基于ArcGIS和Fragstats崇礼区森林景观格局现状分析
Analysis of Forest Landscape Pattern in Chongli District Based on ArcGIS and Fragstats
DOI: 10.12677/IJE.2022.112016, PDF, HTML, XML, 下载: 38  浏览: 58 
作者: 吕佳伟, 田 旺:华北电力大学,北京
关键词: 景观格局景观指数FragstatsLandscape Pattern Landscape Index Fragstats
摘要: 本文以2019年崇礼地区遥感影像为基础,运用ArcGIS对研究区景观进行分类,并运用Fragstats软件从斑块类型与景观尺度上选取指标计算景观格局指数,对崇礼区森林景观进行景观格局分析。结果表明:崇礼区森林景观多样性水平高但景观破碎化程度高,荒草坡面积占比较高,而针阔混交林、针叶混交林、果杏面积很小,需要调整当地的景观类型,增加覆被面积。整体景观斑块间连通度较高,但有一定的优化空间。
Abstract: This paper based on the class II forestry survey data in Chongli District in 2019, by using Fragstats to select indicators from class and land scale to calculate the landscape pattern index, and analyzing the landscape pattern of forest landscape in Chongli district. The results show that the forest landscape diversity level in Chongli district is high, but the degree of landscape fragmentation is high, and the area of barren grass slope is relatively high, while the area of coniferous and broad-leaved mixed forest, coniferous mixed forest and fruit apricot is very small. It is necessary to adjust the local landscape types and increase the coverage area. The overall landscape patches have high connectivity, and there is a certain optimization space.
文章引用:吕佳伟, 田旺. 基于ArcGIS和Fragstats崇礼区森林景观格局现状分析[J]. 世界生态学, 2022, 11(2): 120-125. https://doi.org/10.12677/IJE.2022.112016

1. 引言

景观是一定区域范围内的土地镶嵌体 [1],受自然和社会各方影响,景观在规模、结构和形状上也大不相同 [2]。在景观生态学中,景观格局的研究是诸多学者的研究重点,如何定量研究景观格局尤为重要 [3] - [8]。而景观格局分析的主要手段是计算分析景观格局指数 [9],能够量化分析景观格局,是景观格局信息的高度浓缩 [10]。近些年,城市化进程加快,很多区域景观破碎化严重,从景观指数出发进行综合分析景观格局,对于区域内景观恢复优化具有重要意义 [11] [12] [13] [14] [15]。

本文以崇礼区为例,通过斑块类型以及景观尺度下的各类景观指数,综合分析了该地森林景观格局现状,对于研究区森林景观的覆被类型以及破碎化程度的调整优化具有一定意义。

2. 研究区概况与数据来源

2.1. 研究区概况

崇礼区位于河北省张家口市西北部,本文研究区域包括老虎沟、翠云山、松林背、棋盘梁以及太子城河上游,总面积为150 km2,介于北纬40˚56'N~40˚57'N,东经115˚24'E~115˚28'E之间,属于冀西北山区,海拔在1475~2179 m之间。研究区属于中温带,半干旱大陆性季风气候,年降雨量在320~560 mm之间,气温在−30℃~21℃。土壤类型以棕壤、栗褐土、潮土、粗骨土为主。研究区植被群落简单,乔木种类比较单一,主要植被类型为白桦、落叶松、榛柴、樟子松、云杉等。

2.2. 数据来源

2019年崇礼区遥感影像。

3. 研究方法

3.1. 基于ArcGIS的景观提取

本文以2019年崇礼区遥感影像为基础,结合实地调查数据,利用ArcGIS提取出16类森林景观斑块类型,并分别按要素与面转为栅格文件,根据栅格属性进行赋值。将16类森林景观斑块:荒草坡、落叶松、樟子松、白桦、榛柴、灌杂、山杏、云杉、山杨、油松、榆树、慢生杨、针叶混交林、针阔混交林、荆条以及果杏。

3.2. 基于Fragstats景观格局指数的选择

景观格局指数是景观格局信息的高度浓缩,是反映景观空间配置与结构的定量指标也是研究景观格局的主要方法 [16]。而Fragstats软件有三个尺度上40多个景观格局指数,因此在景观格局指数的选取上,应该更多地考虑指数背后的生态学意义以及个尺度下相同指数的关系,避免景观指数冗余,参考之前学者的研究过程 [17] [18] [19] [20] 通过Fragstat软件选取在斑块类型与景观尺度上不同的景观格局指数,对崇礼区16类森林景观进行景观格局分析,见表1

