基于LANDIS模型的关门山国家森林公园景观动态变化研究

沈阳农业大学学报

,

2021,52(1)

：

62-69

http

:

//

D01:10.3969/.1000-1700.2021.01.008

Journal

ofShenyang

Agricultural

University

69.

刘

平

，

邹臣丹等

,

刘红民

，

.

基于

LANDIS

模型的关门山国家森林公园景观动态变化研究口沈阳农业大学学报

,2021,52(1):62-

基于

LANDIS

模型的关门山国家森林公园

景观动态变化研究

刘

平打邹臣丹打刘红民

23

,黄超

,董莉莉,汪成成,高英旭

2

2

2

(

1.

沈阳农业大学林学院

，110161

沈阳

；

2.

辽宁省林业科学研究院

，110032

沈阳

；

3.

中国科学院沈阳应用生态研究所森林生态

与管理重点实验室

，

沈阳

110016

)

摘

要

:

了解关门山国家森林公园的森林景观格局动态变化规律

，

为调控森林资源演替方向和速度

,

优化森林景观格局提供重要

依据

。

运用空间景观模型

LANDIS

Pro

7.0

和景观格局分析软件

Fragstats

4.2

模拟关门山国家森林公园未来

300

年

(2018-2318

年)的树种斑块面积比景观聚集度指数

、景观多样性指数景观分维度指数和均匀度等景观指数动态变化

、、

。

结果表明:落叶松是针

叶林的优势树种,栋类是阔叶林的优势树种

。

从整体来看,落叶松的斑块面积比总体呈现增长趋势

。

在自然演替下

，

森林植被将朝

着针叶林的方向演替发展

;

在景观聚集度指数方面

,

针叶林树种的聚集程度先降低后缓慢升高

，

阔叶树种中椴树的聚集程度变化

相对稳定

，

呈小幅度变化

;

榆树是模拟过程中变化幅度最大的树种

，

白蜡树的聚集程度在整个模拟阶段中不断下降直至演替结束

；

在模拟的各个优势树种的景观分维度指数均在

300

年中

，

1.0-1.1

间变化均匀度

，

表明其景观斑块边缘的变化程度均较小且规则

;

指数和多样性指数均呈先下降后上升最后缓慢下降的趋势

。

关门山国家森林公园森林植被在自然演替下最终朝着针叶林方向发

展使关门山国家森林公园的景观格局变

，，，

应及时调控森林植被结构和组成

，

可以适当对落叶松进行抚育渐伐

优化森林景观格局

化更加符合公园管理需求

,,

切实保护和开发利用好森林景观资源

促进植物群落健康稳定发展

。

关键词

:;

LANDIS

Pro

7.0

；

自然演替

;

景观动态

关门山国家森林公园

中图分类号文章编号

:

S718

文献标识码标识码

:

A

：

1000-1700(2021)01-0062-08

开放科学

(

资源服务

)OSID):

(

RearchNational

on

LandscapeDynamic

Change

of

Guanmenshan

Forest

Parkon

Bad

LANDIS

Model

LIULIU

Ping

1

,,

ZOU

Chen-dan

122

,,

Hong-min

HUANG

Chao

3

DONG

Li-li

,

WANG

Cheng-cheng

2

,

GAO

Ying-xu

2

(eUniversity,110161,Shenyang

ofof

Forestry,

Forestry

ShenyangShenyang

Science,110161,

Agriculturalng

China;Academy

China;Sciences,

KeyForestEcologyofof

InstituteEcology,

LaboratoryChineAcademy

of

and

Management,

Applied

Shenyang

110016,

China)

Abstract

:the

UnderstandingforestofNational

thedynamicGuanmenshan

changespattern

of

landscape Forest provides

Park

an

importantofforestoptimizing

basisfor speed landscape

regulatingsuccessionforestpattern.

theandthe

direction

and

resource

In

this

study,

the

spatialthe

landscapeLANDISlandscape

model

Propattern

7.0

and

analysissoftware

Fragstats

4.2wereud

to

simulate

thedynamic

changesarea

ofsuch

landscapelandscapeaggregationlandscape

indexes

astreespecies

patchindex,

ratio,

diversity

index,landscapePark(2018­

fractal

dimensionindexandNationalthenextyears

evennesForest300

of

Guanmenshanin

2318

year).show

Thespeciesinis

resultsistreeoaksdominant

thatlarch

the

dominant

coniferousforests,the

and

treespecies

inpatch

broad-leavedincreasing

forests.perspective,overall

From

anofantrend.

