風(fēng)景園林下森林景觀格局研究

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摘要：隨著科技的進(jìn)步與遙感技術(shù)的成熟發(fā)展，遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于森林景觀格局研究領(lǐng)域中，近年來取得了較為顯著的研究成果。為進(jìn)一步提升我國森林景觀格局的研究水平，從森林景觀分類、森林景觀驅(qū)動因素分析、森林景觀演化模擬與預(yù)測分析3個方面較為詳細(xì)地介紹了森林景觀格局研究進(jìn)展，基于風(fēng)景園林視角下對未來森林景觀格局研究提出展望。

關(guān)鍵詞：森林；景觀格局；驅(qū)動因素；模擬預(yù)測

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，全球變暖、土地荒漠化、人居環(huán)境惡化等一系列問題層出不窮。與此同時，人們的生活水平不斷提高，對優(yōu)質(zhì)環(huán)境的期盼日益強(qiáng)烈。因此，生態(tài)環(huán)境和人類生存、社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)今人民群眾在新時代持續(xù)關(guān)注的熱點內(nèi)容之一。森林作為自然景觀中重要的部分，在實現(xiàn)發(fā)展與環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一上發(fā)揮著不可替代的作用。森林在景觀生態(tài)方面扮演著極其重要的角色，在維持全球生態(tài)平衡、調(diào)節(jié)氣候、保持水土、減少洪澇等自然災(zāi)害方面起著極為重要的作用。森林可以吸收二氧化碳，釋放氧氣，不僅能優(yōu)化空氣質(zhì)量，還可以有效緩解城市熱島效應(yīng)；同時，它還能夠阻滯酸雨，吸附粉塵。要改善城市生態(tài)環(huán)境，應(yīng)將森林納入可持續(xù)發(fā)展建設(shè)之中。因此，森林景觀格局及其相關(guān)內(nèi)容成為研究的熱點，也成為景觀生態(tài)學(xué)研究的重點方向之一[1]。景觀格局包含景觀組分的數(shù)量構(gòu)成及空間組合與分布特征，是某一區(qū)域內(nèi)多種生態(tài)系統(tǒng)類型的聚合[2]。因此，景觀結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化受到自然存在與人為活動景觀要素之間的相互作用、相互制約的影響。

1森林景觀格局研究進(jìn)展

自從1990年肖篤寧[3]發(fā)表了《沈陽西郊景觀結(jié)構(gòu)變化的研究》后，我國景觀格局研究才有了較大的進(jìn)展。我國對于景觀格局的研究主要利用遙感（RS）與地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)與景觀指數(shù)相結(jié)合的方法，進(jìn)行定量與定性的分析。

1.1森林景觀分類

確立森林景觀分類體系是景觀格局分析的基礎(chǔ)，劃分森林景觀類型時，應(yīng)該以森林景觀的不同地表覆蓋特征以及各類用地用途作為分類依據(jù)。研究者們根據(jù)其分類類型的確立，從而確定各個類型景觀組分的構(gòu)成及空間組合與分布特征，為后續(xù)分析研究區(qū)域森林景觀格局提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，外表特征及用途是劃分景觀格局類型的重要依據(jù)，根據(jù)研究區(qū)域的場地特征和研究目的，結(jié)合國家分類系統(tǒng)的分類要求，可以對部分土地分類的劃分標(biāo)準(zhǔn)稍作調(diào)整。例如俞飛等[4]將天目山林區(qū)景觀歸并為生態(tài)林、竹林、山核桃林、香榧林、茶園、建筑用地、道路、耕地、水域和裸地10種景觀類型組成。王彤[5]在其研究區(qū)域森林景觀進(jìn)行類別劃分時，根據(jù)森林景觀齡組劃分為幼齡組、中齡組、近熟林、成熟林、過熟林，還根據(jù)其森林景觀立地類型特征劃分了10類。蘇凱等[6]根據(jù)一級生態(tài)系統(tǒng)分類體系，將東北森林帶劃分為森林、草地、濕地、農(nóng)田、人工表面和其他用地六大用地類型。按照國家最新頒布的分類文件要求，結(jié)合研究區(qū)域的森林資源的具體特征，再進(jìn)行分類類型調(diào)整，劃分出合適的森林景觀類型。確立森林景觀分類體系之后，利用遙感圖像處理軟件（ENVI）提取各類森林景觀類型斑塊進(jìn)行圖形分類，隨后進(jìn)行圖像分類處理，以及精度驗證等。

