;成都市Dynamic changes of forest landscape pattern in Sichuan Province-By taking Chengdu City as an exampleAuthor:Liu Xingke Professional: Forests for economic plants of forestry university Class: 08 for class 1 Student id:20082016 Advisor：Hao JianfengAbstract: Based on the remote sensing datathe dynamic changes of forest landscape patterns during 1985 and 2006 were ana1yzed using landscape pattern indices and landscape patch area of landscape ecologyResults indicated that during the stud-Y periodthe fast urbanization process had made strong segmentation and transforming impacts on forest landThe changes of forest landscape pattern were complicated in Chengdu，which embodied the area of forest land Was gradually decreasing，the patch shape tended to be simplifiedand the indexes of patch edge density and fragmentation increasedMedium and small patches were dominant in number，huge patches were superior in area，and the number and area of medium and small patches decreased first and then increased，indicating the intensive transformation and fragmentation of forest landKey words: Forest land ,Landscape patterns ,Dynamic changes ,Chengdu景观格局(Landscape pattern)是指景观的空间结构特征，是景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置，是景观异质性在空间上的综合表现1。景观格局的研究是景观生态学研究的核心内容和热点问题之一2。自20世纪80年代初期景观生态学被引入中国以来，景观格局得到了广泛的研究和应用，尤其是景观学学科领域。景观格局研究成为景观规划设计、景观管理及景观优化的重要研究方法。由于城市化带来的环境问题日益突出，林地已成为城市生态安全体系构建的核心成分，因而，林地景观动态变化及其驱动力的研究备受关注36。改革开放以来，成都市城市化进程的快速发展导致了景观结构发生剧烈变化，其变化趋势主要是城镇建设用地面积不断扩大，农用地和自然景观组分类型面积不断减少7。林地作为重要的自然景观组分，其景观结构特征亦受到城市快速扩张的显著影响。研究其景观格局的动态变化，对于城市未来的发展具有重要意义。作为中国西南部政治、文化、经济中心的成都市，于2007年被评为“国家森林城市”后，整个市域范围内的森林生态网络建设蓬勃发展，因而森林资源的监测工作具有更为重要的意义。但目前尚缺乏成都市市域范围内林地景观动态方面的研究。为此，笔者在遥感和地理信息系统技术支持下，利用景观格局指数和景观面积谱方法，定量分析1985年到200年间成都市林地景观格局的变化，揭示其在城市化影响下的时空动态格局演变过程，为成都市城市森林景观格局的优化配置提供理论基础，为城市森林的生态规划和管理提供依据。1 研究区概况成都市位于四川省中部，四川盆地西部，介于东经10254 10453 和北纬3005 3126 之问。全市地势差异显著，西北高，东南低。西靠龙门山邛崃山脉，以深丘和山地为主；东部属于四川盆地盆底平原，由冲积平原、台地和部分低山丘陵组成，其中平原东部边缘有龙泉山脉自东部向西南斜贯。全市为亚热带湿润季风气候，具有东暖西凉两种气候类型并存的格局。