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泰和县人工林景观结构优化背景及方法

作者:王老师  来源:佳作论文网 日期:2021-04-07 13:58 人气:

景观生态学是地理学生态学以及系统论控制论等多学科交叉渗透而形成的一门新的综合学科

景观生态学以景观为对象,通过物质流能量流信息流和物种流在地球表层的迁移与交换,研究景观的空间结构功能及各部分之间的相互关系,研究景观的动态变化及景观优化利用和保护的原理和途径. 本研究重点研究景观格局评价及其优化措施,通过对景观整体结构和不同景观类型的景观结构进行评价,提出景观优化措施,为泰和县的生态系统,人工林生态系统提供优化措施和建议

研究背景

景观生态学作为地理学与生态学的交叉学科,从诞生至今已有60 余年,其原理与方法已经应用到许多领域,尤其在环境科学研究与实践中发挥着重要作用. 特别是20 实际80 年代以来,景观生态学发展速度加快,景观生态学研究在世界范围内得到了拓展(傅伯杰1991). 近年来随着人们对景观生态学认识的不断加深,全球森林面积的减少,木材用量需求的增加,景观生态学中森林景观逐渐成为研究的热点问题,在森林景观格局中也存在着破碎化梯度性和不稳定性等问题,同时由于研究区发展遇到的人工林生态系统不稳定定等问题,使得人工林生态系统的研究成为非常重要的内容. 本文选择对人工林生态系统结构优化研究较少的方向进行研究. 关注人工林生态系统的优化,可以提供木材的使用量,增加森林生态系统的生产力,对全球森林生态系统起着非常重要的作用,对调节全球气候也起着极其重要的作用

景观生态学兼有生态学环境科学地理学资源环境管理科学规划科学等许多现代大学科群系的多功能优点,适宜于组织协调学科多专业的区域生态综合研究,因此景观生态学在现代生态学分类体系中处于应用基础生态学地位(肖笃宁1999). 景观生态学的研究热点主要集中在景观结构与格局景观异质性景观多样性景观尺度等方面( 肖笃宁1990;邱扬2000),随着研究的深入,景观生态学在土地利用,生物多样性保护,景观规划与设计等方面开展了广泛的研究,以科学实践为导向的学科交叉与融合不断加强,产生了许多新的学科生长点,拓展了应用领域(傅伯杰2008). 如水域景观生态学,景观遗传性,景观经济学,多功能景观,景观生态学与可持续性科学等. 未来的景观生态学也必然与其他学科相互交融,不断地丰富和完善. 景观生态学的研究对象则多集中在农业景观水域景观干旱区景观山地景观森林景观以及黄土高原景观等方面( 张芸香2001;杨国靖2003;彭冬梅2009. 但是对于中国南方重要的景观格局———脆弱的生态系统红壤丘陵区以及其它相关特征的研究并不多见( 李忠武2006,该区森林面积大,人工林所占比例高,对该区人工林生态系统的研究还没有. 红壤丘陵区是南方典型的一种地貌类型,该地区土壤贫瘠,水土流失严重,在南方考察区水土流失面积达到13. 12 km2,占土地总面积的15. 06% 梁音,杨轩等) . 该地区土地生产力下降,生态环境恶化,属于典型的脆弱生态系统( 曹学章1995. 这种环境对当地的农业生产和经济水平都产生极大地阻碍作用. 所以对森林景观结构进行研究,对该区脆弱的生态系统可以起到缓解作用,能够提高该区生产力水平. 通过研究可以提出景观结果优化的措施和方案

江西省中部泰和县的森林覆盖率达到51. 6%,其中人工林面积占全区森林面积的一半以上,为典型的人工林生态系统区域,本区为典型的南方红壤丘陵区,水土流失现象严重,研究森林生态系统对该区的生态环境至关重要,特别是人工林的研究. 景观生态学的理论和方法为解决城市森林建设中存在的问题提供了一条新途径,有助于从宏观尺度把握城市森林的景观空间特征及动态过程,完善了城市森林规划的理论和方法,为营造合理的城市森林空间分布格局,创造良好的城市生态环境提供了科学依据(2007 董波)

