周华锋 马克明 傅伯杰^①

（中国科学院生态环境研究中心 北京 100085）

提　要　干扰改变景观格局，同时又受景观格局的影响，干扰是景观异质性的一个主要来源。应用 ILWIS 地理信息系统，以 1∶20000 植被图为基础，结合野外考察，分析了北京东灵山地区森林景观空间格局，采用缓冲区分析方法，研究了人类活动对该地区森林景观格局的影响。研究结果表明，在东灵山地区，人类活动的强弱与景观的破碎化表现出一定的相关性。人类作用强的地区斑块面积较小，作用弱的地区斑块面积较大，人类的活动对该地区的景观破碎化产生了明显的影响。随着距所选择的干扰区的远近，几个景观多样性指数没有表现出有规律的大小变化。虽然该地区人类活动有愈来愈强的趋势，但目前决定该地区景观空间格局的因子主要还是自然要素，人类活动虽然也对该区的景观格局产生了一定的影响，但还不是决定因素。

关键词　景观空间格局 人类干扰 地理信息系统 北京东灵山

分　类　中图法　P901

　　景观是具有高度空间异质性的区域，它是由许多大小和形状不一、相互作用的斑块按照一定规律组成的。景观格局及其变化和发展是自然、社会和生物要素相互作用的结果。森林景观作为一类极其重要的景观，它的性质，如斑块大小、边缘数量、栖息地之间的距离、栖息地斑块间的连通性对该区的动植物区系有着直接的影响^[1]。所以，定量描述景观的空间特性对于深入了解景观空间配置和生态过程的相互关系具有重要意义。

　　干扰是景观异质性的主要来源之一，干扰改变景观格局，同时又受制于景观
格局^[2]。干扰是景观的一种重要的生态过程。干扰可分为两种：人为干扰和自然干扰。随着世界人口的增加和科学技术的进步，人类对自然的影响越来越广泛和深入。人类对于自然资源盲目开采和不合理的利用导致生态环境日益恶化。地球上纯自然景观已经很少存在了。人类干扰对景观影响是特别受到生态学家关注的一个课题。目前国内外对人类干扰的研究开展得比较多，但大多数是针对人类干扰对物种多样性的影响。也形成了许多理论，如 Stuffling^[3] 提出“中度干扰论”，认为中度干扰有利于物种多样性的提高。景观多样性是最高层次上生物多样性，在景观尺度上，研究人类活动对景观格局和景观多样性的影响对于生物多样性保护工作的开展具有重要意义。本研究力图在景观尺度上，揭示研究人类活动对景观格局和多样性的影响规律。

1 研究地区概况

　　东灵山地区位于北纬 39°48′～40°00′，东经 115°24′～115°36′，距北京市市区 100km，地处小五台山向东延伸的支脉，属太行山系，最高海拔达 2303m，全区总面积为 63.64km²。本区在地质构造上位于华北陆台中部的燕山沉积带，地貌类型为山地侵蚀构造地貌。本区在全国土壤区划中属于褐色土地带，主要土壤类型有褐土、棕壤和亚高山草甸土。气候特征为暖温带大陆性季风气候，表现为四季分明，冬季寒冷多风且干燥，夏季温暖多雨，春季干旱，风沙盛行，秋季晴朗少风，寒暖适中但雨量偏少，年降水量 500～650mm。东灵山地区年平均气温 5～11℃，最热月 7 月，平均气温 18～25℃；最冷月 1 月，平均气温－4～－10℃。该区属暖温带落叶阔叶林区，反映当地大气热量和水分条件的地带性植被为暖温带落叶阔叶林及山地垂直带的代表类型。该区人为活动极为频繁，在海拔 1000m 以下至平原的低山丘陵，原有森林砍伐殆尽，大面积覆盖的为灌丛，特别是荆条灌丛几乎占据了整个低山
丘陵^[4]。

2 研究方法

　　在野外考察的基础上，主要利用东灵山地区 1∶20000 植被类型图（中国科学院植物研究所，1994），并考虑到该区域的土地利用现状，应用 ILWIS2.1 地理信息系统软件数字化输入计算机，生成一幅植被矢量图 dls.poly 和一幅包含该地区主要公路的矢量图 dlroad.seg，进行森林景观空间格局分析和探讨人类活动的影响。

2.1 景观类型划分

　　根据植物区系组成及土地利用特征，将该区划分为 2 大类，19 种景观类型，分别为：

　　A) 人类强作用区，包括：L1 居住地，L18 农田，L19 苹果园。

　　B) 人类弱作用区，主要包括：L2 华北落叶松林，L3 油松林，L4 侧柏林，L5 硕桦林，L6 白桦林，L7 棘皮桦林，L8 山杨林，L9 辽东栎林，L10 落叶阔叶混交林，L11 鬼见愁灌丛，L12 二色胡枝子灌丛，L13 山杏、山桃灌丛，L14 荆条灌丛，L15 绣线菊灌丛，L16 杂灌，L17 亚高山草甸。

