基于二類調查數據的大興區景觀格局動態變化分析

何素梅，賈建學

（1.國家林業和草原局管理干部學院，北京 102600；2.北京市大興區林業工作站，北京 102600）

景觀生態學的不斷發展進步促進了景觀空間格局分析方法在城市區域生態系統效應監測和評價方面的廣泛應用[1]。文章運用作為景觀生態學基本研究內容的景觀格局指數分析方法，從宏觀尺度上對大興區2014年和2019 年景觀組分空間分布及動態變化特征進行定量分析，旨在為合理利用土地資源，優化景觀規劃布局，健全北京市域綠色空間體系提供依據[2]。

1 研究區概況

大興區地處北京市南部郊區，位于東經116°14′～116°43′，北緯39°26′～39°50′，東臨通州區，西以永定河與房山區相隔為鄰，南臨河北固安等市縣，北接豐臺、朝陽區，總面積約103 632.15 hm2。全境為平原，西北高、東南低，海拔高度在5～50 m。境內主要有永定河、涼水河、大龍河、小龍河、天堂河和新鳳河6條主要河道。其中涼水河、永定河為過境河，其他為境內河。全區水資源匱乏，是北京市嚴重缺水地區。大興區氣候屬暖溫帶半干旱大陸性季風氣候，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季涼爽舒適，冬季寒冷干燥；年平均降水量568.9 mm，6～8月降水占全年降水量的65%左右；年平均氣溫11.5 ℃；無霜期209 d；土壤類型多為沙壤土，pH值為8.8～9.1，土壤有機質含量低，一般為0.06%～0.40%[3-5]。

2 研究方法

2.1 數據來源與處理

收集研究區內2014 年與2019年森林資源二類調查數據成果，具體矢量數據來源于大興區林業工作站。借助ArcGis10.2 將矢量數據進行處理，導入到Fragstats4.2 軟件提取斑塊數量、面積、密度等信息，并將計算結果導入Excel表中進行分析。

2.2 景觀類型

根據研究區土地利用類型特點，將其主要劃分為針葉林地、闊葉林地、混交林地、灌木林地、疏林地、苗圃地、未成林地、其他林地、非林地等9種景觀類型，各景觀類型空間分布見圖1。

圖1 大興區2014年與2019年景觀類型空間分布圖

2.3 景觀指數的選擇

景觀指數可以表征景觀結構組成和空間配置某些方面的特征[6]。根據指數之間的關聯度大小，以選取最能反映景觀格局狀況和生態環境主要特征的指數作為評價因子為原則[7]，文章從斑塊類型水平和景觀水平兩個尺度上選取了相關指數進行景觀格局動態變化分析。

3 結果與分析

3.1 景觀類型特征分析

景觀類型面積的大小，決定了它與其他景觀類型之間物種生物多樣性、能量周轉率等信息的差異，影響著斑塊內部和斑塊之間的物質能量交換及穩定性[8]。由表1可知，兩期非林地面積百分比分別為72.31 %、62.45 %，占比最大。2014—2019 年期間，森林景觀面積增加，由非林地轉出為主（共轉出10 216.02 hm2），以轉入至闊葉林地、針葉林地、苗圃地、混交林地為主（共轉入10 112.99 hm2）；森林景觀類型中以闊葉林地面積占比為主：2014 年，闊葉林地面積占區域總面積的18.54%，到2019年，闊葉林地面積增加3 373.51 hm2（增幅17.55%），占區域總面積的21.80%；另外，針葉林地、苗圃地、混交林地面積分別增加2 875.97 hm2（增幅1497.59 %）、2 040.93 hm2（增幅82.15 %）、1 822.59 hm2（增幅29.73%）。通過以上分析可知，非林地是研究區內景觀主體類型，闊葉林地是研究時段內主導森林景觀類型。大興區作為北京平原造林項目重點實施區縣之一，利用非林地開展平原造林，研究期內森林覆蓋率增加，森林整體面積呈上升狀態。

表1 大興區景觀類型特征指數變化表

研究時段內，各景觀類型斑塊數表現為顯著增加，其中針葉林地增加數量最多，增加3 439 塊；闊葉林地、混交林地、非林地、其他林地增加數量分別為2 071 塊、1 307 塊、1 075 塊、1 018 塊。另外，2014—2019年期間，各景觀類型斑塊MPS值均表現為較大幅度減小，并且其值大小差別較大，這說明各景觀類型在研究區域內的分布有顯著差異。2014年MPS值非林地＞混交林地＞其他林地＞闊葉林地＞苗圃地＞未成林地＞疏林地＞灌木林地＞針葉林地，2019 年MPS 值非林地＞闊葉林地＞苗圃地＞混交林地＞未成林地＞疏林地＞針葉林地＞灌木林地＞其他林地，非林地MPS 值變化最大，其他林地MPS 值變為最小。

