云南贡山片景观格局特征及其变化,生态学论文

云南贡山片景观格局特征及其变化,生态学论文景观作为景观生态学的研究对象，是由很多大小和形状不一、互相作用的景观斑块根据一定规律组成、具有高度空间异质性的区域。景观构造是指景观中景观要素的类型、分类属性及其数量关系特征，而景观中景观要素在空间上的组合配置关系及其变化规律就是景观空间格局。景观构造〔即组成单元的特征及其空间格局〕是研究景观功能和动态的基础；景观的规划和管理也是通过对景观构造及其格局的调整来实现的。因而，把握景观构造及其空间格局的基本特征是揭示景观生态经过、优化景观功能、合理进行景观规划管理的基础，景观格局的研究是景观生态学研究的核心内容和热门问题之一。景观格局研究作为生态学家研究最多的课题之一，早在20世纪50年代就进行了大量的描绘叙述性研究，但数量化研究是在70年代才逐步被重视，出现了大量的数量化方式方法，对景观格局进行定量描绘叙述和分析，是揭示景观构造和功能之间关系、刻画景观动态的基本途径。三江并流区2003年7月被列入联合国教科文组织的世界自然遗产目录，是世界上生物多样性最丰富的地区之一，也是中国生物多样性最丰富的地区、全世界单位面积内生态系统类型最丰富的地区、欧亚大陆生物多样性最丰富的地区、世界最着名的植物形式标本产地、亚洲大陆多种动物分化和起源中心。云南省贡山县位于三江并流区的核心地带，属三江并流区高黎贡山片区，该区内物种极为丰富，植被类型复杂多样，属全球25个生物多样性优先保卫的热门地区之一；同时该区也是我们国家极少数民族独龙族的唯一聚居区。由于交通不便，该地区相关研究较少，对该区域的研究主要集中于地理、动植物资源及区系组成、物种多样性、植被、人文等方面。植被是景观的基本成因之一，区域内植被类型多样，可见以植被为基础的景观要素类型极为丰富。同时，在高山峡谷的特殊地貌和具有鲜明人文地理特征的土地利用方式下，该地区景观要素的类型愈加复杂。因而，认识区域内景观格局及其变化规律对于三江并流区自然景观的保卫具有重要意义，可为区域生物多样性保卫及自然资源管理提供参考。本研究以三江并流区云南贡山片为例，分析其景观格局特征及其变化，以期为区域生物多样性保卫及管理提供参考。1研究区大概情况研究区处于三江并流区的腹心地带，包括由西至东纵向并列的担当力卡山、高黎贡山和碧罗雪山，以及其间的独龙江峡谷〔伊洛瓦底江上游〕和怒江峡谷中游段〔萨尔温江上游〕，由三山夹两江的纵向高山、极高山深切峡谷组成了区域地貌的基本骨架。研究区的气候受西南季风控制，同时也深受地形特征的影响，该区域气候具冬暖夏凉、雨量充沛、日照时数较周边区域低和阴雨寡照的重要特点，是典型的海洋性气候。研究区内物种极为丰富，植被类型复杂多样，其植物区系是在古南大陆热带亚洲植物区系的基础上，演化蜕变而成的温带性的东亚植物区系，其区系组成在属水平上，以热带起源为主，占所有属的52.08%；在种的水平则以温带地理成分为主；研究区植被类型多样，有6个植被型、7个植被亚型、7个群系组、10个群系和18个群落。2研究方式方法2.1研究区景观类型划分据野外调查，参照植被分类的原则，以植被类型为基础，结合非植被因子确定研究区景观要素类型。研究区景观要素类型包括植被景观，以及河流、湖泊、积雪/冰川、河滩地和居民点等6类非植被景观，共29类景观要素类型。华而不实，植被景观包括季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、湿润常绿阔叶林、中山湿性常绿阔叶林、旱冬瓜人工林、温性落叶阔叶林、沟谷落叶阔叶林、云南铁杉-常绿阔叶混交林、云南铁杉-落叶阔叶混交林、云南松林、乔松林、云南铁杉林、云冷杉/落叶松林、暖温性稀树灌木草丛、亚高山沼泽化草甸、亚高山草甸/高山草甸、箭竹灌丛、杜鹃灌丛、人工竹林、油桐人工林、水田、旱地、轮歇地等23类。2.2数据处理以2001年12月的LandsatETM+卫星遥感影像为数据源，在对卫星影像进行预处理的基础上，根据遥感影像的光谱特征，基于实际调查的GPS数据，采用阈值法并结合NDVI值、坡度、海拔等辅助数据对影像进行分层分类。