2.2 景观格局指数

　　(1) 景观多样性指数 ^[1]

式中，H 为多样性指数；Pi 是景观类型 i 所占面积的比例；m 为景观类型数目。H 值越大，表示景观多样性越大。

　　(2) 优势度 ^[2]

　　D 为景观的优势度，它与多样性指数成反比，对于景观类型数目相同的不同景观，多样性指数越大，其优势度越小。

　　(3) 均匀度 ^[1]

E=(H/Hmax)×100%

　　均匀度和优势度一样，也是描述景观由少数几个主要景观类型控制的程度。这两个指数可以彼此验证。

　　(4) 分维数 ^[1]

D=2ln(P/4)/ln(A)

式中，D 表示分维数；P 为斑块周长；A 为斑块面积。D 值越大，表明斑块形状越复杂，D 值的理论范围为 1.0～2.0，1.0 代表形状最简单的正方形斑块，2.0 表示等面积下周边最复杂的斑块。

　　(5) 聚集度指数 ^[2]

RC=1－C/Cmax

式中，RC 是相对聚集度指数，取值范围为 0～1 之间；C 为复杂性指数，Cmax 是 C 的最大可能取值，C 和 Cmax 的计算公式为：

其中，P(i，j) 是生态系统 i 与生态系统 j 相邻的概率，m 是景观中生态系统类型总数。在实际计算中，P(i，j) 可由下式估计：P(i，j)=E(i，j)/Nb，式中 E(i，j) 是相邻生态系统 i 与 j 之间的共同边界长度，Nb 是景观中不同生态系统间边界的总长度。RC 的取值越大，则代表景观由少数团聚的大斑块组成，RC 值小，则代表景观由许多小斑块组成。

2.3 人类干扰影响分析

　　根据该地区土地利用特点和植被类型及受人类作用强度，选择 L1 居住地，L18 农田，L19 苹果园 3 种景观类型及一条主要公路作为受人类干扰强烈区（图 1），采用缓冲区分析技术，按照距干扰区的远近将该地区分成几个分区，比较各分区的景观多样性，研究人类活动的影响。

图 1 人类活动强干扰区及其类型
Fig. 1　The heavily disturbed area and their typies

　　应用 GIS，从植被矢量图 dls.road 中提取出受人类活动支配的 3 种景观类型：L1 居住地，L18 农田，L19 苹果园，生成一新的矢量图形文件 grd.poly，将其转化成栅格文件 grd.rast。同时将主要公路图 dlraod.seg 栅格化生成栅格文件 dlroad.rast。将图形文件 grd.rast 和图形文件 dlroad.rast 进行叠加 (cross) 生成栅格文件 grdroad.rast。这样，该栅格文件 grdroad.rast 就由主要公路和受人类活动支配的 3 种景观类型组成，称之为干扰区。以 grdroad.rast 为源文件进行缓冲区分析，探讨人类活动对景观多样性的影响。

　　运用 distance 命令以 grdroad.rast 为源文件生成缓冲区图 grdr1.rast。根据东灵山地区自然环境条件和人类活动特点，按照距干扰区的远近将整个东灵山地区植被划分为 4 个区：dist1，←200m，dls1.rast；dist2，200m～400m，dls2.rast；dist3，400m～600m，dls3.rast；dist4，＞600m，dls4.rast。分别对这 4 个区进行统计分析，计算它们各自的多样性和景观空间格局指数。

3 结果及讨论

　　从表 1 中可看出，东灵山森林景观共有 299 个斑块，分布于 19 个类型之中。在各类景观类型中，苹果园的斑块个数最少，共有 2 个，占总斑块个数的 0.67%。辽东栎林斑块数最多，共有 47 个，占总数的 15.72%。辽东栎林在东灵山地区是分布最广的林型，主要分布在海拔 800～1600m 的阳坡及半阳坡，是该地区的地带性植被。另外受海拔、水分、温度等环境因子的限制，该区适合种植苹果的环境并不多，只限于靠近居民点的少数及个别地方。苹果园分布也就不广，故其斑块数也少。就平均斑块面积来看，平均斑块面积为 0.2122km²，亚高山草甸的平均斑块面积最大，为 0.7043km²；而居民地的平均斑块面积最小，平均为 0.0185km²。该地区居住人口较分散，比较而言，人类活动最强烈，人类的干扰造成了景观的破碎化，形成了许多小斑块；亚高山草甸主要分布在海拔 1700～2300m 的高海拔的山顶或其山坡上部，由于历史原因，对草甸的开发利用强度不高，受人类的作用就较少，破碎化程度低，斑块面积就较大。从表中数据还可以看出油松林、侧柏林及苹果园的平均斑块面积都较低，分别为 0.0246km²，0.0370km²，0.0412km²。这 3 种景观类型主要分布在低山丘陵地区，人类活动频繁。平均斑块面积很好地说明了人类活动对该地区景观的破坏。大体上的规律是，人类作用强的地区斑块面积较小，作用弱的地区斑块面积较大。人类的活动对该地区景观的破碎化产生了明显的影响。

