闽北山区道路网络的森林景观效应—以将乐县为例

摘要

生态环境是人类赖以生存和发展的空间和物质条件，生态环境发展的良好与否，直接关系到我国现代化建设和可持续发展目标的实现。随着经济的持续、快速增长，加快了我国道路建设和交通运输的发展，在推动人类社会发展的同时，不可避免地带来了许多生态问题。由于大多数项目建设受道路选线和建设成本等问题的制约，忽视了对沿线生态系统产生的巨大威胁，从而引起道路周边地区的景观格局、植被生产力、水环境和栖息地质量等方面的累积变化，对沿线地区的生态景观质量产生了极大的影响。因此，全面系统地分析道路对生态环境的影响，尽可能防止和减少其对生态环境的负面作用，是目前交通行业生态文明建设的当务之急。本文采用GIS技术，在分析国内外相关研究的前提下，系统分析了道路建设对周边景观的生态影响，为区域生态环境的保护和管理提供科学的依据。本文的主要工作如下：
　　1)以闽北山区将乐县为例，基于2010年该县森林资源清查矢量数据，运用ArcGIS和Fragstats软件，按地类和树种组成对森林景观类型进行划分，选取景观斑块类型指标、形状指标和异质性指标，结合分形理论定量地分析将乐县的森林景观格局和景观结构的分形特征。结果表明，有林地的斑块平均面积、边缘密度、景观百分比、最大斑块指数和聚集度指数分别为551.776 hm2、33.770 m/hm2、81.458％、39.980%、99.993，均大于其他森林景观类型，说明有林地的优势度、自然连通性以及对整个景观的贡献率较高；针叶纯林的斑块面积比、斑块数、景观形状指数、边缘长度、斑块密度和边缘密度较大，分别为26.853%、2180个、87.324、8461840 m、0.969个/km2、37.627 m/hm2，说明针叶纯林占整个景观的面积比例、景观的破碎化程度以及景观的空间结构复杂程度较高；用材林的斑块面积比、最大斑块指数、边缘长度、边缘密度和周长-面积分维数均较大，分别为58.202%、15.268%、9436965 m、41.963 m/hm2、1.253，说明用材林的优势度和被边界割裂的程度较高、而稳定性较低；天然林的斑块平均面积、景观百分比和最大斑块指数均较大，分别为85.679 hm2、53.452%、15.745，而斑块密度较小，说明天然林的景观连通性较高，大斑块占整个景观的优势地位，而景观破碎化程度较低。
　　2)为了揭示闽江流域上游地区地形因子对森林景观空间分布格局的影响规律，以闽北山区将乐县为例，分别对不同地貌、坡度和坡向3种地形因子梯度下的森林景观格局变化进行定量分析。结果表明：研究区以低山、陡坡为主，分别占林地的49.81%和62.34%；随海拔和坡度增加，景观类型面积、景观形状指数和香农多样性指数呈先增加后减少趋势，而最大斑块指数和连接度指数则相反；针叶纯林主要分布在低山、陡坡和半阳坡；竹类纯林集中分布在海拔较高的中山地段；地形因子中影响森林景观格局的主要控制因素是坡度，其次是地貌，而坡向的影响相对较弱。
　　3)以闽北山区将乐县为例，以2010年森林资源清查矢量图和经矢量化的交通地图为基础数据，按树种组成对森林景观进行分类，选取等长的省道、县道和乡道，利用ArcGIS缓冲区分析方法分别提取省道、县道和乡道两侧距离路基100 m、200 m、500 m、1000 m和2000 m内的景观要素信息，并利用Fragstats软件计算各缓冲区内的景观格局指数，在此基础上定量分析不同等级道路不同缓冲区内景观格局梯度变化规律。结果表明：①省道对非林地的影响最大，而县道和乡道对针叶纯林的影响最大；②省道两侧景观的破碎程度比县道和乡道的低，景观保存较完好且连通性高；③随着道路缓冲距离的增加，斑块的类型、总边缘长度和均匀度都增加，而景观的破碎化程度、团聚程度或延展趋势降低。结果显示：景观格局在500 m缓冲区内受到道路建设的影响较大，而对500 m缓冲区外的影响趋于缓和；而不同道路类型对景观格局的影响在200 m缓冲区范围内差异性较大。
　　4)以闽北山区将乐县为例，探讨不同等级道路影响域森林景观效应随地貌、坡度和坡向三个地形因子变化的规律。选取等长的省道、县道、乡道三种不同等级的道路，根据树种组成划分景观要素，分别研究1000 m道路影响域内不同地貌类型、坡度和坡向下景观的破碎化程度，定量描述地形因子和道路建设对景观的影响。结果表明：道路两侧受地形因子影响最大的景观类型为针叶纯林，其次为经济林；地形对森林景观格局影响最大的因子为坡度，其次为地貌，而坡向的影响较小；不同等级道路建设对景观格局影响的程度大小为：乡道>省道>县道。