人類(lèi)活動(dòng)對(duì)北京東靈山地區(qū)景觀格局影響分析_地理論文

1、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)北京東靈山地區(qū)景觀格局影響分析_地理論文    文章摘要：                         提要干擾改變景觀格局，同時(shí)又受景觀格局的影響，干擾是景觀異質(zhì)性的一個(gè)主要來(lái)源。應(yīng)用 ILWIS 地理信息系統(tǒng)，以 120000 植被圖為基礎(chǔ)，結(jié)合野外考察，分析了北京東靈山地區(qū)森林景觀空間格局，采用緩沖

2、區(qū)分析方法，研究了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)該地區(qū)森林景觀格局的影響。研究結(jié)果表明，在東靈山地區(qū)，人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)弱與景觀的破碎化表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。人類(lèi)作用強(qiáng)的地區(qū)斑塊面積較小，作用弱的地區(qū)斑塊面積較大，人類(lèi)的活動(dòng)對(duì)該地區(qū)的景觀破碎化產(chǎn)生了明顯的影響。隨著距所選擇的干擾區(qū)的遠(yuǎn)近，幾個(gè)景觀多樣性指數(shù)沒(méi)有表現(xiàn)出有規(guī)律的大小變化。雖然該地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)有愈來(lái)愈強(qiáng)的趨勢(shì)，但目前決定該地區(qū)景觀空間格局的因子主要還是自然要素，人類(lèi)活動(dòng)雖然也對(duì)該區(qū)的景觀格局產(chǎn)生了一定的影響，但還不是決定因素。關(guān)鍵詞景觀空間格局 人類(lèi)干擾 地理信息系統(tǒng) 北京東靈山分類(lèi)中圖法P901景觀是具有高度空間異質(zhì)性的區(qū)域，它是由許多大小和形狀不一、相互作用

3、的斑塊按照一定規(guī)律組成的。景觀格局及其變化和發(fā)展是自然、社會(huì)和生物要素相互作用的結(jié)果。森林景觀作為一類(lèi)極其重要的景觀，它的性質(zhì)，如斑塊大小、邊緣數(shù)量、棲息地之間的距離、棲息地斑塊間的連通性對(duì)該區(qū)的動(dòng)植物區(qū)系有著直接的影響1。所以，定量描述景觀的空間特性對(duì)于深入了解景觀空間配置和生態(tài)過(guò)程的相互關(guān)系具有重要意義。干擾是景觀異質(zhì)性的主要來(lái)源之一，干擾改變景觀格局，同時(shí)又受制于景觀格局2。干擾是景觀的一種重要的生態(tài)過(guò)程。干擾可分為兩種：人為干擾和自然干擾。隨著世界人口的增加和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)自然的影響越來(lái)越廣泛和深入。人類(lèi)對(duì)于自然資源盲目開(kāi)采和不合理的利用導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境日益惡化。地球上純自然景觀已

4、經(jīng)很少存在了。人類(lèi)干擾對(duì)景觀影響是特別受到生態(tài)學(xué)家關(guān)注的一個(gè)課題。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)人類(lèi)干擾的研究開(kāi)展得比較多，但大多數(shù)是針對(duì)人類(lèi)干擾對(duì)物種多樣性的影響。也形成了許多理論，如 Stuffling3 提出“中度干擾論”，認(rèn)為中度干擾有利于物種多樣性的提高。景觀多樣性是最高層次上生物多樣性，在景觀尺度上，研究人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀格局和景觀多樣性的影響對(duì)于生物多樣性保護(hù)工作的開(kāi)展具有重要意義。本研究力圖在景觀尺度上，揭示研究人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀格局和多樣性的影響規(guī)律。1 研究地區(qū)概況東靈山地區(qū)位于北緯 39°4840°00，東經(jīng) 115°24115°36，距北京市市區(qū) 100k