表 1 斑块面积、周长、形状及邻接特征
Table 1 The characteristics of area，perimeter，shape and neighboring of the landscape patch

　　从表 1 中平均分维数的值可以看出各种景观的平均分维数相差并不大，平均值为 1.1555，最小值是油松林，为 1.0686；最大值是辽东栎林，为 1.6417。从总体上看，该地区斑块形状不复杂。各类景观类型斑块的平均分维数相差不大，表明在该地区斑块形状主要取决于自然地貌及自然环境条件。同时也由于人类的活动在整体上比较强烈，致使该地区的景观全面受到影响，反映在斑块分维数的值上就具有比较接近的值。引人注目的是辽东栎林，其他所有的景观类型的分维数都没有超过 1.20，而辽东栎林的分维数高达 1.6417。造成这种现象的原因是由于辽东栎林是该地区的地带性植被，分布极广，具有最多的斑块数（47 个），面积也最大，
达 16.3499km²，占整个景观总面积的 25.77%。如此广泛的分布，与其他类型的景观邻接也大，边界很容易为其他景观类型切割成不规则的锯齿状，边界就很曲折，分维数就表现得很高。需要指出的是，在这里分维数的高低并不能完全反映出人类活动对景观的干扰程度，因为决定斑块分维数的，除了人为因素外，还有当地的自然条件，如地形、地貌、土壤、气候、水分及整个景观的生物区系。

　　表 1 中最后一项是某个景观类型与其他所有的景观类型邻接长度。景观类型之间的空间邻接关系，对于相邻景观类型间生态过程的研究具有重要意义，不同的空间邻接特征将影响到能流、物流和物种流。通过景观的邻接长度的计算，可以计算出一个景观的聚集度。表 1 中数据显示，整个景观总的邻接长度是 1630.064km，辽东栎林与其他景观类型间具有最大的邻接长度，为 326.158km。这主要还是因为辽东栎林在该区分布最为广泛、面积最大的原因。正是这种最大的邻接长度，才使得辽东栎林具有最大的分维数。根据景观类型间的邻接长度，运用聚集度计算公式计算出整个景观的聚集度的值 RC 是 0.878，表明整个研究区是以少数大斑块为主体构建起来的，这些大斑块包括大面积的农田、亚高山草甸及辽东栎林等。

　　从表 2 可看出，分区 2 的景观多样性指数 (2.061) 及均匀度 (78.1) 比其他区都略高，而优势度 (0.578) 小，从而说明分区 2 的景观多样性高。分区 2 是距划定干扰区 200～400m 的范围内的区域，其受人类干扰比分区 1(0～200m) 小，所以景观多样性就较高。分区 3 及分区 4 虽然受该植被图所包含的人类活动区的活动干扰较小，但由于其更靠近植被图所包含的地区的边界，其受边界之外的人类活动干扰更强烈，故其多样性指数及均匀度都不高，而优势度高，景观多样性就低，多样性指数明显的差距说明边界之外的人类干扰是非常强烈的。分区 1 和分区 2 景观多样性差异不大，说明该区的景观多样性主要由自然要素，如地形、地貌、土壤、水分、光照决定的，人类活动虽然对该区的景观多样性产生影响，但不是决定因素。

表 2 整体及各分区景观多样性
Table 2 The landscape diversity of each district and the whole landscape

4 结论

　　运用地理信息系统技术，研究人类活动对景观格局和多样性的影响对于生物多样性的保护和保护区的设计具有重要的指导意义。它能帮助研究人员和管理人员定量地认识人类活动对自然景观的影响方式和程度，从而为区域规划提供科学基础。通过本项研究，可以得出以下初步结论：①在东灵山地区，人类活动的强弱与景观的破碎化表现出一定的相关性。人类作用强的地区斑块面积较小，作用弱的地区斑块面积较大，人类的活动对该地区的景观破碎化产生了明显的影响；②通过分区研究表明，虽然该地区人类活动有愈来愈强的趋势，但目前决定该地区景观格局的因子主要还是自然要素，人类活动虽然对该区的景观格局也产生了一定的影响，但还不是决定因素。

参考文献

1	傅伯杰．黄土区农业景观空间格局分析．生态学报，1995,15(2)：113～120
2	伍业钢，李哈滨．当代生态学博论．北京：中国科学技术出版社，1992,30～38
3	Stuffling R. Proc. of the 1st Symp. of the Canadian Society for Landscape Ecology and Management. Polyscience Publications, Inc, Montreal, 1988,111～120
4	陈灵芝．暖温带森林生态系统结构与功能的研究．北京：科学出版社，1997,1～7

作者简介

周华锋，男，1975 年 2 月生。1996 年毕业于南京大学生物系，获植物生态学学士学位。同年进入中国科学院生态环境研究中心，师从傅伯杰研究员，攻读景观生态学硕士。

①	通讯作者。
*	国家杰出青年科学基金 (49725101) 和国家自然科学基金资助项目 (39770150)。