閩北山區森林景觀的分布格局與地形關系研究

趙國帥，葉功富，范蓉，賴日文

（1.福建省林業調查規劃院，福建福州350003；2.福建省林業科學研究院，福建福州350012；3.福建農林大學林學院，福建福州350002）

閩北山區森林景觀的分布格局與地形關系研究

趙國帥1，葉功富2，范蓉1，賴日文3

（1.福建省林業調查規劃院，福建福州350003；2.福建省林業科學研究院，福建福州350012；3.福建農林大學林學院，福建福州350002）

根據閩北山區森林資源二類調查數據資料，選擇土地利用類型和優勢樹種組調查因子，構建兩級景觀分類系統，最終確定8種森林景觀要素類型。利用ArcGIS空間分析功能，分析各森林景觀與地形因子之間的關系。研究結果表明：研究區以有林地為主。針葉林景觀占整個研究區森林生態景觀總面積的36.12%，呈現集中連片分布特征，是該區森林景觀的基質。研究區內各森林景觀隨著海拔的變化呈現出明顯規律的垂直分異特征，主要分布在海拔800m以下。主要森林景觀分布在緩坡至陡坡之間，非林地景觀隨著坡度升高分布面積逐漸減少，其它森林景觀均呈現先增后減特征。除闊葉林景觀外均在16°～25°分布面積最大。各森林景觀主要分布在坡向中陽坡、半陽坡，其中又以西坡面積最大。總體來看，森林景觀在海拔和坡度上的分異特征極顯著，而在坡向上的分異特征不明顯。

森林景觀；森林資源；地形因子；景觀格局；閩北地區

長時間以來，景觀生態學家們對中大尺度上森林生態系統景觀要素的空間布局和配置優化缺乏研究［1］。林學與景觀生態學的結合，能夠從景觀尺度上對森林生態系統的組成結構、功能、異質性以及動態變化進行分析，把不同生態系統聯系起來，進而把握森林演變的規律，對森林資源的預測及管理有重要意義［2-5］。利用森林資源二類調查數據的分類系統并結合使用森林資源小班屬性庫中的優勢樹種等字段來對森林景觀類型進行劃分，有利于森林資源定量分析及科學評價，可以解決景觀生態學上的很多現實問題［6-7］。

森林景觀的空間分布異質性不僅受到生物因素和人為因素的干擾，同時受到諸多自然環境因子的強烈影響，使其在空間上呈現出一定的規律。地形地貌變化引起太陽輻射和降水的空間分布差異［8-10］，改變土壤質地，影響土壤水分和養分的空間分布［11］，間接地作用于植被，從而影響森林景觀格局的組成及結構，并使其呈現明顯的垂直地帶性特征［12-14］。許多人已經通過利用生態學理論和景觀指數對植被空間格局進行了分析研究，不過研究方法較為普遍，并且多采用樣地數據局部分析法，很少能從宏觀尺度進行深入研究，且對山地森林景觀與地形因子關系的研究相對較少。

本文通過利用地理信息系統空間分析技術，定性定量描述和分析森林植被分布與地形因子的關系，探討閩北山區森林景觀與立地因子的分異規律，揭示森林景觀空間結構及空間變化的規律性，從而為該地區森林資源的可持續經營與管理、合理保護與利用、生態恢復等提供相應的基礎資料和理論依據。

1　研究區概況

南平市位于福建省北部、閩江上游，武夷山脈的東南側，地理坐標：北緯26°30′～28°20′，東徑117°00′～119°25′，東北部與浙江省相鄰，西北部與江西省接壤，東南部與寧德市交界，西南部與三明市毗連，土地總面積26 310 km2，屬于福建省的閩北山區。地貌類型以中、低山為主，地形骨架由武夷山脈、戴云山脈和鷲峰山脈構成，大致呈東北至西南走向。整個地勢由東、北、西向南傾斜。氣候屬中亞熱帶季風氣候，年均氣溫19℃，年降水量1 400～1 800mm，相對濕度79%。年日照時數1 670～1 980 h，無霜期300 d以上。研究區內植物種類繁多，樹種資源十分豐富。

2　數據來源及研究方法

2.1數據來源

收集研究區所涉及的10個縣市區的2014年度森林資源建檔數據庫（以2007年森林資源二類調查成果為基礎，經每年資源建檔更新），圖形數據庫主要以1∶10 000的地形圖為底圖勾繪的各縣市林業小班圖形數據，空間數據采用西安80坐標系，數據格式為shapefile，屬性數據包括：地類、林種、優勢樹種、樹種組成、胸徑、樹高等多項指標，本研究主要使用其中的土地利用類型和植被屬性相關因子。在對南平市所涉及的1∶10 000的地形圖校正和掃描后，進行矢量化并對等高線賦值，生成南平數字高程模型DEM，空間分辨率為25m×25m，然后在ArcGIS軟件中分別對坡度、坡向及高程進行提取并進行等級劃分，具體如下：