1.2森林景觀驅(qū)動因素分析

在不斷發(fā)生動態(tài)變化的自然環(huán)境與人為活動下，森林景觀格局總是處于變動狀態(tài)。在這個動態(tài)變化的過程中，所有類型的自然和人類活動誘導(dǎo)的變化主要聚焦于景觀類型的形式變化。肆意地使用和過度依賴自然資源來滿足人類生存與各種需求時，對生境穩(wěn)定性、生物多樣性及自然資源管理與保護(hù)方面產(chǎn)生了相當(dāng)大的壓力。這個壓力是一把雙刃劍，可能帶來負(fù)面的影響，抑或帶來積極的影響，影響其物質(zhì)流、物種流、能量流等生態(tài)學(xué)過程。目前，景觀格局驅(qū)動因素分析具有兩化（定量化和模型化）發(fā)展趨勢，并且基于輔助不同理論的驅(qū)動因素模型進(jìn)行研究也比較多。郭少壯[7]使用了人為干擾指數(shù)模型與相關(guān)分析法，研究了1980－2015年秦嶺地區(qū)土地覆被變化及其驅(qū)動因素。孫月[8]用灰色關(guān)聯(lián)度理論模型，對福建海壇島景觀格局演變及驅(qū)動力進(jìn)行研究。然而，運用不同理論模型在不同地區(qū)不同時段研究出的景觀格局變化主要驅(qū)動因素是不一致的。王繼夏等[9]使用RS和GIS相結(jié)合的方法，對寧陜縣長安河流域1999－2003年景觀格局變化與驅(qū)動力進(jìn)行分析。結(jié)果表明，導(dǎo)致研究區(qū)景觀格局變化的驅(qū)動力因素有自然環(huán)境的約束作用、人類活動的干擾作用，以及政策導(dǎo)向作用。雷金睿等[10]綜合運用景觀動態(tài)變化分析、景觀格局指數(shù)分析和數(shù)理統(tǒng)計分析等方法，研究了海南島濕地景觀近30年來演變特點及其驅(qū)動機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，影響濕地景觀發(fā)生變化的關(guān)鍵因素在于研究區(qū)人口總數(shù)、城市人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值以及漁業(yè)生產(chǎn)總值。同樣，這些因素也是導(dǎo)致人工濕地增加、自然濕地減少的變化，以及濕地景觀多樣性破碎化的主要驅(qū)動因素。WenWu等[11]探究了人類活動對中國東北地區(qū)森林景觀格局和鹿科動物棲息地的影響。景觀指標(biāo)表明了平均斑塊面積下降，斑塊密度、邊緣密度都呈現(xiàn)增加的現(xiàn)象；最適宜的生境面積減少了4.86%，而不適宜的生境面積卻增加了11.3%，表明人為干擾將一些潛在的生境變成了不適宜的生境。YigezBelayneh等[12]研究調(diào)查了埃塞俄比亞FagitaLekoma區(qū)的森林覆蓋率變化及其背后的驅(qū)動力。研究表明，森林覆蓋率的增加是由于研究區(qū)人口的快速增長，對木炭的需求增加，為阻止土地退化以及提高土地生產(chǎn)力，大量種植金合歡（A-caciadecurrensWilld）或黑荊樹，導(dǎo)致森林覆蓋率變化的主要驅(qū)動力是人口數(shù)量因素。總體而言，景觀格局變化的驅(qū)動因素在時間、空間上面存在著潛在的規(guī)律，可以將景觀格局驅(qū)動機(jī)制概括為自然因素和人文因素兩大類。自然因素主要包括氣候、地貌、水文、土壤、植被等因子[13]，人文因素主要包括人為活動、人口分布、建設(shè)用地管理、消費能力、政策因素等。但是森林景觀格局發(fā)生的動態(tài)變化并不是一兩個驅(qū)動力所導(dǎo)致的結(jié)果，而是兩類因素的相關(guān)變量共同作用的結(jié)果。