Table 1. Landscape pattern index and its ecological significance

表1. 景观格局指数及生态学意义

4. 结果与分析

4.1. 崇礼区森林景观空间分布

经过ArcGIS提取的崇礼区森林景观空间分布如图1,共有16类,1~16分别为荒草坡、落叶松、樟子松、白桦、榛柴、灌杂、山杏、云杉、山杨、油松、榆树、慢生杨、针叶混交林、针阔混交林、荆条以及果杏。其中荒草坡多分布在老虎沟及西南部分,白桦多分布于太子城河流域以及东南地区。研究区荒草坡面积众多,景观破碎化程度较大。

4.2. 斑块类型尺度崇礼区森林景观格局分析

崇礼区森林景观中,荒草坡斑块面积最大,其次是白桦、樟子松,针阔混交林与针叶混交林斑块面积很小,说明研究区景观分布不合理,荒草裸地面积居多,需要对其进行调整优化。荒草坡斑块密度最大,为2.17个/100 hm2,研究区景观分散,白桦和落叶松斑块密度次之分别为1.67个/100 hm2和1.27个/100 hm2。最小的依旧是针阔混交林、针叶混交林,说明这两种景观类型分布集中。除荒草坡之外,白桦、落叶松、樟子松的最大斑块指数较大,说明这三类树种是研究区内的优势树种。景观形状指数依旧是荒草坡、白桦、落叶松、樟子松数值较大,而景观形状指数越大说明该景观越不规则,破碎化严重。分散并列指数最大的是山杨,其次是山杏和白桦。分散并列指数越大,该景观混合程度越高。研究区内山杨、山杏、白桦与临近小斑块间相互融合,形成集聚大斑块面积。而榆树分散并列指数较小,说明受垂直地带影响,成环状分布与周围斑块相邻较少。斑块凝聚指数较高的是樟子松、落叶松,这两类景观斑块之间的空间连接程度较高。研究区内慢生杨、榆树的聚合指数小说明这两类景观类型斑块内部的连接程度较差。而荒草坡、白桦、落叶松、山杏各斑块之间的连通度较高。计算结果见表2

4.3. 景观尺度崇礼区森林景观格局分析

崇礼区森林景观在景观尺度上,斑块密度7.86个/hm2,景观形状指数25.19,说明研究区内景观破碎程度高,需要对研究区景观植被进行优化调整。而蔓延度指数51.87,斑块凝聚指数96.06都在一定程度上说明该地区景观整体斑块间连通度较好,有利于优化景观格局,后续可以通过生态廊道更好的增强斑块之间的连通性进行优化。崇礼区香农多样性指数1.73,说明研究区内景观多样性程度高,但破碎化较为严重。香农均匀度指数0.62,处于中等偏上,说明研究区景观分类比较均匀,但有很大的优化空间。总的来说,崇礼区森林景观整体多样性水平比较高,破碎化程度较为严重,斑块分布比较均匀,但是有很大的优化空间,斑块之间连通度好,也为日后的优化提供了条件。计算结果详见表3

Figure 1. Spatial distribution of forest landscape in Chongli District

图1. 崇礼区森林景观空间分布

Table 2. Landscape pattern index at class type scale

表2. 斑块类型尺度景观格局指数

N/A缺失值由于斑块个数以及面积太少。

Table 3. Landscape pattern index at land type scale

表3. 景观尺度景观格局指数

5. 结论

本文以崇礼区遥感影像以及实地调查数据为基础,运用ArcGIS、Fragstats软件将研究区森林景观分为16类,在景观尺度与斑块类型尺度上选取了景观指数对崇礼地区森林景观格局现状进行了分析,主要得到以下结论:

1) 斑块类型尺度下,研究区内荒草坡面积占比较大,而针阔混交林,针叶混交林、果杏面积很小,需要对该区域的植被类型进行优化调整,提高该地区的植被覆盖面积。景观形状指数白桦、樟子松、落叶松数值较大,分布不规则,景观破碎化严重。但是这几类景观斑块的斑块聚集度指数较大,空间连通性较好,可以加以利用。

2) 景观尺度下,从斑块密度、形状指数的数值可以看出研究区内景观破碎程度较为严重,蔓延度指数与分散并列指数说明该地区整体景观斑块之间的连通程度较好。香农多样性指数较高,说明该研究区景观多样性程度高,异质性水平高而香农均匀度指数一般,说明该地区森林景观有很大的优化空间,可以选取聚集程度较高、空间连通性较好的植被类型对非林地区域进行优化,增加当地的植被覆盖率,提升区域景观功能。

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