利用地理信息系统和其他辅助数据支持介入影像分类，引入专家系统和推理形式等技术进行影像的解译分类，构成初步的景观要素类型图；并通过人工目视解译进行检查和修正，进而完善分类结果，提高分类精度；随机取样剩余的GPS样点用于分类结果的精度检验，检验总体精度为0.845，到达分析的要求。2.3数据处理与分析在综合考虑景观指数的生态意义和各指数间的相关性的基础上，选取相应的景观指数并利用Fragstats3.3软件进行计算。3结果与分析3.1类型斑块水平上的景观格局分析3.1.1斑块面积特征研究区斑块面积及景观比例值以云冷杉/落叶松林最大，杜鹃灌丛、铁杉-常绿阔叶混交林和中山湿性常绿阔叶林分列2至4位，其斑块比例值均达10%以上；季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、温性落叶阔叶林、沟谷落叶阔叶林、乔松林、云南铁杉林、亚高山沼泽化草甸、轮歇地、水田、人工竹林、居民点、河流、湖泊和河漫滩景观比例值均小于1%。而从斑块数上看，研究区总斑块数为16097块。华而不实杜鹃灌丛斑块数最多、达2848块；箭竹灌丛、旱冬瓜林、暖温性稀树灌木草丛和旱地分列2至5位，其斑块数均高于1000块；而季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、亚高山沼泽化草甸、水田、人工竹林、河流、湖泊、河漫滩等景观斑块数均小于100块。平均斑块面积以河流景观最大、为605.16hm2；云冷杉/落叶松林、铁杉-常绿阔叶混交林、中山湿性常绿阔叶林和湿润常绿阔叶林分列2至5位，面积均大于50hm2；三类落叶阔叶林、云南铁杉林、暖温性稀树灌木草丛、箭竹灌丛以及除旱地外的人工植被景观、湖泊、岩石和河漫滩等景观平均斑块面积均小于10hm2。斑块密度值则以杜鹃灌丛值最大、到达0.6476；其余景观均在0.4下面，华而不实箭竹灌丛、旱冬瓜林、暖温性稀树灌木草丛分列2至4位，其值在0.3~0.4之间；然后是旱地、云南松林、云冷杉/落叶松林和中山湿性常绿阔叶林，其斑块密度值在0.2~0.3之间；轮歇地、温性落叶阔叶林、铁杉-常绿阔叶混交林、亚高山草甸/高山草甸4类则在0.1~0.2之间，其他景观要素类型的斑块密度值则均小于0.1，尤其是季风常绿阔叶林、河流小于0.01。最大斑块指数值则以云、冷杉/落叶松林最大，其值达3.0410；其余均在2下面，华而不实铁杉-常绿阔叶混交林、杜鹃灌丛、中山湿性常绿阔叶林分列2至4位，其值均在1~2之间；其他景观要素最大斑块指数值均小于1，尤其是季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、温性落叶阔叶林、旱冬瓜林、沟谷落叶阔叶林、云南铁杉林、暖温性稀树灌木草丛、箭竹灌丛、亚高山草甸/高山草甸、亚高山沼泽化草甸、轮歇地、水田、人工竹林、湖泊、岩石和河漫滩均小于0.1。3.1.2斑块内部生境面积指标研究区斑块内部生境面积为130086.02hm2，占研究区总面积的29.58%。华而不实云冷杉/落叶松林内部生境面积最大、为54113.13hm2，占研究区该类景观总面积的12.30%；杜鹃灌丛、铁杉-常绿阔叶混交林和中山湿性常绿阔叶林分列2至4位，其内部生境面积在10000hm2以上，所占该类景观面积比例均达3%以上；季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、三类落叶阔叶林、云南铁杉林、箭竹灌丛、亚高山沼泽化草甸、轮歇地、水田、居民点、湖泊内部生境面积均小于100hm2，内部生境所占总面积均小于0.02%，尤其是沟谷落叶阔叶林、水田、居民点、湖泊和岩石内部生境面积低于10hm2；人工竹林、河流和河漫滩则没有内部生境。平均内部生境面积和面积加权平均内部生境面积的变化趋势基本和斑块内部生境面积一致，但由于遭到斑块数和斑块粒度构造分布的影响，仅个别景观要素类型排序出现微调，如杜鹃灌丛内部生境面积和面积加权平均内部生境指数位列第2位，但在平均内部生境面积却位列第6等。