考慮到南平市的植被分布特點、實際氣候和森林生長的海拔環境，為了將研究結果顯示更明顯，以200m為單位進行等級劃分，將研究區高程數據共分為7級：0～200 m，200～400 m，400～600 m，600～800 m，800～1 000m，1 000～1 200m，＞1 200m。坡度劃分成6個等級：平坡（0°～5°）、緩坡（6°～15°）、斜坡（16°～25°）、陡坡（26°～35°）、急坡（35°～45°）、險坡（≥46°）。坡向劃分為北坡（0°～22.5°，337.5°～360°）、東北坡（22.5°～67.5°）、東坡（67.5°～112.5°）、東南坡（112.5°～157.5°）、南坡（157.5°～202.5°）、西南坡（202.5°～247.5°）、西坡（247.5°～292.5°）、西北坡（292.5°～337.5°）。根據本文研究內容，可進一步概括為陰坡（北坡和東北坡）、半陰坡（東坡和西北坡）、陽坡（南坡和西南坡）以及半陽坡（東南坡和西坡）。

利用地理信息系統軟件ArcGIS中的空間分析功能，利用DEM數據分別提取制作研究區的高程分級圖、坡度分級圖及坡向分級圖（圖1）。將研究區的森林景觀空間分布圖分別與上述圖層疊加分析，根據各因子的分級情況進行統計分析。

圖1　南平市數字高程模型（a）、海拔（b）、坡度（c）、坡向（d）分級圖

2.2森林景觀類型劃分

根據森林資源二類調查土地分類系統，結合研究區森林資源分布現狀及林業生產經營管理的需要，選擇利用森林資源小班數據中的土地利用類型和優勢樹種兩個因子進行森林景觀劃分，從而形成兩級的景觀類型體系（表1），將研究區景觀分為8種。其中有林地根據優勢樹種劃分到二級，灌木林、未成林造林地、無林地和非林地只劃分到一級。

表1　南平市森林景觀要素分類系統

研究區景觀共分為以下8種：（1）闊葉林景觀（以闊葉純林和以闊葉林占優勢的闊葉混交林和針闊混交林）；（2）針葉林景觀（主要以杉木組和馬尾松組為優勢樹種的針葉混交林）；（3）竹林景觀（主要為毛竹、綠竹）；（4）果樹林景觀（主要為柚、橙、李等）；（5）灌木林景觀（包括一般灌木林和除果樹林以外的特規灌木林）；（6）未成林造林地景觀（主要為人工造林未成林造林地）；（7）無林地景觀（主要為采伐跡地和暫未利用荒山荒地）；（8）非林地景觀（主要是居民地、場區、道路、河流等）。

利用ArcGIS軟件對研究區森林資源數據中相同景觀的圖斑進行融合處理，得到研究區森林景觀分布圖（圖2）和各類型相關統計概況（表2）。

圖2　南平市森林景觀分布圖

表2　不同森林景觀類型及統計概況

3　結果與分析

3.1森林植被格局與海拔的關系

由圖3和表3可以看出，研究區森林景觀類型分布隨著海拔的變化明顯呈現有規律的垂直分異特征：隨著海拔的升高各森林景觀呈現單峰分布變化，闊葉林和竹林景觀在400～600 m海拔處達到最大值，近30%的面積分布在該海拔范圍內；其他景觀類型均在200～400 m海拔處有最大的分布面積，有40%左右的面積分布在該海拔范圍內。大部分植被集中分布在200～800m范圍內，占各自景觀總面積的70%以上；非林地景觀90%以上分布在海拔600 m以下，海拔1 000m以上幾乎沒有分布。

圖3　南平市不同森林景觀類型沿海拔分布曲線

低海拔地區由于受到人為活動的干擾，非林地分布較集中，而其他各植被類型景觀分布較少。在200～600m海拔范圍內，針葉林景觀占據了大多數；海拔400m以上，闊葉林、針葉林和竹林景觀分布面積較其他景觀優勢明顯。果樹林、灌木林景觀主要為人工種植的果樹及茶葉等經濟作物，而未成林造林地和無林地多由森林轉化而來，受到人工種植和采伐等人為活動的干擾，因此分布地區海拔也一般較低。高海拔地區，由于受到降水減少和氣溫降低的影響，在大于1 000m的地區各植被類型景觀分布也較少。

表3　不同森林景觀類型沿海拔的分布情況

表4　不同森林景觀類型沿坡度的分布情況

3.2森林植被格局與坡度的關系

由表4可以看出，各景觀類型在各個坡度均有不同面積的分布，非林地景觀主要為建筑、農田等，最主要分布在斜坡以下，陡坡以上，既不適合農作物的種植，也不適合人類生產活動，幾乎沒有非林地景觀分布；其他景觀隨著坡度的增加，均呈現分布面積先增加后減少的趨勢，除闊葉林外，均在斜坡地區達到分布面積的峰值。除非林地外，各景觀在緩坡～陡坡分布比例均超過了75%，其中針葉林、果樹林、未成林造林地和無林地分布比例甚至超過了90%，主要是由于緩坡和斜坡范圍相對適合人類從事森林經營活動（如植樹造林，森林采伐等）且土壤肥力較高；而陡坡除適宜植被生長外，由于交通限制限制了人為干擾的嚴重程度，因此也有較大的分布面積。急坡與險坡土壤厚度較薄，且受雨水侵蝕嚴重，有機質成分和土壤水分非常容易丟失，不適合植被生長，因此各林地景觀分布面積很小。研究區內不同森林景觀在坡度上的分布說明人類生產經營活動對森林變遷有較大影響，相對于自然選擇，人為因素干擾占主導地位。

