基于二类调查数据的大兴区景观格局动态变化分析

何素梅，贾建学

（1.国家林业和草原局管理干部学院，北京 102600；
2.北京市大兴区林业工作站，北京 102600）

景观生态学的不断发展进步促进了景观空间格局分析方法在城市区域生态系统效应监测和评价方面的广泛应用[1]。文章运用作为景观生态学基本研究内容的景观格局指数分析方法，从宏观尺度上对大兴区2014年和2019 年景观组分空间分布及动态变化特征进行定量分析，旨在为合理利用土地资源，优化景观规划布局，健全北京市域绿色空间体系提供依据[2]。

大兴区地处北京市南部郊区，位于东经116°14′～116°43′，北纬39°26′～39°50′，东临通州区，西以永定河与房山区相隔为邻，南临河北固安等市县，北接丰台、朝阳区，总面积约103 632.15 hm2。全境为平原，西北高、东南低，海拔高度在5～50 m。境内主要有永定河、凉水河、大龙河、小龙河、天堂河和新凤河6条主要河道。其中凉水河、永定河为过境河，其他为境内河。全区水资源匮乏，是北京市严重缺水地区。大兴区气候属暖温带半干旱大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽舒适，冬季寒冷干燥；
年平均降水量568.9 mm，6～8月降水占全年降水量的65%左右；
年平均气温11.5 ℃；
无霜期209 d；
土壤类型多为沙壤土，pH值为8.8～9.1，土壤有机质含量低，一般为0.06%～0.40%[3-5]。

2.1 数据来源与处理

收集研究区内2014 年与2019年森林资源二类调查数据成果，具体矢量数据来源于大兴区林业工作站。借助ArcGis10.2 将矢量数据进行处理，导入到Fragstats4.2 软件提取斑块数量、面积、密度等信息，并将计算结果导入Excel表中进行分析。

2.2 景观类型

根据研究区土地利用类型特点，将其主要划分为针叶林地、阔叶林地、混交林地、灌木林地、疏林地、苗圃地、未成林地、其他林地、非林地等9种景观类型，各景观类型空间分布见图1。

图1 大兴区2014年与2019年景观类型空间分布图

2.3 景观指数的选择

景观指数可以表征景观结构组成和空间配置某些方面的特征[6]。根据指数之间的关联度大小，以选取最能反映景观格局状况和生态环境主要特征的指数作为评价因子为原则[7]，文章从斑块类型水平和景观水平两个尺度上选取了相关指数进行景观格局动态变化分析。

3.1 景观类型特征分析

景观类型面积的大小，决定了它与其他景观类型之间物种生物多样性、能量周转率等信息的差异，影响着斑块内部和斑块之间的物质能量交换及稳定性[8]。由表1可知，两期非林地面积百分比分别为72.31 %、62.45 %，占比最大。2014—2019 年期间，森林景观面积增加，由非林地转出为主（共转出10 216.02 hm2），以转入至阔叶林地、针叶林地、苗圃地、混交林地为主（共转入10 112.99 hm2）；
森林景观类型中以阔叶林地面积占比为主：2014 年，阔叶林地面积占区域总面积的18.54%，到2019年，阔叶林地面积增加3 373.51 hm2（增幅17.55%），占区域总面积的21.80%；
另外，针叶林地、苗圃地、混交林地面积分别增加2 875.97 hm2（增幅1497.59 %）、2 040.93 hm2（增幅82.15 %）、1 822.59 hm2（增幅29.73%）。通过以上分析可知，非林地是研究区内景观主体类型，阔叶林地是研究时段内主导森林景观类型。大兴区作为北京平原造林项目重点实施区县之一，利用非林地开展平原造林，研究期内森林覆盖率增加，森林整体面积呈上升状态。

表1 大兴区景观类型特征指数变化表

研究时段内，各景观类型斑块数表现为显著增加，其中针叶林地增加数量最多，增加3 439 块；
阔叶林地、混交林地、非林地、其他林地增加数量分别为2 071 块、1 307 块、1 075 块、1 018 块。另外，2014—2019年期间，各景观类型斑块MPS值均表现为较大幅度减小，并且其值大小差别较大，这说明各景观类型在研究区域内的分布有显著差异。2014年MPS值非林地＞混交林地＞其他林地＞阔叶林地＞苗圃地＞未成林地＞疏林地＞灌木林地＞针叶林地，2019 年MPS 值非林地＞阔叶林地＞苗圃地＞混交林地＞未成林地＞疏林地＞针叶林地＞灌木林地＞其他林地，非林地MPS 值变化最大，其他林地MPS 值变为最小。