overall

thetrendthe

area

larch

shows

than

Under

natural

succession,thethethe

forestof

vegetation

willmoveof

towards

to

directionterms

the

coniferous

landscapeaggregation

index,coniferous

the

concentrationincreas.Among

offorest

treeslowly

species

first

decreasthen

and

thelinden

broad-leavedshowingis

relatively changes.

treetree

species,concentrationchangesthe

thesmall

of

trees

stable,

Elm

收稿日期

：

2020

——30-

08

基金项目

：

国家重点研发计划项目

(

2017YFC050410502)

；

辽宁省XLYC1902081

“

兴辽英才计划”

项目

(

)

第

_

作者

：

刘，副教授

平(,mail:

1979-男—**********

),从事森林培育研究

，，

博士

E

lp_7

通信作者

：

刘红民

(,

1979-男

),教授级高级工程师从事森林培育研究

，，

硕士

，

E-mail:

************

第

1

期

刘

平等

：

基于

LANDIS

模型的关门山国家森林公园景观动态变化研究

-

63

-

biggestdegree

aggregation

tree

speciesashcontinued

inofthroughout

thethetreesimulation

simulationprocess,the

of

todecline

stageDuring300

until

landscape

thethe

end

ofsuccession.yearseachdominant

ofsimulation,thedimensionof

fractal tree

index

speciessmall

variedand

between

1.01.1,ofpatchedge

anddegreeis

indicating

thatchange

the

landscaperegular;both

the

evennesstheslowly

index

andindexincreasingand

diversitya

showdecreasing,

trend

of

forest

first

thenthen

vegetationunderThe

Forest

insuccession.

Guanmenshan

Nationalforests

Parkthe

will

eventually

developtowardsconiferous

natural

structureforest

andshouldin

composition

of

vegetationadjustedcan

becultivated

time.properly

Thelarch

be

and

felled

gradually,the

andoptimized

forestpatternpattern

landscapelandscape

can

beto

makethe

changeof

Guanmenshan

National

Forestin

Parkwith

moreneeds

line

theparkeffectively

of

management,theforestbeprotected,

landscape

resources

should

developed

andstable

utilizedhealthy

to

promoteand

theplant

development

of

communities.

Key

words

:

LANDIS

Pro7.0;

natural

succession;

landscape

dynamic;

