长白山景观格局过程演替分析及可持续发展

河北遥感　２００８年第４期　长白山景观格局过程演替分析及可持续发展　王明常　，张淑茹　，白亚辉　，王　娟　（１．吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林　长春１　３００２６　２．吉林省环境监测中心站，吉林　长春　１　３００　１　１　３．河北省地图院，河北石家庄０５００５１　０５００２１）　４．河北省水文工程地质勘院，河北　石家庄摘　要：利用研究区１　９７７、１　９８５、１　９９９年三个时相遥感数据，获得景观格局类型分布及特点，将　景观格局类型进行重组，获得近５Ｏ年来长白山地区景观格局演变过程，为了简单直观地反映长白　山地区生态环境演变规律性，从景观格局单元演变方式、景观格局“增减”进行研究，得出主要结　论为长白山地区具有特殊的纵向结构和横向结构的景观梯度特征和内部结构特征，并且景观梯度特　征与流域地形梯度以及地貌结构特征相协调。长白山地区景观结构在人类活动干扰和自然条件变化　发生了巨大变化，景观纵向结构从低部向上移动，横向结构从明显的景观类型梯度特征变化为单一　类型景观，而景观内部结构特征则表观破碎化，为此提出景观格局过程可持续发展的生态策略。　关键词：长白山；景观过程；演替分析；可持续发展；　引　言　１９８５－１９９９年发生变化类型；　景观格局过程客观地记录了人类和自然对地球表面　成的复杂巨系统。景观格局是引起生态环境变化的重要　在表现。长白山独特的位置和气候类型，对我国乃至整　（４）震荡变化型：１９７７－１９８５年变为一种类型，而　（５）持续变化型：在１９７７　１９９９年一直发生变化，　从整体景观看，长白山地区景观垂直地带眭十分显　空间格局的改变，地表系统是由各种不同级别子系统组　１９８５－１９９９年又变回原来类型；　因素，景观格局的变化也是自然和人为因素总作用的外　即持续增加或减少。　个东北亚气候具有重要的作用，其景观格局的变化，直　著：随着海拔的由低到高，斑块的类型依次为：阔叶林　接影响局地气候变化，所以对其进行科学的分析和规划　（包含居民地、耕地）、针阔混交林、针叶林、岳桦林、高　具有重要意义【ＩＩ。总结出重要科学规律，以帮助选择生　山苔原（草地）带、裸地。　态环境治理、防灾减灾对策制定最佳方案。　１　长白山景观格局演变方式　根据１９７７年、１９８５年、１９９９年遥感图像通过校正、　分类获得各类景观面积（表１）１２－５］。　研究区近３０年间生态环境单元演变中，每一个单　表１各类景观面积＿（ｋｎ＇Ｉ）Ｉ　元记录了采样时刻生态环境单元类型，反映了景观格局　单元演化历程。　通过分析可以把研究区变化类型概括为５种演变方　式即：　（１）稳定型：在１９７７—１９８５－１９９９年都保持不变，　未发生变化类型；　（２）前期变化型：在ｌ９７７—１９８５年发生变化，而　１９８５－１９９９年未发生变化类型；　（３）后期变化型：在１９７７－１９８５年未发生变化，而　［第一作者简介］王明常，男，（１　９７５一），吉林农安人，博士，从事环境遥感、地图学与地理信息系统应用研究，发表论文２０余篇，参著（编）书５部。　２００８年第４期　长白山景观格局过程演替分析及可持续发展　王明常等　测度分析　面积较大，而在１９８５～１９９９年面积又有所增加。　２研究区景观格局过程演替类型及“增减”　（５）增加的人工建筑集中分布在研究区的两个城　２．１景观格局过程演替类型分析　　（１）稳定型单元在各类演变模式单元中占优势，其　市，两个城市面积在不断的向外扩张。中又以稳定的山地森林类型占一半以上，该研究区山地　（６）林地整体上呈“减势”，且减少速度较快。　