3.2 斑块类型水平上景观格局动态变化

斑块密度(PD)是指在景观整体范围单位面积内拥有的斑块个数。它和斑块数量一样，是体现景观破碎程度和空间异质性的基础指标。边缘密度(ED)可以描述各景观类型被分割的程度和景观整体的复杂程度。通常，随着ED数值增大，斑块类型破碎度升高；
反之，ED 数值的减少则说明斑块类型连通性和完整性得到增强。最大斑块指数(LPI)值的大小决定了景观中的优势种、内部种的丰度等生态特征，可以从侧面描述景观类型破碎化程度[9]。由表2可以看出，阔叶林PD、ED、LPI 三个指数变化明显，这是由于研究时段内阔叶林地面积变化较大，当地阔叶林地树种组成较复杂，研究期内受小班调查技术变化影响等因素造成的，从而最终表现为破碎度变化明显。同时，在森林景观类型中，阔叶林的LPI值最高，说明阔叶林地有着明显的生态物种优势，相较于其他森林景观类型，其内部物种的丰富度要高。未成林地LPI 值变化最小，说明研究时段内只是做过边界整理，破碎度没有明显变化。

形状指数（LSI）反映景观形状的复杂程度，对不同景观类型斑块或整体景观的生态情况和边缘情况均能够体现。同样，分维数（PAFRAC）也可用于分析景观类型的复杂程度，其值一般处于1～2 之间。PAFRAC值越接近1，表明该类型斑块越易受干扰，形状越接近规则、简单；
PAFRAC 值越接近2，则表明该斑块类型受外界干扰程度越小，斑块形状也越复杂[10]。由表2 可以看出，两期景观分维数值多集中于1.1～1.3 之间，接近于1，表明景观斑块受干扰程度较大，斑块形状简单。研究期间，两期苗圃地PAFRAC 值最小，分别为1.102、1.128，说明苗圃地是人工种植培育，受人为干扰大，形状最简单规律。另外，非林地各指数值也相对较小，也是因为建设用地和农地等非林地边界多选择人为修建成光滑平整的规则形状。最后，由研究时段内各景观类型形状指数值和分维数值变化趋势均表现为增加来看，说明各景观类型形状正由简单逐渐变得复杂和不规则。

表2 大兴区斑块类型水平景观格局指数变化表

散布与并列指数(IJI)可以描述不同类型景观要素的空间分布关系。它的值越高，则表明该景观类型周边与其相邻的景观类型要素越多。研究区2014—2019 年期间，斑块类型水平上除针叶林地外，其他各景观类型IJI 值均变大，说明各景观类型之间交叉分布的机率增高，空间关系向复杂化发展。其中，苗圃地IJI值变化为最小，为45.678，说明苗圃地与其他斑块类型邻接机率最小，这也正与前述其形状最规则简单结论相互印证。

聚集度指数(AI)、相似邻接比(PLADJ)表征景观斑块的聚散度。AI 反映不同景观类型斑块的聚集程度，其数值越大表明其聚集度越高，数值越小则表明越分散。相似邻接比(PLADJ)则描述了景观类型的分散程度，其值越小，表明其景观类型越分散。研究时段内，斑块类型水平上各景观类型斑块PLADJ 值、AI 值均表现为减少，说明各景观聚集度降低。苗圃地AI 值、PLADJ 值变化最小，在森林景观类型中两期数值均最大，说明其斑块相对集中规则，聚集度最高，与前述结论互证。

