孟 超 王計(jì)平 支曉蓉 谷建才 張德成

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 保定 071001； 2.中國林業(yè)科學(xué)研究院國家林業(yè)局鹽堿地研究中心, 北京 100091；3.中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)科技信息研究所, 北京 100091)

0 引言

森林景觀是指某一特定區(qū)域內(nèi)數(shù)個(gè)異質(zhì)森林群落或森林類型構(gòu)成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，是以森林生態(tài)系統(tǒng)為主體所構(gòu)成的景觀[1]?？臻g異質(zhì)性是森林景觀的一個(gè)重要屬性[2]，指構(gòu)成森林景觀要素和組分在空間分布上的不均勻性和復(fù)雜性，是產(chǎn)生森林景觀格局的重要原因[3-5]。各種地理、氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的綜合作用塑造了自然界復(fù)雜多樣的森林景觀。森林景觀異質(zhì)性依時(shí)間和空間尺度變化而存在差異[6-7]，同時(shí)隨所研究的系統(tǒng)特征不同而變化。森林植被(景觀)作為自然生態(tài)系統(tǒng)的主體，其保護(hù)狀況直接影響和制約著人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[8-9]。探討特定尺度森林景觀格局及其驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)了解森林資源保護(hù)甚至整個(gè)森林景觀系統(tǒng)的維持具有重要的意義。

森林景觀具有高度空間異質(zhì)性，表現(xiàn)為多層次、多等級(jí)的空間立體結(jié)構(gòu)，其特征主要包括群落的層次結(jié)構(gòu)、水平鑲嵌性與異質(zhì)性、層級(jí)間的相互作用等[10-12]。森林既是外部平面景觀的鑲嵌體，又是內(nèi)部垂直結(jié)構(gòu)層次上的功能體。垂直結(jié)構(gòu)的缺失和水平格局的破碎化都會(huì)影響到區(qū)域內(nèi)不同森林類型個(gè)體活立木的生長和更新[13]。在一定時(shí)空尺度上，森林內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部景觀分布及空間鑲嵌構(gòu)成了森林景觀格局的主要內(nèi)涵，特別是在不同自然控制因素或人為干擾影響下的森林景觀效應(yīng)，一直是林學(xué)、生態(tài)學(xué)研究關(guān)注的焦點(diǎn)[14-16]。普遍認(rèn)為，森林景觀系統(tǒng)是許多要素構(gòu)成的復(fù)合體，具有層次性、“斑塊耦合”等特征[17-18]。小尺度的異質(zhì)性內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是更大尺度景觀異質(zhì)性結(jié)構(gòu)的一部分，不同尺度上的等級(jí)體系組成是相互關(guān)聯(lián)的[19]。森林植被格局的空間差異與特定地形構(gòu)造、土壤環(huán)境差異密切相關(guān)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能對(duì)人類活動(dòng)干擾的影響作用較為敏感[20]。

關(guān)于森林景觀格局特征的研究，在技術(shù)、方法、涉及尺度方面不斷豐富，呈現(xiàn)多樣化趨勢[21-23]。但目前主要集中于城市森林、旅游景區(qū)森林等[24-25]，而單純以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為水平開展森林景觀格局研究的相對(duì)較少。鄉(xiāng)鎮(zhèn)是最基礎(chǔ)的獨(dú)立行政單元，是人與自然共融的獨(dú)特空間。因此基于已有研究基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)需求，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元，開展自然和人類活動(dòng)干擾下森林景觀格局特征研究及背后影響作用機(jī)制，不僅可以豐富森林景觀格局研究的尺度范疇，而且能夠更客觀、精細(xì)地刻畫森林生態(tài)系統(tǒng)格局的完整性、穩(wěn)定性和森林資源健康狀況，有助于森林景觀格局恢復(fù)、管理和保護(hù)效應(yīng)提升。本文以河北省易縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元為對(duì)象，運(yùn)用景觀指數(shù)、結(jié)構(gòu)方程模型和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度森林景觀類型、數(shù)量與分布，研究自然地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和土地開發(fā)利用主導(dǎo)下森林景觀格局特征差異及其影響機(jī)制，為森林資源源頭保護(hù)和合理經(jīng)營管理提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。