表5　不同森林景觀類型沿坡向的分布情況

3.3森林植被格局與坡向的關系

坡向主要通過影響太陽輻射和水汽影響森林植被，總體來看，陽坡、半陽坡分布面積較大。從表5可以看出，各景觀類型在不同坡向趨于均勻分布但又略有差異，竹林在西北坡分布最多；而闊葉林、針葉林果樹林、灌木林、未成林造林地和無林地在西坡分布最多；而非林地在更多的分布在東坡。總體來看，闊葉林景觀在陰、半陰坡分布面積與陽、半陽坡分布面積大體相當；竹林、非林地在陰、半陰坡分布面積較陽、半陽坡有更大的分布面積；而針葉林、果樹林、未成林造林地和無林地則與竹林相反，在陽、半陽坡分布面積明顯更大，這些分布特征與人類生產經營活動及植被的生物學特性是分不開的。

4　結論與討論

研究區內森林覆蓋率較高，有林地景觀（闊葉林、針葉林、竹林、果樹林）主導了該地區整體景觀的結構、功能和動態過程。針葉林景觀占整個研究區森林生態景觀總面積的36.12%，呈現集中連片分布特征，是該地區優勢景觀類型，也是該區森林景觀的基質。

通過對南平市森林景觀與地形因子關系的研究，結果表明：研究區內各森林景觀隨著海拔的變化呈現出明顯規律的垂直分異特征，主要分布在海拔1 000m以下地區。非林地景觀集中在海拔300m以下，針葉林景觀集中在海拔200～700m，闊葉林和竹林景觀主要集中在海拔500～1 000m。主要森林景觀分布在緩坡～陡坡之間，非林地景觀隨著坡度升高分布面積逐漸減少，其它森林景觀均呈現近似正態分布特征，除闊葉林景觀外均在斜坡分布面積最大。各森林景觀在坡向中陽坡、半陽坡分布面積相對較大，其中又以西坡面積最大。總體來看，森林景觀在海拔和坡度上的分異特征極顯著，而在坡向上的分異特征不明顯。

自然條件中的地形因子對森林景觀格局的空間分布具有不同的影響，隨著地形因子的變化各森林景觀也呈現出了不同的空間分異規律，說明地形因子對森林景觀的空間分異特征具有重要作用。

利用森林資源二類清查數據為基礎研究森林景觀空間格局時，由于二類數據中非林地絕大部分并未分到二級地類，因此無法區分非林地中的耕地、建筑、道路、水域等景觀，對非林地景觀的研究無法進一步深入，因此通過加強對其他部門數據的銜接，進一步提高森林資源調查數據的精度和細度，從而為林業生產和研究工作提供更準確的基礎數據十分必要。在DEM制作和森林景觀數據柵格化過程中，不同空間分辨率的選擇對轉化精度和景觀格局會產生不同的影響，因此在分析地形因子與景觀格局相互關系過程中，空間尺度效應是一個不容忽視的問題［15-17］。由于尺度變化的復雜性和不確定性，對最優尺度的選擇需要更進一步的深入研究。

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（責任編輯：華偉平）

On the Relationship of Forest Landscape Patterns Characteristics and Topography in Minbei Mountain Area

ZHAO Guoshuai1，YEGongfu2，FAN Rong1，LAIRiwen3
（1.Fujian Institute of Forest Inventory and Planning，Fuzhou，Fujian 350003；2.Fujian Academy of Forestry，Fuzhou，Fujian 350012；3.School of forestry，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002）

According to the forest resources survey data of Minbeimountain area，land use types and dominant tree species were selected to build 2-classes landscape classification system and determine 8 types of forest landscape types.Using the spatial analysis functions，the relationship between forest landscape and Topography Factors was studied. The results showed that the overall landscape was dominated by forest land.Coniferous forest landscape type accounted for 36.12% of the entire study area and presented focus and contiguous distribution，is thematrix of the region. Distribution of 8 forest landscape typeswere at an elevation of below 1 000 m，and the forest landscape types showed a certain degree of vertical zonal featureswith elevation changes. Themain forest landscape typeswere distributed in gentle slope of 6°～35°.Area of non-forest landscape type decreased with the slope rising，other forest landscape types increased first and then decreased，and reached themaxima between 16°～25°.In the terms of aspect，they weremainly distributed on sunny and semisunny slopes，especially in west slope.

forest landscape；forest resources；terrain factors；landscape pattern；Minbeimountain area

S757.2

A

1674-2109（2016）06-0001-06

2016-02-26

國家自然科學基金資助項目（41176092）。

趙國帥（1987-），男，漢族，工程師，主要從事林業遙感及地理信息系統應用研究。