5、m，地處小五臺(tái)山向東延伸的支脈，屬太行山系，最高海拔達(dá) 2303m，全區(qū)總面積為 63.64km2。本區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上位于華北陸臺(tái)中部的燕山沉積帶，地貌類(lèi)型為山地侵蝕構(gòu)造地貌。本區(qū)在全國(guó)土壤區(qū)劃中屬于褐色土地帶，主要土壤類(lèi)型有褐土、棕壤和亞高山草甸土。氣候特征為暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，表現(xiàn)為四季分明，冬季寒冷多風(fēng)且干燥，夏季溫暖多雨，春季干旱，風(fēng)沙盛行，秋季晴朗少風(fēng)，寒暖適中但雨量偏少，年降水量 500650mm。東靈山地區(qū)年平均氣溫 511，最熱月 7 月，平均氣溫 1825；最冷月 1 月，平均氣溫410。該區(qū)屬暖溫帶落葉闊葉林區(qū)，反映當(dāng)?shù)卮髿鉄崃亢退謼l件的地帶性植被為暖溫帶落葉闊葉林及山地

6、垂直帶的代表類(lèi)型。該區(qū)人為活動(dòng)極為頻繁，在海拔 1000m 以下至平原的低山丘陵，原有森林砍伐殆盡，大面積覆蓋的為灌叢，特別是荊條灌叢幾乎占據(jù)了整個(gè)低山丘陵4。2 研究方法在野外考察的基礎(chǔ)上，主要利用東靈山地區(qū) 120000 植被類(lèi)型圖（中國(guó)科學(xué)院植物研究所，1994），并考慮到該區(qū)域的土地利用現(xiàn)狀，應(yīng)用 ILWIS2.1 地理信息系統(tǒng)軟件數(shù)字化輸入計(jì)算機(jī)，生成一幅植被矢量圖 dls.poly 和一幅包含該地區(qū)主要公路的矢量圖 dlroad.seg，進(jìn)行森林景觀空間格局分析和探討人類(lèi)活動(dòng)的影響。2.1 景觀類(lèi)型劃分根據(jù)植物區(qū)系組成及土地利用特征，將該區(qū)劃分為 2 大類(lèi)，19 種景觀類(lèi)型，分別為

7、：A) 人類(lèi)強(qiáng)作用區(qū)，包括：L1 居住地，L18 農(nóng)田，L19 蘋(píng)果園。B) 人類(lèi)弱作用區(qū)，主要包括：L2 華北落葉松林，L3 油松林，L4 側(cè)柏林，L5 碩樺林，L6 白樺林，L7 棘皮樺林，L8 山楊林，L9 遼東櫟林，L10 落葉闊葉混交林，L11 鬼見(jiàn)愁灌叢，L12 二色胡枝子灌叢，L13 山杏、山桃灌叢，L14 荊條灌叢，L15 繡線菊灌叢，L16 雜灌，L17 亞高山草甸。2.2 景觀格局指數(shù)(1) 景觀多樣性指數(shù) 1式中，H 為多樣性指數(shù)；Pi 是景觀類(lèi)型 i 所占面積的比例；m 為景觀類(lèi)型數(shù)目。H 值越大，表示景觀多樣性越大。(2) 優(yōu)勢(shì)度 2D 為景觀的優(yōu)勢(shì)度，它與多樣性指數(shù)

8、成反比，對(duì)于景觀類(lèi)型數(shù)目相同的不同景觀，多樣性指數(shù)越大，其優(yōu)勢(shì)度越小。(3) 均勻度 1E=(H/Hmax)×100%均勻度和優(yōu)勢(shì)度一樣，也是描述景觀由少數(shù)幾個(gè)主要景觀類(lèi)型控制的程度。這兩個(gè)指數(shù)可以彼此驗(yàn)證。(4) 分維數(shù) 1D=2ln(P/4)/ln(A)式中，D 表示分維數(shù)；P 為斑塊周長(zhǎng)；A 為斑塊面積。D 值越大，表明斑塊形狀越復(fù)雜，D 值的理論范圍為 1.02.0，1.0 代表形狀最簡(jiǎn)單的正方形斑塊，2.0 表示等面積下周邊最復(fù)雜的斑塊。(5) 聚集度指數(shù) 2RC=1C/Cmax式中，RC 是相對(duì)聚集度指數(shù)，取值范圍為 01 之間；C 為復(fù)雜性指數(shù)，Cmax 是 C 的最大