1 研究區(qū)概況

易縣位于河北省中西部，保定市西北部，西倚太行山脈，東臨冀中平原，地理坐標(biāo)114°51′～115°37′E， 39°02′～39°35′N。境內(nèi)有山地、丘陵、平原等地貌類型，地勢自西北向東南傾斜，呈坡狀延降而下，平均海拔300 m左右，最高海拔1 813 m。土壤類型多，有棕壤土、褐土、潮土、草甸土、水稻土、風(fēng)沙土等。易縣屬溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，山區(qū)為半濕潤氣候，平原為半干旱氣候。全年降水量570～670 mm，降水量年內(nèi)分配不平衡，多集中在6—8月。全年日照2 621 h，年平均氣溫11.9℃，極端最低氣溫-23℃，極端最高氣溫41℃。易縣地處太行山區(qū)，森林植被隨海拔高度不同而有明顯的垂直變化，主要植被類型有落葉闊葉林、針葉林和針闊混交林，山地和丘陵面積大，適宜造林空間大。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

根據(jù)研究目的和需求，收集與森林資源、景觀類型分析相關(guān)的數(shù)據(jù)資料(表1)，包括：第七次森林資源二類清查矢量數(shù)據(jù)，向地方森林資源管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)獲得；DEM柵格數(shù)據(jù)，30 m分辨率，通過地理空間數(shù)據(jù)云數(shù)據(jù)平臺(tái)申請(qǐng)獲得；行政區(qū)劃圖與社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，圖片和文本格式，通過調(diào)查收集和向地方統(tǒng)計(jì)部門申請(qǐng)獲得。所有矢量、柵格格式的空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一在ArcGIS軟件平臺(tái)中整理和處理，主要有：空間校正、地形分析、數(shù)據(jù)鏈接與編輯、空間分析、分區(qū)統(tǒng)計(jì)、專題制圖等。

表1 研究區(qū)地貌類型及鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布Tab.1 Geomorphologic types and township distribution in study area

2.2 森林景觀類型與格局量化

2.2.1森林景觀類型劃定

基于森林資源清查數(shù)據(jù)，按森林地類劃分，將研究區(qū)林地(F1)劃分為喬木林地(F11)、灌木林地(F12)、疏林地(F13)、未成林造林地(F14)、苗圃地(F15)、無立木林地(F16)、宜林地(F17)和輔助生產(chǎn)林地(F18)8種類型；為了更好理解森林景觀特征，將喬木林景觀類型按樹種類型進(jìn)一步細(xì)分為楊樹類(F111)、樺樹類(F112)、油松(F113)、落葉松(F114)、山杏類(F115)、柞樹類(F116)和經(jīng)濟(jì)林(F117)，對(duì)其余7種類林地類型分別細(xì)化為灌木林地(F121)、特灌林地(F122)、疏林(F131)、未成林(F141)、苗圃(F151)、無立木(F161)、宜林地(F171)、輔林地(F181)。同時(shí)，為了考慮人類土地開發(fā)活動(dòng)對(duì)森林景觀格局的影響，對(duì)研究區(qū)內(nèi)自然土地、人居及生產(chǎn)用地、其他用地等非林地類型按土地利用分類體系進(jìn)行劃分。森林地類及樹種分類圖詳見文獻(xiàn)[1]。

2.2.2景觀指數(shù)計(jì)算與關(guān)鍵指標(biāo)篩選

運(yùn)用GIS數(shù)據(jù)分析模塊將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林資源數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和類型劃分，在FRAGSTATS3.3軟件環(huán)境下建立景觀指數(shù)計(jì)算模板和批處理程序，根據(jù)指數(shù)類型齊全、功能角度多樣和彼此相對(duì)獨(dú)立的原則，分別從景觀水平、類型水平上選取眾多研究常用景觀指數(shù)作為首批景觀格局指標(biāo)。森林景觀與其他類型景觀共同組成了林區(qū)或某一地區(qū)土地利用景觀，具有高度的異質(zhì)性，其中一個(gè)重要特征就是森林景觀等級(jí)特征，在不同尺度上或等級(jí)上控制景觀格局特征的指標(biāo)不一樣，需要篩選和識(shí)別。根據(jù)前期研究結(jié)果[1]，在景觀水平上，選取斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、蔓延度(CONTAG)、凝結(jié)度(COHESION)、分割度指數(shù)(DIVISION)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)和聚集度指數(shù)(AI)；在類型水平上，選取斑塊密度(PD)、平均回轉(zhuǎn)半徑(GYRATE_MN)、平均周長面積比(PARA_MN)、平均核心面積(CAI_MN)、相似鄰近百分比(PLADJ)和凝結(jié)度(COHESION)。各指數(shù)計(jì)算公式、生態(tài)學(xué)指示意義見文獻(xiàn)[26]。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