多、林地面积多的情况是相符的；　（２）后期变化型是空间上以“林地减少一耕地扩张　一林地增长”演变过程占第一位，同时也表明了本研究　的两个时问段内，后期人类活动对景观格局开发利用比　前期更强烈，而且对森林的破坏也在加剧；　（３）持续变化型是面积最小的演变类型，其中以“居　民地、丘陵旱地”的面积不断增加，但面积上并不占很　大优势，表明了在该演变方式中单元变化类型是多样　的，人类对生态环境开发利用方式也是多样的，近期受　环境保护意识提高，以及种植业经济效益下降等因素影　响，存在着退耕地还林现象；　（４）震荡变化型是“山地森林一山地草地（旱地）一　山地森林”，这表现在本研究两个时间段内，人类活动　对生态环境开发利用的价值取向的差异，前期追求经济　效益，向山地要粮，毁林开荒，伴有生态环境问题产生，　而不得不退耕还林，但林地的整体上是减少的；　（５）前期变化型还是存在面积相当大类型属于前期　退耕还林，后期由于种种原因而未受到破坏。　２．２景观格局‘‘增减”测度分析　对１９７７年以来研究区景观格局单元演变，只考虑　研究阶段头尾的景观格局“增减　隋况，可以概括为景　观格局的“增势”和“减势”。针对由其它景观类型“转　入”某一种景观类型，都归为该景观格局“增加类型”；　相反，对于一种景观类型“转出”为其它土地覆被的，　都归为该景观格局“减少类型”，这样就可以概括出景　观格局的“增势（减势）”类型。　ｌ９７７—１９９９年研究区景观格局“增势（减势）”（图１，　图２），分析后可知：　（１）在“增势”中，居民地、道路、耕地、岳桦林、　草地面积增加。空间分布上都是位于平坦开阔地区，集　中于西坡平缓地带，而草地增加是由于森林的砍伐而退　化为草地。　（２）水体面积的减少也是研究区景观变化的重要方　面，减少趋势明显，由于近年来长白山地区气候的干旱　化，致使许多河流萎缩，水面干涸，加剧了环境的恶化。　（３）裸地面积增加后减少，实际上裸地面积一直　在增加，只不过是在１９８５年由于积雪的覆盖而造成图　像提取结果造成误差，且裸地分布在山上。　（４）变化较大的是针叶林，在１９７７—１９９９年间减少　图１景观格局面积“增减　图２景观格局斑块数“增减”　３　景观格局过程信息空间分异特征　针对景观格局类型的结构和演变类型的空间扩展规　律进行探讨，这对分析景观格局过程、模式和机制、探　讨景观格局类型扩展之间的关系都具有重要意义。　３．１景观格局过程信息纵向（锥体）分异特征　以坡度为标志的地形起伏是垂直分异的主要原因之　一。垂直景观类型是自然环境与生物相互作用的环境梯　度决定的，其中地形梯度和水分梯度的互相作用使得垂　直景观在类型上发生分异。由于垂直景观结构通常在纵　向表现为：随着地势的升高向山上延伸，而沿着该梯度　水文条件发生变化，水量与地形梯度相吻合，使景观格　局发生分异，表现出特殊的纵向结构特征。长白山地区　表现出显著的纵向梯度结构特征和规律景观也表现出显　著的梯度差异，景观格局发育和分布主要受地形与水文　河北遥感　２００８年第４期　影响。从河谷一直分布到长白山主峰，几乎是欧亚大陆　盲日性。景观格局优化是在对景观格局、功能和过程综　从温带到寒极各种主要植被类型的缩影，长白山植被垂　合理解的基础上，通过建立优化目标和标准，对各种　带谱明显，随着海拔』二升，气温逐渐下降，空气湿度增　景观类型在空间和数量上进行优化设计，使其产生最大　大，雨量随之增多。由此，山体自下而上分布着针阔混　的生态效益、经济效益和社会效益。对长白山地区的景　交林带、针叶林带、岳桦林带和高山苔原带。　３．２研究区景观格局过程信息水平分异特征　长白山地区景观格局的横向结构特征是指水平方向　观优化应立足于可持续发展和资源永续利用的高度，以　保护生态平衡、生物多样性和自然资源为基础，谋求生　态效益、社会效益和经济效益的和谐发展为目标，保证　的线性特征和面状特征，横向景观单元的空间构成特　其合理性和科学性。　征，景观的复杂ｌ生也表现在这一区域，但由于地形和水　文条件的差异，这种横向特征亦不同。在线状特征上反　映出对称性，即东西对称和南北对称，东西对称性较　好，而南北景观格局的对称在面积上南坡大于北坡，在　面状特征上近似于以天池为中心的同心圆，中间是长白　山的主峰。横向景观分布为耕地、道路、针阔混交林带、　针叶林带、岳桦林带和高山苔原带的对称分布，但在长　白ＬＬＩ南坡、北坡、西坡和东坡又存在分布面积的差异。　３．