長白山林區(qū)林場級尺度景觀格局演化與模擬.pdf

1、長白山林區(qū)是我國過伐林分布較多的地區(qū)之一，過去由于粗放經(jīng)營，森林結(jié)構(gòu)被破壞、功能逐漸退化。如何保護(hù)、經(jīng)營天然林資源和恢復(fù)良好的林分結(jié)構(gòu)已成為我國林業(yè)發(fā)展所迫切需要解決的問題?；诖?，本文基于景觀生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論和近自然林經(jīng)營理念，選取典型區(qū)域吉林汪清林業(yè)局塔子溝林場（吉林省首次實(shí)施撫育間伐作業(yè)試點(diǎn)）為研究對象。借助于RS和GIS技術(shù)，以研究區(qū)1997年和2009年兩期Landsat TM影像為主要數(shù)據(jù)源，輔助大量非遙感信息，基于景觀格局尺

2、度特征、景觀格局尺度效應(yīng)、景觀格局空間結(jié)構(gòu)特征、均勻度理論和景觀格局的地形分布特征等，定量分析并揭示該區(qū)域12年間在景觀尺度上的格局動(dòng)態(tài)變化特征、時(shí)空演變規(guī)律、多尺度動(dòng)態(tài)演變及其空間自相關(guān)特征。在此基礎(chǔ)上，定量分析地形因素對森林植被空間格局影響狀況，基于生物量地形因子趨勢面定量分析，以其揭示海拔、坡度和坡向等各地形因子及其組合狀況對其空間分布影響。基于CA-Markov模型和終極狀態(tài)方程，模擬預(yù)測未來景觀格局的發(fā)展趨勢及其終極狀態(tài)格局，

3、基于森林景觀自然度評價(jià)基礎(chǔ)上，完成不同景觀自然度森林經(jīng)營模式研究和生態(tài)設(shè)計(jì)，從類型層次和景觀尺度提出天然林景觀合理配置模式，基于√2原則和均勻度理論，完成區(qū)域森林經(jīng)營撫育間伐設(shè)計(jì)和空間格局控制，在形成示范區(qū)的基礎(chǔ)上，從景觀水平上研究森林景觀格局分布狀態(tài)演變和解決森林生態(tài)經(jīng)營規(guī)劃技術(shù)和方法，以其為該區(qū)域森林景觀生態(tài)過程模擬模型與森林經(jīng)營決策模型的研究提供綜合的、系統(tǒng)的方法和思路。本文主要取得以下的結(jié)論:
　　(1)基于區(qū)域一級景觀類

4、型分析可知，總體景觀格局以有林地景觀為主，荒山荒地、沼澤地和居民用地等景觀斑塊分散于有林地中，各景觀類型面積分布不均衡，斑塊數(shù)目差異較為明顯。森林景觀在研究區(qū)域中占據(jù)絕對的優(yōu)勢地位，兩期的面積比例分別為93.47％和95.39％，控制著研究區(qū)域的景觀整體結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)過程;人為景觀和半自然景觀明顯處于支配地位。研究區(qū)森林類型海拔梯度分布為從河谷地低海拔榆樹林和楊樺林到高海拔紅松云冷杉林，地帶性森林植被——闊葉紅松林所形成的森林生態(tài)系統(tǒng)

5、類型，主導(dǎo)著本地區(qū)森林景觀格局的動(dòng)態(tài)演變。
　　(2)基于兩期二級景觀森林類型分析可知:研究區(qū)域是以闊葉混交林為主體，兩期的面積比例分別為74.94％和82.45％，均以闊葉混交林景觀、蒙古櫟林景觀和針闊混交林景觀構(gòu)成研究區(qū)域景觀基質(zhì)。12年間，該區(qū)域優(yōu)勢種演替順序?yàn)橄蠕h種（榆樹、楊樺、落葉松）→伴生種（水胡黃椴）→頂級種（云冷紅-色柞），處于演替序列低級階段、高級階段和演替后期的楊樺林、闊葉紅松林和針闊混交林面積減少，處于演替中

6、期的闊葉混交林景觀的面積增加，次生林區(qū)特征較為明顯，景觀異質(zhì)性高，近自然程度較低，景觀空間格局現(xiàn)狀易受某些環(huán)境因子和干擾狀況的綜合控制。
　　(3)1997-2009年，研究區(qū)域的聚集度和蔓延度指數(shù)增加，分別由88.4128和97.7300增加到91.7402和98.3815，分離度指數(shù)由1.144減少到1.1001，表明區(qū)域景觀破碎化程度減緩，景觀類型的分布由分散趨向集中交錯(cuò)，連通性增強(qiáng)，利于景觀功能的整體發(fā)揮，但景觀的優(yōu)勢度增