用于本研究的統(tǒng)計(jì)分析有相關(guān)分析、通徑分析。相關(guān)分析采用Perason相關(guān)法，分析景觀格局因子分別與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子、自然地理因子、土地開發(fā)利用因子的相關(guān)性。其中，自然地理因子有高差(Elevation differencee，ED)、平均海拔(Average elevation，AE)、坡度范圍(Slope range，SR)、平均坡度(Mean slope，MS)、土層厚度(Soil depth，SD)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子有人口數(shù)量(Average population size，APS)、居民人均純收入(Personal income，PI)；土地開發(fā)利用因子有耕地面積占比(Proportion of cultivated land area，PCLA)、耕地地塊密度(Patch density of cultivated land，PDCL)、居民建設(shè)用地面積占比(Proportion of resident construction landarea，PRCLA)、交通運(yùn)輸用地面積占比(Proportion of transortation landarea，PTLA)、交通運(yùn)輸用地地塊邊緣總長度(Total edge length of transortation land，TETL)、交通運(yùn)輸用地地塊數(shù)量(Patch number of transortation land，PDTL)、工礦用地面積占比(Proportion of mining land area，PMLA)。分析采用IBM SPSS Statistics 24、minitab17軟件包；通徑分析(Path analysis)用于分析多個(gè)自變量與因變量之間的線性關(guān)系，是回歸分析的拓展，可以處理較為復(fù)雜的變量關(guān)系，在本研究中用于定量分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然地理、土地利用開發(fā)等因子對(duì)森林景觀格局的影響，采用IBM SPSS Amos 24工具包。

3 結(jié)果分析

3.1 森林景觀資源類型、數(shù)量與分布

根據(jù)森林資源柵格化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，全縣森林地類以林地景觀資源為主，占縣域總面積的58.4%，在林地景觀中，喬木林地占55.39%，灌木林地占41.67%，苗圃地占1.41%，其余地類占1.53%。在喬木林地中，按樹種組來看，楊樹類景觀占到了45.09%，是最大的森林資源類型，油松類次之，景觀占19.09%，然后依次是經(jīng)濟(jì)林類、柞樹類、山杏類、落葉松類、樺樹類，分別占比為19.02%、11.07%、5.68%、0.04%、0.01%。從鄉(xiāng)鎮(zhèn)林地景觀資源面積優(yōu)勢來看，位于西部山區(qū)的紫荊關(guān)鎮(zhèn)(D24)林地景觀資源最多，為21 676 hm2，東部的尉都鄉(xiāng)(A6)最少，為545 hm2；從鄉(xiāng)鎮(zhèn)林地景觀資源面積占比來看，西部蔡家峪鄉(xiāng)(D26)是典型的森林鄉(xiāng)鎮(zhèn)，達(dá)到86.17%，其次為紫荊關(guān)鎮(zhèn)(D24)，為82.6%，尉都鄉(xiāng)(A6)林地景觀資源面積占比最少，為13.29%。隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積的增大，林地景觀面積和占比均呈現(xiàn)增長趨勢，林地景觀面積和占比在不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)間差異較大(圖1)。從地形分布來看，海拔100～300 m的淺山丘陵區(qū)是森林景觀資源分布的主要區(qū)域，其次為海拔500～800 m的山區(qū)(圖2)。

3.2 森林景觀格局主要影響因子及其相互關(guān)系

從景觀水平(全部森林地類)、類型水平(以面積比例占絕對(duì)優(yōu)勢的喬木林地、灌木林地景觀為主)上分別選取對(duì)研究區(qū)森林景觀格局具有決定意義的指標(biāo)；從自然地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和土地開發(fā)利用3個(gè)方面選擇典型指標(biāo)。使用Perason相關(guān)分析法，分析鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度森林景觀格局差異的主要影響因子及其相互關(guān)系。