研究区和研究方法

2. 1 研究区概况

泰和县位于江西省中南部,吉泰盆地中心,东南毗兴国县,西连井冈山市永新县. 全县东西长105 km,南北宽57 km,国土总面积2 667 km2 . 境内地貌多样,山地丘陵河谷平原面积各占16%54%30%. 年均日照1 756. 4 h,气温18. 6°,无霜期281 d,降雨量1 726 mm,光能充足,四季分明,热量丰富,雨量丰沛,属典型的中亚热带湿润季风气候. 全县森林覆盖率51. 6%,森林蓄积量450 万立方米. 地表水多年平均总量22. 44 亿立米,过境客水量多年平均达380. 93 亿立米,水能理论蕴藏量6. 75 万千瓦

全县辖16 个镇个乡个场( 澄江镇碧溪镇桥头镇禾市镇螺溪镇石山乡南溪乡苏溪镇马市镇沿溪镇塘洲镇冠朝镇上模乡沙村镇水槎乡上圯乡老营盘镇中龙乡小龙镇灌溪镇苑前镇万合镇武山垦殖场泰和垦殖场),县政府所在地澄江镇是全县政治经济文化中心,其北距南昌262 km吉安市42 km,西上井冈山市区114 km

全县森林覆盖率51. 6%. 已知的高等植物资源有2 500 余种,其中属国家重点保护的珍贵稀有树达89 种,是江西省木材重点生产基地. 泰和县属南方壤丘陵区,水力侵蚀造成的水土流失比较严重,是江西省水土流失重点治理区. 赣江贯穿中部,过境河段长59. 1 km,仙槎河仁善河牛吼江禾水蜀水等11 条支流均汇归赣江,构成羽状的赣江水系,总集雨面积1. 1 万平方公里

2. 2 论文研究方法

景观生态学作为地理学与生态学的交叉学科,地理学的空间分析方法与生态学的模型构建是景观生态学研究方法的两个重点. 不同大小和内容的斑块廊道基质网络共同构成了异质景观. 景观的总体结构对景观中的各种过程会产生一定的影响,各种过程反过来也会影响景观的总体结构. 景观格局特征可通过一系列景观格局指数方法和空间统计学方法进行研究( 邱扬,张金屯2000

景观指数是能够高度浓缩景观格局信息,反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标,主要用非连续的类型变量数据,其特征可以在单一斑块斑块类型和整个景观镶嵌体个层次上分析,包括斑块面积数量密度形状多样性丰富度均匀度优势度聚集度和分维数等指数( 邬建国,2000). 利用景观空间格局指数描述景观格局及其变化,是景观生态学最常用的定量研究方法. 目前的研究多集中在自然生态系统,如杨国靖等( 杨国靖,肖笃宁2003)对森林景观格局的分析;王根绪等(王根绪1999)角媛梅等( 角媛梅,马明国2003)卢玲等(卢玲,李新2001)利用景观格局指数分析了黑河流域不同地区的景观空间格局. 随着不断研究深入,景观指数描述景观格局及其变化的方法逐渐扩展到半自然生态系统和人工生态系统. 郭文化(郭文化2004用景观多样性指数破碎度指数聚集度指数等对城镇化过程中的城乡景观格局变化进行了研究;李团胜(李团胜2002用多样性指数优势度指数聚集度指数均匀度指数研究了沈阳市的城市景观结构__在实际应用中,常利用景观指数软件包来进行计算和分析,如LSPASPANSAPACKFRAGSTATS. FRAGSTATS 可在斑块级别类型级别景观级别三个应用尺度上计算59 个景观指数( 肖笃宁2001). 景观指数法仅适用于分析类型数据的种类组成(斑块类型及其所占比例) 和空间配置( 空间排列斑块形状隔离度对比度聚集度连接性和各向异性现象等),不适用于分析数值型数据的变化趋势(张娜2006)