Guanmenshan

National

Forest

Park

森林演替是森林生态系统的重要组成部分

，

是指在一定地段上

，

一个森林群落逐渐被另一个森林群落所

代替

，

直到形成演替最终的成熟群落的过程叫其主要在于人为干扰与自然环境干扰使植被形成演替的变化过

程

。

森林演替变化也是森林景观研究的基础

,

依据森林植被的演替动态推测森林景观格局的动态变化进而分

析森林景观的过程叫森林景观中植被组成

、

结构和动态变化一直是景观生态学研究的热点问题叫景观空间动

态模型主要包括林窗模型

、

马尔科夫模型以及

LANDIS

模型化林窗模型主要是建立以树木个体为研究基础的

模型

，

模拟森林动态演替的变化

，

但一般是建立在非常小的尺度上

。

马尔科夫模型是预测等时间间隔点上景观

分布状况的一种动态预测技术

，，

是从统计学中借鉴过来的一种定量预测方法

，

但其转移率很难准确计算

通常

会进行估计

,

预测结果的准确性受到较大影响

。

LANDIS

模型是一种空间直观景观模型

，

是模拟长时间尺度

、

大

空间范围的多种生态过程叫包括森林演替

、

种子传播扩散

、

生物干扰以及燃料的积累等

,

遍及森林景观变化的

研究

。

目前

，，

基于

LANDIS

模型的森林景观动态模拟研究越来越广泛

有关学者已针对大兴安岭旧

、

庐山叫帽儿

山切

、

四川盆地西缘山地㈣

、

陕西黄龙山问

、

八达岭林场凹等地的森林资源开展了景观动态模拟研究

，

并在实践中

进行了检验和应用

，

为区域森林生态系统演替规律研究提供了指导依据

。

关门山森林公园为国家维持生态系统

5A

级风景区

，

是辽宁省重要的风景游憩区域

，

在保护生物多样性

、

结构与功能

、

保障区域生态安全以及促进经济社会可持续发展等方面具有重要作用

遥

森林资源是森林公园的

主要物质载体

。

关门山森林公园内丰富的栋类

、

槭树等红叶资源的健康演替发展为关门山森林公园乃至区域

旅游市场的快速发展提供重要保障

。

关门山国家森林公园的地带性森林植被应为红松阔叶混交林

，

但目前森

林公园的植被中落叶松占地面积较多

,

纯林比重较高

，

亟需将公园内的人工纯林调整为针阔混交林或者阔叶

混交林因而在无人为干扰条件下运用

。

，，

本研究以本溪关门山国家森林公园为研究对象

LANDIS

模型从森林

公园景观大尺度

、

大空间年的动态变化

、

大范围研究植被组成结构及

300

，

分析森林景观格局随时间推移的各

指数的动态变化

，

探索森林演替规律

，

掌握关门山国家森林公园未来森林景观动态变化趋势

，

以期为制定科学

合理的森林公园经营方案提供理论依据

，

从而促进关门山国家森林公园植物群落稳定可持续发展

。

1

材料与方法

1.1

研究区概况

关门山国家森林公园位于辽宁省本溪市本溪满族自治县境内

(

124

。。

1912

位,2

41

卞)森

，

占地面积

3517hm

,

林覆盖率

95%

问

。

该区地形起伏不定

，，

海拔

310-1234

m,

属中温带湿润气候区

，

季风和大陆性气候特征明显

雨

量充沛

，，

日照充足

,

温度适中雨热同期

，

，

年降水量-

800

1000mm

年平均温度

6-8

益遥

关门山国家森林公园是集

旅游避暑度假

、，

观光

、、

、

休闲为一体的森林旅游景区

区内山姿奇秀

，

林荫遮蔽

，

移步换景

，

特别是本溪市市花

天女木兰和秋天万山红遍

、

层林尽染的枫叶

，

已成为关门山国家森林公园内最为独特的自然景观

。

关门山国家

森林公园植物类型的优势树种

(

组类

)

主要有落叶松

(Larix(

胡桃

spp.

)

、)

红松

(Quercus

Pinu

koraiensis

)

、

栎

spp.

、

楸spp.

((

Juglans

mandshurica

)Ulmus

色木槭

(

Acer

mono椴树spp.)

)

、、

(

Tilia

)

榆树

(

pumila

)

和白蜡属

Fraxinus

等

，

占关门山森林公园植被面积的

80%

以上

。

-

64

-

沈阳农业大学学报

第

52

卷

1.2

数据来源与处理

对关门山国家森林公园的森林资源进行实地踏查

，

初步摸清该地区现有植物的树种数目

、

分布现状

、

生境

特点

、

年龄等本底资料

，

收集了

13042

个林班和

10429

个小班的关门山森林公园森林资源二类调查数据以及

关门山国家森林公园的森林资源图

、

林相图

，

并对小班

中的植被进行坡度海拔与坡向的划分

。

通过查阅国内有

关该地区的文献资料

，

收集整理运行景观模型所需的树

种生活史

、

建群系数等相关参数

吟呵

。

运用

LANDIS

进行

模拟

，

将模拟的生成的结果用

ArcGIS

10.0

进行栅格化

，

最后在景观格局分析软件

Fragstats

4.2

中分析优势树种

各个指数的变化情况

。

1.3模型

LANDIS

LANDIS

模型是模拟森林演替

、

生物干扰

、

种子扩散

的空间直观景观模型

，

是将景观看成具有相同大小的斑

块组成的单元格

。

通过观察样地树种的有无

，

模拟自然

干扰与人为干扰下森林景观的动态变化

。

每个斑块都记

录树种的组成信息与干扰特征

，

并不记录树种的实际年

龄

。

通过这些信息来模拟森林景观在大时空尺度上的动

态变化特征附

。

T0.非林地T4.胡桃楸T5.色木械

;

T1.T3;;

落叶松栎类

;;

T2.

红松.

；

T6T7.T9

.椴树榆树.

;

;

T8.

白蜡属

;

其他树种

—

forest;

spp.;

koraiensis

;

T3.

Quercus

spp.;

T4.

Juglans

mandshurica

;;

mono

spp

.;

pumila

;

1.3.1

树种组成图

通过查阅文献

、

森林资源二类调查

数据以及林相图

，

获得关门山森林公园中最主要的优势

树种

,

并将这些优势树种作为研究区的主要树种

[17-18]通

0

T8.