圖1 鄉(xiāng)鎮(zhèn)林地分布(面積從左向右依次增大)Fig.1 Distribution of forest land in villages and towns

圖2 林地高程頻率分布Fig.2 Forest height frequency distribution

3.2.1景觀水平

從景觀水平上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度各因子相關(guān)性分析來看(表2)，自然地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和土地利用開發(fā)各指標(biāo)與森林景觀格局特征指標(biāo)均呈現(xiàn)出一定相互作用關(guān)系，但不同指標(biāo)之間相關(guān)性程度存在明顯差異。

表2 景觀水平森林景觀格局主要影響因子與景觀指數(shù)相關(guān)性Tab.2 Correlation between main influencing factors and landscape index of forest landscape pattern at landscape level

注：** 表示在0.01級(jí)別(雙尾)上相關(guān)性顯著；*表示在0.05級(jí)別(雙尾)上相關(guān)性顯著。下同。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)各自然地理因子作為控制變量，各指標(biāo)對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林景觀資源分布和景觀格局特征具有重要影響作用。其中，高差與森林景觀形狀指數(shù)(LSI)、聚合指數(shù)(COHESION、AI)等指標(biāo)呈現(xiàn)正相關(guān)，達(dá)到極顯著水平(n=27，p=0.01)，與香農(nóng)多樣性指數(shù)呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(n=27，p=0.05)；平均海拔與森林景觀斑塊密度、最大斑塊指數(shù)、凝結(jié)度、分割度、聚集度相關(guān)程度密切；坡度因子(坡度范圍、平均坡度)與森林景觀斑塊密度、凝結(jié)度、分割度、聚集度等指標(biāo)呈現(xiàn)顯著相關(guān)；土層厚度與斑塊密度極顯著正相關(guān)，而與COHESION、AI呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)。分析表明，在易縣地區(qū)，隨著海拔增高，坡度起伏越大，土層越厚，鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林景觀破碎化程度越低，地形起伏程度越強(qiáng)烈，森林景觀聚合程度越高；土層深度則反之，土層越厚，景觀聚合程度越低。這意味著易縣山區(qū)、丘陵區(qū)等地形地貌條件復(fù)雜地區(qū)，森林景觀破碎化程度較低、連通度較高，森林生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定，而海拔較低、坡度變化較小、土層較厚的平原區(qū)森林景觀破碎化程度較大，聚合連通程度較低(圖3、4、5)。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子中，鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)量對(duì)森林景觀格局特征具有明顯作用，表現(xiàn)為人口數(shù)量與景觀破碎化為正相關(guān)，達(dá)到極顯著水平，與景觀分割度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，與景觀凝結(jié)度呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)，與最大斑塊指數(shù)顯著負(fù)相關(guān)；而居民人均純收入與森林景觀格局特征指標(biāo)相關(guān)性程度則較小，這說明一個(gè)地區(qū)人口數(shù)量對(duì)森林景觀格局特征影響更重要，人口數(shù)量越大，森林景觀破碎化程度越大，聚合程度越低。

在土地利用開發(fā)方面，斑塊密度、景觀形狀指數(shù)、凝結(jié)度、聚集度等森林景觀格局因子對(duì)土地利用干擾的響應(yīng)更明顯，耕地占鄉(xiāng)鎮(zhèn)總面積比例與斑塊密度正相關(guān)，與凝結(jié)度、聚集度指數(shù)負(fù)相關(guān)，均達(dá)到了極顯著水平，而耕地地塊密度和斑塊密度、凝結(jié)度、聚集度正負(fù)相關(guān)性表現(xiàn)則相反(圖6)，說明在易縣地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積越大，數(shù)量越多，森林破碎化程度就越大，連通性越低，意味著耕地及其破碎化對(duì)森林景觀具有重要影響。居民建設(shè)用地面積占比與森林景觀斑塊密度極顯著正相關(guān)，而與最大斑塊指數(shù)、凝結(jié)度指數(shù)、聚集度指數(shù)極顯著負(fù)相關(guān)，在這一點(diǎn)上工礦用地面積占比也有類似規(guī)律，只是相互之間顯著性程度較低，這說明居住和工礦開發(fā)對(duì)森林景觀格局影響主要表現(xiàn)為建設(shè)用地增加會(huì)顯著降低森林景觀空間連通性，增大破碎化程度。從交通運(yùn)輸用地指標(biāo)來看，主要表現(xiàn)為交通運(yùn)輸用地地塊邊緣長度、用地斑塊密度與森林景觀形狀指數(shù)呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，說明交通運(yùn)輸用地增加和分割作用會(huì)加劇森林景觀斑塊復(fù)雜性。