年均气温161 ，年均降水量10283 mm，降水的年际变化不大。年日照时数1 0421412 h，10年活动积温47005300 。研究区为整个成都市行政区域，包括l0区4市6县，总面积12390 km。2 研究方法21 数据来源及处理研究中所采用的成都市1985、1995、2000年1：100000土地利用图形数据来源于中国科学院遥感研究所。成都市2006年1：100000土地利用图形数据由中国林业科学研究院提供，其数据源为中巴资源卫星影像。由于中巴资源卫星同一景图像的不同波段问有飘移，需要单波段依次校正，难度很大，所以，全部的校正工作均委托中巴资源卫星中心承担，统一为Albers投影，之后对经过矫正的中巴资源卫星数据进行30m分辨率重采样，以便于与所得前3期数据坐标相匹配。在上述工作的基础上，参照国家土地资源遥感宏观调查采用的土地利用分类系统8，对2006年的卫星影像数据进行目视解译。共划分出一级类型6个，二级类型25个。由于目前许多景观生态研究工作是在土地利用分类图件基础上进行的，并且笔者重在分析林地整体变化特征，因此，本次的景观类型划分采用了上述图件的一级分类，即：耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地。在ARCMAP GIS软件中将4期图形数据的林地信息通过查询功能提取出来进行空间分析。22 景观格局指数的选取根据研究目标以及斑块指数的相关性911，利用景观指数软件FRAGSTATS 33，在景观类型斑块水平上选取了能确保计算精度的几个指标，以反映景观类型斑块特征。它们是：斑块类型面积比重、斑块个数、平均斑块面积、斑块面积标准差、平均斑块形状指数、面积加权平均斑块形状指数和边缘密度等指标，对4期林地的栅格数据进行分析计算。由于研究重点是对林地景观类型进行自身碎裂化发展进程的纵向比较，因此，利用4期林地斑块数与斑块平均面积的比值作为林地碎裂化程度的描述方法。23 遥感影像的处理运用遥感图像处理软件ENVI 45对中山市1988年和2006年的两景遥感影像分别进行镶嵌、几何精校正与配准、掩膜裁剪后，得出两期中山市遥感影像；对影像进行非监督分类，经过光谱聚类处理后，获得一个用于监督分类的分类模板，对模板进行修改，再利用这个模板对基础分类影像进行监督分类，对监督分类影像进行分类结果的精度评价，再解译，再评价，直到一个符合精度要求的监督分类影像；将通过精度评价后的人机交互目视解译分类结果在ENVI 45平台中运用空间分析功能进行相关分析，并在ArcGIS 91中制图输出中山市的景观类型图。24 面积谱分析法面积谱主要反映景观格局中某类景观要素不同大小级别的斑块数量组成情况1213。通过景观类型斑块面积谱特征进行动态分析和比较，可以更进一步深入地揭示景观动态过程中斑块规模变化规律。为了了解林地斑块的动态变化细节，将林地斑块按斑块规模的大小分为5个斑块粒级，即：小斑块、中斑块、大斑块、超大斑块和巨斑块。运用GIS软件Arcmap的统计查询功能，按斑块粒级划分标准(表1)，分别对成都市1985、1995、2000、2006年期的林地斑块数量和斑块面积比例进行统计(表1中F为斑块面积)。表1 林地斑块规模等级标准 斑块粒级名称 斑块粒级范围/hm2 小斑块 F5 中斑块 5F50 大斑块 50F100 超大斑块 100F500 巨斑块 F5003 景观格局的发展动态不同大小和内容的斑块、廊道、基质、网络共同构成异质景观14。目前景观异质性研究以空间异质性为主。景观空间格局变化的定量分析可以从景观指数的变化上反映出来15。定量表述景观结构和景观异质性特征的指数有很多，本文着重从景观水平层次和类型水平层次进行分析。31 林地斑块格局特征变化由图1可知，成都市林地大面积分布于西部山区，零星分布于中部平原区。1985-2006年问，平原区林地斑块明显减少。1985-2006年期间，林地一直是主要景观组分类型，面积占整个景观的25左右，呈持续减少趋势。其中：1985-1995年，林地面积下降缓慢。311 斑块面积特征 从斑块规模变化来看，1985-1995年期间，由于研究区内大型林地斑块被分割后残留的大量小型林地斑块被继续转化成其它景观类型，造成这期间斑块数量由2472个急剧减少到2117个，平均斑块面积增加；斑块面积标准差的增大，说明斑块的尺度值差异增大。1995-2006年期间，研究区内的林地斑块遭受破碎化分割影响，斑块数量持续增加，平均斑块面积显著下降，斑块面积标准差也下降，即斑块离散程度减小。总体上看，近20年间，研究区林地斑块数量增加了979 ，斑块平均面积和斑块面积标准差分别减小了1406、1187，林地景观呈现破碎化趋势。