9、可能取值，C 和 Cmax 的計(jì)算公式為：其中，P(i，j) 是生態(tài)系統(tǒng) i 與生態(tài)系統(tǒng) j 相鄰的概率，m 是景觀中生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型總數(shù)。在實(shí)際計(jì)算中，P(i，j) 可由下式估計(jì)：P(i，j)=E(i，j)/Nb，式中 E(i，j) 是相鄰生態(tài)系統(tǒng) i 與 j 之間的共同邊界長(zhǎng)度，Nb 是景觀中不同生態(tài)系統(tǒng)間邊界的總長(zhǎng)度。RC 的取值越大，則代表景觀由少數(shù)團(tuán)聚的大斑塊組成，RC 值小，則代表景觀由許多小斑塊組成。2.3 人類(lèi)干擾影響分析根據(jù)該地區(qū)土地利用特點(diǎn)和植被類(lèi)型及受人類(lèi)作用強(qiáng)度，選擇 L1 居住地，L18 農(nóng)田，L19 蘋(píng)果園 3 種景觀類(lèi)型及一條主要公路作為受人類(lèi)干擾強(qiáng)烈區(qū)（圖 1），采

10、用緩沖區(qū)分析技術(shù)，按照距干擾區(qū)的遠(yuǎn)近將該地區(qū)分成幾個(gè)分區(qū)，比較各分區(qū)的景觀多樣性，研究人類(lèi)活動(dòng)的影響。圖 1 人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)干擾區(qū)及其類(lèi)型Fig. 1The heavily disturbed area and their typies應(yīng)用 GIS，從植被矢量圖 dls.road 中提取出受人類(lèi)活動(dòng)支配的 3 種景觀類(lèi)型：L1 居住地，L18 農(nóng)田，L19 蘋(píng)果園，生成一新的矢量圖形文件 grd.poly，將其轉(zhuǎn)化成柵格文件 grd.rast。同時(shí)將主要公路圖 dlraod.seg 柵格化生成柵格文件 dlroad.rast。將圖形文件 grd.rast 和圖形文件 dlroad.rast 進(jìn)行疊

11、加 (cross) 生成柵格文件 grdroad.rast。這樣，該柵格文件 grdroad.rast 就由主要公路和受人類(lèi)活動(dòng)支配的 3 種景觀類(lèi)型組成，稱(chēng)之為干擾區(qū)。以 grdroad.rast 為源文件進(jìn)行緩沖區(qū)分析，探討人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀多樣性的影響。運(yùn)用 distance 命令以 grdroad.rast 為源文件生成緩沖區(qū)圖 grdr1.rast。根據(jù)東靈山地區(qū)自然環(huán)境條件和人類(lèi)活動(dòng)特點(diǎn)，按照距干擾區(qū)的遠(yuǎn)近將整個(gè)東靈山地區(qū)植被劃分為 4 個(gè)區(qū)：dist1，200m，dls1.rast；dist2，200m400m，dls2.rast；dist3，400m600m，dls3.rast；d

12、ist4，600m，dls4.rast。分別對(duì)這 4 個(gè)區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算它們各自的多樣性和景觀空間格局指數(shù)。3 結(jié)果及討論從表 1 中可看出，東靈山森林景觀共有 299 個(gè)斑塊，分布于 19 個(gè)類(lèi)型之中。在各類(lèi)景觀類(lèi)型中，蘋(píng)果園的斑塊個(gè)數(shù)最少，共有 2 個(gè)，占總斑塊個(gè)數(shù)的 0.67%。遼東櫟林斑塊數(shù)最多，共有 47 個(gè)，占總數(shù)的 15.72%。遼東櫟林在東靈山地區(qū)是分布最廣的林型，主要分布在海拔 8001600m 的陽(yáng)坡及半陽(yáng)坡，是該地區(qū)的地帶性植被。另外受海拔、水分、溫度等環(huán)境因子的限制，該區(qū)適合種植蘋(píng)果的環(huán)境并不多，只限于靠近居民點(diǎn)的少數(shù)及個(gè)別地方。蘋(píng)果園分布也就不廣，故其斑塊數(shù)也少。