圖3 鄉(xiāng)鎮(zhèn)高差與凝結(jié)度指數(shù)相關(guān)性Fig.3 Correlation between township height difference and condensation index

圖4 鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均坡度與斑塊密度指數(shù)相關(guān)性Fig.4 Correlation between average slope and patch density index in villages and towns

圖5 鄉(xiāng)鎮(zhèn)土層厚度與凝結(jié)度指數(shù)相關(guān)性Fig.5 Correlation between soil thickness and condensation index in villages and towns

圖6 鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積占比與斑塊密度指數(shù)相關(guān)性Fig.6 Correlation between proportion of cultivated land area and patch density index in villages and towns

3.2.2類型水平

在類型水平上(表3)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)自然地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、土地利用開發(fā)各影響因子與森林景觀斑塊破碎化、凝結(jié)度指數(shù)正負(fù)相關(guān)性、顯著性程度與景觀水平基本相似，但在相關(guān)性程度上存在一定差異。從整體表現(xiàn)來看，類型水平上各因子之間相關(guān)程度強(qiáng)于景觀水平。在自然地理因子方面，類型水平上鄉(xiāng)鎮(zhèn)高差因子與景觀斑塊密度負(fù)相關(guān)達(dá)到了極顯著水平，平均海拔、坡度因子與平均回旋半徑指數(shù)呈極顯著的正相關(guān)，而土層厚度則相反，二者呈現(xiàn)為極顯著負(fù)相關(guān)。高差、平均海拔、平均坡度因子與相似鄰近百分比呈極顯著正相關(guān)，而土層厚度則相反。這說明自然地理因子對(duì)類型水平上森林景觀格局特征的影響和控制效應(yīng)更加明顯，地形越高、起伏變異程度越強(qiáng)，喬木林、灌木林等景觀類型的破碎化程度越低，連通性水平越高，森林景觀優(yōu)勢程度越明顯，更加劇了森林斑塊形狀的復(fù)雜性，而土壤厚度的影響效應(yīng)則相反。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子中，人口數(shù)量與森林景觀格局相關(guān)性程度較高，人口數(shù)量越大，喬木、灌木等林地景觀破碎化程度越大，連通性越低，景觀斑塊復(fù)雜化、同質(zhì)化程度越低。在土地利用開發(fā)因子中，耕地、居民建設(shè)用地對(duì)類型水平森林景觀格局特征影響作用更明顯，如與斑塊密度、平均回旋半徑、相似鄰近百分比、凝結(jié)度指數(shù)均呈現(xiàn)極顯著相關(guān)性，耕地、居民建設(shè)用地、工礦用地等土地開發(fā)利用類景觀面積優(yōu)勢程度越大，喬灌木林地景觀破碎化程度越大，連通性越低，森林景觀斑塊復(fù)雜性、同質(zhì)化程度越低。

表3 類型水平森林景觀格局主要影響因子與景觀指數(shù)相關(guān)性Tab.3 Correlation between main influencing factors of forest landscape pattern and landscape index

3.3 森林景觀格局特征主要影響因子路徑分析

景觀破碎化和連通性是反映景觀格局空間異質(zhì)性和景觀功能穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。自然地理是決定景觀破碎化和連通性的基礎(chǔ)，也是控制經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)方式的關(guān)鍵因素，社會(huì)經(jīng)濟(jì)、土地開發(fā)利用等人類活動(dòng)因素是影響景觀格局變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。從以上分析可以看出，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度，森林景觀破碎化和集聚程度對(duì)地形起伏度、土壤厚度、人口數(shù)量、耕地占比、居民建設(shè)用地占比等因子差異更為敏感，表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，其相互作用關(guān)系和影響機(jī)制需要進(jìn)一步分析闡明。