景观格局定量分析方法

3. 1 数据来源及处理本

研究采用2010 年泰和县森林小斑图,根据人工林生态系统研究需要,对泰和县的景观状况进行分析,对森林类型进行划分,得到泰和县景观格局的现状资料. 本研究涉及到遥感景观等多方面应用,主要包括包括:ArcGIS 9. 3Axcview 3. 3Fragstats(raster version 3. 3)excel 2007 等软件

3. 2 景观分类景观格局定量分析

需要在分类的基础上进行,同时分类类型的确定也要考虑到景观格局的需要

景观分类存在不同的分类体系:按人类影响强度的景观分类以土地利用方式为主的景观分类据自然度不同的景观分类以及植被类型和地貌特征为主的景观分类等分类方式[WuJShenWSunW2002. 本文以森林类型为主,结合人工林和自然林的不同景观特征进行景观分类,并对景观类型进行两级划分. 一级分类16 类,根据数据精度和泰和县森林的区域特点,再将一级类型细分为47 . 见表1. 本研究区总面积为2666. 50 平方千米,研究区景观格局分析时采用的是森林景观类型的一级分类,这样就可以避免使用二级分类对分析造成的麻烦,二级分类会出现由于斑块数目过多而面积过少,景观格局指数过多过碎的情况. 在进行景观格局特征分析时,更好的保持了景观的整体性. 在此基础上形成了森林景观分类图3. 3 景观格局指数的选取由于景观格局特征可以在单个斑块由若干单个斑块组成的斑块类型,由若干斑块类型组成的整个景观镶嵌体个层次上进行分析,因此景观格局指数可相应地分为斑块水平指数类型水平指数和景观水平指数. 并且要反映出研究区森林景观的稳定性多样性和破碎度等特征. FRAGSTATS 可以计算40 多种景观指标,但许多指标之间都是高度相关的[朱会义2003. 在拼块类型级别上分析景观指标时综合考虑研究区实际情况以及土地利用分类体系,按照上述个水平,选择斑块个数(NP)拼块类型面积(CA)拼块所占景观面积的比例(PLAND)景观形状指数(LSI)平均斑块面积(AREA_MN)斑块面积标准差(AREA_SD(hm2 ))景观分离度指数(SPLIT)景观多样性指数( SHDI)均匀度指数(E)景观分割指数( DIVISION)蔓延度指数(CONTAG)聚集指数(AI等指数. 在上述数据基础上利用Arcview3. 3 PatchAnalyst 模块和Fragstats 3. 3 软件计算各指数值

参考有关文献,结合本研究区域的特点及空间尺度,本文选择了20 多个既对景观结构变化敏感又能较全面反映景观格局特征的景观生态指标,用于定量化描述泰和县森林景观格局特征;14 个指标用于描述斑块类型层次的景观格局特征(见表422 个指标用于描述景观层次的生态格局特征( 见表5. 在所选的这些景观生态指标中,既有反映非空间的景观镶嵌成分的指标,如斑块类型比例(PALND,边界密度( DE,多样性指数( SHDI等,也有反映空间结构特征的指标,如:斑块面积标准差AREA_SD,景观形状指数LSI,景观聚集度指数(CONT,分离度指数SPLIT . 且这组景观生态学指标既有度量景观格局空间自相关性的指标(CONT,也有反映景观形态自相似性和复杂性的指标( 如SPLITLSI,还有分析景观多样性及其空间变异特征的指数( 如SHDISIDI,因此这组景观生态指标可以较全面地反映森林景观格局特征. 景观格局指数及其生态学过程描述( 见表23. 4 景观空间格局分析方法本研究通过ARC /INFOARCVIEW GIS 软件对景观图进行处理后,在ArcGIS 9. 3 软件的空间分析模块(Spatial Analyst支持下,将土地利用矢量数据转换为象元大小为500 m × 500 m 的栅格数据,采用Fragstats(raster version 3. 3软件从斑块类型和景观三个水平上计算了景观格局指数,以揭示研究区内的景观格局特征. 同时,在斑块类型和景观尺度上对景观格局的多样性进行测定,计算各种景观类型的斑块面积斑块数和面积百分比

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