从内部生境斑块数上看，研究区总斑块数为4025块，占总斑块数的25.03%；云冷杉/落叶松林有最多的内部生境斑块数，为1059个；铁杉-常绿阔叶混交林、杜鹃灌丛、中山湿性常绿阔叶林、云南松林和铁杉-落叶阔叶混交林分列2至6位，其内部生境斑块数均高于200个；季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、三类落叶阔叶林、乔松林、云南铁杉林、箭竹灌丛、两类草甸、除旱地外其别人工植被景观和除积雪/冰川外的非植被景观均低于100个；人工竹林、河流和河漫滩则没有内部生境。从内部生境指数上看，云冷杉/落叶松林、铁杉-常绿阔叶混交林、中山湿性常绿阔叶林、湿润常绿阔叶林、季风常绿阔叶林、云南松林、铁杉-落叶阔叶混交林、乔松林等几类森林植被和积雪/冰川具有较高的平均内部生境指数值和面积加权内部生境指数值，它们的平均内部生境指数值均高于1，面积加权内部生境指数值均高于7；而其他非成带分布的自然植被景观、非植被景观的内部生境指数值较低；人工竹林、河流和河漫滩则均为0。3.1.3斑块边缘指标研究区景观要素的斑块边缘指标情况如表1所示。从表1能够看出，研究区斑块边缘总长度值以云冷杉/落叶松林最大，其长度到达10095.05km；杜鹃灌丛位居第2位，其边缘长度达8712.41km；铁杉-常绿阔叶混交林、中山湿性常绿阔叶林、云南松林和旱地分列3~6位，它们的边缘长度值均在3000km以上；季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、水田、人工竹林、湖泊和河漫滩边缘长度值较小，低于100km，尤其是人工竹林，其边缘长度值仅为9.33km。斑块边缘密度值反映了单位面积上的边缘长度的情况，其变化趋势与斑块边缘长度的变化基本一致。云冷杉/落叶松林的值仍为最大、为22.95；杜鹃灌丛位居第2位，其边缘密度值到达19.81；铁杉-常绿阔叶混交林、中山湿性常绿阔叶林、云南松林和旱地分列3~6位，其边缘密度值高于7；季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、亚高山沼泽化草甸、水田、人工竹林、居民点、湖泊和河漫滩边缘长度值较小，其值低于1；尤其是季风常绿阔叶林和人工竹林，其边缘长度值仅为0.04和0.02。3.1.4斑块形状及分维特征〔1〕斑块形状特征。研究区景观要素的斑块形状指标情况如表2所示。从表2能够看出，景观形状指数上，杜鹃灌丛的值最大、到达78.85；云冷杉/落叶松林、暖温性稀树灌木草丛、旱地、箭竹灌丛、旱冬瓜林、云南松林、中山湿性常绿阔叶林、铁杉常绿阔叶林和河流分列2~10位，其值均高于50；季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、水田、人工竹林和湖泊则较小，均低于10；其余景观在10~50之间。由于遭到斑块数和类型斑块面积的影响，通过平均和面积加权之后，平均形状指数和面积加权平均形状指数与景观形状指数有所变化。平均形状指数和面积加权平均形状指数变化趋势较一致。河流具有最高的平均形状指数和面积加权平均形状指数值，其值分别为29.82和30.06；季风常绿阔叶林、中山湿性常绿阔叶林、湿润常绿阔叶林、云冷杉/落叶松林、铁杉-常绿阔叶混交林、铁杉-落叶阔叶混交林和积雪/冰川具有较高的平均形状指数和面积加权平均形状指数值，其平均形状指数在2.00~2.23之间，面积加权平均形状指数值在2.66~11.31之间；其余景观平均形状指数均在2下面，面积加权平均形状指数值多在3下面〔除杜鹃灌丛7.38，云南松林3.83，乔松林3.36，暖温性稀树灌木草丛3.14外〕，湖泊的平均形状指数和面积加权平均形状指数值最小，其值分别为1.25和1.35。〔2〕斑块分维数。研究区景观要素的斑块分维数指标情况如表3所示。从斑块分维数指标上看，斑块分维数变化区间不大，华而不实平均分维数在1.0493~1.4369之间，面积加权平均分维数则在1.0979~1.4300之间；面积加权平均分维数值多大于平均分维数值。河流具有最大的平均分维数值，其平均分维数为1.4336；其余景观的值均在1.0493~1.1273之间，华而不实半湿润常绿阔叶林、3类落叶阔叶林、云南铁杉林、两类灌丛、旱地、轮歇地、水田、人工竹林、居民点、湖泊和岩石平均分维数低于1.1；其余在1.1以上。