3.3.1森林景觀格局破碎化影響機(jī)理

利用結(jié)構(gòu)方程模型通徑分析圖表示景觀水平上各控制因子與森林景觀格局破碎化指標(biāo)間的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系(圖7)，模型具有較高的合適度(卡方值為2.9，自由度為2，近似誤差均方根為0.132，擬合優(yōu)度指數(shù)為0.966，樣本數(shù)為27)。

圖7 鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度影響森林景觀破碎化的主導(dǎo)因子路徑分析Fig.7 Path analysis of leading factors affecting forest landscape fragmentation on township scale

從作用分解來看，平均坡度、土層平均厚度作為控制性變量，通過對(duì)耕地、居民建設(shè)用地面積占比等因子產(chǎn)生直接影響，進(jìn)一步間接影響森林景觀斑塊密度，進(jìn)而決定了整個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元森林景觀破碎化程度。以坡度因子為例，它的效果分解過程：

(1)直接作用1：MS→PD，為0.31。

(2)間接作用1：MS→PRCLA→PD，為(-0.47)×0.5=-0.235。

(3)間接作用2：MS→PRCLA→PCLA→PD，為(-0.47)×(-0.23)×0.56=0.06。

(4)間接作用3：MS→PCLA→PD，為(-0.55)×0.56=-0.308。

(5)間接作用4：MS→APS→PD，為(-0.78)×0.02=-0.016。

(6)間接用作5：MS→APS→PRCLA→PD，為(-0.78)×0.28×0.5=-0.109。

這6種路徑產(chǎn)生的效果總和就是鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均坡度對(duì)森林景觀破碎化的總作用，為-0.291，即鄉(xiāng)鎮(zhèn)地形平均坡度每增加1個(gè)單位，破碎化程度降低0.291個(gè)單位。由此可以推算出土層厚度對(duì)斑塊破碎化的總作用為0.409，人口數(shù)量的總作用為0.15，居民建設(shè)用地面積占比為0.377，耕地面積占比0.558。坡度因子對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林景觀破碎化起著抑制作用，隨著坡度的增加，土地開發(fā)建設(shè)適宜性程度降低，人類活動(dòng)干擾也會(huì)降低，更有利于森林景觀形成和恢復(fù)，而坡度較低的淺山區(qū)或平原區(qū)，往往是人類活動(dòng)最強(qiáng)烈地區(qū)，土地利用規(guī)模和分割化程度較大，景觀自然化水平較低，更加劇了森林景觀的破碎化程度。其余社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人類土地利用因子則表現(xiàn)為促進(jìn)作用，其中耕地?cái)?shù)量因子的作用最大，土層厚度因子次之，平原區(qū)土層厚，森林景觀更加破碎，這與上文分析結(jié)果一致，相對(duì)而言，人口數(shù)量對(duì)景觀破碎化的作用更小。從其他因子作用表現(xiàn)來看，坡度因子對(duì)人口數(shù)量因子的抑制作用最大，系數(shù)為-0.78，對(duì)居民建設(shè)用地面積占比因子次之，達(dá)到了-0.682，說明地形坡度在鄉(xiāng)鎮(zhèn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、土地利用等方面具有決定性影響。

