城市森林景观逆破碎化阈值

随着全球城市化趋势的不断加速，城市森林破碎化和孤岛化现象日益严重，生境的破碎化和孤岛化是生物多样性的一个重要威胁[1-3]，也是导致物种不断减少、甚至灭绝的重要原因。景观破碎化在改变景观格局和物理环境的同时，造成种群个体行为、遗传结构、种群动态、种间互作以及群落特征的改变[4]，从而造成生物多样性的丧失[5]，降低生态系统的生物生产力和生态服务功能，直接威胁到人类自身的生存和发展[6,7]。当前全球范围景观破碎化不断加剧[8,9]，城市区域表现尤甚，从而使得破碎化景观恢复成为当前全球特别是城市面临的紧迫任务和新挑战。景观逆破碎化是Bailey在描述Kurttila等[10]在芬兰采用景观尺度规划方法来增大森林斑块，从而实现森林经营破碎化的逆转(reversefragmentation)中首次提及，此后的研究多集中于生境和林地的逆破碎化及改良方案，对城市森林景观逆破碎化研究还未见报道。景观逆破碎化阈值是景观具有自然属性的最低破碎化值，是城市森林景观逆破碎化量变到质变的关键点，是实现景观逆破碎化的突破口。

本文以沈阳三环以内区域为研究对象，在不同的建筑密度下，依据城市森林覆盖率确立不同的景观梯度，对不同建筑密度下的城市森林景观逆破碎化趋势下景观指数和植物群落特征变化进行分析，并对景观进行近自然度评价，进而找出景观逆破碎化阈值，从而为城市森林的建设及城市森林景观逆破碎化恢复提供理论依据。

1研究方法

1.1调查样地的选取与调查

以沈阳市三环为研究对象，按照城市建筑密度将城市区域分为3类：建筑密集区(建筑占地面积占样地面积的50%～70%)、建筑中等区(建筑占地面积占样地面积的30%～50%)，建筑稀疏区(建筑占地面积占样地面积的30%以下)。同时在每一建筑密度下以城市森林覆盖率为依据建立景观逆破碎化梯度，每块样地面积为20～25hm2，每个梯度3个重复，划分12个梯度(1代表森林覆盖率小于5%，2代表森林覆盖率5%～10%，3代表森林覆盖率10%～15%，4代表森林覆盖率15%～20%，…，12代表森林覆盖率大于60%)。每块样地抽取10个左右小样方，记录小样方内每种乔木(或灌木)的个体数、胸径、高度、冠幅等指标，记录草本植物的盖度，对小样方内景观进行整体描述。样地设置遍及中心城区、近郊、远郊。

1.2数据来源及处理

利用Erdas图像处理软件对QuickBird卫星影像进行几何校正、拼接和裁剪处理，在研究区域的数字影像图的基础上进行数字化处理，获得沈阳三环以内区域城市森林景观数据库。在地理信息系统ArcGIS9.3的支持下，结合相关资料，在研究区根据建筑密度和城市森林覆盖率选择不同的景观梯度，并提取相应的空间数据库和属性数据库，将结果转化为grid文件，利用Fragstats3.3计算选择的景观指数。野外调查数据运用MicrosoftExcel2007软件进行内业录入、计算分析。根据密度、高度等基础数据，计算植物物种相对重要值。根据重要值的计算结果，依据各指标计算公式，进行物种多样性指数、均匀度指数、顶极适应值等指标的计算。

2结果与分析

2.1基于植物群落特征变化的景观逆破碎化阈值分析

2.1.1建筑密集区在建筑密集区，随着森林覆盖率升高郁闭度、顶级适应值呈现总体下降趋势(见图1、2)；乡土树种胸径级变化不大，有小幅度升高，其值基本趋近于1(见图3)；物种多样性在森林覆盖为10%-15%处有较大幅度升高，总体值值均小于0.75，表示该地区物种较单一(见图4)；乡土树种比例在森林覆盖为10%-15%处有较大幅度升高(见图5)；在森林覆盖为10%-15%处出现少量自然更新(见图6)，总体景观破碎化较严重。

2.1.2建筑中等区在建筑中等区，植物群落指标随着森林覆盖率的升高呈现较明显变化(见图1-6)：郁闭度、顶级适应值、乡土树种胸径级、物种多样性、乡土树种比例均在森林覆盖率为35%～40%时出现明显尺度转折点，转折点后均有较大幅度升高，并且出现一定数量的自然更新，更新数量也随森林覆盖率升高而增多，说明在转折点后景观趋于自然。因此可大胆推测该地区森林景观在森林覆盖率为35%～40%时可能出现景观逆破碎化阈值。

2.1.3建筑稀疏区建筑稀疏区的植物群落指标随森林覆盖率变化与建筑中等区相似(见图1-6)。建筑稀疏区在森林覆盖率为25%～30%时各指标变化曲线出现明显尺度转折点，并且出现较多数量的自然更新，综合各指标变化判断该地区森林景观在森林覆盖率为25%～30%时可能出现景观逆破碎化阈值。2.2不同建筑密度下基于植物群落特征变化的景观逆破碎化阈值分析建筑密集区由于建筑面积大，几乎没有大片面积的景观出现，又受较大的人为干扰，没有景观逆破碎化现象。而建筑中等区和稀疏区由于建筑面积较小，可能出现较大片面积的景观，因此各植物群落特征变化明显，随森林覆盖率的增加在不同的梯度范围内都有景观逆破碎化阈值出现。

2.3生态阈值分析

生态阈值是生态系统变化的一个区间，生态阈值主要有2种类型：生态阈值点和生态阈值带。在自然界中更为普遍存在的是生态阈值带，经过对比相同和不同建筑密度下各植物群落指标变化，可以大胆推断在建筑中等区和建筑稀疏区可能出现景观逆破碎化阈值。

3结论与讨论

通过对同一建筑密度和不同建筑密度下随森林覆盖率升高景观群落的植物群落特征变化分析，发现在建筑中等区在森林覆盖率为35%～40%时景观从一个状态转变为另一个状态，出现景观逆破碎化阈值。建筑稀疏区森林覆盖率达到25%～30%时呈现景观逆破碎化趋势，各指数在该范围内变化较明显，因此该梯度为建筑稀疏区的景观逆破碎化阈值。

当前全球范围景观破碎化不断加剧，城市区域表现尤甚，从而使得破碎化景观恢复成为当前全球特别是城市面临的紧迫任务和新挑战。如果能使景观向着逆破碎化的方向发展，则是解决该问题的有效途径。通过该研究发现，城市森林景观在建筑密度和森林覆盖率达到一定范围时呈现逆破碎化趋势，景观趋于自然，这为解决景观恢复问题打开了突破口，为其找到可靠的理论依据及深入发展提供了科学依据。