河流的面积加权平均分维数仍为最大，其值为1.4300；其余景观的值在1.0979~1.2591之间；华而不实云冷杉/落叶松林、杜鹃灌丛、铁杉-常绿阔叶混交林和中山湿性常绿阔叶林的值较大，均大于1.2；居民点和湖泊的值则较小，低于1.1。可见，河流由于长线性而具有较高分维数，云冷杉/落叶松林、杜鹃灌丛、铁杉-常绿阔叶混交林和中山湿性常绿阔叶林等几类垂直带上的原生植被景观，呈带状广泛分布，因而也具有较高的分维数；而其他一些非成带自然植被景观、人工植被景观和非植被景观分维数则较低。3.1.5斑块分布指标研究区景观要素的斑块分布指标情况如表4所示。聚类指数〔CLUMPY〕值均在0.8以上，讲明各类景观要素趋于聚集分布。华而不实铁杉-常绿阔叶混交林最大，其值到达0.9628；季风常绿阔叶林、中山湿性常绿阔叶林、湿润常绿阔叶林、云冷杉/落叶松林和积雪/冰川河流的值在0.95以上；温性落叶阔叶林、旱冬瓜林、箭竹灌丛、轮歇地、人工竹林、居民点、河流、岩石和河漫滩较低，其值在0.82~0.90之间，河流景观最低，仅为0.8250。各类景观要素分布与并列指数〔IJI〕在27.67~71.71之间。华而不实河流景观值最大、达71.71；铁杉-常绿阔叶混交林、暖温性稀树灌木草丛、中山湿性常绿阔叶林、旱冬瓜林、旱地、岩石、水田分列2至8位，其值均大于60；而季风常绿阔叶林、云冷杉/落叶松林、杜鹃灌丛、箭竹灌丛、亚高山沼泽化草甸、人工竹林、油桐人工林、积雪/冰川、湖泊均低于45；尤其是积雪/冰川景观值仅为27.67。各类景观要素景观结合度值〔COHESION〕均在90以上，其分布区间为90.67~99.77。华而不实云冷杉/落叶松林最大，其值为99.77；铁杉-常绿阔叶混交林、杜鹃灌丛、河流、中山湿性常绿阔叶林、湿润常绿阔叶林分列2至6位，其值均在99以上；人工竹林、河漫滩、湖泊、岩石、箭竹灌丛、旱冬瓜林、居民点值较小，其值在95下面，尤其是人工竹林，其值仅为90.67。各类景观要素的景观分割指数〔DIVISION〕均在0.99以上。除中山湿性常绿阔叶林阔叶林、杜鹃灌丛、铁杉-常绿阔叶混交林和云冷杉/落叶松林外，其余值均为1.0000；云冷杉/落叶松林的值最低、为0.9956。各类景观要素的有效粒度指数〔MESH〕分布区间较广，为0~1914.05。华而不实云冷杉/落叶松林最大，其值到达1914.05；杜鹃灌丛、铁杉-常绿阔叶林混交林、中山湿性常绿阔叶林位列2至4位，其值均在150以上；湿润常绿阔叶林、云南松林位居5和6位，其值在10~20之间；季风常绿阔叶林、半湿润常绿阔叶林、3类落叶阔叶林、云南铁杉林、箭竹灌丛、两类草甸、轮歇地、水田、油桐人工林、居民点、湖泊、岩石值均在1.00下面；人工竹林和河漫滩则均为0。各类景观要素的聚集度指数值〔AI〕在82.57~97.21之间。华而不实云冷杉/落叶松林最大，其值为97.21；铁杉-常绿阔叶混交林、中山湿性常绿阔叶林、湿润常绿阔叶林、季风常绿阔叶林、杜鹃灌丛、积雪/冰川和铁杉-落叶阔叶混交林分列2至8位，其值均在95以上；温性落叶阔叶林、旱冬瓜林、箭竹灌丛、轮歇地、人工竹林、居民点、河流、河漫滩、岩石值较小，其值在90下面，尤其是河流，其值仅为82.57。综合各类景观要素分布指标情况能够看出，各类景观要素均趋于聚集分布；在垂直带上呈带分布的自然植被景观类型〔湿润常绿阔叶林、中山湿性常绿阔叶林、铁杉-常绿阔叶混交林、云冷杉/落叶松林、杜鹃灌丛〕表现出聚类指数高、分布与并列指数低、景观结合度指数高、分割指数低、有效粒度指数大、聚集度指数高的特点；而遭到干扰的自然植被景观和人工景观类型表现为景观结合度指数、有效粒度指数和聚集度指数低，景观分割指数高的特征；非植被景观除积雪/冰川外多表现为低聚类指数、低聚集度指数、低有效粒度指数、高景观分割指数的特征，其分布与分列指数则因其属性差异而各异。3.2景观水平上的景观格局分析研究区景观面积达439791.23hm2，总斑块数达16097块，斑块密度值为3.6601，斑块平均面积为27.3213hm2，最大斑块指数值为3.041。