3.3.2森林景觀格局連通性影響機(jī)理

凝結(jié)度指數(shù)(COHESION)是反映景觀斑塊空間聚集連通程度的指標(biāo)之一。利用結(jié)構(gòu)方程模型通徑分析圖表示各影響因子與森林景觀連通性指標(biāo)間的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系(圖8)，通過對(duì)各變量相互作用關(guān)系的不斷優(yōu)化，模型具有較高的合適度(卡方值為0.384，自由度為2，近似誤差均方根為0.574，擬合優(yōu)度指數(shù)為0.995，樣本數(shù)為27)。從作用關(guān)系來看，鄉(xiāng)鎮(zhèn)高差和土層深度彼此之間相互作用，是控制鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林景觀、社會(huì)人口、土地利用等因素的基礎(chǔ)變量。高差因子一方面直接作用于集合度指數(shù)影響著鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林景觀聯(lián)通性，同時(shí)通過控制居民建設(shè)用地占比、人口數(shù)量因子間接作用于景觀聚合度。土層深度因子直接作用于聚合度指數(shù)，同時(shí)通過控制耕地面積占比、居民建設(shè)用地面積占比、鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)量等指標(biāo)間接影響森林景觀聚合連通程度。鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口數(shù)量是社會(huì)經(jīng)濟(jì)中具有較高影響作用的指標(biāo)，不僅直接作用于森林景觀聚合程度，同時(shí)通過直接作用居民建設(shè)用地?cái)?shù)量進(jìn)而間接作用于景觀聚合連通度。通過通徑分析來看，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上，土層厚度對(duì)森林景觀聚合度的總作用大小為-0.313，耕地面積占比為-0.394，人口數(shù)量為-0.229，居民建設(shè)用地面積占比為-0.659，均表現(xiàn)為抑制作用，而高差對(duì)森林景觀聚合度的總作用大小為0.42，表現(xiàn)為促進(jìn)作用。分析表明，增加鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林景觀連通性，特別需要降低居民建設(shè)用地面積，同時(shí)加強(qiáng)地形起伏地區(qū)森林景觀資源保護(hù)。

圖8 鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度影響森林景觀連通度的主導(dǎo)因子路徑分析Fig.8 Path analysis of leading factors affecting forest landscape connectivity on township scale

4 結(jié)論

(1)易縣土地資源以林地景觀為主，達(dá)到縣域總面積的58.4%，森林資源以喬灌木林為主，達(dá)到林地總面積的96%以上，喬木林中楊樹類、油松類是森林景觀中的優(yōu)勢樹種，分別達(dá)到了喬木林景觀的45.09%、19.09%。鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上森林景觀資源分布和面積占比差異較大，西部山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林景觀優(yōu)勢度較大，東部平原鄉(xiāng)鎮(zhèn)則較小。海拔100～300 m淺山丘陵區(qū)是森林景觀資源集中分布區(qū)，另一個(gè)峰值區(qū)為海拔500～800 m的中山區(qū)。

(2)在景觀水平上，林地的斑塊密度(PD)、景觀凝結(jié)度(COHESION)、聚集度(AI)等指標(biāo)對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)地理環(huán)境條件差異、人口數(shù)量和人類土地利用開發(fā)程度影響的響應(yīng)更明顯，低破碎化、高連通性和多樣性森林景觀特征與高海拔、起伏度明顯的地形關(guān)系密切，在自然環(huán)境條件一定的情況下，鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地、居民建設(shè)用地面積占比(PCLA、PRCLA)越大，林地景觀破碎化越強(qiáng)和連通性程度越低，交通運(yùn)輸用地面積占比越大，景觀多樣性程度越低。在類型水平上，除了森林景觀格局在斑塊密度、凝結(jié)度上的相關(guān)性表現(xiàn)與景觀水平上的一致外，平均回旋半徑(GYRATE_MN)、相似鄰近百分比(PLADJ)等對(duì)環(huán)境異質(zhì)性和干擾差異的響應(yīng)明顯。

(3)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度上，森林景觀破碎化(斑塊密度、聚集度等)和連通性(凝結(jié)度、聚集度等)是景觀、類型水平上代表森林景觀格局與功能的主要指標(biāo)，受到了地理環(huán)境、社會(huì)人口、土地利用開發(fā)等共同影響。平均坡度(MS)、土層厚度(SD)和高差(ED)作為基礎(chǔ)性控制因素，直接影響耕地、居民建設(shè)用地占比等人為因素的干擾強(qiáng)度，進(jìn)而間接影響森林景觀斑塊密度、凝結(jié)度。鄉(xiāng)鎮(zhèn)地形高差對(duì)控制森林景觀凝結(jié)度起正作用，平均坡度對(duì)控制景觀破碎化起抑制作用。在一定的地形土壤條件下，降低人口數(shù)量、耕地?cái)?shù)量和居民建設(shè)用地面積占比可降低森林景觀格局破碎化程度，提升鄉(xiāng)鎮(zhèn)森林景觀聚合連通水平。