长白山地区森林景观格局与生态规划研究——以白河林业局为例

摘要

本研究以长白山地区白河林业局天然林作为研究对象，利用2000年遥感影像图，1987年和2000年森林资源二类调查数据和地形图等资料，以遥感(RS)和地理信息系统(GIS)为支撑，应用景观生态学的相关原理及方法，研究了森林的空间结构组成，从时间序列和空间尺度上研究了区域的景观格局及其变化，详细系统的分析了研究区域的景观生态结构、景观格局现状和动态变化。通过DEM和景观现状的叠加，深入分析了各森林景观类型与坡度、坡向和地形高程之间的关系，揭示由森林资源结构变化而引起的景观格局变化。基于景观格局的动态模拟和景观格局空间结构的分析，对白河林业局景观进行了功能分区，并进行了景观生态规划，提出各规划区经营措施。在此过程中，本文主要取得以下的成果和进展:
　　1.进行了森林景观分类及空间格局分析。研究区景观划分为10种二级景观要素类型，自然景观保持着较好的状态，森林景观为该地区的优势景观，森林总面积和斑块数量均迅速增加。景观破碎化程度加剧，异质性增加，斑块增加的原因是由于林业经营和人工造林的结果。三级景观格局以阔叶混交林和落叶松为主，面积分别达到76097.38和44596.34hm2，斑块数分别达到4139和3253个，二者合计面积数和斑块数分别达到整个林分类型的67.7％和66％，所以该地区以落叶松和阔叶混交林为主要类型。
　　2.通过对景观格局指数的计算，对两期数据进行对比，从时间序列上分析了不同景观要素的格局与结构，分析不同时期的景观格局变化趋势。三级森林景观要素类型中红松林、云冷杉林、落叶松、针阔混交林、白桦林、杂木林等林分的面积和斑块数都有所增加，而针叶混交林、柞树林、阔叶混交林、水胡林、杨树林等林分的面积和斑块有所减小;除水胡林、杨树林外，各森林类型斑块的平均密度都在增加。红松林、针阔混交林、阔叶混交林、白桦林、杨树林、杂木林的分形指数都有明显的降低，云冷杉林、水胡林等林分类型的分形指数有明显增加，说明斑块形状指数的变化有差异，这体现了13年内林分类型的空间结构变化的总趋势。
　　3.在ArcGIS下，进行高程分带处理，对DEM进行坡度提取，计算了不同坡度景观的分布面积，得出森林景观格局与坡度因子的关系。研究区域的平坡和缓坡林地面积所占的比例较大。结果表明:景观格局的分布与坡度有一定的相关性，无林地、云冷杉林、落叶松、白桦、阔叶混交林和杂木有一半以上分布在0-5°的坡度范围内，说明这一坡度范围最适宜于林业生产和人类活动，景观类型比较丰富。其次分布比较多的是缓坡，斜坡和陡坡的分布面积较少，变化较大的是针阔混交林有向平坡扩展的趋势。
　　4.在ArcGIS下，进行了坡向的提取，得出森林景观格局与坡向因子的关系。阔叶混交林在各个方向的面积均较多，白桦林、针阔混交林、针叶混交林集中分布在阴坡和半阴坡，在阳坡和半阳坡少有分布。红松林、落叶松、针叶混交林、杂木林在各个坡向上分布大体相同，面积偏少。针阔混交林多分布于其它坡向，平地分布最少。柞树在五个坡向呈现逐渐递增的态势，从平地到阳坡逐渐增加;在阴坡和半阴坡分布较多，在平地、阳坡和半阳坡分布大体相同。阔叶混交林在平地极少分布，在其它方向大体相同，水胡林在阴坡最多，平地最少，其它三个方向相差不多，白桦在阴坡和半阴坡分布较多，在平地、半阳坡分布大体相同，阳坡最少。
　　5.不同景观类型在同一高程带的景观格局不同。随高程的增加，景观类型随着海拔的变化呈现出明显的垂直分异，在各高程带中，面积最大的3种林分依次为:<1987>白，桦林、针阔混交林、水胡林(Ⅰ)白桦—阔叶混交林—云冷杉林(Ⅱ)针阔混交林—杨树—云冷杉林(Ⅲ)针阔混交林—云冷杉林—杨树(Ⅳ)<2000>阔叶混交林—落叶松—白桦(Ⅰ)阔叶混交林-针阔混交林-落叶松(Ⅱ)落叶松—针阔混交林—阔叶混交林(Ⅲ)落叶松—白桦(Ⅳ)。
　　6.森林景观的动态模拟。利用Markov模型对白河林业局进行森林景观动态模拟，计算不同时期森林景观的转化概率，建立转化模型，得出2013年的景观格局模拟图，为该地区的景观规划提供依据。
　　7.进行了森林景观规划研究。在对森林景观空间格局分析的基础上，确定森林景观规划的原则和目标，通过对景观格局决定因子的主成分分析，进行景观功能分区，在此基础上进行景观生态规划，提出各规划区的目标和经营措施。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 森林景观生态规划概述

1．2．1 森林景观

1．2．2 森林景观生态学

1．2．3 森林景观生态规划

1．3 森林景观生态规划的研究概述

1．3．1 国外研究状况

1．3．2 国内研究现状

1．3．3 我国森林景观规划中存在的问题

1．3．4 我国森林景观规划的发展方向

1．4 研究内容和研究方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．4．3 技术路线

2 研究区域概况及研究方法

2．1 研究区域自然条件与资源概况

2．1．1 自然概况

2．1．2 森林资源概况

2．1．3 社会经济状况

2．2 数据与方法

2．2．1 资料收集

2．2．2 外业调查

2．2．3 数据取样方法

2．2．4 3S技术的应用

3 景观空间格局分析

3．1 景观空间格局概述

3．2 景观要素类型的划分

3．3 景观格局分析指标

3．3．1 斑块级别指数

3．3．2 景观级别指数

3．4 景观格局计算

3．4．1 景观类型级别上的景观格局分析

3．4．2 景观尺度上的景观格局分析

3．4．3 不同时期景观格局变化分析

3．5 本章小结

4 基于DEM的景观动态变化分析

4．1 基本概念

4．1．1 数字高程模型(DEM)

4．1．2 数字地形分析(DTM)

4．2 数字高程模型的建立

4．2．1 一般步骤

4．2．2 DEM的采样方法

4．2．3 DEM的表示方法

4．2．4 DEM内插方法

4．3 研究区数字高程模型的生成

4．4 数字地形分析

4．4．1 坡度的提取

4．4．2 坡向的提取

4．5 景观格局的分布特征

4．5．1 景观格局的坡度分布特征

4．5．2 景观格局的坡向分布特征

4．5．3 景观垂直结构分布特征

4．6 本章小结

5 景观动态变化模拟

5．1 景观动态变化模拟概述

5．2 马尔柯夫模型

5．2．1 Markov模型概述

5．2．2 转移概率矩阵

5．3 模拟预测模型的建立

5．3．1 转移概率

5．3．2 转移面积

5．3．3 景观格局预测

5．4 本章小结

6 景观生态规划

6．1 景观生态规划的原则

6．2 景观生态规划的目标

6．3 景观影响因素分析

6．4 景观生态功能分区

6．4．1 分区依据

6．4．2 功能区格局

6．5 景观生态规划

6．5．1 景观生态规划方案

6．5．2 景观生态规划格局

6．6 景观生态经营

6．6．1 景观结构调整

6．6．2 景观生态经营措施

7 结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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