3.3 景观类型水平上景观格局动态变化

斑块数量、斑块密度和边缘密度三者具有相同的变化趋势，一般来说，三者指数数值与景观类型的破碎、割裂程度及异质性均呈正相关。由表3 可以看出，2014 年、2019 年区域景观内斑块总数NP 值、斑块密度PD值、边缘密度ED值从2014年的5 149、4.970、69.870 增 加 到2019 年 的14 771、14.263、111.321，均表现为大幅度增加；
同时，区域最大斑块指数从整体来看表现为有所减小。这说明景观整体破碎度、空间异质性变高，各斑块间相互隔离性增强，斑块分布变得具有分散性。造成以上情况的原因，主要是由于景观面积的相互转出转入，二类调查数据时由于森林树种统计方法的选择，造成斑块被人为割裂程度加大，导致整体景观水平上和斑块类型水平上破碎化程度均表现为增大。

研究区域2014—2019年景观水平形状指数LSI值、分维数PAFRAC 值变化均表现为增大，这说明从整体上来看，景观边界和复杂程度增加，景观斑块的镶嵌具有较强的不规则趋势，斑块形状趋于复杂化，生态系统向稳定性发展。研究区2014—2019年期间，景观整体水平上IJI 值增大，说明各斑块类型彼此间比邻的边长均匀程度加大，空间关系呈复杂化；
由表2、表3 可以看出，研究期内，两个水平上的相似邻接比和聚集度指数均比较高，这说明各斑块类型自然衔接度较高，连通性较好。但同时可知，景观水平上PLADJ 值、AI 值又共同表现为轻微减少，这说明景观整体的聚集度有所降低，分散度有所变大，连通性有所变差，景观破碎度增大。

香农多样性景观指数SHDI 在生态学中被广泛应用。它能分析比较不同景观或同一景观不同时期多样性及异质性的变化。同时，它与其他多样性指数不同之处在于具有放大和强调非均匀分布的稀有景观斑块类型的作用和贡献。通常，景观结构组成的复杂性随着SHDI 值的增大而增加。香农均匀度指数SHEI 能够反映各景观类型面积分布的均匀性，是比较区域内同一景观类型不同时期多样性变化或不同景观类型多样性变化的一个重要指标。当其值趋近于1 时，说明景观中没有明显的优势类型，景观斑块分布的均匀度趋于最大。

从表3可以看出，2014—2019年，景观丰富度和丰富度密度未发生变化，多样性指数和均匀度指数均表现为增加，分别从2014 年的0.855、0.389 增加到2019年的1.108、0.504。这说明研究区域整体景观多样性、均匀度水平的升高和景观类型丰富度无关。均匀度的增加意味着优势度的减少，即表明景观优势组分非林地斑块面积由于大量转出导致了其对整体景观的控制作用减弱，而其他斑块面积相应增加，其影响作用有所上升所造成的。总之，景观多样性、均匀度的升高说明土地利用变得更为丰富，景观斑块分布向均匀化发展，景观整体布局向合理化趋势进行[11]。

表3 大兴区景观类型水平景观格局指数变化表

本研究结果表明，在研究期内森林景观面积增加，且一直由阔叶林地占主导优势。综合而言，整体景观破碎化程度、空间异质性有变高趋势。森林总面积的增加可促进本区域生态系统向好发展，但景观的破碎化会阻碍斑块之间的生态功能，降低生态系统的抗压能力。因此，为减少破碎化趋势，提高景观稳定性和生产力，加强自然景观的连接度与完整度[12]，可适当整合不连通的相近林地斑块，填充研究区域内非林地、闲散空地，形成大尺度、集中连片的森林基底，营造近自然森林群落结构[13-14]。

研究区研究时段内景观边界及复杂程度增加、斑块形状复杂化，生态系统稳定化。各景观类型之间交叉分布机率增高，空间关系逐渐复杂化，景观的聚集度有所降低，分散度有所变大，连接性有所变差。在未来的景观改造中，可根据不同区域景观主导功能的差异，因地制宜，合理改善景观空间布局，以发挥最佳效益与功能。从整体来说，区域景观趋于多样性、均匀化。为了区域景观生态平衡和稳定协调性，在未来的规划中，可继续加强分类管理和景观多样性改善。

作为对景观空间格局特征描述和分析的一种重要手段，景观指数从某一方面揭示了景观格局自然客观的真实状态变化。在研究景观格局动态变化的基础上如何进行调整优化斑块数量、景观组分以及空间分布格局，使各组分间达到有序、和谐状态的可持续发展是一个需要持续深入研究的问题。