Fraxinus

spp.;

species

图

1

关门山国家森林公园树种组成图

过对优势树种的筛选整合和重分类转栅格化

，

获得关门

FigureGuanmenshan

1

Tree

species

composition

of

National

Forest

Park

山森林公园的树种组成图

（

图

1

）

。

1.3.2

立地类型图

LANDIS

模型根据坡度

、

坡向和海拔将景观分为相对均匀的土地类型

，

并且每种土地类型

都具有独特的属性

。

本研究根据关门山森林公园的立地特点

，

将研究区划分为有效土地类型和无效土地类型

两大类

，

其中无效土地类型包括水域

、

居民地等非林地

，

在

LANDIS

中不模拟该区域植物

;

有效土地类型按照研

究区的海拔高度

，（

坡度和坡向以及参考实际地形地貌与我国普遍适用的制图标准

,

划分成

8

种土地类型购

表

1

）

。

利用坡向和海拔方面进行分级并重分类获得立地类型图

ArcGIS

10.0

将小班数据分别在坡度

、

（

图

2

）

。

表

1

关门山国家森林公园立地类型划分标准

Tableof

1National

ClassificationGuanmenshan

criteriasite

for

types

Forest

Park

编号

坡度

/

（

毅

）

坡向

海拔

/m

Altitude

Serial

number

S0

SlopeAspect

非林地Non-forest

卩日坡

Sunny

slope

阴坡

Shady S2

slope

S1

S3

坡度25海拔

臆臆臆臆

25

Slope

坡度25海拔

臆臆臆臆

25

Slope

坡度

>25

Slope>25

坡度S4

>25

Slope>25

500

Altitude500

500

Altitude500

海拔

臆臆

500

Altitude500

海拔

臆臆

500

Altitude500

海拔

>500坡度25

Altitude>500

海拔

>500坡度25

Altitude>500

海拔

>500

Altitude>500

海拔

>500

Altitude>500

日

坡

Sunny

slope

S5

阴坡

Shady

slope

日

坡

Sunny

slope

臆臆

25

Slope

臆臆

25

Slope

坡度

>25

Slope>25

坡度Shady

>25

Slope>25

S6

S7日

S8

阴坡

Shady

slope

坡

Sunny

slope

阴坡

slope

1.3.3

树种生活史参数

树种的生活史特征参数主要从相关文献

、、

树种龄级划分

现地调查以及咨询相关专家

获得网

。

主要搜集调查的特征参数有寿命

、

成熟年龄耐火性

、、、

耐阴性

、

种子有效传播距离

、

最大传播距离

萌发

第

1

期

刘

平等

：

基于

LANDIS

模型的关门山国家森林公园景观动态变化研究

-

65

-

率等

（

表

2

）

。

1.3.4

树种建群系数

建群系数是反映一个树种在该

地区的生长适应能力

，

建群系数越大表示该树种在该立

地类型上建群的可能性越高

，，

越容易存活

反之则越低叫

本研究主要通过查阅相关文献资料以及咨询有关专家

获得树种在各立地类型上的建群系数

［

21

］

，

建群系数的取

值范围为

0.00-1.00,

其中以

0.05-0.30

最为敏感

。

表

3

为关门山森林公园中的不同优势树种

（

组

）

在不同立地

类型条件下的建群系数

。

1.4

景观格局分析

为了掌握关门山国家森林公园景观格局树种组成

、

空间变化以及动态模拟变化的特点

，

采用景观格局指数

统计分析软件计算各树种在不同模拟年代的斑块所占

景观面积比例

、、

相对聚集度指数

分维数指数

、

多样性指

数和均匀度指数等

5

个景观评价指数

，

各指标的计算公

式见表

4

。

2

结果与分析

2.1

斑块面积比变化

斑块面积比是指某一斑块类型占整个景观面积的

图

2

关门山国家森林公园立地类型图

Figure

2

Sitetype

map

of

Guanmenshan

National

Forest

Park

比例

，

是评价景观类型优劣的主要依据之一

。

图

3

为不同模拟年份的

8

个优势树种

（

组

）

景观斑块面积比结果

,

整体来看

，，

关门山森林公园植被朝着地带性植被针叶林的方向演替

。

针叶林是研究区的核心

在整个森林景观

表

2

树种生活史特征参数

Table

2

Life

history

parameters

of

tree

species

优势树种

（

组

）

Species

T1

寿命

/年/年

LongevityFire

300200

4003

成熟年龄/%

耐阴性耐火性

Shaderate

toleranceMaturitytolerance

种子有效传播距离最大传播距离

/m

/m

ED

MDGeneration

500