13、就平均斑塊面積來(lái)看，平均斑塊面積為 0.2122km2，亞高山草甸的平均斑塊面積最大，為 0.7043km2；而居民地的平均斑塊面積最小，平均為 0.0185km2。該地區(qū)居住人口較分散，比較而言，人類(lèi)活動(dòng)最強(qiáng)烈，人類(lèi)的干擾造成了景觀的破碎化，形成了許多小斑塊；亞高山草甸主要分布在海拔 17002300m 的高海拔的山頂或其山坡上部，由于歷史原因，對(duì)草甸的開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度不高，受人類(lèi)的作用就較少，破碎化程度低，斑塊面積就較大。從表中數(shù)據(jù)還可以看出油松林、側(cè)柏林及蘋(píng)果園的平均斑塊面積都較低，分別為 0.0246km2，0.0370km2，0.0412km2。這 3 種景觀類(lèi)型主要分布在低山丘陵地區(qū)，

14、人類(lèi)活動(dòng)頻繁。平均斑塊面積很好地說(shuō)明了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)該地區(qū)景觀的破壞。大體上的規(guī)律是，人類(lèi)作用強(qiáng)的地區(qū)斑塊面積較小，作用弱的地區(qū)斑塊面積較大。人類(lèi)的活動(dòng)對(duì)該地區(qū)景觀的破碎化產(chǎn)生了明顯的影響。表 1 斑塊面積、周長(zhǎng)、形狀及鄰接特征Table 1 The characteristics of area，perimeter，shape and neighboring of the landscape patch景觀類(lèi)型斑塊個(gè)數(shù)占總斑塊數(shù)比例 (%)斑塊周長(zhǎng) (km)平均斑塊周長(zhǎng) (km)面積 (km2)占總面積比例 (%)平均斑塊面積 (km2)分維數(shù)與其他景觀類(lèi)型共同邊界長(zhǎng)度 (km)居住地103.3

15、46.96880.69690.18500.290.01851.129813.938華北落葉松林31.0010.10463.36820.66771.050.22261.178720.210油松林165.359.64140.60260.39310.620.02461.068619.282側(cè)柏林72.346.67320.95330.25910.410.03701.121413.346碩樺林124.0110.62500.88540.54040.850.04501.095421.250白樺林4214.0587.40882.08117.297511.500.17381.1186174.908棘皮樺林155

16、.0222.09941.47331.47542.330.09841.114244.196山楊林72.349.35981.33710.30990.490.04431.192618.722遼東櫟林4715.72163.07503.469716.349925.770.34791.6417326.158落葉闊葉混交林217.0247.94742.28323.08244.860.14681.126695.892鬼見(jiàn)愁灌叢20.675.07222.53610.42280.670.21141.095310.142二色胡枝子灌叢113.6836.64243.33112.81494.440.25591.1295

17、73.288山杏、山桃灌叢248.0390.51003.77137.963812.550.33181.1550181.020荊條灌叢248.0382.66423.44437.511311.840.31301.1503165.332繡線菊灌叢124.0115.50001.29170.73571.160.06131.098231.000雜灌叢124.0110.08140.84010.45120.710.03761.086620.162亞高山草甸82.6863.92407.99055.63498.880.70431.1869127.760農(nóng)田248.0394.92403.95527.258711.4

18、40.30241.1401189.848蘋(píng)果園20.672.29781.14890.08250.130.04121.12534.596總計(jì)299775.51942.593763.43630.21221.15551630.064從表 1 中平均分維數(shù)的值可以看出各種景觀的平均分維數(shù)相差并不大，平均值為 1.1555，最小值是油松林，為 1.0686；最大值是遼東櫟林，為 1.6417。從總體上看，該地區(qū)斑塊形狀不復(fù)雜。各類(lèi)景觀類(lèi)型斑塊的平均分維數(shù)相差不大，表明在該地區(qū)斑塊形狀主要取決于自然地貌及自然環(huán)境條件。同時(shí)也由于人類(lèi)的活動(dòng)在整體上比較強(qiáng)烈，致使該地區(qū)的景觀全面受到影響，反映在斑塊分維數(shù)的值

