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基于GIS的森林景观格局适宜粒度研究

宋涛  
【摘要】:本研究以景观生态学和地图学为研究理论基础,以西洞庭湖区森林资源分布图为主要数据源,运用地理信息系统软件ArcGIS为技术手段,勾绘西洞庭湖区森林景观类型图,建立西洞庭湖区森林景观空间数据库和属性数据库。采用景观格局指数进行森林景观空间格局分析,以帮助我们更深入地理解西洞庭湖区森林景观镶嵌结构的整体格局;在最大面积方法下(RAM)对森林景观空间格局矢栅数据进行了矢栅转换,探讨转换中的精度损失以及景观指数随粒度变化的粒度效应,建立景观格局适宜研究粒度的选择体系,最终确定研究区域最适宜研究粒度,为下一步景观空间格局综合评价比较研究的粒度选取提供科学参考和理论依据;依据主成分分析原理,构建森林景观空间格局评价指标体系,建立景观空间格局综合评价模型,不同粒度下的综合评价指数进行单因素方差分析,探讨了粒度的变化对景观格局综合水平指数的影响,为森林生态系统的景观格局优化、森林资源合理利用与管理提供依据。其主要内容和结论如下: (1)森林景观空间格局分析 采用景观格局指数分析了西洞庭湖区森林景观空间格局,除非林地景观外,阔叶类、经济林类、松类景观类型的面积都占有较大比例,是西洞庭湖区的主要景观类型和调控其景观空间格局的重要组成部分;非林地斑块平均面积最大,远大于其它景观类型,其变动系数也大,灌木类变动系数小。阔叶类、竹类和灌木类斑块平均面积较大。经济林类斑块形状的复杂程度位居第三,柏木类斑块平均面积最小,变动系数小,形状指数大,柏木类在景观多样性和优势度占有明显劣势,受其它景观类型支配影响最大;经济林类、松类、杉木类景观类型的优势度、多样性指数、均匀度高,其对景观总体控制程度较高,研究区域受其分布的影响而表现出高异质性和多样性。 (2)适宜研究粒度的选择 在粒度转换精度研究中,随着栅格增大,不确定随机因素增加,景观整体面积、各景观类型面积、景观类型面积百分比损失精度逐渐增大,并呈现不同的变化趋势,实际上原有信息损失增大,粒度研究阈值为100m。随着栅格增大,景观指数能够揭示尺度分析中粒度的变化效应。粒度变化对景观指数的计算具有十分重要的影响,不同景观指数的不同粒度响应趋势,反映出在RAM转换方法下对景观格局原始信息的继承,景观指数随粒度变化的第一尺度域为10m-90m。综合关于景观整体面积、各景观类型面积、景观类型面积百分比随栅格变化的精度损失研究以及景观指数粒度效应研究的研究结果,本研究建立了景观格局研究中的适宜研究粒度的初步选择体系,并最终根据此选择体系,确定矢栅转换方法下应的研究区域景观格局整体研究的最适宜研究粒度域均为60m-90m。 (3)综合评价模型的建立 在对西洞庭湖区森林景观空间格局分析的基础上,构建了评价指标体系,利用主成分分析方法,建立综合评价模型,得到4个主成分和评价模型如下:Z1=0.544X01+0.963X02-0.812X03+0.035X04+0.513X05+0.706X06+0.665X07+0.959X08 +0.970X09+0.839X10+0.871X11+0.362X12 Z2=-0.293X01-0.160X02-0.281X03+0.837X04+0.782X05+0.447X06-0.134X07-0.193X08-0.054X09+0.290X10-0.387X11-0.674X12 Z3=0.719X01-0.080X02+0.163X03+0.412X04+0.166X05+0.492X06-0.369X07-0.160X08-0.098X09-0.427X10+0.004X11+0.609X12 Z4=0.216X01-0.135X02-0.143X03+0.283X04-0.221X05-0.115X06+0.560X07-0.065X08-0.080X09-0.003X10-0.189X11+0.037X12 式中,Fi表示第i个单位的景观空间格局综合水平指数,Zi表示第j主成分得分值,λj表示第j主成分的贡献率,m表示主成分个数。 (4)景观空间格局综合评价比较 采用主成分分析建立了区域景观空间格局综合水平评价模型,原理清晰,计算简单,综合反映了景观类型的异质性和多样性特征。以粒度作为因素的综合评价指数进行单因素方差分析,选取5%做为分析的显著性水平,P值大于0.05,表明了不同粒度因素水平与矢量数据的景观格局综合水平指数值无显著差异的,在数据的选择上,不同格式和粒度下分析各单位景观综合水平并不影响研究结果。以矢量格式数据作为景观空间格局综合水平评价的数据来源,综合评价表明:桃源县、澧县、鼎城区、临澧县、汉寿县的景观空间格局综合水平较高,居中的为和洑林场、常德林场、津市市、安乡县、柳叶湖旅游度假区,其它单位森林景观空间格局综合水平较低。


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