３研究区景观信息内部特征　长白山地区景观的纵向和横向特征是构成区域景　观多样性的基础，在巨型复式火山锥上主要有裸地景　观和苔原景观；在山麓倾斜熔岩高原上主要有岳桦林　生态景观、针叶林生态景观；在熔岩台地上主要有针　阔混交林景观、阔叶林景观、草地景观、耕地景观类　型和水系景观类型；人工建筑景观主要有居民地景观　和交通网络景观。　长白山地区变化不同的原因很大程度上是由于以下　原因造成：（１）在１９７５－ｌ９８５年的采伐强度和采伐方　式不同于１９８５—１９９９年，导致各种林型变化方式不同；　（２）全球变暖，长白山具有较完整的植被垂直分布，各　带分布及建群种与热量指数有关系。近年来全球温度升　高，导致各带均有向长移动的趋势，以至于苔原带面　积减少；（３）旅游干扰，长白山发展旅游事业　使得加　入许多人为干扰而影响景观变化：（４）不确定因素，由　于病虫害、火灾、灾害性气候等许多因素的影响，导致　景观变化更加复杂，难以确定变化。脆弱的生态环境，　叠加上人类活动的影响，长白山地区的景观变化趋于多　元化、复杂化。研究长白山地区景观格局时空变化规　律，对于防止生态灾害发生具有重要意义。　４　景观格局过程可持续发展的生态策略　研究区景观结构具有它独特的地理位置、典型的垂　直生态结构和形成背景，形成美好的自然景观区，所以　对它的开发利用要特别的谨慎。这就意味着研究区的开　发是一项跨世纪的十分诱人而又充满风险的工程，不可　掉以轻心，必须汲取以往的成功经验和历史教训，克服　４．１研究区生态环境问题诊断　居民、旅游人数的快速增长与环境资源承载能力的　矛盾。研究区城市发展对环境资源的消耗，致使生态系　统保护和恢复速度滞后于损耗速度。　自然景观面积不断缩小。人为活动使人文景观逐渐　取代了原有的一些自然景观，景观内部的各种自然生态　类型也随之变化甚至消失，整个地域的生态类型趋于简　单化。使一定面积的天然植被开发占用，造成区域内水　土流失严重、生物多样性下降。　天然植被的破碎度增加，生态廊道的通达性降低。　天然植被减少的一个直接后果是野生动植物栖息地丧　失，意味着生物多样性的破坏。此外，区内道路网对自然　生态区的切割，也是破坏生物多样性的原因之一。　４．２可持续发展生态策略　长白山地区不仅是多种物质交汇地，而且是多种动　力系统交互作用的生态界面。根据研究区目前开发利用　的现状，为加大对研究区的保护力度，加快培育旅游优　势产业，为实现对长白山的统一规划、统一保护、统一　开发、统一一管理，以１９７７－１９９９年景观格局过程特征与　反演趋势结果为依据，提出研究区景观优化策略。　以长白山森林为主体的生物资源和地质地貌遗迹是　研究区的两大优势资源。保护和合理利用现有资源是长　白山地区急待解决的一个关键性问题。除森林资源外，　长白山还具有丰富的、经济价值很高的动植物资源，如　野生药材资源、野生绿色食品资源、野生动物资源、天　然香料资源等等。长白山林木资源和依附于森林的其他　生物资源是可再生资源，应在不破坏其再生能力的前提　下合理利用。长白山的开发必须把保护放在首位，但保　护绝不是放弃开发的消极保护，而是为了实现资源的永　续利用和经济的持续发展。另外，要严格控制旅游开发　对生态环境的破坏。景观资源的难以复制性、不可再生　性，长白山地区的开发必须包括自然资源的开发、旅游　项目的开发、技术开发和人力、人才资源开发、市场开　发。长白山地区已成为全国乃至世界火山地质、生态系　统和气候气象等多学科的研究基地、科普教育、教学基　２００８年第４期　长白山景观格局过程演替分析及可持续发展王明常等　地和旅游胜地。只有普遍提高人的素质，把人才优势、　上，只有把物质资源优势同科技优势和人才优势结合起　技术优势同物质优势结合起来，才能创造市场优势，赢　来，创造出市场竞争的优势，才能实现经济和社会的跨　得经济的快速发展。所以，在自然保护区内尽量限制耕　越式发展。　作，因为耕地不仅破坏了研究区物种的生态环境条件，　依据以上原则，建立长白山地区可持续发展战略模　危及自然保护区内多物种并存的局面，不利于自然生态　式，其中心思想是正确处理长白山开发和保护的关系，　系统的发育和物种多样性的保护。