3.2 斑塊類型水平上景觀格局動態變化

斑塊密度(PD)是指在景觀整體范圍單位面積內擁有的斑塊個數。它和斑塊數量一樣，是體現景觀破碎程度和空間異質性的基礎指標。邊緣密度(ED)可以描述各景觀類型被分割的程度和景觀整體的復雜程度。通常，隨著ED數值增大，斑塊類型破碎度升高；反之，ED 數值的減少則說明斑塊類型連通性和完整性得到增強。最大斑塊指數(LPI)值的大小決定了景觀中的優勢種、內部種的豐度等生態特征，可以從側面描述景觀類型破碎化程度[9]。由表2可以看出，闊葉林PD、ED、LPI 三個指數變化明顯，這是由于研究時段內闊葉林地面積變化較大，當地闊葉林地樹種組成較復雜，研究期內受小班調查技術變化影響等因素造成的，從而最終表現為破碎度變化明顯。同時，在森林景觀類型中，闊葉林的LPI值最高，說明闊葉林地有著明顯的生態物種優勢，相較于其他森林景觀類型，其內部物種的豐富度要高。未成林地LPI 值變化最小，說明研究時段內只是做過邊界整理，破碎度沒有明顯變化。

形狀指數（LSI）反映景觀形狀的復雜程度，對不同景觀類型斑塊或整體景觀的生態情況和邊緣情況均能夠體現。同樣，分維數（PAFRAC）也可用于分析景觀類型的復雜程度，其值一般處于1～2 之間。PAFRAC值越接近1，表明該類型斑塊越易受干擾，形狀越接近規則、簡單；PAFRAC 值越接近2，則表明該斑塊類型受外界干擾程度越小，斑塊形狀也越復雜[10]。由表2 可以看出，兩期景觀分維數值多集中于1.1～1.3 之間，接近于1，表明景觀斑塊受干擾程度較大，斑塊形狀簡單。研究期間，兩期苗圃地PAFRAC 值最小，分別為1.102、1.128，說明苗圃地是人工種植培育，受人為干擾大，形狀最簡單規律。另外，非林地各指數值也相對較小，也是因為建設用地和農地等非林地邊界多選擇人為修建成光滑平整的規則形狀。最后，由研究時段內各景觀類型形狀指數值和分維數值變化趨勢均表現為增加來看，說明各景觀類型形狀正由簡單逐漸變得復雜和不規則。

表2 大興區斑塊類型水平景觀格局指數變化表

散布與并列指數(IJI)可以描述不同類型景觀要素的空間分布關系。它的值越高，則表明該景觀類型周邊與其相鄰的景觀類型要素越多。研究區2014—2019 年期間，斑塊類型水平上除針葉林地外，其他各景觀類型IJI 值均變大，說明各景觀類型之間交叉分布的機率增高，空間關系向復雜化發展。其中，苗圃地IJI值變化為最小，為45.678，說明苗圃地與其他斑塊類型鄰接機率最小，這也正與前述其形狀最規則簡單結論相互印證。

聚集度指數(AI)、相似鄰接比(PLADJ)表征景觀斑塊的聚散度。AI 反映不同景觀類型斑塊的聚集程度，其數值越大表明其聚集度越高，數值越小則表明越分散。相似鄰接比(PLADJ)則描述了景觀類型的分散程度，其值越小，表明其景觀類型越分散。研究時段內，斑塊類型水平上各景觀類型斑塊PLADJ 值、AI 值均表現為減少，說明各景觀聚集度降低。苗圃地AI 值、PLADJ 值變化最小，在森林景觀類型中兩期數值均最大，說明其斑塊相對集中規則，聚集度最高，與前述結論互證。