7、加，景觀的空間異質(zhì)性和多樣性減少，且景觀優(yōu)勢度及多樣性兩個(gè)指數(shù)呈現(xiàn)出一定負(fù)相關(guān)，表明該區(qū)域各景觀類型所占比例差異增大。
　　(4)1997年的Moran'sⅠ系數(shù)為-0.11，2009年為0.42，基于General G-statistic的計(jì)算可知，1997年的Z Score的數(shù)值為0.92，而2009年為2.06;1997年基于均勻度理論計(jì)算的均勻度指數(shù)為0.3207，2009年為0.2883?；贛oran'sⅠ和均勻地理論

8、結(jié)果相同，兩結(jié)果都表明12年間研究區(qū)域的景觀格局呈現(xiàn)出由隨機(jī)格局到集聚格局的發(fā)展趨勢，天然次生林的群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出相對不穩(wěn)定且2009年呈現(xiàn)出全局空間自相關(guān)在高值空間聚集（H-H聚集），但整體景觀的優(yōu)勢度增加，單一優(yōu)勢景觀類型對區(qū)域整體景觀的控制作用增強(qiáng)。
　　(5)基于ArcGIS9.3的Geostatistical Analyst的分析可知，1997年SHDI最大和最小值分別為2.0463和0.2544，2009年分別為1.97

9、22和0.2418，且SHDI的優(yōu)勢區(qū)域集中分布于該研究區(qū)域的中部地帶，呈現(xiàn)西南向東北走向的條帶狀，并基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件GS+計(jì)算實(shí)驗(yàn)區(qū)半方差函數(shù)和理論擬合模型進(jìn)行分析，結(jié)果表明該尺度下森林景觀多樣性與空間地理位置具有中等的空間相關(guān)性和明顯地域結(jié)構(gòu)性，基于IDW和Kring插值獲取不同尺度下森林景觀多樣性指數(shù)的空間分布圖。
　　(6)在ArcGIS的支持下，基于DEM與優(yōu)勢樹種的空間疊加，精確地描述各景觀要素的優(yōu)勢樹種在空間格局上的

10、分布、大小、地理位置或相對位置，并完成基于生物量地形因子趨勢面的定量分析。高海拔和低海拔區(qū)域，兩期的生物量都隨著坡向的改變而呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化，在高海拔、坡度大的區(qū)域生物量較大;坡度主要通過聯(lián)合坡向?qū)Ω纳屏⒌厮謼l件的效應(yīng)發(fā)揮出對景觀要素的生物量空間分異進(jìn)行作用。局部坡度因子對生物量的影響沒有成為整個(gè)森林生物量空間分布趨勢的重要因子，僅影響到局部區(qū)域生物量波動(dòng)起伏。
　　(7)基于CA-Markov的終極狀態(tài)概率計(jì)算可知，按照當(dāng)前

11、經(jīng)營措施不發(fā)生改變的情況下，研究區(qū)域最終的狀態(tài)是:闊葉混交林、針闊混交林和榆樹林的面積增加，其他景觀類型的面積都呈現(xiàn)減小，闊葉混交林的面積比例達(dá)到了59％，在研究區(qū)域中占據(jù)絕對的優(yōu)勢地位，頂級森林景觀的云冷杉針葉混交林和闊葉紅松林的面積比例僅為3.9％，預(yù)測最終的景觀格局現(xiàn)狀將不利于整個(gè)研究區(qū)域景觀的整體穩(wěn)定性發(fā)展，也不符合其森林景觀經(jīng)營目標(biāo)。
　　(8)基于群落連續(xù)帶指數(shù)(CI)來定量確定群落的演替狀態(tài)，以近自然林業(yè)理論和潛在天

12、然植被生態(tài)修理念為指導(dǎo)，通過對森林景觀生境、森林景觀的演替情況、優(yōu)勢樹種、立地條件森林景觀的經(jīng)營目的定量研究，首次提出景觀自然度的概念，并劃分為頂級景觀自然度、高級景觀自然度、中間過渡性景觀自然度和初級景觀自然度，基于森林景觀自然度評價(jià)的基礎(chǔ)上，以林場尺度為示范區(qū)，首次以景觀自然度區(qū)域內(nèi)的森林景觀類型為經(jīng)營管理單元，從類型層次和景觀尺度提出經(jīng)營目標(biāo)、目標(biāo)結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)調(diào)整等主要內(nèi)容的經(jīng)營模式，為長白山林區(qū)森林經(jīng)營提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。<

13、br>　　(9)在ArcGIS9.3的支持下，利用VBA程序提取2009年三個(gè)大小為30m×30m演替初期、演替中期、演替亞頂級各階段樣地樹種點(diǎn)相對坐標(biāo)，并建立GIS專題數(shù)據(jù)庫，基于C＃和均勻度理論的支持下，完成樣地樹點(diǎn)最近點(diǎn)距離、獨(dú)占體總面積及均勻度指數(shù)的定量計(jì)算，結(jié)果表明三個(gè)樣地均勻度分別為0.331、0.288、0.275;按照√2原則，選擇性的去掉一些點(diǎn)后，重新計(jì)算三個(gè)樣地的均勻度分別為0.463、0.346、0.290，得出按