19、上就具有比較接近的值。引人注目的是遼東櫟林，其他所有的景觀類(lèi)型的分維數(shù)都沒(méi)有超過(guò) 1.20，而遼東櫟林的分維數(shù)高達(dá) 1.6417。造成這種現(xiàn)象的原因是由于遼東櫟林是該地區(qū)的地帶性植被，分布極廣，具有最多的斑塊數(shù)（47 個(gè)），面積也最大，達(dá) 16.3499km2，占整個(gè)景觀總面積的 25.77%。如此廣泛的分布，與其他類(lèi)型的景觀鄰接也大，邊界很容易為其他景觀類(lèi)型切割成不規(guī)則的鋸齒狀，邊界就很曲折，分維數(shù)就表現(xiàn)得很高。需要指出的是，在這里分維數(shù)的高低并不能完全反映出人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀的干擾程度，因?yàn)闆Q定斑塊分維數(shù)的，除了人為因素外，還有當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，如地形、地貌、土壤、氣候、水分及整個(gè)景觀的生物區(qū)系

20、。表 1 中最后一項(xiàng)是某個(gè)景觀類(lèi)型與其他所有的景觀類(lèi)型鄰接長(zhǎng)度。景觀類(lèi)型之間的空間鄰接關(guān)系，對(duì)于相鄰景觀類(lèi)型間生態(tài)過(guò)程的研究具有重要意義，不同的空間鄰接特征將影響到能流、物流和物種流。通過(guò)景觀的鄰接長(zhǎng)度的計(jì)算，可以計(jì)算出一個(gè)景觀的聚集度。表 1 中數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)景觀總的鄰接長(zhǎng)度是 1630.064km，遼東櫟林與其他景觀類(lèi)型間具有最大的鄰接長(zhǎng)度，為 326.158km。這主要還是因?yàn)檫|東櫟林在該區(qū)分布最為廣泛、面積最大的原因。正是這種最大的鄰接長(zhǎng)度，才使得遼東櫟林具有最大的分維數(shù)。根據(jù)景觀類(lèi)型間的鄰接長(zhǎng)度，運(yùn)用聚集度計(jì)算公式計(jì)算出整個(gè)景觀的聚集度的值 RC 是 0.878，表明整個(gè)研究區(qū)是以少

21、數(shù)大斑塊為主體構(gòu)建起來(lái)的，這些大斑塊包括大面積的農(nóng)田、亞高山草甸及遼東櫟林等。從表 2 可看出，分區(qū) 2 的景觀多樣性指數(shù) (2.061) 及均勻度 (78.1) 比其他區(qū)都略高，而優(yōu)勢(shì)度 (0.578) 小，從而說(shuō)明分區(qū) 2 的景觀多樣性高。分區(qū) 2 是距劃定干擾區(qū) 200400m 的范圍內(nèi)的區(qū)域，其受人類(lèi)干擾比分區(qū) 1(0200m) 小，所以景觀多樣性就較高。分區(qū) 3 及分區(qū) 4 雖然受該植被圖所包含的人類(lèi)活動(dòng)區(qū)的活動(dòng)干擾較小，但由于其更靠近植被圖所包含的地區(qū)的邊界，其受邊界之外的人類(lèi)活動(dòng)干擾更強(qiáng)烈，故其多樣性指數(shù)及均勻度都不高，而優(yōu)勢(shì)度高，景觀多樣性就低，多樣性指數(shù)明顯的差距說(shuō)明邊界之外的人類(lèi)干擾是非常強(qiáng)烈的。分區(qū) 1 和分區(qū) 2 景觀多樣性差異不大，說(shuō)明該區(qū)