3.3 景觀類型水平上景觀格局動態變化

斑塊數量、斑塊密度和邊緣密度三者具有相同的變化趨勢，一般來說，三者指數數值與景觀類型的破碎、割裂程度及異質性均呈正相關。由表3 可以看出，2014 年、2019 年區域景觀內斑塊總數NP 值、斑塊密度PD值、邊緣密度ED值從2014年的5 149、4.970、69.870 增 加 到2019 年 的14 771、14.263、111.321，均表現為大幅度增加；同時，區域最大斑塊指數從整體來看表現為有所減小。這說明景觀整體破碎度、空間異質性變高，各斑塊間相互隔離性增強，斑塊分布變得具有分散性。造成以上情況的原因，主要是由于景觀面積的相互轉出轉入，二類調查數據時由于森林樹種統計方法的選擇，造成斑塊被人為割裂程度加大，導致整體景觀水平上和斑塊類型水平上破碎化程度均表現為增大。

研究區域2014—2019年景觀水平形狀指數LSI值、分維數PAFRAC 值變化均表現為增大，這說明從整體上來看，景觀邊界和復雜程度增加，景觀斑塊的鑲嵌具有較強的不規則趨勢，斑塊形狀趨于復雜化，生態系統向穩定性發展。研究區2014—2019年期間，景觀整體水平上IJI 值增大，說明各斑塊類型彼此間比鄰的邊長均勻程度加大，空間關系呈復雜化；由表2、表3 可以看出，研究期內，兩個水平上的相似鄰接比和聚集度指數均比較高，這說明各斑塊類型自然銜接度較高，連通性較好。但同時可知，景觀水平上PLADJ 值、AI 值又共同表現為輕微減少，這說明景觀整體的聚集度有所降低，分散度有所變大，連通性有所變差，景觀破碎度增大。

香農多樣性景觀指數SHDI 在生態學中被廣泛應用。它能分析比較不同景觀或同一景觀不同時期多樣性及異質性的變化。同時，它與其他多樣性指數不同之處在于具有放大和強調非均勻分布的稀有景觀斑塊類型的作用和貢獻。通常，景觀結構組成的復雜性隨著SHDI 值的增大而增加。香農均勻度指數SHEI 能夠反映各景觀類型面積分布的均勻性，是比較區域內同一景觀類型不同時期多樣性變化或不同景觀類型多樣性變化的一個重要指標。當其值趨近于1 時，說明景觀中沒有明顯的優勢類型，景觀斑塊分布的均勻度趨于最大。

從表3可以看出，2014—2019年，景觀豐富度和豐富度密度未發生變化，多樣性指數和均勻度指數均表現為增加，分別從2014 年的0.855、0.389 增加到2019年的1.108、0.504。這說明研究區域整體景觀多樣性、均勻度水平的升高和景觀類型豐富度無關。均勻度的增加意味著優勢度的減少，即表明景觀優勢組分非林地斑塊面積由于大量轉出導致了其對整體景觀的控制作用減弱，而其他斑塊面積相應增加，其影響作用有所上升所造成的?？傊?，景觀多樣性、均勻度的升高說明土地利用變得更為豐富，景觀斑塊分布向均勻化發展，景觀整體布局向合理化趨勢進行[11]。

表3 大興區景觀類型水平景觀格局指數變化表

4 討論

本研究結果表明，在研究期內森林景觀面積增加，且一直由闊葉林地占主導優勢。綜合而言，整體景觀破碎化程度、空間異質性有變高趨勢。森林總面積的增加可促進本區域生態系統向好發展，但景觀的破碎化會阻礙斑塊之間的生態功能，降低生態系統的抗壓能力。因此，為減少破碎化趨勢，提高景觀穩定性和生產力，加強自然景觀的連接度與完整度[12]，可適當整合不連通的相近林地斑塊，填充研究區域內非林地、閑散空地，形成大尺度、集中連片的森林基底，營造近自然森林群落結構[13-14]。

研究區研究時段內景觀邊界及復雜程度增加、斑塊形狀復雜化，生態系統穩定化。各景觀類型之間交叉分布機率增高，空間關系逐漸復雜化，景觀的聚集度有所降低，分散度有所變大，連接性有所變差。在未來的景觀改造中，可根據不同區域景觀主導功能的差異，因地制宜，合理改善景觀空間布局，以發揮最佳效益與功能。從整體來說，區域景觀趨于多樣性、均勻化。為了區域景觀生態平衡和穩定協調性，在未來的規劃中，可繼續加強分類管理和景觀多樣性改善。

作為對景觀空間格局特征描述和分析的一種重要手段，景觀指數從某一方面揭示了景觀格局自然客觀的真實狀態變化。在研究景觀格局動態變化的基礎上如何進行調整優化斑塊數量、景觀組分以及空間分布格局，使各組分間達到有序、和諧狀態的可持續發展是一個需要持續深入研究的問題。