从边缘指标看，研究区边界内边缘总长度达2607.324km，边缘密度值为59.2855m/km2。从形状指数看，其景观形状指数值为100.4212，平均形状指数为1.8019，面积加权平均形状指数为7.2217。从分维数看，平均分维数值为1.0992，面积加权平均分维数值为1.2137，讲明研究区景观分维相对简单，这与研究区内海拔分异造成的植被垂直分布，且优势景观类型成带分布有关。从内部生境指标看，其总内部生境面积为130086.02hm2，占研究区景观总面积的29.58%；具有内部生境的斑块数为4025块，占总斑块数的25.03%；其平均内部生境面积为8.08hm2，约为斑块平均面积的29.58%；面积加权平均内部生境面积则为1302.75hm2；平均内部生境指数值为1.0028，面积加权平均面积指数到达29.579。从景观分布指数看，景观蔓延度指数为62.8831，聚集度指数为95.5870，分布与并列指数值为61.2000，结合度指数为99.4010，景观分割指数为0.9935，有效粒度指数则为2871.9304。从景观多样性看，研究区边界内有景观类型29类，景观丰度密度指数为0.0066；Shannon多样性指数为2.2475，Shannon均匀度指数为0.6675。4结论研究区以森林植被，尤其是基于高山垂直带植被分布森林景观为优势的景观为基质的景观类型。但景观分布的垂直带谱明显，各类景观要素的总体优势度不高，但分别代表河谷下部的中山湿性常绿阔叶林、中山-亚高山的铁杉-常绿阔叶混交林、亚高山-高山的云冷杉/落叶松林优势度较高，而在高海拔的杜鹃灌丛则成为高山地段的优势景观类型。杜鹃灌丛、云冷杉/落叶松林、铁杉-常绿阔叶混交林和中山湿性常绿阔叶林呈现出面积比例大、斑块数多、平均斑块面积较大、最大斑块指数值较大的特征，斑块分布相对集中成片；具有较高的内部生境面积和内部生境指数值；边缘长度长，边缘密度值较高；景观形状复杂，形状指数较高，且具有较高景观分维数；并且各类景观要素均趋于聚集分布；分布与并列指数低、景观结合度指数高、分割指数低、有效粒度指数大、聚集度指数高。研究区水平地带性植被景观类型为半湿润常绿阔叶林、季风常绿阔叶林和湿润常绿阔叶林，由于遭到一定的人为干扰，呈现出分布面积较小、斑块数相对较少、平均斑块面积中等、最大斑块指数值较小等特征；除此之外，其内部生境面积较小、内部生境斑块数相对较少、内部生境指数较低；景观形状较复杂，形状指数较高，且景观分维数较低；景观结合度指数、有效粒度指数和聚集度指数低；在垂直带上的非成带分布的植被景观类型也具有类似的景观分布特征。人工引入种植斑块的面积特征各有不同，如旱冬瓜林、旱地具体表现出出分布面积中等、斑块数较多、斑块密度值较大、最大斑块指数值较小等特征，而人工竹林和水田则表现为分布面积较小、斑块数较少、斑块平均面积较小、最大斑块指数值较小等特征。但人工引入景观也表现出内部面积生境较小、内部生境指数值较低等；景观形状较简单，形状指数指数和景观分维数低；其分布也具体表现出聚集分布的特征，但其景观结合度指数、有效粒度指数和聚集度指数低。非植被景观由于遭到分布区的影响，其景观格局分布各异。河流具有典型的线状斑块的特征，且受独龙江和怒江两大水系纵向分布的影响，表现出面积中等、斑块数少、无内部生境、形状指数和分维数高、分布相对分布且聚集度不高等特征；积雪/冰川表现出面积和内部生境以及斑块数中等、分布相对集中等特征；湖泊则具体表现出出面积小、斑块数少、内部生境小、形状指数和分维数小、分布较分散等特征；岩石和河漫滩则是面积小、斑块数少、几乎无内部生境、形状指数和分维数大、分布较分散。居民点景观表现出面积小、斑块数较少、内部生境小、斑块形状指数和分维数小、分布较分散等特征。以下为参考文献：[1]郭晋平.景观生态学[M].北京:中国林业出版社.2007.[2]邬建国.景观生态学格局、经过、尺度与等级〔第2版〕[M].北京:高等教育出版社.2007.[3]肖笃宁.国际景观生态学研究的最新进展第五届景观生态世界大会介绍[J].生态学杂志,1999,18(6):75-76.[4]FormanRTT,GodronM.LandscapeEc