1.3森林景觀演化模擬與預(yù)測分析

森林景觀模型，已經(jīng)成為一種了解大規(guī)模和長期景觀過程影響的工具[14]。在景觀格局演變與預(yù)測方面而言，空間馬爾科夫模型（Markov）和元胞自動機(jī)模型（CA）[15]2種模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬與預(yù)測出景觀格局動態(tài)變化。并且CA-Markov模型是近年來景觀格局變化模擬研究中應(yīng)用較多的模型之一[16-17]。但是許多研究者為了提高模型模擬精度，會將CA-Markov模型與其他模型相結(jié)合，當(dāng)然也有其他學(xué)者運用其他模型進(jìn)行研究。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感技術(shù)和GIS技術(shù)在景觀建模模擬預(yù)測研究方面越來越廣泛。許多研究者基于中國土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，采用Markov模型和基于地理模擬優(yōu)化系統(tǒng)的未來土地利用模擬模型，模擬預(yù)測森林景觀格局變化趨勢。蘇凱[6]對東北森林帶構(gòu)建出MCE-CA-Markov模型，模擬2022年第9期現(xiàn)代園藝生態(tài)綠化2020年東北森林帶土地利用變化情況，2020年預(yù)測結(jié)果同2015年相比：發(fā)現(xiàn)森林面積減少，且森林面積主要轉(zhuǎn)出為草地和農(nóng)田；濕地面積明顯大幅度上升，人工面積有小幅上漲；說明了城市化進(jìn)程、環(huán)境保護(hù)之間仍需加強(qiáng)管理。SnellRS[18]將動態(tài)森林景觀模型LandClim進(jìn)行修改，以模擬瑞士的牧場林地景觀。該模型被用來更好地理解一年生的草本層、牛的選擇性采食以及放牧和樹木采伐之間的相互作用。解決了影響牧場規(guī)模的景觀模式出現(xiàn)的過程，以及如何使用該模型來估計當(dāng)前和未來氣候變化和土地管理下生態(tài)系統(tǒng)商品和服務(wù)的供應(yīng)。森林景觀規(guī)劃在未來規(guī)劃設(shè)計中日益重要，其中森林景觀模型可以提供有價值的援助?？梢酝ㄟ^森林景觀模型的展示，評估與預(yù)測這種管理措施，是否可能達(dá)到預(yù)期結(jié)果的驗證目標(biāo)。了解森林對大空間范圍內(nèi)發(fā)生的干擾反應(yīng)是生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)的短期/長期預(yù)測的關(guān)鍵，促進(jìn)可持續(xù)森林資源管理的正確決策[19]。

2存在不足與展望

2.1存在不足

近年來，我國在遙感技術(shù)的基礎(chǔ)上多次進(jìn)行了森林景觀格局研究分析，但相比于其他國家研究水平和研究深度還有較大差距。（1）我國研究者主要集中于對景觀格局演變研究及驅(qū)動因素上的研究，并且對于森林景觀格局分析仍停留在研究時間段內(nèi)動態(tài)變化結(jié)果的描述上。對于構(gòu)建森林景觀演化模擬預(yù)測模型方面，對景觀生態(tài)學(xué)理論與可持續(xù)性發(fā)展規(guī)劃相結(jié)合沒有進(jìn)行較為深入的研究。（2）在森林景觀模型中，主要對單個森林干擾進(jìn)行了深入研究，很少研究多種干擾與森林景觀空間格局變化之間的相互作用。（3）沒有明確闡述景觀格局定量分析方法的選擇。在景觀格局需要定量分析的過程中，怎么定量，定哪個量，在分析過程和解釋當(dāng)中都應(yīng)該更加明確。如何保障景觀格局指數(shù)分析不是套數(shù)據(jù)，而是嚴(yán)謹(jǐn)邏輯上的思考與分析，這是在景觀格局分析當(dāng)中需要考量的問題。

2.2展望

從研究內(nèi)容來看，森林景觀格局研究需要加強(qiáng)對森林景觀建設(shè)管理與森林景觀可持續(xù)性發(fā)展規(guī)劃之間的聯(lián)系，研究結(jié)果與結(jié)論要突出景觀生態(tài)學(xué)研究的應(yīng)用價值。不僅僅是一項景觀格局指數(shù)分析，分析反映研究時間段內(nèi)的變化結(jié)果；更應(yīng)該針對景觀格局出現(xiàn)的問題找出驅(qū)動因素，結(jié)合演化模擬與預(yù)測結(jié)果提出更為合理的規(guī)劃管理方案。從研究技術(shù)來看，現(xiàn)如今我國對森林景觀格局建模仍處于持續(xù)摸索前進(jìn)的初級階段，應(yīng)多學(xué)習(xí)相關(guān)的建構(gòu)森林景觀模型與模型預(yù)測的思維與方法，再根據(jù)構(gòu)建模型理論與研究區(qū)域的特征、研究方向相結(jié)合，構(gòu)建出適合研究區(qū)域落實與應(yīng)用的森林景觀模型。從研究實踐來看，我國研究者主要側(cè)重于對森林景觀格局演變研究與驅(qū)動力的分析，對于森林空間優(yōu)化結(jié)構(gòu)的問題，從理論研究到落實規(guī)劃實踐上仍有差距。應(yīng)該在演變特征及驅(qū)動因素的分析基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)域的特點提出全面而詳盡的優(yōu)化策略，以指導(dǎo)未來規(guī)劃。

作者:胡伶 曹福祥 單位:湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院