200350

萌发率

age

40

80

8050

30

303

21000

4

4

5

1500T2

50

1

T3

250

200200

300

250

250

2

2T4100

4

4

T5

T6

T7

T8

4

0.9

1000.5

6080

400

0.8

603

305400

2120

800

3

4

0.5

0.9

120

表

3

树种建群系数

Table

3of

Table

tree

species

establishment

优势树种

（

组

）

Species

T1

S1

立地代码

Site

code

S2

S3S5S6S7S8

0.3730.5570.378

0.6550.668

S4

0.391

0.598

0.391

0.5620.371

0.375

0.640

0.363

0.556

0.3200.3630.655

0.263

T2

T3

0.375

0.181

0.3320.266

0.2250.0510.050

0.2560.3260.244

0.2270.207

0.2310.2140.215

0.206

0.2180.2860.224

0.2140.2250.211

0.193

0.217

0.197

0.2170.210

0.274

0.203

T4

T5

T6

T7

T8

0.204

0.2150.2280.266

0.265

0.2260.205

0.209

0.2350.207

0.193

0.181

0.189

0.1850.201

0.184

0.192

-

66

-

沈阳农业大学学报

表

4景观格局指数

Table

4

Landscapetable

pattern

index

景观指数

Landscape

indexes

斑块面积比

第

52

卷

中起着控制主导作用

。

落叶松

、

红松的斑块面积比总体

呈上升的趋势

；

与

20182168

年相比

,

落叶松在

年上升

3%,

到

2318

年演替结束时

，

斑块面积比演替初期上升

14%

；

红松斑块面积在演替结束时比演替初期上升

5%

0

公式

Formula

由于针叶林耐寒耐干旱贫瘠

，

在北方环境下

,

随着演替

进行针叶林比阔叶林获得的生态位更大

，

因此分布的面

Patcharea

ratio

移

aij

PLAND=Pi=

—

—

A

AI=

gi

—

]

X100%

maxg„

J

聚集度指数

Aggregation

index

分维度指数

积更大

。

阔叶树种胡桃楸在整个演替阶段变化幅度不明显

，

FRA

C=

2lh(0

.

25

山(為)

p

i

)

Fractal

dimension

index

多样性指数

一直处于平稳状态

。

关门山中胡桃楸大多为纯林

，

有的

斑块与榆树白蜡属等相混合

,,

随着模拟时间的进行

种

群植被内部竞争也开始激烈

，

因此一直处于平稳的变化

(PxlnP)

i=

1

Diversity

index

均匀度指数

Evenness

index

E=^j

E

~

伊

100

%

过程

。

椴树与白蜡属呈现

“

下降

一一

缓慢下降

稳定

”

的变

注

:

n

为斑块个体数

;

mA为树种

为景观斑块种类Pi

;

为整个景观面积

;

化趋势

，

这是因为椴树与白蜡属都是喜光阳性植物

，

其

i

在该区的景观比例

;

两为斑块

ij

的面积

;

P

,

为斑块

i

的周长

。

Note:

n

m

represantrepresant

thethe

number

of

plaqueindividuals;type

幼苗在演替中无法与其他的针叶树种以及阔叶树种相

竞争

,

逐渐被取代

,。

从而导致斑块面积减小

ofthe

landscape

patches;

A

represantlandscape

whole

area;represant

P

i

2.2

景观聚集度指数变化

景观聚集度反应景观中不同斑块类型的非随机性

thethe

landscapein

proportion

of

treespecies

i

area;

a

ij

represantthe

area

;

of of

isperimeter

plaque

j

P

t]ij.

the

plaque

或聚集程度

,

也是比较不同景观时相对聚集度的合理性

0

聚集度指数越小

,

说明斑块类型分散程度越大

，

反之

则越小

[22]

o

由表

5

可知

，

在模拟起始年份

2018

年

,

每个优势树种

(

组

)

的景观聚集度相对较高

，

随着时间的推移

聚集度指数下降

,

逐渐由小斑块组成

。

针叶树种的聚集程度先降低后缓慢升高

，

在整个研究区中针叶树种占地

分布面积比较大随着演替的进行

,

传播方式多样

，，

，

种子传播不断的向周围扩散

。

因此

针叶树种的聚集程度开

始降低

，

之后由于针叶树种占据了有利的地理区域便开始迅速传播