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《福建农林大学》 2009年
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龙栖山国家级自然保护区森林景观格局分析及其生态评价

胡欣欣  
【摘要】: 龙栖山国家级自然保护区以生物种类的多样性,珍稀动、植物丰富性和中亚热带森林植被的典型性而著称,是一个理想的森林生态旅游环境。然而,由于保护区经济基础薄弱,当地政府财力有限,长期以来旅游基础设施落后,旅游景点破碎化较严重,无法真正实现保护区的生态效益、社会效益和经济效益的协调发展。 针对以往对于龙栖山国家级自然保护区的生态环境、景观格局等方面的研究相对薄弱的现状,本文研究分析了龙栖山国家级自然保护区景观空间格局、景观斑块特征分布规律以及外界干扰对保护区景观格局影响的关系,应用层次分析法、RBF网络、投影寻踪模型和支持向量机四种方法评价了森林景观生态质量,结合龙栖山国家级自然保护区生态旅游,分析环境容量和旅游容量,预测生态旅游规模,并给出若干建议。研究的结果有利于保护区管理者制定一个系统而有针对性的区域可持续发展战略,从而促进保护区的生态效益、社会效益和经济效益的协调发展。主要研究结果如下: 1、在ArcGIS环境下将矢量图转化成栅格格式,利用Fragstats软件在斑块类型、景观类型和景观水平上计算景观指数,对龙栖山国家级自然保护区森林景观格局进行分析。 1)景观格局分析结果表明,龙栖山国家级自然保护区9个景观要素的面积、周长、斑块数分布均极不均衡。阔叶林景观、松林景观和竹林景观是保护区的主要景观类型,三者的面积和周长之和分别占整个保护区面积和周长的95.3078%和85.6365%。但各景观要素斑块的面积、周长数值差异较大,同时由于自然保护区其特有的保护性质,超大斑块的数量也为数不少。 2)景观要素的斑块形状特征表明,阔叶林景观要素的斑块形状最为复杂、景观连通性较好,破碎化程度和斑块分离度水平都较低,而人类活动较多的非林地景观、经济林景观则破碎化程度较高,符合人为干扰导致景观破碎化程度变化的理论。龙栖山国家级自然保护区作为国家级森林生态系统的保护区,优势度较高,景观分布较不均匀,总体多样性水平不高。 2、运用正态分布、对数正态分布、Weibull分布、Gamma分布和Beta分布分别分析斑块大小、斑块面积和分维数的分布规律。结果表明景观斑块特征分布规律存在着等级相关性。研究结果表明,针对龙栖山国家级自然保护区,正态分布在分析景观斑块大小、斑块面积和分维数分布规律中的拟合效果最佳,Gama分布在面积分布规律和分维数分布规律的拟合中效果较好,而Weibull分布无论在哪个斑块特征上分布拟合效果是都是较差的。也说明了研究地的景观斑块大小、景观斑块面积和分维数大部分服从正态分布,部分服从Gama分布。 3、运用现代统计学中的非线性建模方法,分析自然干扰和人为干扰对景观格局的影响。 1)选择面积、蓄积、年龄、土层厚度、灌丛盖度、草本盖度、平均海拔、坡度、坡向和坡位10指标作为自然干扰因子,构建人工神经网络模型、多元自适应回归样条模型、支持向量机模型和投影寻踪回归模型分别模拟分析分维数。模拟分析结果表明当环境因子中指标值发生变化,斑块分维数也相应产生变化,从而证实并丰富了干扰对景观格局影响的论断。同时通过留一(LOO)交叉验证各模型性能,结果表明多元自适应回归样条模型用于揭示自然干扰对景观格局影响的关系,其效果较其他方法更为理想。 2)人类通过改变景观类型数量导致景观格局发生变化,是人类干扰活动对景观格局影响的表现之一。选择景观类型数量作为人类干扰因子,构建人工神经网络模型、多元自适应回归样条模型、支持向量机模型和投影寻踪回归模型,分别模拟分析人为干扰对景观多样性、优势度和均匀度的影响。模拟分析结果表明人为干扰引起斑块数的变化,导致景观多样性产生较为显著的影响,而对景观优势度和均与度影响效果较弱。这一结果也证实并丰富了干扰对景观格局影响的论断。同时通过比较留一交叉验证结果各模型性能,结果表明上述模型用于模拟分析景观斑块数量对景观多样性的影响时效果均较好,其中投影寻踪回归模型性能更优。而用于模拟分析景观斑块数量对景观优势度和均匀度的影响,上述模型均未能有效的揭示两者的关系。 4、从森林景观生态保护和开发利用层面出发,选择自然性、珍稀性、多样性、代表性、适宜性、稳定性、干扰性、利用性、观赏性、科研性、区位性和文化价值作为评价景观生态质量指标,构建RBF网络、支持向量机、投影寻踪评价模型和层次分析法评价模型。 1)层次分析法的结果说明龙栖山国家自然保护区景观生态质量指数为0.79,其生态质量较好。 2)RBF网络、支持向量机和投影寻踪评价模型的评价结果均认为龙栖山国家级自然保护区景观生态质量处于生态质量较好状态。 3)在各等级范围内,随机生成10个样本数据,并用上述方法进行评价。通过Spearman等级相关性对评价结果的排序进行分析,在置信度为0.99的情况下,支持向量机、RBF网络和层次分析法高度相关,评价结果基本是一致的,而投影寻踪评价模型方法独立,评价结果差异较大。 4)结合序号总和理论分析,用于评价龙栖山国家级自然保护区森林景观生态质量,首选评价方法是支持向量机,其次依次为RBF网络、层次分析法和投影寻踪评价模型。 5、以景观生态学、生态经济学以及旅游经济学理论为指导,在一定规划目标驱动下,划分出不同功能区域,并适度开展生态旅游。进一步分析了环境容量和旅游容量,预测生态旅游规模,同时对自然保护区的管理提出若干建议。环境容量分析结果是全年可游天数合计约280天;近期日容量为883人次/日,远期环境日容量为1663人次/日;饱和环境容量是日环境容量的2.5倍;年环境容量近期为247240人次/年,远期为465640人次/年。旅游容量分析结果是近期生态旅游区域日游客容量为622人次/日,远期日游客容量为1159人次/日;近期生态旅游区域年游客容量为174160人次/年,远期年游客容量为324520人次/年;预测生态旅游规模近期年规模为10.11万人次,日规模360人次,而远期年规模为20.34万人次,日规模为726人次。提出应正确处理开发与保护的关系,加强领导广泛宣传,整体合作协力共建,强化内容管理,提高服务档次等若干建议。
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