312 斑块形状特征斑块形状的复杂程度与受人类影响程度有关，一般而言，受人为活动影响后的斑块形状趋于简单。我们知道：相反的变化趋势，前者小幅度上升而后者下降，说明大面积林地斑块的形状趋于规则，反映出人类活动对林地开垦影响的痕迹；2000-2006年期间，平均斑块形状指数明显下降，面积加权平均斑块形状指数上升，其特点与1985-1995年的基本相同。313 林地破碎化状况研究区林地的破碎化程度可以用斑块边界密度和碎裂化指数进行衡量。1985-1995年间，林地的斑块边缘密度和碎裂化指数均下降，说明斑块面积大且分布连片化。之后，二者均持续上升，特别是2000-2006年出现急剧上升趋势，斑块破碎化程度加剧。总体看来，近21年研究区林地景观的斑块1985-1995年期间，研究区林地平均斑块形状指数下降，但特征变化较复杂，其破碎化程度明显增加。32 林地斑块粒级结构林地斑块面积谱分布分析结果：近20年间，研究区内林地分布的集中程度非常高，20块面积大于500 hm的巨斑块占全区林地面积的84左右，集中连片分布于龙门山长丘山，构成了一个作为成都市西部屏障的带状植被分布区域。其余各级别的斑块数量虽多，但累计面积比重只占林地总面积的16左右，且以面积小于50 hm 的中、小斑块为主，其数量占全区林地斑块数的91 左右，说明这些林地大部分都是分布于平原区或低矮丘陵顶部地区的零散林地。我们知道:1988-1995年期间，研究区内林地的中、小斑块数量和面积比例有所下降，其余分级类群的斑块数量和面积比例变化不大，表现出在人类活动的影响下，平原和丘陵地区的零散林地逐渐消失，而山区的极少数大规模林地斑块被分割和转化。1995年以后，研究区林地的中、小斑块数量和面积比例均持续增加，面积在50100 hm 的大斑块数量和面积比例有所下降，面积大于100 hm 的林地斑块数量和面积比例变化不大，大斑块通过碎裂化来补偿中、小面积斑块被改造的损失。其中：2000-2006年是研究区内林地结构变化最剧烈的时期，主要表现在面积小于5 hm 的小斑块数量急剧增加，即由2000年的601个增至2006年的1 009个，中斑块的数量和面积比例也明显增加，面积大于100 hm 的林地斑块面积比例有所下降，这意味着该期间林地斑块的破碎化过程相当剧烈。4 结论与讨论1985-2006年期间，成都市的城市化水平发展迅速，对林地景观格局特征变化有重大影响。到1994年，成都市城市化水平达到3030 ，此后进入城市化快速发展时期16。该过程中，城市人口增加，房地产开发加剧，农业需求不断加大，导致城镇建设用地和农业用地大量出现，并不断聚集，分别在城区和城郊占据绝对优势，呈大面积聚集分布，构成城市景观的主体；而近郊和远郊区的林地受到城区的城镇用地和郊区农业用地的双重压力，导致小面积斑块逐渐被其他土地利用类型蚕食和侵占，较大面积斑块受到分割作用，林地斑块的破碎化程度加剧。从研究区内林地动态变化的时序过程看，快速城市化对林地的影响可分为两个不同阶段。1985-1995年期间，林地受到的主要影响类型是转化作用。在山区，林地被大量采伐而转化为草地，一些大型植被斑块由于面积较大，无法一次性全部被改造为其它景观组分，在条件适宜的地段被分割、碎裂；平原区和丘陵区的林地小斑块被开垦为耕地，造成斑块数量急剧减少。1995年以后，随着城市化的高速发展，由于建设用地不断扩张，以农田和园地为主的农业经营区向平原四周和丘陵区的推移，使这一阶段城市化对林地的影响主要表现为平原区和丘陵区的林地斑块碎裂化程度加剧。特别是2000-2006年，林地破碎化程度尤为剧烈，大量林地中、小斑块被进一步割裂的同时，也被不断扩大的建设用地、园地等蚕食；随着林业产业的快速发展和花、果、茶、桑等基地的大量建设，使丘陵区和平原区的林地小斑块数量增加。因此，该时期的林地特征表现出小斑块数大量增加，斑块形状也在强烈的人为活动影响下趋于简单。鉴于研究中的遥感数据源来自TM和ETM假彩色数据，由于分辨率的限制(30 mX30 m)，成都市建成区内的大量绿地斑块被过滤，在文中的林地范畴包括：郁闭度30 的天然林和人工林、郁闭度40且高度在2 m以下的矮林地和灌丛林地、10 一30 的疏林地、未成林造林地、苗圃及各类园地。由于成都市各市辖区县的建设用地面积仅占全市总面积的10 ，研究中重在考虑成都市市域范围林地景观整体变化特征，因此，在探讨成都市林地景观的动态变化时，主要针对建成区以外的林地进行研究。参考文献:1 邬建国景观生态学一格局、过程、尺度与等级M北京：高等教育出版社，2006(3)：378-3832 肖笃宁国际景观生态学研究的最新进展一第五届景观生态世界大会介绍J生态学杂志，2009，18(6)：75763 曾辉，姜传明深圳市龙华地区快速城市化过程中的景观结构研究：林地的结构和异质性