由于研究区内近年来　遵循“在保护中开发，在开发中保护”的宗旨，重点坚　淡水水体有所减少，必须充分保证研究区内生态环境系　持生态旅游和地学旅游。　统的持续发展，保护研究区的森林景观及地质景观，以　参考文献：　免影响它未来的开发利用价值。　…王明常．景观格局过程信息图谱测度分析及其特征反演［Ｄ］．吉　５结论　林大学博士论文，２００８．　生态建设策略一一因地制宜、长远发展。从近３０年　［２】邬建国．景观生态学：格局过程尺度－５等级［Ｍ］．北京：高等教　来景观格局变化的时空复合分析中，我们知道研究区内　育出版社，２００２．　林地面积波动大。要实现长白山地区的可持续发展，必　［５】陈述彭．地学信息图谱探索研究［Ｍ］．北京：商务印书馆，２００１，　１－３６．　须发挥长白山品牌优势，加大开放力度，将工业化、现　［４】赵英时．遥感应用分析原－＇￣－ｂ方法［Ｍ］．北京：科学出版社，　代化、信息化结合起来，加快经济体制和增长方式的转　２００５．　变，积极创造科技优势和人才优势。当今世界正在进人　［５］孟涛，王明常，梁立恒等．长白山生态经管格局动态分析［Ｊ］．　知识经济时代，经济的发展越来越建立在知识的基础　世界地质，２００８，２７（５）：５￣８－－５４４．　世界上第一颗人造卫星　在本世纪５０年代初，随着冷战的开始，美国和苏　领域。但科洛力沃夫在１９５４年给苏联政府的一份秘密　联加紧研制新式武器，力图掌握战略优势。当时，美国　报告中提出了发射人造卫星的设想。他的想法得到了政　已拥有战略轰炸机，并布置在苏联周围的北约军事基　府的支持，并组织了一个专门班子进行研制。　地。苏联虽已研制出原子弹，但由于远离美国本土，又　１９５７年夏，他们又进行了４次试验，只剩下一个问　没有战略轰炸机，在战略上处境极为不利。为在这场激　题还没有解决，即保护核弹头的罩子在火箭重新进人大　烈的军备竞赛中掌握主动，苏联决心研制可以穿越大　气层时出现燃烧。他们只得继续进行改进。这时，科洛　气层进入太空再返回大气层的洲际弹道导弹。　力沃夫向政府提出请求，趁这个间隙，用剩余的两枚火　契托克当时担任弹道导弹研制小组副组长，他和　箭发射人造卫星。苏联政府同意了他的请求，可这时却　他的同行们奔波于分布在全国各地的研究机构，从事　意识到　卫星还没有研制出来。原来，卫星研究小组未能　这项绝密计划。火箭的试验基地在哈萨克，他们在那里　按时完成计划，重达１３６１公斤的“卫星”尚未成形。时　竖起了发射架，开始了艰难的研制工作。契托克说，那　间不等人，科洛力沃夫建议部下自己动手，制造一个简　里荒无人烟，气候条件十分恶劣，夏季气温高达５０￣Ｃ，　易的卫星。就这样，两个月后，这些研制火箭的专家制　又严重缺水，他们常常靠瓶装水维持生活。当时居住条　造出世界上第一颗人造卫星，并命名为“同行者”。　件很简陋，绝大多数人都住在火车车厢里。　１９５７年ｌ０月４日，他们抱着试试看的心理把这颗　１９５７年５月１５日晚，经过４年设计、试验、重新　卫星装上了火箭，并按发射导弹的方式发射出去。卫星　设计和多次试验，Ｒ一７型火箭准备进行首次试验。随　顺利进入轨道，并发出声音信号，信号一直持续了２　ｌ　着一声令下，火箭升空，９８秒后，因一个燃料管泄漏　天，直到电池耗尽。这颗卫星于１９５８年１月坠人大气层。　起火后爆炸。尽管如此，对试验人员来说，这次发射是　谁也没有想到，这件事在全世界引起强烈反响，各　成功的，因为火箭升空后才爆炸，他们曾担心点火时就　国科学家们纷纷表示祝贺，并称这次发射是人类走向和　会爆炸。契托克说，除了组长科洛力沃夫心中有征服太　平利用太空的第一步，并预言一个太空世纪正在走来。　空的信心，其他人并没有多大的把握。　如今，每年的１０月４日已被命名为世界太空日。当契　对于这些科学家来说，太空只是把一颗原子弹从　托克回想起那段往事，总是尴尬地说：“我既感到自豪，　苏联投掷到美国的一个途径，而不是进行科学研究的　又感到不安。”　摘自　世界博览